L'information génétique est contenue dans l'ADN, qui est une molécule constituée de nucléotides. La séquence de nucléotides est essentielle car elle code, sous forme de gènes, l'information génétique, et ce pour tous les êtres vivants. L'universalité de l'information génétique est un indice de la parenté entre les êtres vivants. De plus, l'ADN peut varier grâce à des mutations qui créent de nouvelles versions des gènes, les allèles.
Le matériel génétique
La molécule d'ADN
La structure de l'ADN
L'ADN, ou acide désoxyribonucléique, est une longue molécule porteuse de l'information génétique. Elle constitue les chromosomes des cellules, quand la molécule d'ADN est condensée.
Chez tous les êtres vivants, l'ADN possède une structure identique : elle est constituée de deux brins (ou chaînes) enroulé(e)s en hélice. On parle de double-hélice de l'ADN : chacun des brins est un assemblage d'éléments appelés nucléotides.
Chaque nucléotide est constitué :
- D'un sucre, le désoxyribose
- D'un acide phosphorique
- D'une base azotée
Il existe quatre bases azotées : l'adénine, que l'on peut noter A ; la thymine, que l'on peut noter T ; la cytosine, que l'on peut noter C et la guanine que l'on peut noter G.
Structure d'un nucléotide
Les bases azotées des deux brins de l'ADN sont complémentaires deux à deux : il existe de ce fait une règle de complémentarité entre les deux brins. L'adénine est complémentaire de la thymine, la cytosine est complémentaire de la guanine, et inversement. La complémentarité entre les deux brins est une propriété essentielle pour la réplication de l'information génétique. Si l'on connaît la séquence de nucléotides d'un brin, on peut en déduire l'autre.
| Si un brin a une séquence : | A T C C G C T A |
| alors le brin complémentaire a une séquence : | T A G G C G A T |
Représentation d'une portion de la molécule d'ADN
L'ordre dans lequel se succèdent les nucléotides dans un brin d'ADN n'est pas dû au hasard. Une séquence de nucléotides, ayant un ordre particulier, constitue un code qui porte des informations. Cette information génétique est essentielle et universelle dans le monde du vivant, c'est-à-dire que la majorité des êtres vivants utilisent le même code.
Séquence d'ADN
La séquence de l'ADN correspond à l'ordre dans lequel sont assemblés les nucléotides. La séquence correspond à l'information génétique et les bases (A, T, C et G) sont comme les lettres qui composent des mots.
Chez l'humain, l'ensemble des chromosomes, s'ils étaient mis bout à bout, définiraient une séquence d'approximativement 3,4 milliards de nucléotides.
L'universalité de l'ADN
La molécule d'ADN et sa structure sont communes aux êtres vivants. On dit que l'ADN est le support universel de l'information génétique. De plus, l'information génétique est écrite dans un langage quasi universel.
L'universalité de l'ADN est un indice de l'origine commune des êtres vivants : il s'agit d'un indice de parenté. Il est donc possible d'en prélever un fragment dans l'organisme d'une espèce et de l'implanter dans l'organisme d'une autre espèce. C'est ce qu'on appelle la transgénèse, qui permet de produire des organismes génétiquement modifiés (OGM).
Transgénèse
La transgénèse est le processus de transfert et d'intégration d'un ADN "étranger" dans une cellule.
La transgénèse est utilisée en agriculture pour produire par exemple des maïs plus performants.
Le mécanisme de la transgénèse peut se décomposer en 2 étapes :
- L'identification d'un gène d'intérêt
- Le transfert du gène d'intérêt
Identification du gène d'intérêt
Tout d'abord, il est nécessaire de déterminer une caractéristique que l'on souhaite transférer d'un organisme (donneur) à un autre (receveur).
Pour une plante, on peut choisir d'augmenter la qualité nutritionnelle ou bien la résistance à un parasite.
Une fois le gène responsable de ce caractère identifié (gène d'intérêt), il est nécessaire de l'isoler. Le gène d'intérêt est ensuite inséré dans une construction moléculaire, associée à un marqueur, et amplifié.
Transfert du gène d'intérêt
Il existe plusieurs techniques de transfert de gènes. Pour vérifier que les cellules expriment bien le gène d'intérêt, il suffit de rechercher le marqueur. Les cellules possédant le gène d'intérêt sont sélectionnées (à l'aide du marqueur) et mises en culture. À terme, on obtient un végétal ayant une nouvelle caractéristique (OGM).
Les différentes étapes de la transgénèse
Suite à la transgénèse, on constate que l'organisme dans lequel le gène a été transféré se met à produire la même protéine que l'organisme à l'origine de ce gène. Cela montre que l'information génétique est lue et comprise par toutes les cellules de chaque espèce.
Les gènes et l'information génétique
La molécule d'ADN est constituée de séquences de nucléotides qui codent des informations. On peut ainsi découper une molécule d'ADN en un certain nombre de séquences porteuses d'informations qu'on appelle gènes. Chaque gène porte une information génétique précise, qui dépend de la séquence en nucléotides. Les gènes codent des protéines qui sont responsables des caractères constituant le phénotype observable d'un individu. Le phénotype de chaque individu dépend donc de son génotype.
Gène
Un gène est un fragment d'ADN qui code une protéine. Cela signifie que ce gène contient l'information permettant de fabriquer une protéine. Chaque protéine est responsable d'un caractère précis.
Génotype
Le génotype est l'ensemble des gènes et des allèles d'un individu.
Le génotype d'un humain est composé d'environ 25 000 gènes.
Phénotype
Le phénotype est l'ensemble des caractères observables et mesurables d'un individu.
La couleur des yeux, la taille, le groupe sanguin sont des caractères qui font partie du phénotype.
Génome
Le génome est l'ensemble des gènes d'une espèce. Cela étend le concept de génotype d'un individu à une espèce entière.
Les individus de la même espèce possèdent le même génome. Ils ont cependant des phénotypes différents. Cela suggère qu'il existe une variabilité au niveau des gènes eux-mêmes. En effet, tous les individus n'ont pas le même génotype. De plus, le phénotype dépend du génotype mais également de facteurs environnementaux.
La variabilité de L'ADN et de l'information génétique
Les mutations
Mutation
Une mutation est une modification, au hasard, de la séquence en nucléotides d'un gène.
La séquence A T A C C G T provient de la mutation de la séquence A T A G C G T.
Les mutations se produisent lorsqu'un nucléotide est remplacé par un autre (substitution), perdu (délétion) ou ajouté dans la séquence (insertion). Un gène muté peut alors coder une protéine différente. Une mutation peut également ne pas modifier l'information et toujours coder la même protéine. Dans ce dernier cas, la mutation est dite silencieuse.
Les mutations modifient l'ADN, et sont donc responsables de sa variabilité. Elles conduisent notamment à de nouvelles versions des gènes, c'est-à-dire des nouveaux allèles.
Les allèles
Allèle
Les allèles sont les différentes "versions" d'un même gène. Les allèles peuvent avoir des séquences différentes mais qui définissent un même caractère. Ces séquences sont alors souvent proches.
Le groupe sanguin est déterminé par un gène, appelé ABO. Il existe trois allèles de ce gène : l'allèle A, l'allèle B et l'allèle O.
Les mutations sont donc à l'origine de nouveaux allèles, et ainsi de la diversité du vivant.
Chaque individu possède deux allèles de chacun de ses gènes, allèles qui peuvent être identiques ou différents. Chaque chromosome de chaque paire porte un des allèles.