L'ensemble des informations génétiques possédées par tous les êtres vivants proviennent de la même molécule : l'ADN (acide désoxyribonucléique). Ce patrimoine génétique se transmet de génération en génération à l'aide des chromosomes lors de la rencontre entre les gamètes. Pour que la cellule-œuf, issue de la fécondation, puisse donner un organisme dans lequel chaque cellule contient la même information génétique, il faut qu'elle puisse se multiplier et multiplier aussi son ADN : c'est la division cellulaire.
Le support de l'information génétique
La similitude de la structure cellulaire commune à tous les êtres vivants et l'universalité de la molécule d'ADN mettent en évidence une origine commune à tous les êtres vivants. L'ADN est réparti en plusieurs chromosomes. Ils sont au nombre de 46 chez l'espèce humaine.
Une origine commune à tous les êtres vivants
L'étude de l'ADN et de l'information génétique chez les êtres vivants a permis la découverte d'un ancêtre commun à tous les êtres vivants de la Terre.
Les scientifiques ont pu montrer que la vie est apparue sur Terre il y a environ 3,5 milliards d'années sous la forme d'organismes unicellulaires qui possédaient déjà un patrimoine génétique dérivé de l'ADN.
ADN
L'ADN (acide désoxyribonucléique) est un ensemble d'éléments chimiques nombreux, variés et reliés qui forment deux brins enroulés entre eux en une structure particulière dite de double hélice. Cette molécule universelle est le support de l'information génétique de tous les êtres vivants. Les éléments chimiques se répètent de façon à former un code : le code génétique (comme un code-barres).
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Gène
Un gène est une portion d'ADN responsable de l'expression et de la transmission d'un caractère héréditaire. Il représente l'unité de base de l'information génétique.
Le gène GFP donne une couleur fluorescente à l'individu.
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Puisque n'importe quel être vivant est capable de lire le même gène, cela montre que l'information génétique contenue dans les gènes et portée par l'ADN est la même pour tous les êtres vivants. Cette information génétique a été héritée d'un seul et même ancêtre commun à tous les êtres vivants sur Terre.
Les chromosomes
Les chromosomes sont des structures visibles dans la cellule quand celle-ci se multiplie. Ils ont la forme de bâtonnets et sont constitués d'ADN.
L'ADN d'une cellule est réparti en plusieurs chromosomes (46 dans l'espèce humaine).
Chromosome
Un chromosome est constitué de longs filaments d'ADN pelotonnés.
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Le plus long chromosome chez l'homme est le chromosome 1. Si l'on déroulait le chromosome 1, le filament d'ADN qui le compose mesurerait plus de 8 centimètres.
Les chromosomes sont souvent invisibles au microscope. Toutefois, lorsqu'une cellule se divise, ils se condensent (c'est-à-dire qu'ils s'enroulent sur eux-mêmes) et prennent la forme de bâtonnets que l'on peut observer au microscope.
Chez la plupart des êtres vivants, et en particulier chez l'homme, l'ADN forme plusieurs chromosomes distincts. L'ensemble des chromosomes constitue le caryotype d'une cellule.
Caryotype
Le caryotype est une présentation organisée de l'ensemble des chromosomes d'une cellule.
Chez l'homme, il y a 46 chromosomes qui forment 23 paires.
Le caryotype d'une cellule humaine d'un individu de sexe masculin est le suivant. On remarque que la paire 23 est constituée d'un chromosome X et d'un chromosome Y. Il s'agit de la paire de chromosomes sexuels.
Les paires de chromosomes sont formées par des chromosomes qui fonctionnent ensemble. Pour les espèces qui ont une reproduction sexuée, comme l'humain, chaque paire est composée d'un chromosome qui vient de la mère et d'un chromosome qui vient du père.
Le plus souvent, les deux chromosomes d'une paire sont similaires (de par leur taille et de par l'information génétique contenue). Toutefois, il existe des cas, comme la paire 23 de chromosomes sexuels chez l'humain, où les deux chromosomes peuvent être différents.
Deux chromosomes qui appartiennent à la même paire sont dits homologues.
La conservation et la transmission de l'information
Chez les êtres vivants qui ont une reproduction sexuée, il existe des cellules reproductrices appelées « gamètes ». Les gamètes sont produits lors de la méiose par division. La fécondation est la rencontre de ces deux gamètes. Le résultat donne une cellule-œuf qui contient à nouveau des paires de chromosomes, un du gamète femelle et un du gamète mâle.
La formation de gamètes
Les gamètes sont les cellules reproductrices d'un individu. Ils sont produits par la méiose pour ne contenir qu'un seul exemplaire de chaque paire de chromosomes.
Les êtres vivants ayant une reproduction sexuée possèdent des cellules reproductrices appelées les « gamètes ».
Reproduction sexuée
La reproduction sexuée nécessite la rencontre et la fusion, lors de la fécondation, de deux gamètes de la même espèce mais de sexes différents pour obtenir une cellule-œuf, celle d'un nouvel individu.
Chez l'homme, les gamètes contiennent 23 chromosomes : chaque gamète contient la moitié des chromosomes nécessaires à créer un être humain (46 chromosomes).
Chez l'humain, les gamètes femelles sont appelés « ovules » et sont produits dans les ovaires. Ils contiennent 23 chromosomes. Les gamètes mâles sont appelés « spermatozoïdes » et sont produits dans les testicules. Ils contiennent 23 chromosomes.
Les gamètes sont produites par la méiose. Les principales étapes de la méiose sont les suivantes :
- Les chromosomes d'une même paire se réunissent (on dit aussi qu'ils « s'appareillent »).
- Un chromosome de chaque paire est réparti dans une des deux cellules filles qui deviendront les gamètes.
Méiose
La méiose désigne une succession de deux divisions cellulaires donnant des gamètes ne possédant qu'un seul chromosome de chaque paire à partir d'une cellule possédant les paires de chromosomes.
Les gamètes se distinguent des autres cellules de l'organisme car elles n'ont qu'un chromosome de chaque paire. Toutes les autres cellules en ont deux.
La fécondation
La fécondation est la rencontre et la fusion de deux gamètes de sexes opposés. Le résultat de la fécondation est une cellule-œuf.
Les gamètes sont des cellules qui n'ont qu'un chromosome de chaque paire. Lors de la rencontre et de la fusion de deux gamètes de la même espèce mais de sexes différents, il y a fécondation. Le résultat de cette fécondation est la création d'une cellule-œuf, c'est-à-dire d'un nouvel individu.
Chez l'humain, une cellule-œuf possède 46 chromosomes répartis en 23 paires. Le nombre de chromosomes est bien conservé suite à la fécondation. Il est important de noter que la cellule-œuf contient une information génétique qui provient pour moitié du père et pour moitié de la mère. Ceci explique en partie pourquoi un enfant ressemble à ses deux parents sans pour autant être totalement identique à l'un ou à l'autre. C'est l'hérédité.
La multiplication des cellules
Pour que la cellule-œuf, issue de la fécondation, puisse donner un organisme dont chaque cellule possède la même information génétique, il faut qu'elle puisse se multiplier et multiplier aussi son ADN : c'est la division cellulaire. Les deux étapes-clés de cette division cellulaire sont la copie à l'identique de l'information génétique de la cellule mère, puis la répartition de ces deux copies dans les deux cellules filles lors de la mitose.
La copie à l'identique de l'information génétique
La première étape de la division cellulaire consiste à copier à l'identique l'information génétique de la cellule mère, et donc à copier chaque chromosome à l'identique.
Afin de préparer la division cellulaire, au début du cycle, chaque chromosome est copié à l'identique. Cette copie aboutit à un chromosome avec deux filaments d'ADN (ou chromosome double) qui contiennent exactement la même information et sont attachés par leurs centres. Ils deviennent visibles avant la division cellulaire. Toutefois, cela n'est le cas que pour cette phase du cycle cellulaire. La plupart du temps, les chromosomes ne contiennent qu'un seul filament d'ADN (chromosome simple).
Cycle cellulaire
Le cycle cellulaire est l'ensemble des étapes que réalise une cellule afin de se diviser en deux cellules filles identiques.
Sur ce schéma est représentée la copie de l'information génétique pour la paire de chromosomes 9. Après la copie, on considère toujours que la cellule a une seule paire de chromosomes 9 (mais des chromosomes doubles), car la copie s'effectue à l'identique. Il n'y a donc pas de nouvelle information génétique.
Le cycle cellulaire a une durée variable selon les espèces.
Chez l'humain, le cycle cellulaire dure environ 24 heures (mais cela dépend du type de cellule). Certains organismes comme la levure ont un cycle cellulaire qui dure entre 1 h 30 et 2 heures.
La mitose
La seconde étape de la division cellulaire est la répartition de ces deux copies de chromosomes dans les deux cellules filles. Cette étape est appelée « mitose ».
La mitose désigne une division cellulaire qui sépare les deux molécules d'ADN identiques de chaque chromosome double. Les deux filaments d'ADN qui étaient attachés par leur centre se détachent et migrent dans chacune des cellules filles.
La division rétablit alors la quantité normale d'ADN dans chacune des cellules filles. Le nombre de chromosomes n'est pas modifié, assurant ainsi la stabilité génétique de l'individu.
