6. Le noyau cellulaire – ADN La réplication – La division cellulaire

6. Le noyau cellulaire – ADN La réplication – La division cellulaire
(Mitose et Méiose)
Le noyau est localisé au centre de la cellule et est entouré d’une double membrane nucléaire
percées de pores. La membrane nucléaire sépare le noyau du cytoplasme et est en connexion avec
le réticulum endoplasmique. Le noyau est le lieu de résidence de la molécule contenant
l'information de la cellule (ADN) lui permettant de se répliquer.
L’ADN - Chromatine : Chaque cellule d’un organisme contient l’information complète à la
réalisation d’un organisme complet. L’ADN est la molécule porteuse de l’information héréditaire.
Au cours de l'interphase, l’ADN est sous forme de chromatine (= chromosomes décondensés ou
"déroulés") : La chromatine apparaît en microscopie électronique sous trois aspects correspondant à
un état donné de la molécule d'ADN, soit sous forme d'euchromatine (décondensé et faisant l’objet
d’une lecture de l’information), soit sous forme d'hétérochromatine (pas totalement décondensé)
ou soit sous forme de nucléole. Le nucléole apparaît comme un corps dense du noyau en
microscopie électronique.
L'ADN reste cantonné au noyau de la cellule, la cellule pour se répliquer doit « copier » cet ADN
en une molécule appelée ARN messager (ARNm). Ce mécanisme est appelé la transcription. Ce
sont les ARN messagers qui après avoir quitter le noyau vont, associés aux ribosomes du
cytoplasme, synthétiser les protéines (la traduction). Les ribosomes sont de petites structures
composées majoritairement d'un autre type d'ARN dit ribosomal (ARNr). Les ARN ribosomaux
sont produits dans le noyau au niveau du nucléole et sont ensuite transportés dans le cytoplasme.
C’est à ce niveau qu’a lieu de la synthèse des molécules d'ARNr des ribosomes.
Génome Humain
Le Génome Humain Haploïde comprend 3,2 x 109 paires de bases (nucléotides) soit, en caractères,
le contenu de 2000 livres de 500 pages. C'est l'ensemble de l'information génétique d'un organisme.
Les autres organisme en ont : les virus ont quelques milliers de bases, les bactéries, un million de
bases, le blé, 16 milliards de bases.
Le projet de séquençage du Génome Humain a permis de déterminer la séquence entière du génome
de notre espèce. Entre 1 et 2 % (seulement) du génome est codant !!!
Le gène est une région de la molécule d'ADN contenant l'information codante pour une protéine
donnée. Le locus est la position d'un gène sur un chromosome. L'allèle est la version alternative
d'un gène. Le promoteur est la partie située en amont du gène qui sert de repère aux mécanismes
cellulaires de la transcription indiquant la position du gène.
Le génome est composé de molécules d'ADN géantes.
L'homme a 25.000 gènes, la mouche en a 12.000.
Le génome est un enchaînement « variable » de « maillons » élémentaires que sont les nucléotides.
C'est l'ordre dans lequel se succèdent les bases (la séquence) qui constitue la forme de stockage de
l'information biologique.
Le code est un alphabet chimique à 4 lettres (AGTC) : Adénine, Guanine, Thymine (Uracile),
Cytosine. Chaque triplet de base forme 1 Codon. Il y a 43 possibilités de combiner les quatre
nucléotides en triplet (64 combinaisons différentes - 20 AAs différents). Le code est redondant : 2
codes différents peuvent donner le même acide aminé.
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Acides Nucléiques - ADN & ARN
Le noyau est dépositaire de l'information codée sous forme de gène (segment de la molécule
d'ADN)Stockage et Transmission de l’information. L’information est stockée sous la forme d’une
séquence de nucléotides laquelle s’auto-réplique et transmet l’information de la cellule de
génération en génération (Mitose-Méiose) (Réplication).
Les nucléotides sont les “Pièces du Puzzle” formant les acides nucléiques (ADN & ARN).
Dans le noyau, on peut observer une zone arrondie sous forme d'une tache plus dense: le nucléole.
C'est le lieu de synthèse de certaines molécules d'ARN (de transfert et ribosomaux)
L'ARN est une copie de l’ADN (Transcription) qui “convoie” l’information au ribosome, où les
protéines sont “synthétisées”. La molécule d'ARN est monocaténaire car la chaine n'est pas double.
Au niveau du ribosome l'information comprise dans la molécule d’ARN permet la synthèse
protéique (Traduction).
Donc, l'information codée au niveau des gènes pour la réalisation des protéines est transférée via
deux étapes : la transcription et la traduction
La Membrane Nucléaire
C'est une double membrane.
Elle contient des pores constitués de protéines
formant un complexe (CPN: complexe du pore
nucléaire. Les pores sont très sélectifs
Continuité avec le REG
Membrane Interne: Charpente de filaments
intermédiaires fibreux de laminine : La lamina
Nucléaire
Transfert bidirectionnel de « message » :
molécule d'ARN, certaines protéines peuvent
rentrer pour lire l'ADN.
Le rôle du CPN est le contrôle des échanges entre le cytoplasme et le noyau. On a aussi une
diffusion passive des particules ayant un diamètre inférieur à 9 nm.
L'importation des protéines dans le noyau nécessite une « Clef ». Celle-ci est sous forme de
séquence peptidique particulière appelée le signal de localisation nucléaire (SLN)
SLN présents dans les protéines importées dans le noyau: Histones (protéine qui compacte l'ADN),
ADN et ARN polymérases, Facteurs de transcription, Protéines de structure du noyau (soutien la
charpente)
Historique
Un gène désigne une unité d'information génétique qui spécifie la synthèse d’un polypeptide.
1865 : Gregor Mendel : Ségrégation des caractères lors de la reproduction. Les caractères
héréditaires sont transmis indépendamment les uns des autres (ségrégation). Un caractère peut donc
réapparaître après 3 générations. Il existe des caractères dominants et récessifs
Redécouverte des lois de Mendel en 1900 : Hugo Devries, Carl Correns, Erisch Tschermak
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1879 : Walter Flemming : 1ère observation de la Mitose
1902 : Theodor Boveri (D) et Walter Stanborough Sutton (USA) observent dans les noyaux de
cellules de criquets que chaque chromosome existe en deux exemplaires.
1902 : W Sutton : description de la méiose
1909 : Wilhem Johannsen : Unité « mendéléenne » de l’hérédité : le gène
1911 : Thomas Morgan : les gènes sont en ligne sur les chromosomes
1941 : G. Beadle : un gène possède l'information pour une protéine
1943 : W. Atsbury : Diffraction ADN
1944 : Oswald Avery : l'ADN est le support de l’Hérédité; transformation Génétique : l'intégration
d'un fragment d'ADN étranger dans une Cellule
Règle de Chargaff: Au Niveau du Noyau : équilibre entre la concentration en Cytosine et la
concentration en Guanine ainsi qu'entre la concentration en Adénine et en Thymine. Au niveau de
l'ARN, la Thymine est remplacée par l'Uracile.
1953 : cristallographes et ADN : Crick et Watson reprennent les idées de Rosalind Franklin
Structure de l'ADN : l'acide désoxyribonucléique
L'épigenèse est une théorie qui stipule qu'un embryon se développe en devenant de plus en plus
complexe.
Un Brin d’ADN, c’est quoi ??
Une chaine sucre – phosphate avec une base (azote) sur le sucre. La liaison entre le sucre et le
phosphate est une liaison phosphodiester.
Structure:
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Une base: adénine, guanine, thymine ou cytosine
On ajoute un sucre à la base, ce qui donne un nucléoside. La base se met sur le carbone 1' du sucre.
On ajoute un groupement phosphate PO4- ce qui donne un nucléotide. Le phosphate se met sur le
carbone 5' du sucre.
Convention de nomenclature des nucléotides: En 5' on a le groupement Phosphate et en 3', le
groupement OH. Par convention, la lecture se fait de 5' en 3'. Sur le carbone 3', le OH est remplacé
par le groupement phosphate du sucre qui précède. Exemple : 5' GTT 3'
Complémentarité des paires de Bases - Liens Hydrogène – Règle de Chargaff
L'adénine (A) s’associe toujours avec la thymine (T) dans l'ADN et l’uracile dans l’ARN ( 2 liens
hydrogène)
La guanine (G) s’associe toujours avec la cytosine (C) dans l’ADN ( 3 liens hydrogène)
Double hélice d'ADN
2 Brins d'ADN enroulés en spirale autour d'un
axe central
Diamètre de l'hélice: 2 nm
10 bases par tour d'hélice (3,4 nm)
Intervalle entre bases: (0,34 nm)
Pas d'interaction entre bases successives,
possibilité de courbures suite à la « liaison de
protéines »
Sillon majeur et sillon mineur par où se font les
interactions entre protéines et ADN
Partie externe de la molécule est composée de
sucres et phosphates (liaison par lien entre P042- et
ribose)
Bases relient les 2 brins
La double hélice est stabilisée par la multiplicité
des liens H entre les bases des deux brins d’ADN
Brins antiparallèles [5’-3’] [3’-5’] car leur
polarité est inversée.
Quelques Propriétés de la Molécule d’ADN
Cellule en Interphase --> Au niveau du noyau, on voit une partie clair (eu-chromatine) et une
partie noir (hétéro-chromatine). Durant l'interphase, la molécule d'ADN apparait en microscopie
sous forme diffuse, c'est la chromatine, en opposition aux chromosomes visibles durant la mitose.
La chromatine apparait selon le degré de condensation de la molécule sous deux formes, la
chromatine condensée ne faisant pas l'objet d'une transcription et la chromatine décondensée qui est
lue par l'ARN polymérase qui en fait une copie (ARN messager)
Cellule en Division --> Chromosome (avec le centromère au milieu et 4 branches (2 fois 2
chromatides sœurs)
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