Prends un moment pour réfléchir à ton identité. Qu'est-ce qui te définit ? Qu'est-ce qui te rend unique ? Est-ce ta personnalité ? Ta famille ou tes amis ? Peut-être s'agit-il de tes caractéristiques physiques ou mentales ?
Les êtres humains tentent de répondre à cette question depuis aussi longtemps que l'on puisse se souvenir, et nous avons trouvé de nombreuses réponses. Les biologistes en ont trouvé une qui a obtenu beaucoup de soutien et qui fonctionne pour toutes les formes de vie : L'ADN. Mais les différents organismes conservent leur ADN sous différentes formes, l'une d'entre elles étant les chromosomes !
Dans ce résumé de cours, nous explorerons les notions essentielles liées aux chromosomes. Nous commencerons par définir ce qu'est un chromosome et présenterons sa fonction, sa structure ainsi que son emplacement dans la cellule. Nous aborderons ensuite le concept de génome et approfondirons notre compréhension des chromosomes homologues et sexuels.
Qu'est-ce qu'un chromosome ?
Un chromosome est une structure en forme de fil qui se trouve dans le noyau des cellules eucaryotes et qui contient l'ADN, en plus des protéines associées, et qui transporte l'information génétique nécessaire pour la transmission des caractéristiques héréditaires d'un organisme à sa descendance.
Ces paquets serrés d'ADN et de protéines contiennent les informations qui composent tous les êtres vivants ! Les chromosomes font partie du génome d'une cellule.
Fonction des chromosomes
Bien qu'il soit microscopique, l'ADN est une molécule extrêmement longue, semblable à une corde. Si tout l'ADN d'une seule de vos cellules était déplié et étiré bout à bout, il mesurerait près de 3 mètres de long.
Ton corps est composé de près de 37 trillions de cellules ! Si tout ton ADN était étiré de la sorte, il s'étendrait sur 111 milliards de kilomètres. Pour y parvenir, tes cellules enveloppent l'ADN lorsqu'il n'est pas utilisé.
Prenons une analogie plus simple.
Pense à un cerf-volant. Un jour de grand vent, il peut être amusant de le faire voler dans les airs, mais n'importe quel autre jour, il ne volerait pas. Au lieu de cela, tu enroules la ficelle autour d'une bobine pour la garder propre, puis tu enroules le cerf-volant autour de cette bobine pour le ranger.
Ce cerf-volant est une analogie utile pour nous aider à penser à l'ADN et aux chromosomes. Lorsqu'il est utilisé au cours de la réplication, de la transcription et de la traduction de l'ADN, l'ADN est déballé et libre, tout comme le cerf-volant et sa ficelle, libre de voler dans les airs. Mais si tu veux stocker le cerf-volant, tu dois l'enrouler.
De même, les cellules eucaryotes et procaryotes plient et enroulent l'ADN pendant la division cellulaire, dans le cadre du cycle cellulaire. Cela aide l'ADN à être divisé de manière égale. L'ADN s'enroule autour de lui-même et des protéines, le résultat final étant un chromosome.
Structure et emplacement des chromosomes
Chromosomes procaryotes
Un chromosome procaryote est une seule et longue molécule d'ADN à double brin qui forme une boucle circulaire. La région de la cellule où les procaryotes conservent leur chromosome s'appelle le nucléoïde.
Le schéma ci-dessous montre la structure d'une cellule procaryote avec le chromosome dans le nucléoïde (figure 1). Les procaryotes récupèrent souvent de plus petites boucles d'ADN dans leur environnement, ce sont les plasmides. Ils ne sont pas essentiels à la vie du procaryote, mais ils contiennent souvent des caractéristiques avantageuses, comme la résistance aux antibiotiques, et sont un moyen unique de transmettre les caractéristiques bénéfiques entre les cellules bactériennes des colonies.
Fig. 1 - Cellule procaryote montrant un chromosome d'ADN dans le nucléoïde
Chromosomes eucaryotes
Les eucaryotes possèdent de nombreuses molécules d'ADN linéaires séparées en chromosomes. Les chromosomes sont situés dans le noyau de la cellule eucaryote, et sont plus visibles dans la cellule pendant la division cellulaire.
Les chromosomes sont formés au cours de niveaux complexes de repliement. Tout commence par un long double brin d'ADN répliqué, après la phase S du cycle cellulaire. La double hélice s'enroule ensuite autour d'une protéine appelée histone, de manière très similaire à l'enroulement de la ficelle du cerf-volant autour de sa bobine. L'ADN enroulé autour d'une histone s'appelle un nucléosome.
Les nucléosomes continuent à s'enrouler, presque comme un ressort. Cet ensemble de nucléosomes multiples enroulés est appelé chromatine. La chromatine est ensuite enroulée encore davantage autour de protéines d'échafaudage. Enfin, toute la chromatine s'enroule autour des protéines d'échafaudage, formant ainsi un chromosome (figure 2).
Chaque fois que l'ADN s'enroule de cette manière, sa longueur physique devient de plus en plus courte, ce qui lui permet d'être facilement stocké dans le noyau et de rester en sécurité pendant la division cellulaire.
Fig. 2 - Organisation structurale d'un chromosome
En regardant la dernière rangée ci-dessus, tu verras le chromosome dupliqué. Le chromosome est dupliqué, car les chromosomes se replient après la réplication de l'ADN, la phase S du cycle cellulaire.
Comme cela se produit après la réplication de l'ADN, les chromosomes ressemblent à de petits X. Chaque moitié du X est identique. Chaque moitié du X est constitué d'ADN identique, répliqué, appelé chromatide.
Réunies dans cette forme en X, elles sont appelées chromatides sœurs, car elles proviennent du même « parent » lors de la réplication de l'ADN. Elles sont maintenues ensemble par une structure située au milieu du X, appelée centromère.
Pendant la division cellulaire, tous les chromosomes de la cellule s'alignent avec leurs centromères au milieu de la cellule. Les fuseaux mitotiques s'attachent au centromère pour séparer les chromatides sœurs en deux nouvelles cellules filles.
Le fuseau mitotique est une structure microtubulaire formée au cours de la division cellulaire qui sépare les chromatides sœurs vers les côtés opposés de la cellule pendant la division. Si tout se passe bien, les cellules filles auront chacune une copie de chaque chromatide.
Génome et chromosomes homologues
Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un organisme.
Chez les procaryotes, il comprend leur chromosome circulaire unique et les plasmides qu'ils prélèvent dans l'environnement. Chez les eucaryotes, le génome comprend leur ADN mitochondrial et tous leurs chromosomes nucléaires.
Nombre de chromosomes
Chaque espèce possède un certain nombre de chromosomes dans son noyau. La cellule humaine moyenne, une cellule somatique, en possède 46 au total, et les gamètes humains (les cellules sexuelles telles que les ovules et les spermatozoïdes) en possèdent la moitié, soit 23.
Lorsque les gamètes se rencontrent au cours de la reproduction sexuée, l'ovule fécondé possède un jeu complet de chromosomes correspondants, 23 provenant du sperme et 23 de l'ovule.
Comme le nombre de chromosomes diffère d'une espèce à l'autre, les scientifiques utilisent la lettre n pour désigner le nombre de chromosomes reçus du parent de l'organisme. Dans le cas de l'homme, n serait de 23 chromosomes, et la cellule somatique aurait 2n, soit 46 chromosomes. Nous avons également des termes spéciaux pour désigner cela : nous appelons les cellules qui ont 2n chromosomes diploïdes, et les cellules qui ont seulement un n chromosomes haploïdes.
Chromosomes homologues
Les chromosomes homologues sont l'ensemble correspondant de 2n chromosomes. Les chromosomes homologues sont des chromosomes qui contiennent la même information. Chaque paire de chromosomes homologues a la même longueur et contient le même nombre et les mêmes types de gènes au même locus (emplacement sur le chromosome).
Homologue vient des mots grecs pour « même » (homo) et ratio ou logique (logos).
Gènes et chromosomes
Les gènes sont l'unité fonctionnelle d'un chromosome et chaque gène contient les informations nécessaires à la fabrication de protéines pour une caractéristique spécifique.
Une paire de chromosomes homologues possède tous deux des gènes pour la couleur des cheveux, mais chaque chromosome peut avoir une version légèrement différente, un trait différent. Nous appelons chaque version du trait un allèle.
Les deux chromosomes contiennent des informations qui codent pour la couleur des cheveux, mais le chromosome que tu as reçu de l'ovule peut contenir des instructions pour une couleur noire, tandis que le chromosome que tu as reçu du sperme peut contenir des instructions pour une couleur rousse.
Chaque chromosome d'une paire homologue provient d'un parent différent, et sera donc au moins légèrement différent. Même des différences mineures dans les séquences d'ADN d'une paire homologue peuvent conduire à des caractéristiques différentes, et la combinaison des deux permet une variation encore plus grande au sein d'une espèce.
Examinons le groupe sanguin humain.
Il existe trois caractéristiques différentes pour les protéines qui constituent le groupe sanguin que nous appelons A, B et O. Ton groupe sanguin dépend de la caractéristique ou allèle qui se trouve sur ton chromosome. Nous recevons une paire de chromosomes homologues, l'un provenant de l'ovule et l'autre du sperme. Tu peux avoir deux chromosomes avec la même caractéristique, donc AA, BB ou OO, ou tu peux avoir une combinaison de groupes sanguins, comme AB, OA ou OB.
Chromosome X et Y
Chaque chromosome d'une paire homologue a presque exactement la même longueur et contient les gènes des mêmes caractéristiques. Les exceptions notables à cette règle sont les chromosomes sexuels : X et Y.
Le chromosome X est beaucoup plus grand que le chromosome Y, et seule une petite partie de ces chromosomes possède des gènes homologues, qui sont des gènes pour les mêmes caractéristiques. Ces gènes contribuent à déterminer les caractéristiques sexuelles des femelles et des mâles.
L'image ci-dessous, appelée caryotype, montre les 23 chromosomes humains homologues. Elle représente chaque paire et la différence de longueur des chromosomes X et Y (figure 3).
Fig. 3 - Un caryotype humain montre les 23 paires de chromosomes homologues, y compris la différence entre les chromosomes X et Y
Chromosome - Points clés
- Les chromosomes sont constitués d'ADN et de protéines et aident l'ADN à se diviser de manière égale pendant la division cellulaire.
- Les chromosomes procaryotes sont stockés dans le nucléoïde de la cellule, tandis que les chromosomes eucaryotes se trouvent dans le noyau de la cellule.
- Les chromosomes eucaryotes sont linéaires, tandis que les chromosomes procaryotes sont circulaires.
- Les eucaryotes ont des chromosomes homologues, c'est-à-dire des chromosomes qui contiennent des gènes pour la même information.
- Les chromosomes sexuels sont des chromosomes homologues qui contiennent les gènes des caractéristiques sexuelles. Ces chromosomes ont un aspect différent les uns des autres et sont nommés en fonction de leur apparence : X et Y.
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