EUCARYOTES (CHROMOSOME DES)

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Duplication des chromosomes

L'invariance du caryotype de l'espèce montre que les chromosomes (forme, taille, masse d'ADN) et l'information génétique (nombre, ordre des gènes) qu'ils contiennent sont transmis fidèlement de la cellule mère aux cellules filles au cours des mitoses successives. Par quels mécanismes peut-on passer d'un chromosome à deux chromosomes identiques ? Taylor a démontré le premier, en 1957, que cette duplication des chromosomes était semi-conservative par l'expérience résumée dans la figure 11. Des plantules d'une liliacée (Bellevalia) ou de fève (Vicia faba) ont été placées dans une solution de thymidine radioactive. La thymidine pénètre dans les racines dont les cellules se divisent activement et, comme elle est un précurseur de la synthèse d'ADN, elle sera incorporée spécifiquement dans l'ADN des chromosomes. Des échantillons de racines sont prélevés et les cellules placées en contact d'une émulsion photographique (la désintégration du tritium émet des rayons β qui impressionnent l'émulsion photographique permettant ainsi la localisation des régions d'incorporation de la thymidine) : dans tous les noyaux en métaphase (stade où les chromosomes sont le mieux visibles), les deux chromatides de chaque chromosome sont marquées. Un second lot d'échantillon est prélevé et placé dans un milieu sans thymidine tritiée le temps nécessaire à un deuxième cycle de mitose. On observe alors que chaque chromosome a une chromatide marquée et une chromatide non marquée. Après un troisième cycle de mitose, la moitié seulement des chromosomes est marquée et ces derniers ont une seule chromatide marquée. L'hypothèse la plus simple consiste à supposer que chaque chromatide correspond à deux sous-unités, chacune d'elle servant de modèle pour la synthèse de la sous-unité complémentaire à la génération suivante : chaque nouvelle chromatide contient donc une structure ancienne et une structure nouvellement synthétisée. Ces résultats suggèrent que chaque chromatide peut être assimilée à une double hélice d'ADN, la duplication du chromosome étant le reflet de la réplication de l'ADN (les deux chaînes de la molécule se séparant, chacune peut servir de moule pour la synthèse d'une chaîne complémentaire, ce qui conduit à la formation de deux copies strictement identiques à la molécule de départ).

Expérience de Taylor

Dessin : Expérience de Taylor

Expérience de Taylor : schématisation des résultats expérimentaux (a) et interprétation au niveau moléculaire (b). En 1, on a représenté un chromosome métaphasique après réplication en absence de thymidine radioactive. En 2, les chromosomes ont subi une réplication en présence de... 

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La même technique d'autoradiographie sur des molécules d'ADN en train de se répliquer (extraites de chromosomes de mammifères, Hüberman et al., 1968) a permis de mettre en évidence l'existence de nombreux sites d'initiation de la réplication le long des chromosomes d'Eucaryotes à partir desquels la synthèse progresse de façon bidirectionnelle. À cause des contraintes imposées par la nature même de la double chaîne d'ADN et de celles des enzymes responsables de la réplication, cette dernière est continue sur l'une des chaînes et discontinue sur l'autre. Sur cette dernière sont synthétisés des fragments de 200 nucléotides ou fragments d'Okasaki (Okasaki, 1968), qui sont ensuite reliés entre eux par une enzyme de liaison (ligase). Il y a une centaine d'unités de réplication (ou réplicon) par chromosome, contrairement au chromosome bactérien qui n'en présente qu'une. De même la vitesse d'élongation des chaînes d'ADN est d'environ 3 000 nucléotides (1 μm) par minute chez les eucaryotes au lieu de 2 000 nucléotides par seconde chez le colibacille. Les différents segments chromosomiques ne se répliquent pas en même temps, mais leur ordre chronologique est constant pour une espèce donnée. Les inhibiteurs de la synthèse protéique diminuent l'initiation de la synthèse d'ADN suggérant l'existence d'au moins une protéine de régulation de la phase de duplication chromosomique.

La réplication des histones est toujours étroitement couplée avec celle de l'ADN. Cette synthèse est rapide puisqu'on ne trouve jamais de segments d'ADN nu aux fourches de réplication. L'inhibition de la synthèse des histones diminue celle de l'ADN et réciproquement. Les histones H3 et H4 s'associent d'abord à l'ADN, puis les histones H2A et H2B et enfin H1. Il semble que les histones et l'ADN nouvellement synthétisés s'associent préférentiellement, mais les résultats des différents laboratoires restent contradictoires, et des associations au hasard entre histones nouvellement synthétisées et brin d'ADN parental sont également décrites. La sensibilité des nucléosomes des fourches de réplication à la digestion par les nucléases est différente de celles des nucléosomes de la c [...]

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Nucléosomes

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Chromosome métaphasique

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Caryotype : Drosophila melanogaster

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Remaniements chromosomiques

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Denise ZICKLER, « EUCARYOTES (CHROMOSOME DES) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/eucaryotes-chromosome-des/