Révision des cours de génétique de seconde
INTRODUCTION
Dans un même organisme, toutes les cellules possèdent le même ADN (le même génotype) même si elles n’en expriment qu’une partie. Cela implique qu’au cours du développement de l’organisme (depuis sa première cellule), l’IG a été transmise de manière identique à toutes les cellules.
–> Comment est transmise l’information génétique ?
I- Conservation de l’IG au sein d’un organisme
Toutes les cellules sont issues d’une autre cellule par division cellulaire : Une cellule-mère se divise pour former des cellules-filles. Or le nombre de chromosome des cellules filles est identique à celui de la cellule mère (23 paires, donc 46 chromosomes chez l’être humain) …
On rappelle que les chromosomes sont des structures formées d’ADN et de protéines. Toute l’IG d’une cellule est contenue dans ses chromosomes.
A- Le cycle cellulaire.
L’observation de la quantité d’ADN dans les cellules somatiques au cours du temps montre que la vie d’une cellule est rythmée par une alternance de :
- phases de division : les mitoses, au cours desquelles la quantité d’ADN est divisée par deux. Ces divisions forment deux cellules filles ayant la moitié de la quantité d’ADN de la cellule mère. (Attention, ici on parle uniquement de la quantité d’ADN, pas de l’IG portée par cet ADN)
- de phases de repos : l’interphase,. L’interphase est composée de phases de repos (phases G1 et G2) et d’une phase de réplication (S) au cours de laquelle quantité d’ADN est multipliée par deux, ce qui permet de retrouver la quantité initiale d’ADN
Cette alternance de phase de division (mitose) et de multiplication (réplication) de l’ADN forme le cycle cellulaire et permet de conserver la quantité totale d’ADN tout en formant de nouvelles cellules.
SCHEMA DU CYCLE CELLULAIRE
Au cours de ce cycle cellulaire, les chromosomes changent d’aspect :
- Ils sont condensés sous forme de chromosomes pendant la phase de division (la mitose)
- Ils sont décondensés sous forme de chromatine pendant la phase de repos (l’interphase)
Ces condensations et décondensations sont dues à des protéines reliées à l’ADN. Elles sont nécessaires au bon déroulement des phases (mitose et réplication) et permettent un contrôle du cycle cellulaire.
B- La mitose : une division du patrimoine génétique
–> Comment la mitose permet-elle une séparation de l’ADN en deux portions égales ?
La mitose est une division cellulaire qui permet de former de nouvelles cellules. La cellule mère possède des chromosomes doubles, et chaque cellule fille reçoit une seule des 2 chromatides.
La mitose permet donc de passer d’une cellule diploïde avec des chromosomes doubles à deux cellules diploïdes avec des chromosomes simples.
Pour cela plusieurs phases se succèdent :
Schéma et photographie des phases de mitose
Comme les 2 chromatides d’un chromosome double portent les mêmes gènes, chaque cellule fille possède bien tous les gènes de la cellule mère : C’est une reproduction conforme : toute l’IG de la cellule mère est transmise aux cellules filles.
Cependant chaque cellule fille ne reçoit que 2 copies de chaque gène, alors que la cellule mère en avait 4. C’est la réplication qui permet de reformer des chromosomes doubles dans les cellules filles, qui deviennent alors des cellules-mères.
B- La réplication permet la multiplication du patrimoine génétique
–> Comment la réplication reforme-t-elle des chromosomes doubles ?
La réplication réforme des chromosomes doubles en recopiant chacun des 2 brins d’ADN qui constituent les chromosomes simples.
A la fin de la réplication, les chromosomes possèdent 2 chromatides identiques, constituées chacune d’un brin parental et d’un brin néoformé. Ce mode de réplication est appelé réplication semi-conservative
Ceci a été démontré par l’expérience de Meselson et Stahl
Cette réplication semi-conservative est permise par l’enzyme ADN polymérase, qui assemble un à un les nucléotides, en utilisant les nucléotides complémentaires à ceux du brin parental (appelé brin matrice : Cela forme une nouvelle molécule d’ADN, constituée du brin maternel et du brin néo-formé, qui sont complémentaires.
En absence d’erreur lors de cette réplication, on obtient un brin d’ADN qui est une copie conforme du brin parental
Vidéo de la réplication : L’action de l’ADN polymérase est traitée à partir d’1 minute 20. Le reste est hors programme (mais intéressant, pour les curieux-ses)
Le cycle cellulaire, composé de mitose et de réplication (ainsi que de phase G1 et G2) permet donc de créer des clones de cellules somatiques :
- L’ADN est dupliqué (=recopié à l’identique) lors de la phase S de l’interphase, ce qui créé des chromosomes à deux chromatides.
- Chaque chromatide sera transmis à un clone lors de la phase M, puis de nouveau dupliqué …. Reformant des chromosomes doubles ayant la même information génétique
Les clones sont de nouvelles cellules identiques génétiquement à la cellule mère, à la fois en termes de quantité d’ADN (nombre de chromosomes) et en termes d’information génétique.
Le cycle cellulaire permet donc une transmission de l’IG au cours du développement embryonnaire, puis au cours du renouvellement des cellules tout au long de la vie.
Lors de la reproduction sexuée, les parents transmettent à l’enfant l’intégralité des gènes de l’espèce : L’IG est donc transmise d’une génération à l’autre.
Ces processus sont-ils également ceux qui permettent de former les gamètes, et de produire la cellule-œuf, mère de toutes les autres cellules de l’organisme lors de la reproduction sexuée ?
La mitose et la réplication ne permettent pas d’expliquer la formation par reproduction sexuée d’un nouvel individu possédant le même nombre de chromosomes que ses parents.
–> Comment l’IG est-elle conservée lors de la reproduction sexuée ?
II- Conservation de l’IG d’une génération à l’autre lors de la reproduction sexuée
A- Maintien de l’IG lors de la reproduction sexuée : une division particulière pour les cellules germinales.
Lors de la reproduction sexuée, un nouvel individu possédant le même nombre de chromosomes que ses parents est formé.
Pour cela, les cellules germinales (impliquées dans la reproduction) subissent une division cellulaire particulière : ce n’est pas une mitose mais une méiose, qui forme des cellules appelées gamètes (spermatozoïdes et ovules). 
Les gamètes sont des cellules haploïdes qui contiennent un chromosome simple de chaque paire. La réplication permet de passer à des gamètes haploïdes mais possédant des chromosomes doubles.
La fécondation fusionne les deux gamètes et forme une cellule diploïde, qui contient deux chromosomes doubles par paire venant chacun d’un de ses parents. Cette cellule-œuf pourra ensuite entrer en méiose.
Schéma des variations de la quantité d’ADN lors de la reproduction sexuée.
B- La méiose : une division de l’IG des cellules germinales.
La méiose est un ensemble de deux divisions cellulaires permettant de produire des cellules haploïdes (les gamètes) à partir d’une cellule diploïde.
- La première division permet la séparation des chromosomes homologues grâce à la mise en place du fuseau méiotique : on obtient 2 cellules haploïdes avec des chromosomes doubles. Comme les deux chromosomes homologues portent les mêmes gènes, les deux cellules filles auront nécessairement les mêmes gènes et la même quantité d’ADN. Cependant, comme les deux chromosomes d’une même paire ne portent pas nécessairement les mêmes allèles, les deux cellules filles peuvent porter une information génétique différente.
- Lors de la deuxième division, le fuseau méiotique permet de séparer les 2 chromatides de chaque chromosome. On obtient donc des cellules filles haploïdes ayant des chromosomes simples.
Schéma des phases de méiose
La méiose conduit donc à la formation de 4 cellules haploïdes, identiques 2 à 2. Elles possèdent toutes un exemplaire de chaque type de chromosome de la cellule-mère, mais ne possèdent plus que la moitié des chromosomes au total. C’est la fécondation entre 2 gamètes qui permettra de former un nouvel organisme ayant la même quantité d’ADN et les mêmes gènes que ses parents
(mais pas les mêmes allèles –> thème étudié en terminale spé SVT)