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.

Remarque:

Chez les végétaux, différentes expériences permettent de localiser l'information génétique au niveau du noyau. Les expériences les plus utilisées sont celles de la greffe du noyau chez l'Acetabularia , le résultat est toujours le même: l'information génétique se localise au niveau du noyau.

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

Remarque :

• Le noyau est délimité par une enveloppe percée de pores et constitués d’un matériel granuleux (Chromatine et nucléole) baignant dans un nucléoplasme.
• Chromatine = nucléofilament = ADN+ histones (à voir dans la suite du cours)

 

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.

Rappelle :

• 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

 La mitose : Phénomène biologique permettant la division d’une cellule mère en deux cellules filles identiques et ressemblent à la cellule mère. Elle correspondant à une reproduction conforme car elle conserve toutes les caractéristiques de la cellule mère.

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.

Remarque :

• Pendant l’interphase la chromatine se présente sous forme de filaments très fins appelés nucléofilaments (= filaments du noyau) uniquement visible en microscopie électronique à très fort grossissement.
• La duplication que doit subir la cellule (à l'interphase) est primordiale pour pouvoir entamer la mitose.
• Vers la fin de l’interphase, les constituants cellulaires se dupliquent.

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.

Remarque :

• La mitose est un processus commun aux cellules eucaryotes
• Dans un végétal, la division des cellules, ou mitose, s'effectue au niveau des méristèmes (=un groupe de cellules végétales indifférenciées qui ont la capacité de se diviser par mitose un nombre indéfini de fois).

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.

Remarque :

La mitose est qualifiée de Reproduction Conforme.

 

Le cycle cellulaire