Génétique et hérédité

I. Chromosomes et ADN

1.1. chromosomes et gènes

• Chaque noyau d’une cellule contient des filaments observables au moment de la division cellulaire : les chromosomes.

• Les chromosomes sont le support de l’information héréditaire.

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• Les cellules humaines possèdent 23 paires de chromosomes, soit 46.
• 22 paires de chromosomes autosomes
• 1 paire de chromosomes sexuels : XX chez la femme et XY chez l’homme
• Toutes les cellules possèdent la même information génétique. Seuls les gamètes possèdent un caryotype différent.
• Un nombre anormal de chromosomes peut entrainer des caractères différents chez l’individu ou empêcher le développement de l’embryon.  

• Chaque chromosome est constitué d’ADN.
• Chaque individu possède environ 20 000 à 25 000 gènes
• Dans chaque paire de chromosomes, l'information qui code pour un caractère est double, une sur un chromosome venant du père, et l'autre sur son chromosome homologue venant de la mère, qui forme la paire, excepté la paire de chromosomes sexuels (XY) chez l'homme.  

• Il existe plusieurs formes d'un gène qui code pour le même caractère, ce sont les allèles.
• Les cellules possèdent ainsi pour un même gène, soit deux fois le même allèle (homozygotes), soit deux allèles différents (hétérozygotes).
• Les deux allèles peuvent s'exprimer ou l'un peut s'exprimer et pas l'autre. Celui qui s'exprime est dit dominant, celui qui ne s'exprime pas est dit récessif.  

• les nucléotides forment des « couples » au sein de la molécule d'ADN : l'adénine et la thymine sont complémentaires, ainsi que la guanine et la cytosine.
• Chaque brin est complémentaire de l'autre. 

• Chaque gène est un enchaînement de nucléotides très particulier.
• l’ADN par ses quatre nucléotides et la séquence de ces nucléotides, est un message codé.
• On parle de génome pour décrire l’ensemble des gènes d’une même espèce. 

• Les caractéristiques ou le phénotype d’un individu sont sous la dépendance d’une catégorie de molécules : les protéines.
• Elles sont très nombreuses et constituent sa « boîte à outils », lui permettant d’assurer différentes fonctions vitales comme la digestion, la production d’énergie, la fabrication de ses constituants…
• Le phénotype d’un individu dépend de son génotype = se traduit par la synthèse de protéines.  

• C’est la séquence en acides aminés de la protéine qui détermine la forme .
• La structure tri dimensionnelle de la protéine est responsable de la fonction de la protéine 

• La transcription, est l'opération qui se déroule dans le noyau
• synthétiser une molécule d’Acide Ribonucléique (ARN), ou messager complémentaire à un brin d’ADN donné.
• Sous l’action d’une enzyme (l’ARN polymérase), s’associer pour former une chaîne complémentaire à celle du brin d’ADN.

• ARNm est exporté dans le cytoplasme = processus qui permet la synthèse d’une protéine à partir d’un ARNm
• un acide aminé précis correspond un groupe de trois nucléotides successifs portés par l’ARNm (appelé codon).
• il existe 20 acides aminés différents ; avec les quatre bases (A, U, G et C)
• certaines combinaisons ne désignent aucun acide aminé: on les appelle codons stop : c’est le CODE GENETIQUE    

• Un être humain doit fabriquer des millions de nouvelles cellules à partir d’une cellule œuf
• Ce cycle de duplication et de division est appelé cycle cellulaire.
• Il se compose de l’interphase et de la mitose 

INTERPHASE:

• L’interphase est composée de trois phases successives : la phase G1, la phase S et la phase G2.

La phase G1:

• C'est pendant la phase G1 que la cellule contrôle sa taille et son environnement.

La phase S:

• C'est la phase de synthèse où l'ADN de la cellule est répliqué dans le noyau. Cette étape permet à la cellule de dupliquer à l’identique son matériel génétique, les chromosomes passent alors d’une chromatide à deux chromatides.

La réplication est dite semi-conservatrice :

• l’ADN polymérase permet de synthétiser deux brins complémentaires au regard des brins d’ADN de la molécule mère. Chaque cellule fille conservera la moitié du matériel génétique de la cellule mère, puisqu’elles seront constituées d’un brin maternel et d’un brin néoformé;  

La phase G2 :

• La cellule se prépare à l'entrée en mitose. Pendant cette période, la cellule va vérifier que son ADN a été correctement répliqué.

La mitose (ou phase M) :

• Des cellules nerveuses et des fibres musculaires squelettiques, sont susceptibles de se diviser.
• Une cellule mère va former deux cellules filles ayant les mêmes caractéristiques morphologiques et physiologiques qu’elle.
• Les chromosomes, le matériel nucléaire et cytoplasmique de la cellule mère vont alors être divisés entre deux cellules filles.
• Il se réalise en 5 étapes qui sont la prophase, la métaphase, l’anaphase, la télophase et la cytodiérèse.  

Lors du cycle cellulaire, pour maintenir l’intégrité du génome, il existe plusieurs points de contrôle :

• point de contrôle G1 : vérification de l’absence d’anomalies de l’ADN à la fin de la phase G1 ;
• point de contrôle G2 : vérification de la bonne réplication de l’ADN à la fin de la phase G2 ;
• point de contrôles M : vérification de l’attachement des chromosomes lors de l’anaphase.
• En cas d’anomalie, la cellule tentera de réparer l’ADN.
• Si cela est impossible, la cellule s’autodétruira (apoptose). 

Le syndrome de Down, aussi appelé trisomie 21

• une maladie génétique congénitale provoquée par la présence d'un chromosome surnuméraire pour la 21e paire.
• Signes cliniques : un retard cognitif , modifications morphologiques particulières.
• L’incidence est d'environ 1 pour 800 naissances et varie en fonction de l'âge de la mère

Anomalie chromosomique : Altération d'un chromosome sur lequel un gène est absent ou surnuméraire ou une altération du caryotype.

• La trisomie 13 ou syndrome de Patau : Crée différentes malformations, comme la polydactylie peu graves, d'autres, qui touchent le cœur ou le cerveau, sont létales (mortelles) :
• 97% des enfants atteints meurent avant l'âge de 6 mois.

• La trisomie 18 : (4 fois plus de filles que de garçons). L'enfant naît avec de nombreuse malformations. La majorité des enfants décèdent avant l'âge d'un an.

• La maladie de Klinefelter : (0,2 % des nouveaux nés) trisomie des chromosomes sexuels. L'individu est mâle mais stérile.

• La maladie Triplo X : Autre trisomie des chromosomes sexuels. L'individu atteint est une femme stérile.

• Le syndrome de Turner : (4 individus de sexe féminin sur 10.000). La personne atteinte ne possède qu'un chromosome X. Cette personne est une femme stérile, généralement de petite taille.

• Le syndrome du cri du chat ou monosomie 5p : (une naissance sur 20.000 à 50.000). Anomalie chromosomique dans laquelle il manque un bras court du chromosome 5. Ensemble de malformations de la tête et du larynx associées à un retard 

5.2. les maladies génétiques 

Origines des mutations :

• Erreurs spontanées, rares et au hasard peuvent survenir pendant la réplication de l’ADN

• l'ADN peut aussi être endommagé en dehors de la réplication par l’action d’agents mutagènes : UV, radioactivité.

• L'erreur est réparée par des mécanismes de réparation liés à l’action d’enzymes qui permettent tant que possible de rétablir la viabilité d’une cellule.

• L’erreur n’est pas réparée, si les modifications n'empêchent pas la survie de la cellule, il apparaît une mutation, qui sera transmise si la cellule se divise.  

Les différents types de mutations :

• Mutation germinale : La mutation porte sur l'ADN des cellules d'un gamète. L'embryon sera porteur de la mutation, alors qu'aucun des parents ne la possédait dans son patrimoine génétique. Ce phénomène est responsable de la création de nouveaux allèles.

• Mutations somatiques : Touchent pas les cellules destinées à la reproduction, elles ne seront jamais héréditaires. Elles sont transmises à la lignée des cellules filles. Peuvent dans certains cas évoluer en cancer. 

• Garçons et filles également atteints
• Ils ne produisent que des gamètes porteurs de l’anomalie
• 2 parents hétérozygotes auront ¼ d’enfants malades, ¼ d’enfants sains non porteurs, ½ d’enfants sains hétérozygotes.

Maladie génétique lié à l’X :

• Chez les filles, l’atteinte d’un gène est compensée par le chromosome sain
• Les garçons porteurs d’un X atteints sont malades puisque l’anomalie n’est pas compensée par l’Y