Chromosomes: qu'est-ce qu'ils sont, caractéristiques et comment ils fonctionnent

Notre ADN, qui se trouve dans le noyau de nos cellules, est organisé sous forme de chromosomes, structures visibles lors de la division cellulaire qui sont héritées à la fois des pères et des mères.

En eux se trouvent les gènes qui codent nos caractéristiques anatomiques et de personnalité. Ils ne sont pas propres aux êtres humains, car chaque organisme possède des chromosomes, bien que sous des formes et des quantités différentes.

Examinons de plus près ce qu'ils sont, quelles sont leurs parties, ce qu'ils contiennent et quelle est la différence entre les organismes eucaryotes et les organismes procaryotes.

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Que sont les chromosomes

Chromosomes (du grec "chroma", "couleur, coloration" et "soma", "corps ou élément") sont chacune des structures hautement organisées constituées d'ADN et de protéines, dans laquelle se trouve la plupart des informations génétiques. La raison de leur nom est due au fait que lorsqu'ils ont été découverts, c'était grâce au fait qu'il s'agissait de structures qui se colorent en noir dans les préparations microscopiques.

Alors que les chromosomes se trouvent dans le noyau cellulaire des cellules eucaryotes, c'est pendant la mitose et la méiose, lorsque la cellule se divise, les chromosomes présentent leur forme caractéristique X (ou Y).

Le nombre de chromosomes d'individus d'une même espèce est constantIl s'agit d'un critère largement utilisé dans les sciences biologiques pour déterminer où commence et où se termine une espèce. Le nombre de chromosomes d'une espèce est précisé par un chiffre, il s'appelle Ploïdie et est symbolisé par 1n, 2n, 4n... selon le type de cellule et les caractéristiques de l'organisme. Les êtres humains ont 23 paires de chromosomes, dont une paire détermine notre sexe.

Structure et composition chimique de la chromatine

Les chromosomes des cellules eucaryotes sont longues molécules d'ADN en double hélice Ils sont étroitement liés à des protéines de deux types, les histones et les non-histones.

Comment les chromosomes peuvent être trouvés dépend de la phase de la cellule. Ils peuvent être trouvés lâchement compactés et relâchés, comme dans les noyaux des cellules à l'interface ou à l'état normal, ou très compacté et visible séparément, comme cela se produit lors de la métaphase mitotique, l'une des phases de division mobile.

La chromatine est la forme sous laquelle l'ADN se manifeste dans le noyau cellulaire, et on pourrait dire que c'est de cela que sont faits les chromosomes. Ce composant est constitué d'ADN, de protéines histones et non histones, ainsi que d'ARN.

1. Histones

Les histones sont des protéines riches en lysine et en arginine, qui interagissent avec l'ADN pour former une sous-unité, appelée nucléosome, qui se répète dans toute la chromatine. Les histones principales trouvées dans les organismes eucaryotes sont: H1, H2A, H2B, H3 et H4.

Les gènes qui codent les histones sont regroupés en niches ou « clusters », qui se répètent des dizaines à des centaines de fois. Chaque cluster contient des gènes riches en paires G-C (guanine-cytosine), codant pour des histones dans l'ordre suivant H1-H2A-H3-H2B-H4.

2. Nucléosome

La chromatine, pendant l'interphase, peut être observée au moyen d'un microscope électronique, présentant une forme similaire à celle d'un collier ou d'un chapelet. Chaque perle du collier est une sous-unité sphérique, appelée nucléosome, reliée entre elles par des fibres d'ADN, et constitue l'unité de base de la chromatine.

Un nucléosome est normalement associé à 200 paires de bases d'ADN, formé par une moelle et un lieur. La moelle est constituée d'un octamère constitué de deux sous-unités des histones H2A, H2B, H3 et H4. Autour de la moelle, l'ADN est enroulé, faisant presque deux tours. Le reste de l'ADN fait partie du lieur, interagissant avec l'histone H1.

L'association de l'ADN avec les histones génère des nucléosomes, d'environ 100 Å (Ångström) de diamètre. À leur tour, les nucléosomes peuvent être enroulés pour former un solénoïde, qui constitue les fibres de chromatine des noyaux d'interphase (300 Å). Ils peuvent se tordre encore plus, formant des super solénoïdes d'un diamètre de 6000 Å, formant les fibres des chromosomes en métaphase.

3. Protéines non histoniques

Les protéines non histones sont protéines autres que les histones extraites de la chromatine des noyaux avec du chlorure de sodium (NaCl), ont une teneur élevée en acides aminés basiques (25%), une teneur élevée en acides aminés acides (20-30%), une forte proportion de proline (7%) ou une faible teneur en acides aminés hydrophobes.

Parties de chromosomes

L'organisation de la chromatine n'est pas uniforme dans tout le chromosome. On distingue une série d'éléments différenciés: centromères, télomères, régions organisatrices du nucléole et chronomètres, qui peuvent tous contenir des séquences d'ADN spécifiques.

1. Centromères

Le centromère est la partie du chromosome qui, lorsqu'elle est colorée, semble moins colorée que le reste. C'est la zone du chromosome qui interagit avec les fibres du fuseau achromatique de la prophase à l'anaphase, à la fois dans la mitose et la méiose. Il est responsable de la réalisation et de la régulation des mouvements chromosomiques qui se produisent lors des phases de division cellulaire.

2. télomères

Les télomères sont les parties formant les membres des chromosomes. Ce sont des régions dans lesquelles se trouve un ADN non codant, hautement répétitif, dont la fonction principale est la stabilité structurelle des chromosomes dans les cellules eucaryotes.

3. Régions organisatrices du nucléole

En plus des centromères et des télomères, appelés constrictions primairesDans certains chromosomes, on peut trouver d'autres types de régions minces, appelées constrictions secondaires, qui sont étroitement liées à la présence de séquences d'ADN ribosomique.

Ces régions sont les régions organisatrices du nucléole (NOR). Les séquences d'ADN ribosomique sont englobées dans le nucléole, qui reste englobé par les NOR pendant une grande partie du cycle cellulaire.

4. Chromomères

Les chromosomes sont les régions épaisses et compactes du chromosome, qui sont répartis plus ou moins uniformément le long du chromosome, et peuvent être visualisés lors des phases de mitose ou de méiose avec moins de condensation de la chromatine (prophase).

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Forme chromosomique

La forme des chromosomes est la même pour toutes les cellules somatiques (non sexuelles) et caractéristique de chaque espèce. La forme dépend, fondamentalement, de l'emplacement du chromosome et son emplacement sur la chromatide.

Comme nous l'avons déjà mentionné, le chromosome est essentiellement constitué du centromère qui divise le chromosome en un bras court et un bras long. La position du centromère peut varier d'un chromosome à l'autre, leur donnant des formes différentes.

1. Métacentrique

C'est le chromosome prototypique, le centromère étant situé au milieu du chromosome et les deux bras ont la même longueur.

2. Submétacentrique

La longueur d'un bras du chromosome est plus grande que l'autre, mais ce n'est pas quelque chose de très exagéré.

3. Acrocentrique

Un bras est très court et l'autre est très long.

4. Télocentrique

Un bras du chromosome est très court, le centromère étant très proche d'une extrémité.

Loi de la constance numérique

Normalement, chez la plupart des espèces animales et végétales, tous les individus du même ont un nombre constant et déterminé de chromosomes, qui constituent son caryotype. Cette règle s'appelle la loi de la constance numérique des chromosomes. Par exemple, dans le cas des êtres humains, la grande majorité d'entre nous en présente 23 paires.

Cependant, il est vrai qu'il y a des individus qui, en raison d'erreurs dans la distribution des chromosomes lors de la formation des gamètes ou des cellules sexuelles, ils reçoivent un nombre différent de chromosomiques. C'est le cas de conditions médicales telles que le syndrome de Down (trisomie du chromosome 21), Klinefelter (hommes XXY) hommes XYY et femmes XXX.

Le nombre de chromosomes présentés par les espèces diploïdesComme dans notre cas, il possède deux paires de chromosomes de chaque type et est représenté par 2n. Dans les organismes haploïdes, c'est-à-dire qui ne contiennent qu'un seul ensemble de chaque chromosome, ils sont représentés par la lettre n. Il existe des espèces polyploïdes, qui ont plus de deux ensembles de chaque chromosome, étant représentées par 3n, 4n ...

Aussi surprenant que cela puisse paraître, il n'y a aucune relation entre le nombre de chromosomes et leur degré de complexité. Il existe des espèces végétales, comme le Haplopappus gracilis, qui n'a que quatre chromosomes, tandis que d'autres légumes, comme le blé tendre, en ont 42, plus que notre espèce, mais c'est toujours un légume sans cerveau ni autres organes. L'organisme avec le plus de chromosomes connus à ce jour s'appelle Aulacantha, est un micro-organisme qui possède 1600 chromosomes

Chromosomes sexuels

Dans de nombreux organismes, l'une des paires de chromosomes homologues est différente des autres et détermine le sexe de l'individu. Cette Cela se produit dans l'espèce humaine et ces chromosomes sont appelés chromosomes sexuels ou hétérochromosomes.

Système de détermination XY

C'est le système de détermination du sexe des humains et de nombreux autres animaux :

Les femelles sont XX (femelle homogène), c'est-à-dire avoir deux chromosomes X et ne pourra livrer que des ovules avec le chromosome X.

Les mâles, quant à eux, sont XY (mâle hétérogamétique), possédant un chromosome X et un chromosome Y, et pouvant donner des spermatozoïdes avec l'un ou l'autre.

L'union entre l'ovule et le sperme donnera des individus soit XX ou XY, la probabilité étant de 50 % d'être de l'un ou l'autre sexe biologique.

Système de détermination ZW

C'est celui d'autres espèces, comme les papillons ou les oiseaux. L'inverse est le cas dans le cas précédent, et pour cette raison il est préférable d'utiliser d'autres lettres pour éviter toute confusion.

Les mâles sont ZZ (mâle homogamétique) et les femelles sont ZW (femelle hétérogamétique).

Système de détermination XO

Et si le système précédent ne s'est pas avéré très rare, celui-ci ne laissera sûrement personne indifférent.

Il se produit principalement chez les poissons et les amphibiens, ainsi que chez certains autres insectes, car ils n'ont pas de chromosome sexuel autre que X, c'est-à-dire n'ai pas quelque chose comme Y.

Le sexe est déterminé par le fait qu'ils aient deux X ou un seul. Le mâle est XO, cela signifie qu'il n'a qu'un seul chromosome sexuel, X, tandis que la femelle est XX, en ayant deux.

Chromosomes humains

Les humains ont 23 paires de chromosomes, dont 22 sont des autosomes et une paire de chromosomes sexuels. Selon que vous êtes un homme ou une femme, vous avez respectivement les chromosomes sexuels XY ou XX.

La taille totale du génome humain, c'est-à-dire le nombre de gènes que possède notre espèce, est d'environ 3 200 millions de paires de bases d'ADN, contenant entre 20 000 et 25 000 gènes. La séquence d'ADN humain codée contient les informations nécessaires à l'expression du protéome humain, c'est-à-dire l'ensemble des protéines que les êtres humains synthétisent et c'est la cause que nous sommes tels que nous sommes.

Il a été estimé qu'environ 95% de l'ADN lié aux gènes correspondrait à de l'ADN non codant, généralement appelé « ADN indésirable »: pseudogènes, fragments de gènes, introns... Bien que, bien qu'on ait pensé que ces séquences d'ADN étaient des régions chromosomiques sans fonction, des recherches récentes ont remis en question cette affirmation.

Le chromosome procaryote

Les organismes procaryotes, dont le règne est celui des bactéries et des archées, n'ont qu'un seul chromosome, de forme circulaire, même s'il est vrai qu'il existe des exceptions à cette règle. Ce type de chromosome, généralement appelé chromosome bactérien, peut contenir environ 160 000 paires de bases.

Ce chromosome est dispersé dans tout le cytoplasme de l'organisme, car ces êtres vivants n'ont pas de noyau défini.

Références bibliographiques:

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• Corbeau, E. W.; Corbeau, J. F. (2002), il y a 100 ans: Walter Sutton et la théorie chromosomique de l'hérédité, génétique 160 (1): 1-4
• Daintith, John, et al., (1994), Encyclopédie biographique des scientifiques, deuxième édition. Bristol, Royaume-Uni: Institute of Physics Publishing.