Les cellules – Comment sont-elles structurées – (Vue schématique d’une cellule). Qu’est-ce que l’ADN. Sa structure en 3D.

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Les cellules – Comment sont-elles structurées :

Les cellules sont de minuscules éléments constitutifs fondamentaux de tous les êtres vivants. Elles sont délimitées par une membranes et renferment un certain nombre de composants qui baignent dans un cytoplasme fait d’eau et de protéines

Elles possèdent un noyau  qui renferme en général le matériel génétique (les chromosomes et ADN). C’est le centre de commande de la cellule.

Les mitochondries sont le siège de réactions chimiques qui libèrent de l’énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire.

Les ribosomes fabriquent les constituants fondamentaux des cellules : les protéines.

 Ils sont contenus dans le réticulum endoplasmique. Ces protéines traversent ensuite l’appareil de Golgi pour y être restructurées avant utilisation.

Vue schématique d’une cellule :

Les chromosome et la mitose :

Une cellule eucaryote est composé de plusieurs entités, mais deux seulement d’entre elles contiennent un code génétique contenu dans de l’ADN (acide désoxyribonucléique), les mitochondries et le noyau.

Les mitochondries sont les « piles à combustible » de la cellule. Elles disposent de leur propre ADN (ADN mitochondrial), qui est transmis exclusivement par la mère. C’est ainsi que l’on peut tracer les lignées maternelles, comme l’on peut utiliser le chromosome Y chez l’homme pour tracer les lignées paternelles.
Lorsque l’on parle de l’ADN sans autre précision, il s’agit de l’ADN contenu dans le noyau de la cellule. L’ADN présent dans le noyau de la cellule se trouve sous forme de chromatine, une combinaison de l’ADN avec des protéines qui en assurent « l’emballage ». La forme de l’ADN varie en fonction du cycle cellulaire, mais il ne prend sa forme caractéristique de chromosomes qu’au moment de la division cellulaire (la mitose). Le reste du temps il apparaît sous forme de filaments relativement indifférenciés, qui se regrouperont donc en chromosomes au moment de la division cellulaire.

Source : .alliot.fr

Structure 3D de l’ADN

Source : .alliot.fr

L’ADN humain contient environ 3 milliards de paires de base répartis sur les 23 chromosomes. Chaque être humain ayant deux chromosomes de chaque type, notre code génétique complet comprend donc environ 6 milliards de paires de bases.  Le nombre de paires de bases par chromosomes est variable, celui en comportant le plus est le chromosome 1.  Celui en comportant le moins est le gène 21. La duplication de l’ADN s’opère par séparation des paires de bases complémentaires. et par fixation sur chaque demi-brin d’un nouveau demi-brin complémentaire.

La forme d’un chromosome juste avant la division cellulaire  est généralement celle d’un X avec 4 bras appelés chromatides, reliés en leur centre par le centromère (on parle de chromosomes métacentriques si le centromère est approximativement au milieu, d’acrocentriques s’il est proche d’une extrémité, et de télocentriques si le centromère est à une extrémité et que le chromosome n’a qu’un bras). L’extrémité des bras s’appelle le télomère.
Les télomères ont une grande importance pour comprendre le vieillissement, car ils raccourcissent à chaque division cellulaire, ce qui peut entraîner à terme une sénescence et une apoptose de la cellule (mort cellulaire). Une enzyme, la télomérase, permet de faire croître les télomères, mais sa synthèse est généralement inhibée chez l’être humain sauf dans les cellules indifférenciées (cellules souches). La télomérase est soupçonnée d’être nécessaire à la reproduction des cellules cancéreuses, qui se divisent indéfiniment. Le rôle exact du raccourcissement des télomères est encore mal compris..

Les bras courts sont appelés bras p (pour petit) et les bras longs sont les bras q. Les deux bras courts (resp. les deux bras longs) sont strictement identiques pour un même chromosome, et sont appeléschromatides soeurs. Ces chromatides soeurs existent en raison de la duplication de l’ADN qui a eu lieu juste avant la phase de regroupement des chromosomes. Lors de la division de la cellule, les chromosomes vont se partager en deux et le matériel génétique se retrouvera à nouveau en un seul exemplaire dans chacune des cellules.

Source : .alliot.fr

Réplication de l’ADN.

Étapes de la division cellulaire

L’ADN n’existe sous forme de chromosome qu’à un stade très particulier de la vie de la cellule.

Tous les individus diploïdes (c’est notre cas) possèdent deux chromosomes de chaque type (appelés chromosomes autosomes), à l’exception des chromosomes sexuels qui forment aussi une paire (ils sont alors appelés chromosomes homologues), mais qui ne sont de même type que chez la femme (2 chromosomes X), alors qu’ils sont différents chez l’homme (un X et un Y). L’être humain possède 22 paires de chromosomes autosomes (numérotés de 1 à 22), et une paire de chromosomes sexuels homologues, soit 46 chromosomes par cellule.

Il faut cependant bien comprendre que si nous avons deux chromosomes 1, deux chromosomes 2, etc, ces deux chromosomes autosomes, de même type et visuellement identiques sont cependant différents: l’ADN qu’ils contiennent n’est pas exactement le même. L’un nous a été légué par notre père et l’autre par notre mère. Ils contiennent les gènes permettant de coder les mêmes fonctions (comme par exemple la fabrication de la mélanine), mais de façon subtilement différente (comme par exemple la quantité de mélanine produite). Les différentes variations d’un même gène sont appelés allèles.
Une erreur classique chez nombre de débutants en biologie est de se « mélanger les pinceaux » entre les chromatides soeurs sur un chromosome (qui sont strictement identiques et portent exactement le même code génétique puisque issus de la réplication de l’ADN dans la cellule juste avant la mitose), et les deux chromosomes autosomes qui sont visuellement identiques mais pourtant bien différents. Attention à la confusion…

Caryotype humain

Comme on peut le voir sur un caryotype, les chromosomes humains sont très différents en taille et en structure. Les chromosomes 1 et 2 sont très grands, les chromosomes 21, 22 ou Y sont beaucoup plus petits. Un dernier (mais important) rappel: la représentation de l’ADN sous forme de chromosomes est faite à un stade très particulier de la vie de la cellule, juste après la duplication de l’ADN. Il y a donc deux fois plus d’ADN (c’est la raison de l’existence des chromatides soeurs) dans la cellule à ce moment là qu’en « temps normal » de la vie cellulaire.
Chez la femme, qui possède deux chromosomes X, l’un des deux est inactivé et n’exprimera jamais son code génétique. Donc un être humain, de quelque sexe qu’il soit, ne possède qu’un seul chromosome X actif. Le fait de posséder un chromosome en plus (trisomie), ou en moins (monosomie) est généralement létal, surtout pour les grands chromosomes qui codent de nombreuses fonctions. Pour les petits chromosomes, il existe des trisomies non systématiquement fatales comme la trisomie 21 (vulgairement appelé « mongolisme », 1 embryon sur 7 survit), ou la trisomie 22 partielle (appelé « maladie des yeux de chat », une partie seulement du chromosome 22 est dupliqué). Les trisomies 13 et 18 permettent parfois d’amener les grossesses à terme mais la majorité des enfants décèdent avant l’âge d’un an. Les trisomies des chromosomes sexuels ne sont pas létales et même parfois non détectés avant l’âge adulte (XXY -> syndrome de Klinefelter -> individu mâle stérile, XXX -> syndrome triple X, individu de sexe féminin, parfois stérile).

Source : .alliot.fr

La méiose

La méiose est la division cellulaire qui permet la reproduction sexuée. Partant d’une cellule à 2n chromosomes (nombre normal de chromosomes), elle aboutit à 4 cellules ne contenant que n chromosomes, soit 4 gamètes (ovules chez la femme, spermatozoïde chez l’homme).

Schéma général de la méiose

Source : .alliot.fr

 

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