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Cours de SVTHEEB Premiere D – L’identité biologique des organismes (Partie 2)

Ill- Le renouvellement des cellules d’un organisme
Dès la vie embryonnaire, l’organisme est le siège d’un renouvellement incessant de la plupart de ses cellules. Ce phénomène résulte des mitoses des cellules différenciées. Il peut aussi se réaliser à partir des souches indifférenciées, comme les cellules de la moelle rouge des os, à l’origine des différentes cellules sanguines.
Les milieux intracellulaires (plasma sanguin, matière osseuse interstitielle; lymphe) se renouvellent aussi constamment. En revanche les cellules incapables de division ne se renouvellent jamais.
Remarque
La croissance et le renouvellement cellulaires nécessitent un apport constant de matière (nutriments et oxygène) pour élaborer les diverses molécules constitutives des cellules. Durant la vie anténatale, cet approvisionnement se réalise au niveau de la surface d’échange placentaire. Après la naissance, la surface d’échange intestinale prend le relais, en favorisant l’absorption des nutriments (eau, sels minéraux ionisés, glucose, acides aminés, acides gras, vitamines.

IV-La conservation de l’information génétique des cellules issues de la mitose et le maintien de l’identité biologique d’un organisme
IV-1-Le rôle de la mitose dans le maintien de l’identité biologique d’un organisme
Par les mitoses l’information génétique est globalement renouvelée identiquement à elle-même.
Cette information génétique s’exprime, dans toutes les cellules vivantes en contrôlant la synthèse des nouvelles molécules. Ainsi les molécules fabriquées dans le cytoplasme sont continuellement intégrées à la membrane plasmique. Malgré le renouvellement permanent, les cellules de tout organisme vivant maintiennent leurs caractéristiques morphologiques, anatomiques, et biochimiques. Grâce à ce renouvellement, les êtres vivants présentent une permanence de leurs structures, a l’échelle des cellules comme à celle de l’organisme.
IV-2-La notion d’identité biologique
Au sein d’une espèce, la plus grande partie de l’information génétique est commune à tous les individus. Elle permet la réalisation des caractères de l’espèce. Quant aux caractères propres à chaque individu, l’information génétique est variable, car chaque gène existe sous différents allèles.
Ce polymorphisme des gènes conduit chaque sujet à devenir un assortiment d’allèles originaux, un génotype original qui en fait un individu unique. Cette identité biologique au sein de l’espèce se trouve illustrée par exemple des marqueurs de soi.
Dans l’espèce humaine, chaque individu possède, à la surface de la membrane plasmique de ses cellules, une combinaison originale de Marqueurs Majeurs d’Histocompatibilité. Ces derniers constituent une véritable carte d’identité cellulaire, qui différencie chaque individu des autres individus de l’espèce. Ces marqueurs de soi sont l’expression d’un ensemble de gènes très polymorphes constituant le Complexe Majeur d’Histocompatibilité (C.M.H)

V L’étude des chromosomes
V-1-La notion de caryotype
Le nombre de chromosomes-se révèle être constant au sein d’une espèce donnée. La forme et le nombre des chromosomes sont caractéristiques de l’espèce.
On appelle caryotype, l’ensemble des chromosomes d’une espèce.
V-2-Le décompte des chromosomes
Dans la garniture chromosomique d’une cellule, chaque chromosome est représenté en deux exemplaires. On peut ainsi les classer par paires, ceux d’une même paire étant qualifiés de chromosomes homologues. Le nombre de chromosomes de chaque espèce est exprimé par la formule chromosomique 2n = A (n étant le nombre de paires, n € N‘ et A pair).
On qualifie de cellules diploïdes, celles qui possèdent 2n chromosome et de cellules haploïdes celles ne possédant que n chromosomes.
La formule chromosomique de l’Homme est de 2n = 46 (soit n égale à 23 chromosomes)

caryotype femme
caryotype homme

V-3-Les chromosomes sexuels
Si on compare les caryotypes d’un homme et d’une femme, on constate que la 23e paire de chromosomes permet de distinguer le sexe masculin du sexe féminin.
Chez la femme, les 2 chromosomes de la 23e paire sont de tailles identiques, et sont désignés par les lettres XX. Par contre chez l’homme, les 2 chromosomes de la 23e paire sont de tailles différentes et sont désignés XY.
XX et XY sont qualifiées de chromosomes sexuels (ou hétérochromosomes ou gonosomes) par opposition aux 22 autres paires appelées autosomes. Chez les oiseaux en revanches les gonosomes sont XX pour le mâle et X0 pour la femelle.
V-4- Les données de la microscopie
Le chromosome apparaît constitué d’un nucléofilament qui présente un enroulement très complexe autour d’un « squelette protéique à l’apparition des chromosomes correspond à une condensation par spiralisation du nucléofilament; les différents nucléofilaments déroulés et enchevêtrés constituent les fibres de chromatine du noyau. Le chromosome est donc une structure constante du noyau, mais plus ou moins visible selon les circonstances. La décondensation du nucléofilament à la télophase aboutit à leur disparition apparente.

chromosomeVI. La structure des acides nucléiques
VI-1-L’ADN
a) La localisation de l’ADN
Le test de Feulgen révèle que l’ADN est confiné dans la chromatine du noyau et un peu dans les mitochondries et les plastes.
b) L’architecture de la molécule d’ADN
– L’analyse de l’ADN
L’hydrolyse enzymatique de l’ADN a permis d’isoler ses différents composants :
1. Des bases organiques azotées qui sont de deux types:
– Les bases puriques (ou bases longues ou lourdes ou à 2 cycles) : Adénine (A) et Guanine (G);
– Les bases pyrimidiques (ou bases courtes ou légères ou à 1 cycle): Thymine (T) et Cytosine (C).
2. De l’acide phosphorique (H3PO4)
3. Du désoxyribose, un ose en C5 ou pentose de formule brute (C5H10O4)
L’ADN apparaît donc être un assemblage de plusieurs molécules organiques.
Nucléotide égale : Phosphate + Désoxyribose + Base azotée
Nucléoside égale : Base azotée + Désoxyribose
c) Les couples de bases
L’ordre d’alignement des bases azotées sur un brin de la molécule d’ADN correspond au code génétique. C’est un alphabet à 4 lettres: Adénine (A), Thymine (T), guanine (G), Cytosine (C).
– Une base à 2 cycles, A ou G, s’associe toujours avec une base à 1 cycle, C ou T.
L’Adénine ne s’associe qu’avec la Thymine par 2 liaisons hydrogènesC’est le couple A-T ou T-A.
La Cytosine ne s’associe qu’avec la Guanine, avec qui elle établit 3 liaisons hydrogènes couplé C-G ou G-C
d) La règle de Chargaft
Découverte par le chimiste autrichien Erwin Chargaff. Elle stipule que :
L’ADN de n’importe quelle cellule ou de tout organisme doit avoir un rapport de 1 pour 1 entre les bases puriques et les bases pyrimidiques .
Plus précisément, que la quantité de guanine est égale à la quantité de cytosine, et que la quantité d’adénine est égale à la quantité de thymine. Cette tendance se retrouve dans les deux brins de l’ADN.
Ainsi A/T = G/C = (A +G)/(T + C) = 1 (Les symboles utilisés ici désignent les quantités de chaque type de base azotées dans une molécule d’ADN). Par contre les rapports A/G et T/C varient selon les espèces entre 0,4 et 2,6.
Conclusion : Nombre de molécules de A + G est égale à nombre de molécules de C + T.
e) La double hélice d’ADN (Watson et Crick 1953).La molécule d’ADN comporte deux hélices enroulées l’une autour de l’autre, Les montants (appelés encore brins) sont constitués de l’association du désoxyribose et de l’acide phosphorique.
Les barreaux sont faits encore de l‘association 2 par 2 des bases azotées, unies par 2 ou 3 liaisons faibles, les liaisons hydrogènes. Puisqu‘il y a 4 bases azotées différentes, il y a 4 nucléotides différents. Ainsi l’ADN est un polynucléolide, constituée de 4 sortes de barreaux. L’ordre précis de succession de ces paires de nucléotides le long d’une molécule d‘ADN constitue une séquence.
La molécule d‘ADN est donc bicaténaire (formée de deux brins).

structure adn
brin adn

f) La duplication de I’ADN
Le dégrafage des deux brins de la molécule d’ADN se fait par rupture des liaisons hydrogènes. Ceci se réalise simultanément on plusieurs points de la molécule. Les nucléotides libres du noyau s’associent sur ceux de chaque brin de l’ADN dégrafé. Chaque ancien brin sert donc de modèle pour l‘assemblage des nucléotides. L’ancien brin qui n’a pas servi devient le complément. Les deux molécules-filles sont identiques à entre elles et à la molécule initiale: il y a bien eu duplication. La duplication des chromosomes déduite de l’observation de la mitose est fondée sur la duplication de I’ADN.

replique adne) L’évolution de la quantité d’ADN au cours d’une mitose normale
Dans le cycle cellulaire, l’événement majeur est constitué par la réplication de l’ADN.
Pendant la phase G1 les synthèses d‘ADN sont stationnaires dans le noyau (et les synthèses d’ARN très actives). Alors, Le noyau contient une quantité d’ADN égale 2n.
La phase S correspond à la réplication de l‘ADN. La quantité d‘ADN dans le noyau est doublée: elle passe de 2n ADN à 4n ADN.
Pendant la phase G2, la quantité d’ADN reste stable et égale à 4n ADN.
Vl.2 L’acide Ribonucléique ou ARNL’ARN est un acide nucléique, c’est-à-dire une molécule constituée d’un enchaînement de nucléotides. Chaque nucléotide de l’ARN est constitué d’un pentose, le ribose, dont les atomes de carbone sont numérotés de 1′ à 5′, d’une base azotée, ou base nucléique, et d’un groupe phosphate
La molécule d’ARN est monocaténaire (un seul brin), il n’y a donc pas de liaisons hydrogènes). Par ailleurs, la Thymine est remplacée par l’uracile. Trois types d’ARN existent :
– Les ARN messagers (ARNm),
– Les ARN des ribosomes (ARNr)
– Les ARN de transfert des acides aminés (ARNt).
Tous ces ARN sont les acteurs du montage des chaînes polypeptidiques. ‘
Les bases des ARNm sont disposées en groupes de 3 constituants des codons.
On peut avoir le codon initiateur AUG ou GUG est au début de chaque ARNm et code respectivement pour la méthionine ou la valine. Les codons « non sens » ou « stop » (UAA, UAG, UGA) sont à la fin de chaque ARNm et ne correspondent à aucun acide aminé. Leur présence marque la fin de la synthèse. Chaque ARNt ne porte que 3 bases complémentaires de celles des codons de l’ARNm; on les appelle anticodons.
arnTitre : Brin d’ARN
Vl.3- La notion de gène
a) La définition de gène
Les unités fondamentales de la vie sont les cellules, qui contiennent les protéines nécessaires à leur structure. Pour garantir le maintien de la vie, des protéines différentes doivent être produites et chacune en quantités précises. L’information pour construire chaque type de protéine se trouve dans les gènes.
Un gène est un segment d’ADN qui porte l’information pour construire une protéine.
Le passage du gène à la protéine se fait par l’intermédiaire d’une copie provisoire de I‘ADN, ce qu’on appelle un ARN messager.
Le processus de synthèse des protéines (transcription d’ARN messager, épissage du messager et traduction en séquence de protéine) qu’on appelle « expression du gène » doit être finement réglé selon les besoins spécifiques. Tout cela dans un langage à la fois simple (un alphabet composé seulement de quatre symboles) mais aux combinaisons quasiment infinies ‘
b) La variation de l’action d’un gène dans le temps
Un gène ne s’exprime pas toujours tout au long de la vie. Il choisit des moments particuliers pour entrer en action avant de «s’endormir» à nouveau. Certains gènes ne s’expriment que quelques jours pendant le développement fœtal pour se taire ensuite, sauf dans le cas certaines maladies.
D’autre part, pour comprendre la fonction d’un gène, il ne suffit pas d’en connaître la structure et les modalités d’expression. Il faut surtout créer des situations «in vitro» ou «in vivo» dans lesquelles la fonction de ce gène est altérée d’une manière quelconque. On «déclenche » alors biochimiquement l’entrée en action d’un gène chez un animal transgénique ou alors on cherche des mutants naturels. L’effet de ces mutations donne alors des indications sur le rôle de cette unité d’informations dans le contexte d’un organisme.
c) La régulation de l’expression des gènes
La régulation de l’expression des gènes est l’ensemble des mécanismes de contrôle mis en œuvre pour passer de l’information génétique incluse dans une séquence d’ADN à un produit de gène fonctionnel.
Les quantités de protéines synthétisées par une cellule ne sont pas nécessairement fixes, mais varient en fonction des besoins de la cellule. Cette variation du niveau d’expression d’un gène peut résulter d’une régulation de chacune des étapes qui viennent d’être décrites.
d) L’ADN, support de l’information génétique
L’information génétique détermine les caractères de chaque espèce vivante. Elle est transmise des parents à leurs descendants, Essentielle à la construction et au fonctionnement de la cellule et de l’espèce, elle se trouve principalement dans le noyau. Elle est la même dans toutes les cellules de l’espèce, qui la copient à chaque division cellulaire. L’expression de cette information est spécifique selon la fonction et le rôle de la cellule.

Conclusion
L’acide désoxyribonucléique (ADN) est le support universel de l’information génétique chez les êtres vivants. Une cellule diploïde, notée 2n, possède des chromosomes associés deux à deux qui sont les paires de chromosomes homologues.
Les cellules reproductrices sont haploïdes, notées n, Elles possèdent un seul exemplaire de chromosomes homologues.
La présentation des chromosomes d’une cellule, rangés par taille décroissante, constitue son caryotype.
Un gène est un fragment d’ADN qui correspond à un caractère héréditaire et constitue l’unité d’information génétique.
L’ensemble des gènes d’un individu forme le génome.
L’expression des caractères qu’ils gouvernent, telle qu’on peut l’observer, constitue le phénotype. L’emplacement occupé par un gène sur le chromosome est le locus.

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