Du chromosome à l'ADN
Chaque cellule de notre corps possède un noyau. Dans ce noyau se trouvent des chromosomes, bâtonnets visibles au microscope quand la cellule se prépare à se diviser. Un chromosome est formé d'une très longue molécule d'ADN (acide désoxyribonucléique), enroulée et compactée. L'ADN porte l'information génétique : c'est le support de l'hérédité.
Vocabulaire essentiel
- Chromosome : structure du noyau formée d'une molécule d'ADN très repliée.
- Gène : portion d'ADN située à un emplacement précis d'un chromosome et qui intervient dans un caractère.
- Allèle : version d'un même gène. Un gène peut exister sous plusieurs allèles.
- Caryotype : classement des chromosomes d'une cellule, par paires, selon leur taille et leur forme.
Des chromosomes en paires
Une cellule du corps humain contient 46 chromosomes, soit 23 paires. Dans chaque paire, un chromosome vient de la mère et l'autre du père. Les deux portent les mêmes gènes aux mêmes emplacements, mais pas forcément les mêmes allèles. La 23e paire détermine le sexe : XX chez la fille, XY chez le garçon.
Conserver l'information : la mitose
Avant qu'une cellule se divise, son ADN est copié : chaque chromosome possède alors deux chromatides identiques. Pendant la mitose, ces chromatides se séparent et se répartissent dans deux cellules filles. Chacune a 46 chromosomes et un ADN identique à celui de la cellule mère. La mitose permet la croissance et le renouvellement des cellules.
Transmettre l'information : gamètes et fécondation
Les cellules reproductrices, ovule et spermatozoïde, sont des gamètes. Elles ne contiennent que 23 chromosomes, un de chaque paire. À la fécondation, un spermatozoïde et un ovule fusionnent : la cellule-œuf retrouve 46 chromosomes, dont 23 d'origine maternelle et 23 d'origine paternelle. Elle se divise ensuite par mitoses pour former un embryon.
Chaque gamète reçoit au hasard un chromosome de chaque paire, et la rencontre des gamètes est elle aussi due au hasard. Deux enfants des mêmes parents ont donc des combinaisons d'allèles différentes.
Exemple concret : les graines du pois
Chez le pois, le gène de la couleur des graines existe sous deux allèles : J (jaune), dominant, et j (vert), récessif. Une plante Jj a des graines jaunes, car l'allèle J s'exprime. Si deux plantes Jj sont croisées, chaque graine obtenue a une chance sur quatre d'être jj et donc verte. L'allèle j, masqué chez les parents, réapparaît.
Un piège à éviter
Un allèle dominant n'est pas « le meilleur » ni « le plus fréquent » dans une population. Il s'exprime simplement dès qu'il est présent en un seul exemplaire, alors qu'un allèle récessif ne s'exprime que s'il est présent sur les deux chromosomes de la paire. De même, avoir plus de chromosomes ne rend pas une espèce plus complexe : leur nombre caractérise l'espèce, rien de plus.
Exercice 1 : nombre de chromosomes et espèces
Données pédagogiques simplifiées : nombre de chromosomes dans une cellule du corps.
| Espèce | Nombre de chromosomes |
|---|---|
| Humain | 46 |
| Chimpanzé | 48 |
| Chien | 78 |
| Petit pois | 14 |
| Drosophile (mouche) | 8 |
- Calcule le nombre de paires de chromosomes du chien et du petit pois.
- Indique le nombre de chromosomes d'un gamète de chien et d'un gamète de petit pois.
- Un élève affirme : « Le chien est plus complexe que l'humain, car il possède plus de chromosomes. » Utilise le tableau pour discuter cette affirmation.
- Quel est le nombre de chromosomes de la cellule-œuf d'une drosophile ?
Exercice 2 : transmission de la couleur des fleurs
Données pédagogiques simplifiées : chez une plante, le gène de la couleur des fleurs a deux allèles. R (fleurs rouges) est dominant, r (fleurs blanches) est récessif. On croise deux plantes Rr. Chaque plante produit autant de gamètes R que de gamètes r, et les gamètes se rencontrent au hasard.
| Gamètes | R | r |
|---|---|---|
| R | ? | ? |
| r | ? | ? |
- Indique les gamètes que peut produire une plante Rr.
- Complète le tableau de croisement.
- Détermine la proportion de descendants à fleurs blanches.
- Une plante à fleurs rouges, croisée avec une plante à fleurs blanches, donne de très nombreux descendants, tous à fleurs rouges. Quel est son génotype ? Justifie.
Exercice 3 : quantité d'ADN et divisions cellulaires
Données pédagogiques simplifiées : quantité d'ADN dans le noyau, en unités arbitraires (u.a.).
| Cellule | ADN (u.a.) |
|---|---|
| Cellule du corps, avant copie de l'ADN | 6 |
| Même cellule, juste avant la mitose | 12 |
| Chaque cellule fille, après la mitose | 6 |
| Gamète | 3 |
| Cellule-œuf, après fécondation | 6 |
- Explique pourquoi la quantité d'ADN passe de 6 à 12 u.a. avant la mitose.
- Justifie que chaque cellule fille ait 6 u.a. et le même ADN que la cellule mère.
- Explique la valeur du gamète, puis prévois la quantité d'ADN d'une cellule-œuf si chaque gamète avait 6 u.a.
Correction complète
Exercice 1 : correction
- Nombre de paires = nombre de chromosomes ÷ 2. Chien : 78 ÷ 2 = 39 paires. Petit pois : 14 ÷ 2 = 7 paires.
- Un gamète reçoit un chromosome de chaque paire, donc la moitié : 39 chromosomes pour le chien, 7 pour le petit pois.
- L'affirmation est fausse. Le chimpanzé, très proche de l'humain, a 48 chromosomes contre 46, et le chien en a 78. Le nombre de chromosomes caractérise l'espèce sans mesurer sa complexité : ce qui compte est l'information portée par l'ADN.
- Deux gamètes de 4 chromosomes se réunissent : 4 + 4 = 8 chromosomes, comme dans les autres cellules de la drosophile.
Exercice 2 : correction
- Une plante Rr produit des gamètes R et des gamètes r, car chaque gamète reçoit un seul chromosome de la paire, donc un seul allèle.
- Ligne R : RR et Rr. Ligne r : Rr et rr.
- Les quatre cases sont également probables et une seule est rr. Les descendants à fleurs blanches représentent donc 1/4, soit 25 %. Les trois autres cases (RR, Rr, Rr) donnent des fleurs rouges.
- La plante blanche est rr et ne donne que des gamètes r. Si la plante rouge était Rr, la moitié des descendants serait rr, donc blanche. Tous les descendants étant rouges, la plante rouge ne donne que des gamètes R : elle est RR.
Exercice 3 : correction
- L'ADN est copié avant la mitose : chaque chromosome possède alors deux chromatides identiques. La quantité double : 6 × 2 = 12 u.a.
- La mitose répartit les deux chromatides de chaque chromosome entre deux cellules filles : 12 ÷ 2 = 6 u.a. chacune. Les chromatides étant identiques, les cellules filles ont le même ADN que la cellule mère.
- Un gamète possède un chromosome de chaque paire : 6 ÷ 2 = 3 u.a. Avec 6 u.a. par gamète, la cellule-œuf aurait 6 + 6 = 12 u.a., le double des autres cellules. La réduction de moitié dans les gamètes compense la fécondation : 3 + 3 = 6 u.a.