Notes de Cours: Psychobiologie (2), Licence 1, Semestre 1 - PDF

Travaux dirigés de Psychobiologie (2) * Notes Licence 1 Semestre 1 * -suite 4. Les chromosomes a. Notions de chromatide et de chromosome Une molécule d’ADN s’appelle une chromatide ; l’ADN y est as...

Travaux dirigés de Psychobiologie (2) * Notes Licence 1 Semestre 1 * -suite 4. Les chromosomes a. Notions de chromatide et de chromosome Une molécule d’ADN s’appelle une chromatide ; l’ADN y est associé avec des protéines variées, comme les histones. Un chromosome correspond à une chromatide (= chromosome simple, chromosome à une chromatide) ou à deux chromatides (= chromosome double, chromosome à deux chromatides). Dans un chromosome double, les deux chromatides sont identiques et reliées entre elles par une zone nommée centromère. Les chromosomes sont observables uniquement lors des divisions cellulaires où ils sont alors individualisés et condensés. Le reste du temps, ils sont décondensés et forment la chromatine. b. Le caryotype humain Caryotype = microphotographie de l’ensemble des chromosomes classés par type d’une cellule d’un individu. Dans un caryotype, les chromosomes sont classés par paires de chromosomes semblables. Par extension, le caryotype désigne aussi le nombre de chromosome d’une cellule ou d’un individu. Chez l’Homme, on dénombre 23 paires de chromosomes (soit 46 chromosomes) comprenant 22 paires de chromosomes homologues ou autosomes (chromosomes ayant la même taille, les mêmes gènes – l’un est d’origine paternelle, l’autre maternelle) et une paire de chromosomes sexuels ou gonosomes (identiques chez la femme XX, différents chez l’homme XY). c. Caryotype et cycle de développement humain Cycle de vie = ensemble cyclique du déroulement de la vie d’un organisme impliquant une reproduction sexuée, avec méiose et fécondation. Fécondation = réunion de deux gamètes avec fusion de leur matériel génétique. Mitose = division cellulaire d’une cellule mère qui donne naissance à deux cellules filles génétiquement identiques entre elle et identiques à la cellule mère. Méiose = production par division cellulaire de gamètes, à partir d’une cellule germinale. Cellules germinales = cellules qui peuvent produire des gamètes (ovogonies et spermatogonies). Cellules somatiques = cellules du corps qui ne peuvent pas produire de gamètes (toutes les autres cellules). Zygote (= cellule œuf = œuf fécondé) = première cellule d’un organisme issue de la fécondation, à l’origine de toutes les autres cellules du corps par mitoses. Haploïde = qualifie une cellule comportant un seul autosome de chaque « paire », et un gonosome : chaque chromosome est en un seul exemplaire (cas des gamètes, produits par méiose). Notation : n = [nombre de chromosomes]. Exemple pour un gamète humain : n = 23. Diploïde = qualifie une cellule comportant deux autosomes pour chaque « paire », et deux gonosomes : chaque chromosome est représenté en deux exemplaires (cas de toutes les cellules hors gamètes, produites par mitoses). Notation : 2n = [nombre de chromosomes]. Exemple pour une cellule humaine : 2n = 46. Méiose : une cellule diploïde (2n chromosomes, soit 46 chez l’homme) se divise en quatre cellules haploïdes (n chromosomes, soit 23 chez l’homme) nommées gamètes. Il y a donc division de la quantité de chromosomes par deux : chaque chromosome n’est plus représenté qu’en un seul exemplaire.  Fécondation : deux gamètes haploïdes (l’un d’origine paternelle [spermatozoïde], l’autre d’origine maternelle [ovocyte]) fusionnent et rassemblent ainsi leur patrimoine génétique. Il y a donc rétablissement de la diploïdie : la cellule-œuf contient 2n chromosomes (46 chez l’homme). Mitose : une cellule diploïde se divise en deux cellules diploïdes génétiquement identiques entre elles et avec la cellule mère. La multiplication des cellules au cours du développement et de la vie d’un individu s’effectue par ce moyen. 5. L’ADN au cours du cycle cellulaire a. Les différentes phases du cycle cellulaire Cycle cellulaire = ensemble des événements (notamment génétiques) de la vie d’une cellule allant de sa formation à sa division. Le cycle cellulaire comprend deux grandes parties : ° Interphase = phase pendant laquelle la cellule croît et duplique son matériel génétique (se préparant ainsi à la mitose). ° Phase M = Division cellulaire = Mitose (sens large) = phase pendant laquelle la cellule se divise en deux cellules filles (génétiquement identiques entre elles et à la cellule mère). °° Caryocinèse = Mitose au sens strict : division du noyau avec répartition équitable du matériel génétique. °° Cytocinèse =division du cytoplasme. b. Évolution de la quantité d’ADN au cours du cycle cellulaire L’interphase se compose de trois phases : ° la phase G1 où les chromosomes sont simples (1 chromatide). La cellule croît et assure ses fonctions grâce à la synthèse de protéines. ° la phase S (S pour synthesis) où les chromosomes subissent une duplication. ° la phase G2 où les chromosomes sont doubles (2 chromatides). La cellule croît, assure ses fonctions et se prépare à la mitose grâce à la synthèse de protéines. Au cours de la mitose, les chromatides sœurs (= reliées par un centromère) se séparent et se répartissent dans chaque cellule-fille, assurant un partage égal de l’information génétique. c. Mécanisme de duplication de l’IG (information génétique) : la réplication de l’ADN Un chromosome simple est dupliqué en chromosome double par doublement du nombre de chromatides (c’est-à-dire de molécules d’ADN). Cela est permis par la réplication de la molécule d’ADN : à partir d’une molécule d’ADN mère (chromosome simple), on obtient deux molécules d’ADN filles identiques entre elles et avec la molécule mère d’ADN (chromatides sœurs, formant un chromosome double). Dans chaque molécule d’ADN (= dans chaque chromatide) du chromosome double, un des brins est hérité de la molécule mère et un des brins est nouvellement formé. On appelle cela la semi- conservativité de la réplication : un brin de la molécule d’origine sert de matrice à la formation de l’autre brin. La semi-conservativité de la réplication est permise par les règles de complémentarité entre nucléotides. Ainsi, la formation d’un nouveau brin se fait par ouverture de la molécule (il y a séparation des deux brins d’ADN) et adjonction de nucléotides complémentaires face à ceux du brin père. d. Les étapes de la mitose Avant la mitose : ° l’ADN a été répliqué (les chromosomes sont doubles). ° de petites structures cytosquelettiques nommées centrosomes ont aussi été répliquées.  La mitose (sens large) comprend 5 étapes : CARYOCINÈSE (= mitose au sens strict) 1/ Prophase : Mise en place de fuseaux mitotiques (microtubules), condensation des chromosomes (doubles), disparition de l’enveloppe nucléaire et fixation de microtubules sur les chromosomes (doubles). NB Les lieux de fixation des fuseaux s’appellent kinétochores. 2/ Métaphase : Les chromosomes (doubles) sont alignés sur un plan équatorial nommé plaque métaphasique. 3/ Anaphase : Disjonction des chromatides sœurs (les chromosomes doubles deviennent simples) et migration des chromosomes (simples) à chaque pôle de la cellule. Cette phase assure l’égale répartition du matériel génétique. 4/ Télophase : Reformation des enveloppes nucléaires et décondensation des chromosomes (simples). CYTODIERÈSE 5/ Cytodiérèse : Clivage des cytoplasmes grâce à un sillon de division qui conduit à l’individualisation des cellules filles. Moyen mnémotechnique pour retenir l’ordre des phases de la caryocinèse : PMAT : « Pour Moi Avec Toi » e. La méiose α. Principes généraux La méiose se produit au cours de la formation des gamètes (ovogenèse, gamétogenèse). Elle comprend deux divisions successives non séparées par une interphase (pas de réplication entre les deux divisions). Obtention de quatre cellules-filles haploïdes : il y a réduction du nombre de chromosomes (1 seul exemplaire de chaque paire de chromosomes dans les cellules-filles). Une des particularités de la méiose est de permettre un brassage génétique, c’est-à-dire la génération d’une combinaison originale de versions de gènes. β. Les étapes Première division de méiose : méiose I = division réductionnelle Particularités des étapes principales : ° Prophase I : Appariement des chromosomes homologues = les chromosomes d’une même paire se rapprochent, se chevauchent et se croisent (les zones de chevauchement s’appellent chiasmas). À ce stade, des portions de chromosomes peuvent être échangées (on appelle ce phénomène enjambement ou crossing- over). Tétrade = bivalent = figure formée par deux chromosomes appariés ° Métaphase I : alignement équatorial des chromosomes appariés. ° Anaphase I : ségrégation (séparation puis migration) des chromosomes homologues sans disjonction des chromatides : il y a réduction chromosomique. ° Télophase I : il peut y avoir réapparition de l’enveloppe nucléaire et cytodiérèse. Bilan de cette étape : 1/ Réduction du nombre de chromosomes par séparation des chromosomes de chaque paire. 2/ Brassage génétique : a) interchromosomique : les chromosomes de chaque paire sont répartis aléatoirement. Il y a mélange de l’information reçue de notre mère et celle reçue de notre père. b) intrachromosomique : les crossing-over ont permis des échanges génétiques entre chromosomes homologues. Deuxième division de méiose : méiose II = division équationnelle Cette phase est identique à une mitose, sauf que les chromosomes sont en seul exemplaire. On obtient in fine quatre cellules filles haploïdes où les chromosomes sont à une seule chromatide (gamètes).  6. Les gènes, unités élémentaires de l’information génétique a. Le gène, une portion de chromosome Gène = unité élémentaire de l’information génétique qui code pour un caractère et qui correspond à une portion de chromosome. Exemple : le gène qui code pour le groupe sanguin. Locus = position occupée par le gène sur le chromosome. Caractère = attribut d’un organisme. Exemples : couleur des yeux, groupe sanguin… Le résultat de l’expression des gènes s’appelle le phénotype (= ensemble des caractères observables chez un organisme). b. Notion d’allèle Les caractères peuvent présenter des états différents selon les individus. Exemples Pour le caractère « couleur des yeux » : bleu, marron… Pour le caractère « groupe sanguin » : groupe A, groupe B, groupe O, groupe AB. Les gènes présentent donc des versions différentes qu’on appelle allèles et qui diffèrent concrètement dans la séquence de nucléotides. Allèle = version possible d’un gène correspondant à une séquence nucléotidique donnée. Exemple pour le gène « groupe sanguin » : allèle A, allèle B, allèle O. c. Homozygotie, hétérozygotie Quand les deux allèles pour un gène donné sont identiques sur les deux chromosomes homologues, on dit que l’individu est homozygote. Quand les deux allèles pour un gène donné sont différents sur les deux chromosomes homologues, on dit que l’individu est hétérozygote. Dans ce cas, il n’y a souvent qu’un allèle qui s’exprime. d. Dominance, récessivité, codominance Chez un individu hétérozygote pour un gène donné, on appelle allèle dominant l’allèle qui s’exprime et allèle récessif celui qui ne s’exprime pas. NB Si les deux allèles s’expriment, on les dit codominants. Exemple pour les groupes sanguins (système ABO) : Les allèles A et B sont dominants par rapport à l’allèle O récessif. Pas de souci pour l’homozygotie : Génotype (A//A)  phénotype [groupe A] Génotype (B//B)  phénotype [groupe B] Génotype (O//O)  phénotype [groupe O] Cas de l’hétérozygotie : Génotype (A//O)  phénotype [groupe A] Génotype (B//O)  phénotype [groupe B] Génotype (A//B)  phénotype [groupe AB] e. Les protéines, résultat direct de l’expression génétique Concrètement, les gènes s’expriment en protéines (vous verrez comment l’an prochain) un allèle correspond à une version d’une protéine : en fait, la séquence nucléotidique de l’allèle code la séquence peptidique de la protéine.