La notion de l'information génétique

Dans la nature, chaque individu résulte d’un accouplement entre deux parents (à reproduction sexuée), lors du quel chacun des deux parents donnera une seule cellule sexuelle (gamète). Les gamètes des deux parents fusionnent, lors de la fécondation et forment l’œuf (le zygote) qui se développera au cours d’une période de gestation et donnera vers la fin un nouvel individu qui héritera des caractères de l’un des deux parents ou les deux à la fois ou même des caractères de ses grands-parents. Et ainsi, on qualifie ces caractères de « héréditaires ».

En réalité, les caractères héréditaires ne peuvent pas être objet de cette hérédité, mais ce sont un ensemble d’informations qui régiront l’apparition desdits caractères chez l’enfant et durant toute sa vie. On appelle l’ensemble de ses informations (reçues des deux parents au niveau des gamètes) « une information génétique.

•  A quel niveau de la cellule va se localiser cette information génétique ?
•  Comment cette information peut se transmettre de génération en génération ?
•  Quelle serait la relation entre l’information génétique et les caractères héréditaires ?
•  Comment peut-on exploiter ces connaissances dans l’amélioration des conditions du vie de l’homme ?

Localisation de l’information génétique

Diverses expériences sont proposées pour déterminer le siège de l’information génétique, on suggère l’étude de l’expérience du clonage chez la brebis.

Schématisation de l’expérience du clonage
On observe :
Après son développement (durant la période de la gestation) la cellule hybride (représentant l’œuf) a donné naissance à un individu identique (de point de vue caractères héréditaires) à la brebis « A » dont ont utilisé le noyau.

On conclut donc que Le noyau de la cellule est le siège de l’information.

Or, le noyau est constitué de plusieurs composants et ainsi quel serait l’élément ou le compartiment nucléaire qui serait le siège de l’information génétique ?

Ultrastructure du noyau

Structure simplifié du noyau

 

Afin de localiser cette information génétique ainsi que son support au niveau du noyau, on suit le déroulement d’un phénomène biologique durant la vie de la cellule qu’on appelle la mitose.

L’information génétique: est le matériel héréditaire qui contrôle l’apparition des caractères et qui permet de transmettre les caractères  à travers les générations ; elle est localisée dans les noyaux des organismes unicellulaires et pluricellulaires.

Rappel :

• Chez les eucaryotes: présence d’un vrai noyau = chromatine, nucléoles, nucléoplasme, membrane et pores nucléaires
• Chez les procaryotes, il n’y a pas de vrai noyau = simples nucléofilaments.

La Mitose : un mode de transmission de l’information génétique

L’étude de la mitose chez une cellule permet de :
- déterminer la nature du support (nucléaire) de l’information génétique
- Mettre en évidence l’un des deux modes de la transmission de l’information génétique
Comment se déroule la mitose?
Comment peut-elle déterminer la nature du support de l'information génétique au sein du noyau?
quels seront ses résultats?

les étapes de la mitose

La mitose est toujours précédée de l’interphase durant laquelle il y aura la duplication des constituants cellulaires (y compris le noyau et les organites cytoplasmiques). fig1.

fig1. Cellule animale au début de son interphase.

De façon générale, la mitose comporte quatre phases principales.

la prophase

Caractérisée par :

- la disparition de l’enveloppe nucléaire

- la disparition de la chromatine, remplacée alors par de nouvelles structures sous forme de filaments plus visible et indépendants : les chromosomes. On parle ainsi de l’individualisation des chromosomes du fait qu’ils formaient la chromatine avant cette individualisation.

- Disparition (désagrégation) du nucléole

- migration des « centrosomes » vers les deux pôles opposés de la cellule et formation des deux asters (dans le cas d'une cellule animale)

انتباه

chez la cellule végétale il’ y a absence de centrosome et d’aster qui sont remplacés par des calottes polaires

formation du fuseau achromatique ; système de fibres polaires (microtubules)  se disposant entre les deux Asters (anciens centrosomes) permettant la migration des chromosomes après la fixation de chaque chromosome à l’un des fibres de ce fuseau.

Les figures suivantes présentent les étapes successives de la prophase :

Début de la prophase: le centrosome dupliqué (au cours de l'interphase) et individualisation des chromosomes

Prophase au milieu de son déroulement. Seuls les chromosomes qui persistent (comme constituant nucléaires)

Fin de la prophase. Chaque chromosome se lie à l'un des microtubules du fuseau achromatique

la métaphase

La métaphase: migration des chromosome vers l'équateur de la cellule et formation de la plaque équatoriale

Caractérisée par :
La migration de tous les chromosomes vers l’équateur de la cellule et la formation de la plaque équatoriale qui représente un plan qui rassemble tous les centromères de tous les chromosomes de la cellule. Chaque chromosome apparaît ainsi constitué de deux chromatides reliés entre eux au niveau du centromère. Ces mêmes chromatides vont se séparer lors de l’Anaphase.

L’Anaphase

L'anaphase: séparation des deux chromatides-sœurs de chaque chromosome

Caractérisé par :
La séparation des deux chromatides de chaque chromosome et leur migration, chacun vers l’un des deux pôles opposés de la cellule.
Le début de la cytodiérèse ou le partage du cytoplasme pour former deux cellules filles identiques (de point de vue volume cytoplasmique). Ce processus va s’achever lors de la télophase.

La Télophase

La télophase; fin de la mitose et formation des deux cellules filles identiques à la cellule mère.

Constitue la phase finale de la mitose, durant laquelle on observe :

- Désagrégation du fuseau de division
- Pour chaque cellule fille : réapparition de l’enveloppe nucléaire et du (des) nucléoles
- L’achèvement de la cytodiérèse : par étranglement équatoriale chez la cellule animale (par invagination au niveau du plan équatorial qui se fait à partir de l’extérieur de la cellule) alors que chez la cellule végétale, ce partage du cytoplasme se fera de l’intérieur de la cellule par l’édification d’une structure composée de vésicules qui se raccordent vers la fin pour séparer les deux cellule filles.
- Les deux cellules filles se distinguent et se séparent.

انتباه

Chez la cellule végétale, la division du cytoplasme s’effectue par la construction d’une nouvelle paroi à l’équateur de la cellule mère.

Les résultats de la méiose

La mitose permet de mettre en évidence l’élément-support de l’information génétique représenté par les chromosomes du fait qu’il représente l’unique composant nucléaire qui persiste tout au long de la vie de la cellule et surtout de la mitose (l’une des phases de la vie de toute cellule) alors que les autres composants nucléaires (enveloppe et nucléoles) disparaissent et se désagrègent dès la prophase.
Outre son rôle dans l’identification du support de l’information génétique, la mitose permet :
- la duplication du nombre des cellules : chaque cellule mère donne vers la fin deux cellules filles.
- la conservation du « patrimoine génétique » ou de l’information génétique : les deux cellules filles auront le même matériel génétique et ainsi présenteront les mêmes caractères héréditaires.
- la conservation du nombre initial des chromosomes : chaque cellule fille comportera, dans son noyau, le même nombre de chromosomes que celui de la cellule mère.

 

Le cycle cellulaire

L’interphase

Constituée de trois étapes:

La phase du premier grossissement (G1)

Les nucléofilaments ne sont pas détectables et les chromosomes ne sont pas encore individualisés. Chaque nucléofilament apparait sous forme d’un filament très fin et très long.

la phase de la synthèse (S)

Ou la phase de la duplication du matériel génétique. Cette duplication affectera essentiellement les nucléofilaments au sein desquelles apparaissent « les yeux de réplication » qui sont des zones au niveau du nucléofilament où se déroule la réplication (duplication). Vers la fin de cette phase le nucléofilament est dupliqué et comporte deux filaments indétectables du fait que les nucléofilaments sont toujours condensés et forment la chromatine.

La phase du deuxième grossissement (G2)

Chaque nucléofilament est alors dupliqué et apparait sous forme de deux filaments qui gardent la même taille et épaisseur initiale.

La mitose

Constituée toujours de quatre étapes :

La prophase (P)

les chromosomes sont alors visibles et on parle de leur individualisation. Chaque chromosome comporte alors deux chromatides sœurs réunies n un point particulier ; le centromère. Les chromosomes commencent alors un enroulement leur permettant de se condenser et deviennent ainsi plus courts et plus épais.

la métaphase (M)

Phase de l’enroulement maximal des chromosomes qui atteignent alors leur maximale épaisseur et de ce fait on considère cette étape la phase idéale pour toute observation microscopique des chromosomes.

L’anaphase (A)

les deux chromatides sœurs se séparent et le chromosome devient constitué d’un seul filament. Durant cette phase on note aussi le début du déroulement des chromosomes.

La télophase (T)

Phase terminale de la mitose et durant laquelle le déroulement des chromosomes s’achève pour que le chromosome reprend son aspect initial (du G1) sous forme d’un seul filament très long et très fin.

La nature chimique du matériel génétique