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nts d’ADN enroulés autour de protéines (les histones) ; elle peut être condensée sous forme de chromosomes (chaque chromatide contient une molécule d'ADN) en mitose ou décondensée dans le noyau en interphase. Problème : comment partager le matériel génétique tout en conservant l’information génétique, d’une génération cellulaire à une autre pour assurer une reproduction cellulaire conforme ? 1.1. Partager le patrimoine génétique : la mitose. Le cycle cellulaire : phase M. Activité 1 - Le nombre de chromosomes est identique pour tous les individus d’une même espèce, il est indiqué par la formule chromosomique ; Chez l’Homme, il y a 46 chromosomes qui s’associent par paire d’homologues, la formule est alors : 2n = 46. - Lors de la mitose : - Prophase : la chromatine se condense, les chromosomes s’individualisent, la membrane nucléaire se désorganise ; - Métaphase : les chromosomes s’alignent sur le plan équatorial de la cellule ; - Anaphase : les chromatides des chromosomes se séparent et chacune migre vers l’un des pôles de la cellule ; - Télophase : les chromatides se regroupent aux pôles des cellules et une membrane nucléaire se réorganise ; - Cytodiérèse (cytocinèse) : il y a séparation des deux cellules filles et reconstitution du noyau. - La mitose est une reproduction conforme qui conserve le nombre et la morphologie des chromosomes, elle assure ainsi la stabilité du caryotype. Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique, cours. Page 1

2n=6 Cellule mère Interphase G2 Prophase

Métaphase

2 cellules filles Interphase G1

Cytodiérèse

Anaphase Télophase

1.2. Conserver le patrimoine génétique : la réplication. Le cycle cellulaire : phase S. Activité 2 La réplication a lieu dans le noyau. - L’initiation de la réplication a lieu au niveau d’un œil de réplication formé par l’enzyme hélicase qui ouvre la double hélice d’ADN en rompant les liaisons faibles entre les bases azotées des deux brins ; - La progression de l’élongation de l’ADN a lieu au niveau des fourches de réplication grâce à l’enzyme ADN polymérase qui fixe des nucléotides libres (disponibles dans le noyau de la cellule) sur les bases complémentaires ; les deux brins sont répliqués ; - La terminaison de la réplication a lieu lorsque les deux nouvelles molécules d’ADN ont été synthétisées ; comme elles sont composées d’un brin parental et d’un brin néoformé, la réplication se fait selon un mode semiconservatif. Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique, cours. Page 2

- La réplication une reproduction conforme qui préserve la séquence des nucléotides par copie conforme.

La réplication semi-conservative ; d’après un schéma de Fabrice Morales

Conclusion : - En interphase, la quantité d’ADN double en phase S, il y a synthèse d’une deuxième molécule d’ADN qui constitue la deuxième chromatide du chromosome. - Durant la mitose, la quantité d’ADN diminue de moitié lorsque les chromatides se séparent en anaphase, ainsi, chaque cellule fille contient le même patrimoine génétique que la cellule mère. - Il y a donc multiplication cellulaire conforme aux échelles moléculaire (réplication) et cellulaire (mitose) 2. De la stabilité à la variation du patrimoine génétique. 2.1. L’origine de la variabilité de l’ADN. Le cycle cellulaire : phases S et G. Activité 3 - Des erreurs spontanées et rares peuvent survenir pendant la réplication de l’ADN ; l'ADN peut aussi être endommagé en dehors de la réplication par l’action d’agents mutagènes qui augmentent la fréquence des erreurs. - Le plus souvent l'erreur est réparée par des mécanismes de réparation liés à l’action d’enzymes qui permettent tant que possible de rétablir la viabilité d’une cellule. - Quand l’erreur n’est pas réparée, si les modifications n'empêchent pas la survie de la cellule, il apparaît une mutation, qui sera transmise si la cellule se divise ; les modifications du génome sont le plus souvent des mutations ponctuelles : des additions et des délétions qui correspondent à des ajouts ou à des pertes de bases, des substitutions qui correspondent au remplacement d’une base par une autre. 2.2. L’expression génétique et les conséquences de la variabilité de l’ADN, à l’échelle moléculaire. Le cycle cellulaire : phases G1 et G2. 2.2.1. L’expression génétique. Activité 4 Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique, cours. Page 3

2.2.1.1. La transcription. La transcription a lieu dans le noyau. - La pré-initiation et l’initiation. - Des facteurs de transcription si fixent sur des séquences en amont du gène qui correspondent à des régions régulatrices activatrices ou inhibitrices de la transcription (la régulation de l’expression du gène) ; - Une ARN polymérase et des facteurs de transcription qui possèdent une activité hélicase et une activité de réparation de l’ADN se fixent sur la séquence du promoteur du gène ; - L’initiation correspond au départ de la synthèse au niveau du triplet initiateur TAC. - L’élongation : l’ARN polymérase synthétise un brin d’ARN pré-messager (acide ribonucléique) monocaténaire complémentaire du brin d’ADN transcrit (brin matriciel ou anti-codant dirigé de 3’ vers 5’) en additionnant les nucléotides (dont les bases sont l’adénine, l’uracile (au lieu de thymine), la cytosine, la guanine).

Le brin codant d’ADN a la même séquence que le brin d’ARN, ils sont dirigés tous les deux de 5’ vers 3’. - La terminaison se fait lorsque l’ARN polymérase arrive au niveau d’une séquence spécifique, le terminateur. - Les produits de la transcription sont des transcrits primaires appelés ARN pré-messagers.

La transcription ; d’après un schéma de Fabrice Morales

2.2.1.2. La maturation. La maturation a lieu dans le noyau ; il y a addition de la coiffe en 5’ (capping), poly-adénilation en 3’ par la poly-A polymérase ; excision des introns et épissage des exons (splicing) : on obtient des ARN messagers matures. 2.2.1.3. La traduction. La traduction a lieu dans le cytoplasme. - L’initiation est permise grâce à la présence de facteur d’initiation ; un ribosome (deux sous unités) reconnait le début de la séquence codante et s’apparie aux bases de l’ARN messager, l’ARNt qui transporte la méthionine vient se placer dans le ribosome en face du codon initiateur AUG. Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique, cours. Page 4

- L’élongation est permise grâce à la présence de facteurs d’élongation, elle correspond à une synthèse protéique : - les ARNt charge un acide aminé grâce à une amino-acyl-tRNA-synthétase spécifique de l’acide aminé ; - le codon de l’ARNm s’apparie à l’anticodon de l’ARNt (couplage) selon le code génétique ; - une liaison peptidique est formée, grâce à l’activité peptidyl-transférase des ribosomes, entre l’acide aminé et l’extrémité de la chaine peptidique en cours d’élongation ; la lecture des codons par le ribosome (translocation) se fait de 5’ vers 3’. - La terminaison est permise grâce à la présence de facteurs de terminaison qui reconnaissent les codons stop UAA, UAG et UGA qui ne codent pour aucun acide aminé ; le ribosome se dissocie en deux sous-unités qui pourront recommencer de nouvelles lectures d’ARNm. (La méthionine sera le plus souvent enlevée juste après la synthèse de la chaîne peptidique) - L’enchaînement des ribosomes sur l’ARNm forme le polysome qui permet d’augmenter l’efficacité de la traduction en augmentant le nombre de polypeptides synthétisés. Le code génétique est : - universel : chaque acide aminé correspond à un ou plusieurs codons chez tous les êtres vivants ; - redondant (dégénéré) : plusieurs codons codent pour un même acide-aminé (64 codons et 20 acides aminés) ; - non-chevauchant : un codon ne correspond qu’à un seul acide aminé ; ainsi le prochain acide-aminé sera codé par le prochain codon présent sur l’ARNm : on parle du cadre de lecture ; - ponctué : le codon initiateur AUG et les codons de terminaison UAA, UAG et UGA.

La traduction ; adapté d’après un schéma de Fabrice Morales

Activité 5 2.2.2. Les conséquences des mutations à l’échelle moléculaire. - La séquence des nucléotides d'une molécule d'ADN code pour une molécule protéique donnée ; s’il y a une