Fiche de révision : Cycle cellulaire et expression génétique

📋 Plan du Cours

1. Acides nucléiques et nucléotides
2. ADN et support de l’hérédité
3. Gènes, allèles et noyau
4. Cycle cellulaire et réplication
5. Mitose et transmission génétique
6. Mitose végétale et conséquences génétiques
7. Divisions cellulaires sans mitose
8. Chromosomes au cours du cycle
9. Caryotype et formule chromosomique
10. Transcription et maturation de l’ARN
11. Traduction et devenir des protéines

📅 Repères chronologiques

1. 1923Griffith transforme héréditairement des pneumocoques non virulents R en pneumocoques virulents S grâce à des bactéries S tuées.
2. 1944Avery démontre que l’ADN, et lui seul, provoque la transformation des bactéries.
3. 1953Watson et Crick proposent le modèle de la double hélice de l’ADN.
4. 1958L’expérience de Meselson et Stahl démontre que la réplication de l’ADN est semi-conservative.

📖 1. Acides nucléiques et nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Constitué d’une base azotée, d’un sucre et d’un groupement phosphate.

📝 Points essentiels

• Les cinq bases azotées sont:
  • l’adénine
  • la guanine
  • la cytosine
  • la thymine
  • l’uracile

📌 L’ADN contient du désoxyribose et de la thymine, tandis que l’ARN contient du ribose et de l’uracile.

• Les trois grands types d’ARN sont:
  • les ARN messagers, qui transmettent l’information vers le cytoplasme
  • les ARN de transfert, qui mettent en relation acides aminés et ARN messager
  • les ARN ribosomiques, qui s’associent à des protéines pour former les ribosomes

💡 Astuce mémo

ADN à deux brins et thymine, ARN à un brin et uracile

📖 2. ADN et support de l’hérédité

📝 Points essentiels

📐 Formule — Dans l’ADN, le rapport $\frac{A+G}{T+C}$ est égal à 1 ou proche de 1, car il y a autant d’adénines que de thymines et autant de guanines que de cytosines.

• Dans l’ADN, l’adénine s’associe toujours à la thymine par deux liaisons hydrogène, tandis que la guanine s’associe à la cytosine par trois liaisons hydrogène.

• L’ADN est une molécule bicaténaire constituée de deux brins antiparallèles.

💡 Astuce mémo

Une longue échelle torsadée dont les barreaux sont A-T et G-C

📖 3. Gènes, allèles et noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène : Segment d’ADN contenant l’information nécessaire à une activité cellulaire déterminée et contrôlant la synthèse d’une chaîne polypeptidique.
• Allèle : Version différente d’un même gène, résultant de différences de séquence nucléotidique.

★ À maîtriser

• 🔄 La fabrication d’une bactérie transgénique productrice d’hormone de croissance humaine consiste à:

  1. prélever le gène humain
  2. l’intégrer dans un plasmide bactérien
  3. introduire ce plasmide dans une bactérie
  4. multiplier la bactérie obtenue

• L’expérience de Gurdon réalisée en 1960 montre que l’information génétique est localisée dans le noyau et qu’un noyau de cellule différenciée contient l’ensemble de l’information génétique d’un individu. — J. GURDON

Compléments

📌 L’euchromatine est une chromatine décondensée et généralement active, tandis que l’hétérochromatine est condensée et généralement inactive.

💡 Astuce mémo

Variation de la séquence d’ADN → variation d’un caractère

📖 4. Cycle cellulaire et réplication

★ À maîtriser

• Un cycle cellulaire comprend:

  • la phase G1
  • la phase S
  • la phase G2
  • la phase M

• Pendant la phase S, la quantité d’ADN double progressivement par réplication, puis elle est divisée par deux lors de la mitose.

• La réplication semi-conservative produit deux molécules filles identiques, chacune formée d’un brin ancien et d’un brin nouvellement synthétisé.

• 🔄 La réplication débute par: l’ouverture des deux brins d’ADN au niveau de fourches, l’utilisation de chaque ancien brin comme matrice, l’assemblage de nucléotides complémentaires

Compléments

• La réplication est bidirectionnelle et fait intervenir notamment l’ADN polymérase et l’hélicase.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 5. Mitose et transmission génétique

★ À maîtriser

• 🔄 La mitose comporte quatre phases successives:

  1. prophase
  2. métaphase
  3. anaphase
  4. télophase

• En prophase, les chromosomes se condensent, l’enveloppe nucléaire disparaît et un fuseau de division se met en place.

• En métaphase, les chromosomes condensés s’alignent par leurs centromères sur la plaque équatoriale.

• En anaphase, le clivage des centromères sépare les chromatides sœurs, qui migrent vers les deux pôles de la cellule.

• En télophase, deux noyaux se reforment et la cytodiérèse partage le cytoplasme en deux cellules filles possédant la même quantité de chromosomes.

Compléments

• La mitose végétale se distingue par: l’absence de centrioles et d’asters, une plaque équatoriale plus étalée, la formation d’une nouvelle paroi au lieu d’un étranglement cellulaire

💡 Astuce mémo

Prophase → métaphase → anaphase → télophase

📖 6. Mitose végétale et conséquences génétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Reproduction conforme : La mitose est appelée reproduction conforme car elle forme deux cellules filles possédant la même information génétique que la cellule initiale.

📝 Points essentiels

• Lors de la cytodiérèse animale, un anneau contractile de filaments équatoriaux resserre la membrane plasmique et partage le cytoplasme en deux masses égales.

📌 La cellule végétale ne possède pas de centrioles ni d’asters, mais elle possède un fuseau de division constitué de fibres polaires et de fibres chromosomiques.

• Chez la cellule végétale, la cytodiérèse forme une nouvelle paroi appelée phragmoplaste, dont la croissance va du centre vers la périphérie et sépare le cytoplasme en deux masses égales.

💡 Astuce mémo

Animal : étranglement centripète ; végétal : phragmoplaste centrifuge

📖 7. Divisions cellulaires sans mitose

★ À maîtriser

• 🔄 La division binaire bactérienne suit trois étapes:
  1. Duplication de l’unique chromosome
  2. Croissance de la membrane et séparation des chromosomes fils
  3. Formation d’une cloison médiane

📌 La division binaire bactérienne est aussi appelée reproduction binaire ou scissiparité et ne constitue pas une mitose.

• Chez les Saccharomyces, un bourgeon apparaît sur la cellule mère, grossit, s’étrangle puis peut se détacher et bourgeonner à son tour.

Compléments

• Dans des conditions optimales et chez certaines espèces, une bactérie peut donner deux cellules filles en environ 20 minutes.

💡 Astuce mémo

Bactérie : duplication, croissance, cloison ; levure : bourgeon, étranglement, séparation

📖 8. Chromosomes au cours du cycle

📝 Points essentiels

📌 En phase G1, le chromosome est décondensé et possède une chromatide, tandis qu’en phase G2 il est décondensé et possède deux chromatides.

• Pendant la phase S, l’ADN est dupliqué et chaque chromosome acquiert progressivement une deuxième chromatide.

📌 En prophase, le chromosome est condensé et possède deux chromatides, tandis qu’en anaphase il est condensé et possède une chromatide.

📌 Les chromosomes sont des structures permanentes de la cellule, mais ils ne sont visibles qu’au cours de la mitose lorsqu’ils sont condensés.

💡 Astuce mémo

G1 : une chromatide ; S : duplication ; G2 : deux chromatides ; mitose : séparation

📖 9. Caryotype et formule chromosomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Diploïde : Un organisme ou une cellule possède 2n chromosomes, soit deux exemplaires de chaque type de chromosome.

★ À maîtriser

• Le nombre chromosomique varie d’une espèce à l’autre, mais il reste constant au sein d’une même espèce.

• Un caryotype classe les chromosomes selon:

  • La taille décroissante
  • La position du centromère
  • Les bandes de coloration

📌 Chez l’être humain, les chromosomes homologues ont la même longueur et le même nombre de gènes, mais leurs allèles peuvent être différents.

• La formule chromosomique humaine est 44 A + XY ou 44 + XY chez l’homme, et 44 A + XX ou 44 + XX chez la femme.

Compléments

• La colchicine désorganise le fuseau de division en métaphase et permet de bloquer les cellules lorsque les chromosomes sont très condensés et composés de deux chromatides.

💡 Astuce mémo

Homologues : mêmes gènes, allèles parfois différents ; X et Y : chromosomes sexuels distincts

📖 10. Transcription et maturation de l’ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : La copie locale d’une portion d’ADN en ARN par l’ARN polymérase.

★ À maîtriser

• L’ARN polymérase ouvre localement les deux brins d’ADN, assemble des ribonucléotides complémentaires du brin transcrit, puis se détache au site de terminaison et permet la réassociation des brins d’ADN.

📌 Chez les eucaryotes, l’ARN prémessager contient des introns et des exons, tandis que chez les procaryotes la transcription produit directement un ARN messager définitif.

• L’excision-épissage élimine les introns de l’ARN prémessager et relie les exons pour former un ARN messager mature.

Compléments

• L’épissage alternatif permet au même gène de produire la calcitonine dans certaines cellules de la thyroïde et la protéine CGRP dans certaines cellules du cerveau.

💡 Astuce mémo

Transcription → ARN prémessager ; excision des introns et épissage des exons → ARNm mature

📖 11. Traduction et devenir des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Codon : Un triplet de nucléotides consécutifs de l’ARN messager constituant la plus petite unité du message génétique.

★ À maîtriser

• Le code génétique associe les codons de l’ARN messager aux 20 acides aminés et possède 64 combinaisons possibles de trois nucléotides.

📌 Le code génétique est redondant et non chevauchant : plusieurs codons peuvent coder le même acide aminé, mais un nucléotide n’appartient pas à deux codons successifs.

• Les codons UAA, UAG et UGA sont des codons stop ou non-sens et ne codent aucun acide aminé.

• 🔄 La traduction comprend trois étapes:

  1. Initiation au codon AUG
  2. Élongation par ajout successif d’acides aminés
  3. Terminaison sur UAA, UAG ou UGA

📌 Les protéines synthétisées dans le réticulum endoplasmique granuleux peuvent être maturées dans l’appareil de Golgi puis exportées par exocytose, tandis que les protéines produites par les polysomes libres servent majoritairement au fonctionnement interne de la cellule.

Compléments

• Une molécule d’ARN messager est traduite entre 10 et 20 fois avant d’être détruite.

💡 Astuce mémo

Initiation, élongation, terminaison

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN

Divisions cellulaires comparées