III-Les Chromosomes

• Généralités

Les chromosomes ont été découverts en 1980 sous forme de bâtonnets. Leur taille microscopique n’affecte en rien leur gigantesque importance. Ils sont constitués d’une molécule d’ADN, porteuse des gènes, contenant la totalité de l’information génétique de chaque être vivant.
En microscopie électronique, on repère les chromosomes sous différents aspects.
Les chromosomes sont situés à l’intérieur du noyau pour les cellules eucaryotes. Ce qui n’est pas le cas des cellules procaryotes dans la mesure où ces dernières ne possèdent pas de noyau. Les chromosomes des cellules procaryotes sont situés dans une région spécifique du cytoplasme (le nucléoïde).

• Définition

Comme dit précédemment, un chromosome correspond à une molécule d’ADN. Cette molécule est formée de deux brins. Chaque brin est un polymère de quatre nucléotides différents : Adénine=A, Guanine=G, Thymine=T, Cytosine=C.
Les deux brins de la molécule d’ADN sont associés par la règle de la complémentarité des bases : A s’associant avec T par deux liaisons hydrogène, et G avec C par trois liaisons hydrogène. On en déduit donc que la liaison (Adénine-Thymine) est plus résistante que la liaison (Guanine-Cytosine).

• Structure et fonction des chromosomes

tiré de: http://home.planet.nl/~gkorthof/korthof59.htm

• Les gènes

Les gènes représentent des parties spécifiques de la molécule d'ADN, c'est l'ensemble des séquences nécessaires à la transcription de l'ADN en ARN.
Les gènes sont constitués par une succession d'introns et d'exons. Ces derniers persistent dans la molécule d'ARN mature tandis que les introns ont été éliminés par épissage.

Schéma

www.artezia.net/sante/genetique/genetique.htm.


La notion du gène :

Soit un brin d’ADN fictif noté ADN (f), où les nucléotides ne sont plus uniquement les lettres ATGC. Dans notre brin d’ADN (f), les nucléotides sont représentés par toutes les lettres de l’alphabet. Nous avons donc 26 types de nucléotides au lieu de 4 dans notre ADN (f)


Brin d’ADN (f) :
5’-gcpqwxyozmaisonoihjftélévisionoaeoiordinateurhgsdmk-3’

Dans cette séquence, on remarque une suite de lettres. L’enchaînement de ces lettres peu aboutir à une véritable signification.
Dans notre ADN (f) notre cerveau reconnaît trois mots : maison, télévision et ordinateur. Ces trois mots qui ont une signification sont les gènes de notre ADN (f).

• Les télomères

Les télomères sont situés à l’extrémité du chromosome. Ils comportent des séquences répétitives qui sont reliées à des protéines protectrices des extrémités du chromosome.

• Origine de réplication

L’origine de réplication correspond à une région spécifique de l’ADN permettant l’initiation de la réplication bidirectionnelle. Les origines de réplication sont appelées « ori » chez les procaryotes et « ars » chez les eucaryotes. (cf. cours sur la réplication)

• Centromère

Le centromère visible sur le schéma ci-dessous est le point de contact entre les deux chromatides sœurs.
Durant la mitose, plus précisément à l’anaphase, les centrosomes permettent la réalisation d’un complexe protéique appelé : kinétochore. Abordés au 2e semestre, les kinétochores vont induire la fixation des microtubules du fuseau mitotique au chromosome pour réaliser la séparation ainsi que la migration des deux chromatides sœurs vers les deux pôles opposés de la cellule en cours de division.

• Le chromosome métaphasique

Le chromosome est dit métaphasique car il prend cette forme uniquement durant la métaphase. En d’autre termes, les chromosomes ne possèdent cette forme que pendant une infime partie de leur existence. En général il prend la forme d’un simple fil plus ou moins condensé (pour une représentation à l’échelle cellulaire !!!)
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.

• Les chromosomes en écouvillon

Les chromosomes en écouvillons se trouvent dans les ovocytes d’embryons durant la méiose au stade diplotène dans la prophase 1.

• Les chromosomes polyténiques

Les chromosomes polyténiques sont les chromosomes que l’on retrouve chez les larves d’insectes et dans les glandes salivaires. Il s’agit de chromosomes géants qui ont subit de nombreuses réplications sans pour autant subir de divisions. Un grand nombre de copies de chromatides sont réalisée sachant que les chromatides restent soudées entre elles.

• L'ADN chromosomique et son empaquetage par les histones

L’ADN chromosomique est associé à des protéines : les histones (entre 11 et 21 Kda) .IL est constitué de 50% d’histones et de 50% d’ADN. Les histones sont des petites protéines très riches en lysine et arginine qui sont des acides aminés basiques chargées positivement.

• Structure et formation des nucléosomes
  

L’image ci-dessous représente l’ADN à structure en « collier de perle » où chaque « perle » est un nucléosome. Comme on peut le constater, les nucléosomes sont à intervalle régulier (1 nucléosome tous les 200 paires de bases). Cette structure n’existe pas chez les procaryotes.
Grâce aux nucléosomes, l’ADN est raccourci 4.5 fois.


Image obtenue en microscopie électronique

Schéma simplifié

L’ADN en rouge s’enroule autour du complexe d’histones en jaune de façon à former le nucléosome. 3 nucléosomes sont donc représentés sur le schéma ci-dessus.

© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.



Nucléosomes= ADN + Histones

Le brin d’ADN est enroulé autour de plusieurs molécules d’histones de façon à former un nucléosome. Il existe un nucléosome tous les 200 paires de bases.

Les chromosomes sont constitués de 50% d’ADN et de 50% d’histones.



Il existe 5 types d’histones :

H1 ainsi que H2a H2b H3 et H4. Les 4 derniers types d’Histones sont en double exemplaire pour former l’octamère d’histones enroulé par le brin d’ADN.
On a deux copies de H2a, H2B, H3, et H4


Schéma récapitulatif :
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.

• L'histone H1
  
  L’histone 1 est une protéine, de 220 acides aminés, dont le poids moléculaire est de 21 KDa. Cette protéine se fixe sur le complexe ADN-(H2A ; H2b ;H3 ;H4) de manière à bien consolider l’ensemble.
  
  L’histone 1 s’associe au complexe : l’histone est formé.