Que vous ayez ou non une formation en biologie moléculaire ou dans une branche des sciences de la vie, vous avez presque certainement entendu le terme "ADN" dans un certain contexte, que ce soit un drame policier (ou un véritable procès), une discussion informelle sur l'héritage ou une référence à la "substance" microscopique de base qui rend chacun de nous structurellement unique. Si vous avez entendu parler de l'acide désoxyribonucléique (ADN), le nom donné à la molécule qui stocke les informations génétiques dans tous les êtres vivants, vous connaissez au moins indirectement l'idée des chromosomes .
Ceux-ci, avec quelques mises en garde mineures, sont le résultat de diviser la copie complète de l'ADN dans le noyau de chaque cellule de votre corps en 23 parties. Une copie complète du code génétique d'un organisme est appelée son génome, et les chromosomes sont les pièces de puzzle individuelles de ce génome. Les humains ont 23 chromosomes distincts, tandis que d'autres espèces en ont plus ou moins; les bactéries ne possèdent qu'un seul chromosome circulaire.

Les chromosomes ont une hiérarchie structurelle qui se rapporte à la phase du cycle de vie de la cellule dans laquelle ces chromosomes sont assis. Pratiquement toutes les cellules ont la capacité de se diviser en deux cellules filles, un processus qui est nécessaire à la croissance de l'organisme entier, à la réparation des tissus endommagés et au remplacement des vieilles cellules usées. En règle générale, lorsqu'une cellule de votre corps se divise, elle fait deux copies génétiquement identiques d'elle-même; lorsque les chromosomes se copient pour se préparer à cette division, le résultat est une paire de chromatides identiques.
ADN: la racine de tout cela

L'ADN est l'un des deux acides nucléiques de la nature, l'autre étant ARN (acide ribonucléique). L'ADN est le matériel génétique de tout être vivant sur Terre. Les bactéries, qui représentent pratiquement toutes les espèces dans le monde des eucaryotes, ont une quantité relativement petite d'ADN disposée dans un seul chromosome circulaire (plus à venir). En revanche, les eucaryotes tels que les plantes, les animaux et les champignons ont un complément d'ADN beaucoup plus important, comme il convient aux organismes multicellulaires complexes; celui-ci est divisé en un grand nombre de chromosomes (les humains ont 23 paires par cellule).

L'ADN est constitué d'unités monomères appelées nucléotides. Chacun de ceux-ci consiste à son tour en un sucre à cinq carbones lié à un groupe phosphate à un carbone et à une base lourde en azote à un carbone différent. Cette base peut être soit l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) ou la thymine (T), et c'est cette variation qui permet à l'ADN de varier d'une personne à l'autre et le long de la même molécule d'ADN. Chaque "triplet" nucléotidique (par exemple, A-A-A, A-A-C, etc.) dans un brin d'ADN code pour l'un des 20 acides aminés, les monomères qui composent toutes les protéines. Tous les nucléotides séquentiels qui codent pour un seul produit protéique sont appelés gènes. L'ADN délivre en fait ses codes aux machines de fabrication de protéines d'une cellule via l'ARN messager (ARNm).

En ce qui concerne la relation de l'ADN avec les chromatides et les chromosomes, l'ADN est, notoirement dans les cercles scientifiques, à double brin et hélicoïdal. forme, comme le côté d'un escalier en colimaçon. Lorsque l'ADN est répliqué (c'est-à-dire copié) ou transcrit en ARNm, des parties locales de la molécule se déroulent pour permettre aux protéines enzymatiques qui aident dans ces processus de se déplacer et de faire leur travail. L'ADN, dans la vie, se trouve dans les noyaux des cellules eucaryotes, et dans le cytoplasme des bactéries, sous forme de chromatine.
Chromatine

La chromatine est un mélange inégal d'ADN et de protéines, avec la protéine composant constituant environ les deux tiers de la masse de la structure. Alors que l'ADN est le vecteur direct d'informations codées pour la fabrication de protéines (et d'organismes entiers), sans les protéines, appelées histones, il ne pourrait pas exister sous la forme compressée dans laquelle il doit exister pour s'adapter à l'intérieur d'un noyau cellulaire. Pour donner une idée de la compression de votre ADN, la copie complète qui se trouve à l'intérieur de chacune de vos cellules atteindrait 2 mètres (environ 6 pieds) si elle était étirée de bout en bout, mais chaque cellule est de l'ordre d'une ou deux -millionths of a meter across.

Ajouter de la masse pour économiser de l'espace peut sembler contre-intuitif, mais sans les protéines d'histones chargées positivement, ou quelque chose de semblable, se liant aux (et contrôlant ainsi largement l'arrangement des) chargées négativement Molécule d'ADN, l'ADN n'aurait aucune impulsion physique pour se comprimer. Les histones dans la chromatine existent sous la forme d'entités à huit molécules composées de quatre paires de sous-unités. La molécule d'ADN s'enroule autour de chacune de ces histones environ deux fois, comme du fil autour d'une bobine créant une structure appelée nucléosome. Ces nucléosomes forment à leur tour des piles, comme des rouleaux de pièces de monnaie; ces empilements eux-mêmes forment des structures annulaires, et ainsi de suite.

La chromatine se trouve dans un état relativement détendu (bien que toujours très bouclé et enroulé) lorsque les cellules ne se divisent pas. Cela permet à des processus tels que la réplication et la transcription d'ARNm de se produire plus facilement. Cette forme desserrée de la chromatine est appelée euchromatine. La chromatine qui est condensée et ressemble au matériel vu sur les micrographies de la division cellulaire est appelée hétérochromatine.
Notions de base sur les chromosomes

Elle simplifie la distinction entre la chromatine et les chromosomes pour savoir que les chromosomes ne sont rien de plus que la chromatine du corps divisée en structures physiques distinctes. Chaque chromosome comprend une longue molécule d'ADN ainsi que toutes les histones nécessaires pour l'emballage et le compactage.

Votre propre chromatine est divisée en 23 chromosomes, dont 22 sont des chromosomes numérotés (autosomes ou chromosomes somatiques) et le le dernier étant un chromosome sexuel, X ou Y. La plupart des cellules (les gamètes sont l'exception) contiennent deux copies de chaque chromosome, une de la mère et une du père. Alors que la séquence des bases sur les nucléotides des chromosomes de votre père diffère de celle des chromosomes de votre mère, les chromosomes avec le même nombre semblent pratiquement identiques au microscope. Les méthodes analytiques modernes permettent de distinguer formellement les chromosomes les uns des autres un exercice assez simple, mais même un examen visuel de base permet un niveau d'identification considérable si les yeux sont experts.

Lorsque vos chromosomes se répliquent entre les divisions cellulaires - cela est, lorsque chaque molécule d'ADN et les histones qui se lient à cette molécule font des copies complètes d'eux-mêmes - le résultat est deux chromosomes identiques. Ces chromosomes restent physiquement liés à un point de la chromatine hautement condensée appelé centromère ,
et les deux chromosomes identiques auxquels ils se joignent sont appelés chromatides (souvent des chromatides sœurs). Le centromère est à la même distance des extrémités correspondantes des chromatides sœurs, ce qui signifie que les bases azotées de l'ADN jointes de chaque côté du centromère sont les mêmes. Cependant, le centromère, malgré son nom, n'a pas besoin d'être au milieu des chromatides, et ce n'est généralement pas le cas. Les deux sections de chromatide plus courtes appariées d'un côté du centromère sont appelées les bras p du chromosome, tandis que les parties plus longues de l'autre côté du centromère sont appelées les bras q.
Chromatides vs chromosomes homologues

Il est important pour une compréhension complète de la génétique cellulaire, et en particulier de la division cellulaire, de comprendre la différence entre les chromosomes homologues et les chromatides. Les chromosomes homologues sont simplement les deux chromosomes que vous avez avec le même numéro, un de chaque parent. Votre chromosome 11 paternel est l'homologue de votre chromosome 11 maternel, et ainsi de suite. Ils ne sont pas identiques, pas plus que deux automobiles de la même année, la même marque et le même modèle, sauf au niveau de la construction; ils ont tous des niveaux d'usure différents, des totaux de kilométrage, des historiques de réparation et ainsi de suite.

Les chromatides sont deux copies identiques d'un chromosome donné. Ainsi, après réplication chromosomique mais avant division cellulaire, le noyau de chacune de vos cellules possède deux chromatides identiques dans chaque chromosome homologue mais non identique, pour un total de quatre chromatides, en deux ensembles identiques, associés à chaque numéro de chromosome.
Chromatides dans la mitose

Lorsque les cellules bactériennes se divisent, la cellule entière se divise et fait deux copies complètes d'elle-même qui sont identiques aux bactéries parentes et donc entre elles. Les cellules bactériennes manquent de noyaux et d'autres structures cellulaires liées à la membrane, donc cette division nécessite simplement que le seul chromosome circulaire assis dans le cytoplasme se réplique avant que la cellule ne se divise proprement en deux. Cette forme de reproduction asexuée est appelée fission binaire, et parce que les bactéries sont des organismes unicellulaires, la fission équivaut à reproduire l'organisme entier.

Chez les eucaryotes, la plupart des cellules du corps subissent un processus similaire lorsqu'elles se divisent, appelé mitose. Parce que les cellules eucaryotes sont plus complexes, contenant plus d'ADN organisé en plusieurs chromosomes et ainsi de suite, la mitose est plus élaborée que la fission, même si le résultat est le même. Au début de la mitose (prophase), les chromosomes prennent leur forme compacte et commencent à migrer vers le milieu de la cellule, et deux structures appelées centrioles se déplacent vers les côtés opposés de la cellule, le long d'une ligne perpendiculaire à celle le long de laquelle la cellule divise finalement. En métaphase, tous les 46 chromosomes s'alignent le long de la ligne de division, maintenant appelée plaque de métaphase, sans ordre particulier mais avec une chromatide sœur de chaque côté de la plaque. À ce moment, les microtubules s'étendent des centrioles de chaque côté de la plaque pour se fixer aux chromatides sœurs. En anaphase, les microtubules fonctionnent comme des cordes et séparent physiquement les chromatides au niveau de leurs centromères. En télophase, le noyau de la cellule et la cellule elle-même terminent leur division, avec de nouvelles membranes nucléaires et des membranes cellulaires fermant ces nouvelles cellules filles aux bons endroits.

Parce que les chromosomes s'alignent le long de la plaque de métaphase dans de manière à garantir qu'une chromatide sœur dans chaque paire se trouve de chaque côté de la ligne de division, l'ADN dans les deux cellules filles est exactement identique. Ces cellules sont utilisées dans la croissance, la réparation des tissus et d'autres fonctions d'entretien, mais pas dans la reproduction de l'organisme entier.
Chromatides dans la méiose

La méiose implique la formation de gamètes ou de cellules germinales. Tous les eucaryotes se reproduisent sexuellement et utilisent donc la méiose, y compris les plantes. En utilisant les humains comme exemple, les gamètes sont les spermatocytes (chez les mâles) et les ovocytes (chez les femelles). Chaque gamète n'a qu'une seule copie de chacun des 23 chromosomes. En effet, le sort idéal d'un gamète d'un sexe est de fusionner avec un gamète du sexe opposé, un processus appelé fertilisation. La cellule résultante, appelée zygote, aurait 92 chromosomes si chaque gamète avait les 46 chromosomes habituels. Il est logique que les gamètes n'aient pas à la fois une copie de la mère d'un chromosome et une copie du père, car les gamètes eux-mêmes sont des contributions parentales à la prochaine génération.

Les gamètes résultent d'une division unique de cellules spécialisées dans les gonades ( testicules chez les mâles, ovaires chez les femelles). Comme pour la mitose, les 46 chromosomes se répliquent et se préparent à s'aligner le long d'une ligne passant par le milieu de la cellule. Cependant, dans le cas de la méiose, les chromosomes homologues s'alignent les uns à côté des autres de sorte que la ligne de division ultime s'étend entre les chromosomes homologues mais pas entre les chromatides répliquées. Les chromosomes homologues échangent de l'ADN (recombinaison) et les paires de chromosomes se trient le long de la ligne de division de manière aléatoire et indépendante, ce qui signifie qu'un homologue maternel a autant de chances qu'un homologue paternel d'atterrir du même côté de la ligne pour les 23 chromosomes. paires. Ainsi, lorsque cette cellule se divise, les cellules filles ne sont pas identiques entre elles ou avec le parent, mais contiennent 23 chromosomes avec deux chromatides chacune. Du fait de la recombinaison, il ne s'agit plus de chromatides sœurs. Ces cellules filles subissent ensuite une division mitotique pour donner quatre cellules filles, chacune avec une chromatide pour chacun des 23 chromosomes. Les gamètes mâles sont emballés dans des spermatozoïdes (spermatozoïdes avec "queues") tandis que les gamètes femelles deviennent des ovules qui sont libérés de l'ovaire environ une fois tous les 28 jours chez l'homme.