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L'information génétique et la reproduction sexuée
La reproduction sexuée nécessite la fusion d'un ovule et d'un spermatozoïde. Elle produit des individus uniques et différents les uns des autres. Comment peut-on expliquer que les enfants d'une même famille ne possèdent pas les mêmes allèles hérités de leurs parents ? Comment la reproduction sexuée peut transmettre des chromosomes différents aux enfants de la même famille ?
1°- La fécondation rétablit le caryotype de l'espèce :
-Manuel p58 : L'union de 2 cellules reproductrices à 23 chromosomes produit une cellule oeuf à 46 chromosomes. Pour chaque paire reconstituée, un chromosome vient du père et l'autre de la mère.
-Manuel p56 : L'observation d'un caryotype de gamètes nous permet de déduire qu'ils ne possèdent pas la même information génétique que les autres cellules de notre organisme :
2°- La formation des gamètes dans les glandes sexuelles :
-Manuel p57 : Tout gamète provient de la division d'une cellule initiale contenue dans les glandes sexuelles. Comment expliquer que le nombre de chromosomes soit divisé par deux lors de la formation des gamètes ?
-Logiciel et Vidéo : Dans une cellule de glande sexuelle en division, les chromosomes à deux filaments de chaque paire se positionnent de part et d'autre du plan équatorial de la cellule.
 Lors de cette étape, aucun mécanisme ne contrôle la position des chromosomes, leur répartition est donc aléatoire et dépend seulement du hasard. Les chromosomes, de chaque paire, se séparent et migrent aux pôles opposés. Ils possèdent toujours 2 filaments d'ADN. Dans cet exemple, on peut envisager avec 2 paire de chromosomes : 2X2=2² gamètes génétiquement différents soit 2^(n) ou n est le nombre de paires. Soit dans l'espèce humaine : 2^(23)= 8.388.608 gamètes génétiquement différents ! -Manuel p57-63 : Au cours de leur formation, les gamètes reçoivent, au hasard, un chromosome de chaque paire. Comme les allèles portès ne sont pas forcément identiques, les gamètes sont génétiquement différents. -Manuel p66 : Au moment de la formation des gamètes, on assiste parfois à une répartition inégale des chromosomes. L'anomalie peut, après fécondation, se retrouver chez le futur individu sous la forme de monosomie ou de trisomie.
3°- La fécondation crée une nouvelle information :
-Feuille 3.C.1 : La reproduction sexuée permet la formation de nouvelles combinaisons d'allèles dans les générations successives.
-Manuel p59 : La fusion des gamètes lors de la fécondation permet non seulement de rétablir le caryotype de l'espèce mais aussi de créer de nouvelles combinaisons génétiques.  Lors de cette étape, aucun mécanisme ne contrôle la rencontre des gamètes, la fécondation est donc aléatoire et dépend seulement du hasard. A chaque nouvelle fécondation, une nouvelle information génétique est créée car les gamètes à l'origine de la cellule oeuf sont génétiquement différents ; il est donc peu ou pas possible que deux frères ou soeurs aient la même information. Comme la fécondation se réalise de manière aléatoire entre les gamètes, on peut envisager dans l'espèce humaine :2^(23) X 2^(23) = 8.388.608 x 8.388.608 = 7,03 X 10^(13) combinaisons soit 70,3 billions de combinaisons. -Feuille 3.C.2 : Un tableau de croisement permet de visualiser toutes les combinaisons d'allèles d'une nouvelle génération. En effet, il permet de représenter
Lorsque l'on représente les chromosomes sexuels dans un tableau de croisement, on remarque que le pourcentage de filles et de garçons est égal à la moitié du nombre de cellules oeufs. Chaque gamète possède les gènes propres à son espèce mais les allèles portés peuvent être différents. L'union et la fusion, au hasard, de deux gamètes génétiquement différents, aboutit à une cellule oeuf qui sera à l'origine d'un nouvel individu possédant une nouvelle combinaison d'allèles. Chaque individu issu d'une reproduction sexuée est donc génétiquement unique ; celui et celle qui créent un oeuf, créent du neuf...!
L'information génétique dans les cellules
et la division cellulaire
La cellule oeuf est à l'origine de toutes les cellules d'un organisme, elle possède 46 chromosomes qui assurent le support de tous les caractères héréditaires.
-Logiciel : Toutes les cellules d'un même organisme doivent posséder la même information génétique et par déduction, le même nombre de chromosomes. Comment le nombre de chromosomes et donc l'information génétique peuvent-ils être conservés au cours des divisions cellulaires successives?
1°- Le maintien du nombre de chromosomes :
-Manuel p53 : Les expériences de clonages (Dolly) nous confirment que toutes les cellules d'un organisme possèdent le même caryotype.
-Manuel p42-43 : Les caryotypes de cellules spécialisées.
Selon l'organe qu'elles constituent, les cellules se spécialisent. Une cellule spécialisée n'utilise et n'exprime qu'une partie de l'information génétique qu'elle possède. Seuls quelques gènes de leur gènomes s'expriment. Pour les hématies :
2°- Les chromosomes et leur molécule d'ADN : -Activité 3.B.1 : La quantitéé d'ADN varie dans le noyau d'une cellule. La vie d'une cellule est une succession plus ou moins rapide de cycles cellulaires (interphases+division cellulaire). Selon le moment du cycle, on peut déduire dans le graphique:
La division d'une cellule est préparée par la copie moléculaire de tous les chromosomes qui constituent le caryotype. Les chromosomes à un seul filament deviennent des chromosomes à deux filaments avant toute division.
3°- Les étapes de la division cellulaire :
-Activité 3.B.2 : A l'aide du manuel p46 et d'une vidéo, replacer de manière chronologique les étapes de la division cellulaire.
1°-Le début de la division cellulaire est marquée par la condensation de l'ADN de chaque chromosomes du caryotype, ils deviennent donc visibles au microscope.
2°- Tous les chromosomes s'alignent sur le plan équatorial de la cellule. La zone qui relie les deux filaments d'un chromosomes se retrouve sur le plan équatorial.
3°- Pour chaque chromosome, le filament initial (période A) et le filament copié pendant l'interphase, tous les deux identiques, se séparent au niveau du plan équatorial et ils migrent aux pôles opposés de la cellule.
4°- Les chromosomes, à présent à un seul filament, se regroupent au niveau des pôles de la cellule. La cellule initiale peut alors former deux nouvelles cellules filles avec un lot de chromosomes identiques au caryotype initial.
-Manuel p46 : Observation d'une microphotographie de Jacinthe.
La division d'une cellule se caractérise par la séparation des deux filaments de chaque chromosome. Les cellules formées reçoivent donc des chromosomes à un filament d'ADN identiques à ceux de la cellule initiale : le caryotype, donc l'information génétique, sont conservés.
Les caractères héréditaires humains et l'information génétique
-Rappels: Après la puberté, les individus de l'espèce humaine peuvent transmettre la vie en produisant des cellules reproductrices appelées gamètes. La rencontre et la fusion de deux gamètes distincts au moment de la fécondation est à l'origine d'une cellule oeuf.
 Avant la cellule Oeuf
L'Homme est défini en tant qu'espèce. Les individus qui souvent se ressemblent ; pouvant se reproduire entre eux et engendrer une descendance fertile, appartiennent à la même espèce. Cependant, il existe des caractères propres à chaque individu. Certains se retrouvent dans plusieurs générations de la même famille.
1°- Les caractéristiques de l'espèce humaine :
Un caractère est une particularité physique ou physiologique identifiable pouvant être décrite, voire mesurée : taille, couleur de la peau, forme du visage, groupe sanguin,..., Pour les individus d'une même espèce, on note des caractères spécifiques et individuels.
Le daltonisme, un caractère héréditaire :
Les enfants de la même génération ne reçoivent pas les mêmes caractères héréditaires ; chacun est donc unique ! Seuls les vrais jumeaux, issus de la division de la même cellule oeuf, possèdent les mêmes caractères héréditaires.
2°- L'information à l'origine des cractères héréditaires :
Les chromosomes sont le support de l'information héréditaire, toujours présents dans le noyau, ils sont facilement observables lors de la division cellulaire. L'ensemble des chromosomes observables dans une cellule constituent le caryotype ; il est spécifique de l'espèce.
Au moment d'une division cellulaire, on remarque que le noyau de la cellule n'est plus visible et on identifie des structures filamenteuses, il s'agit de chromosomes.
3°- Les chromosomes de l'espèce humaine : A°- Observation de caryotypes :
B°- Les anomalies chromosomiques :
L'amniocentèse est une technique de dépistage des anomalies chromosomiques, elle s'effectue grâce à l'étude des caryotypes.
C°- Les chromosomes sont constitués d'ADN :
Lorsque l'ADN est sous sa forme relâchée, il ne permet pas de le distinguer au microscope optique et donc de différencier les chromosomes du caryotype : on observe alors une masse opaque de molécules d'ADN caractéristique du noyau des cellules.
4°- Chaque chromosome contient des gènes :
Tous les individus de la même espèce possèdent le même caryotype malgré des caractères différents. Selon les individus, l'information portée par les chromosomes doit donc être différente.
Une carte génétique permet de localiser le génome d'une espèce, il s'agit de l'ensemble des gènes connus dans une espèce. On constate :
5°- Des gènes aux allèles :
Dans notre espèce, comment expliquer que les gènes puissent commander des caractères héréditaires individuels différents ?
-Application: Transmission des alléles et maladie géntique Un gène détermine ou commande un caractère héréditaire. Un allèle est l'information génétique portée par un gène. Comme un gène existe en double exemplaire sur les homologues :
Si les deux allèles sont différents, le caractère déterminé sera le résultat de la commande de deux allèles; si les allèles sont identiques, le caractère sera déterminé par une même information héréditaire.
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