Toute cellule vivante renferme deux grandes familles de molécules porteuses de l'information génétique, appelées acides nucléiques : l'acide désoxyribonucléique (ADN), qui conserve durablement cette information, et l'acide ribonucléique (ARN), qui participe à son utilisation par la cellule.
Des techniques cytochimiques simples permettent de repérer et de localiser les acides nucléiques dans une cellule.
Les acides nucléiques sont de longues chaînes formées par la répétition d'une unité appelée nucléotide. Chaque nucléotide résulte de l'association de trois constituants : une base azotée, un sucre à cinq atomes de carbone (pentose) et un acide phosphorique (groupement phosphate). Les nucléotides se lient bout à bout (liaison entre le phosphate de l'un et le sucre du suivant) pour constituer un brin.
L'ADN est constitué de deux brins de nucléotides, enroulés l'un autour de l'autre en une double hélice. Son sucre est le désoxyribose. Ses bases azotées sont au nombre de quatre : adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C). Les deux brins sont associés par des liaisons hydrogène qui ne s'établissent qu'entre bases complémentaires précises : A avec T, et G avec C. Grâce à cette complémentarité, les deux brins portent une information identique et permettent la copie fidèle de la molécule.
L'ARN, à la différence de l'ADN, est le plus souvent formé d'un seul brin de nucléotides. Son sucre est le ribose. Trois de ses bases sont communes à l'ADN (A, G, C) mais la thymine y est remplacée par une base propre à l'ARN : l'uracile (U). Il existe plusieurs sortes d'ARN (messager, de transfert, ribosomique), toutes copiées à partir de l'ADN et impliquées dans la fabrication des protéines.
La duplication (ou réplication) de l'ADN est la propriété que possède la molécule d'ADN de se recopier à l'identique en deux molécules filles, chacune rigoureusement semblable à la molécule mère. Elle se produit avant chaque division cellulaire, de sorte que les cellules issues de la division reçoivent chacune un exemplaire complet et fidèle de l'information génétique.
Les deux brins de la double hélice se séparent en un point donné, par rupture des liaisons hydrogène qui les unissaient. Chaque brin séparé sert alors de modèle (matrice) : en face de chacune de ses bases vient se placer, par complémentarité, le nucléotide libre correspondant (A en face de T, G en face de C, et inversement) ; ces nucléotides sont ensuite assemblés en un brin nouveau. Chaque molécule fille comporte ainsi un brin ancien, hérité de la molécule mère, et un brin nouvellement formé : ce mode de copie est dit semi-conservatif. Cette propriété repose entièrement sur la complémentarité des bases et assure la fidélité de la transmission du matériel génétique.
| Critère | ADN | ARN |
|---|---|---|
| Localisation | Noyau (chromatine, chromosomes) ; un peu dans les mitochondries | Noyau (nucléole) et cytoplasme (ribosomes, réticulum) |
| Sucre (pentose) | Désoxyribose | Ribose |
| Bases azotées | Adénine, Thymine, Guanine, Cytosine | Adénine, Uracile, Guanine, Cytosine |
| Structure | Double brin (double hélice) | Simple brin, le plus souvent |
Le chromosome est la forme très condensée que prend l'ADN, associé à des protéines, essentiellement visible au microscope optique lors de la division cellulaire. Il porte, répartie le long de sa molécule d'ADN, une partie de l'information génétique de la cellule.
En dehors des divisions, l'ADN nucléaire se présente sous une forme peu condensée appelée chromatine, association d'ADN et de protéines appelées histones. Au moment de la division, la chromatine se condense progressivement et fortement pour former les chromosomes.
Un chromosome métaphasique présente une constriction, le centromère, qui le sépare en deux bras. Selon la position de ce centromère, on distingue quatre formes de chromosomes : métacentrique (centromère central, bras de tailles voisines), submétacentrique (centromère décalé, bras inégaux), acrocentrique (centromère proche d'une extrémité, un bras très réduit) et télocentrique (centromère à l'extrémité même du chromosome).
Après la duplication de l'ADN, chaque chromosome comporte deux exemplaires identiques de lui-même, appelés chromatides sœurs, restant unies au niveau du centromère : on parle alors de chromosome dupliqué. Avant la duplication, ou après la séparation des chromatides en division, le chromosome ne comporte qu'une seule chromatide.
La compaction de l'ADN dans le chromosome suit plusieurs niveaux d'organisation successifs. La double hélice d'ADN s'enroule d'abord autour de complexes d'histones pour former des nucléosomes, unités répétées ressemblant à des perles enfilées sur un collier ; cet ensemble constitue la chromatine. Cette fibre de chromatine se replie et s'enroule ensuite sur elle-même à plusieurs reprises, formant des fibres de plus en plus épaisses et compactes, jusqu'à aboutir, au moment de la division cellulaire, au chromosome fortement condensé, seule forme visible en microscopie optique classique.
Le caryotype est la représentation ordonnée de l'ensemble des chromosomes d'une cellule. Il est obtenu en bloquant des cellules en métaphase (moment où les chromosomes, dupliqués, sont au maximum de leur condensation), en les photographiant, puis en classant les chromosomes par paires, selon leur taille décroissante, leur forme et la position de leur centromère.
Le caryotype est un outil précieux de diagnostic en médecine : il permet de vérifier le nombre de chromosomes d'un individu (46 chromosomes, soit 23 paires, chez l'être humain : 22 paires d'autosomes et une paire de chromosomes sexuels) et de mettre en évidence d'éventuelles anomalies chromosomiques, qu'elles portent sur le nombre de chromosomes (chromosome manquant ou surnuméraire au sein d'une paire) ou sur leur structure (perte, échange ou inversion d'un segment de chromosome).
Compléter le tableau suivant, comparant l'ADN et l'ARN selon quatre critères : localisation, sucre, bases azotées, structure (simple ou double brin).
| Critère | ADN | ARN |
|---|---|---|
| Localisation | ? | ? |
| Sucre | ? | ? |
| Bases azotées | ? | ? |
| Structure | ? | ? |
| Critère | ADN | ARN |
|---|---|---|
| Localisation | Noyau (chromosomes) | Noyau et cytoplasme (ribosomes) |
| Sucre | Désoxyribose | Ribose |
| Bases azotées | Adénine, Thymine, Guanine, Cytosine | Adénine, Uracile, Guanine, Cytosine |
| Structure | Double brin (double hélice) | Simple brin (le plus souvent) |
Expliquer le principe de la complémentarité des bases azotées de l'ADN, puis montrer en quoi ce principe est indispensable au mécanisme de duplication de l'ADN.
On observe au microscope, en métaphase de mitose, un chromosome en forme de « X » : deux bâtonnets identiques, accolés l'un à l'autre et reliés en un point unique situé sur leur longueur.
Le caryotype d'un individu est décrit ainsi : « 45 chromosomes au total ; les 22 paires d'autosomes sont normales ; il n'y a qu'un seul chromosome sexuel, un chromosome X, au lieu d'une paire. »
On donne un fragment de brin d'ADN, orienté 5'→3' :
Brin d'ADN (5'→3') : TAC GGA TGC CTA ACG
Brin complémentaire (3'→5') : ATG CCT ACG GAT TGC, soit, lu dans le sens 5'→3' habituel : 5'-CGT TAG GCA TCC GTA-3'.ARNm (5'→3') : AUG CCU ACG GAU UGC10 questions · Correction immédiate
L'ADN est principalement localisé dans :
Le sucre (pentose) présent dans les nucléotides de l'ADN est :
Le sucre (pentose) présent dans les nucléotides de l'ARN est :
Dans l'ARN, la base thymine de l'ADN est remplacée par :
Dans la double hélice d'ADN, la base adénine (A) s'apparie toujours avec :
La duplication (réplication) de l'ADN est un mécanisme qui permet :
Un chromosome dupliqué, observé en métaphase, est constitué de :
Le centromère d'un chromosome dupliqué a pour rôle principal de :
Le caryotype est défini comme :
L'établissement du caryotype d'un individu est utile en médecine principalement pour :