La [popupdefinition id=783]mol&eacute;cule[/popupdefinition] d'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] renferme l'information [popupdefinition id=152]g&eacute;n&eacute;tique[/popupdefinition], c'est-&agrave;-dire le [popupdefinition id=154]g&eacute;nome[/popupdefinition]. Sa structure a &eacute;t&eacute; d&eacute;termin&eacute;e en 1953 par James Watson et [popupbiographie id=490]Francis Crick[/popupbiographie], qui auront le prix Nobel de m&eacute;decine neuf ans plus tard.&copy; Creations, Shutterstock

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La découverte de l'ADN, cette précieuse molécule

La génétique est la science de l'hérédité. Elle étudie les caractères héréditaires des individus, leur transmission au fil des générations et leurs variations (mutations). C'est l'étude de cette transmission héréditaire qui a permis l'établissement des lois de Mendel. La mise en évidence de l’ADN, qui est le support de l’information génétique, a permis le développement de la génétique moléculaire.La génétique s’intéresse à tous les êtres vivants, procaryotes ou eucaryotes. Les virus possèdent également un patrimoine génétique sous forme d’ADN ou d’ARN.Chez l’Homme, le noyau cellulaire contient 23 paires de chromosomes ; chaque individu possède un lot de chromosomes provenant de son père et un lot provenant de sa mère. Chez les eucaryotes, tout le génome n'est pas dans le noyau : mitochondries et chloroplastes contiennent aussi de l'ADN. De la transmission de caractères à la génétique moléculaireLe génome contient de nombreux gènes ; un gène contient l’information nécessaire pour produire un polypeptide. Dans la cellule, pour produire un polypeptide à partir d’un gène, l’ADN est d’abord transcrit en ARN qui ensuite est traduit par des ribosomes en polypeptide. Au laboratoire, de nombreuses techniques de biologie moléculaire permettent de manipuler et d’analyser les gènes : utilisation d’enzymes de restriction, clonage de gènes dans un plasmide, production d’ADN par PCR, séquençage de l’ADN…Le génie génétique a permis le séquençage du génome humain, de diagnostiquer des maladies génétiques ou d’imaginer des techniques de thérapie génique. Les manipulations du génome permettent de créer des organismes génétiquement modifiés (OGM). Aujourd’hui, les manipulations génétiques sont facilitées chez les animaux et les végétaux grâce au développement de la technique d’édition génomique CRISPR-Cas9.

Génétique

Une molécule est un ensemble d’atomes (au moins deux) identiques ou non, unis les uns aux autres par le biais de liaisons chimiques. Ces dernières sont les résultats de la mise en commun d’un certain nombre d’électrons gravitant sur la couche externe des atomes.
La liaison dite covalente simple est la plus simple des liaisons que l’on puisse rencontrer entre deux atomes lorsque ceux-ci mettent en commun un unique électron de leur couche externe chacun. Les deux électrons en question forment ainsi un doublet liant.
La structure d'une molécule est déterminée par le nombre de doublets d'électrons, liants ou non. Une molécule qui compte quatre liaisons covalentes simples, comme le méthane (CH4), présente une forme tétraédrique. En revanche, une molécule qui présente quatre liaisons covalentes dont une triple, comme l'acétylène (C2H2), sera de forme linéaire. L'objectif étant de minimiser les forces de répulsions entre doublets.
Composition chimique et représentation des molécules
La formule chimique d’une molécule renseigne sur sa composition chimique. La molécule d’eau, de formule H2O, par exemple, est constituée de deux atomes d’hydrogène, H, et d’un atome d’oxygène, O.
D’autres représentations peuvent renseigner sur la structure de la molécule comme par exemple les représentations suivantes : 
La formule développée fait apparaître les doublets d'électrons liants. Pour la molécule d’eau, on obtient : H – O – H ;La formule de Lewis figure les liaisons entre les atomes ainsi que les électrons de valence qui ne participent pas aux liaisons. C'est en quelque sorte, une formule développée plus complète ;La représentation de Cram met en évidence la structure de la molécule dans l'espace mais elle ne distingue pas les liaisons chimiques simples des liaisons doubles.
Une formule unique mais des molécules différentes
Ces différentes représentations peuvent être très utiles pour distinguer des molécules que l'on nomme isomères. Celles-ci possèdent une même formule brute mais des formules développées ou des représentations différentes. Elles peuvent donc avoir des propriétés différentes.
C'est par exemple le cas du butane et du méthylpropane (ou isobutane) : ils sont tous deux représentés par la formule brute C4H10 mais se distinguent par la configuration de leurs chaînes carbonées.

Molécule

L’ADN signifie acide désoxyribonucléique, et constitue la molécule support de l'information génétique héréditaire.

Structure de l’ADN

L’ADN est une molécule très longue, composée d’une succession de nucléotides accrochés les uns aux autres par des liaisons phosphodiester. Il existe quatre nucléotides différents : l’adénosine, la cytidine, la guanosine et la thymidine, dont l’ordre d’enchaînement est très précis et correspond à l’information génétique.


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L'ADN a été découvert en 1953 par la chercheuse Rosalind Franklin, injustement oubliée pendant des décennies. Retracez son histoire dans Chasseurs de Science. © Futura

L’ADN est formé de deux brins complémentaires enroulés en hélice (double hélice). S’il peut prendre plusieurs formes (type Z et type A), l’ADN prend le plus souvent la forme B, où la double hélice possède les caractéristiques suivantes :

10,5 paires de bases par tour ;un pas de l’hélice (hauteur entre deux tours) de 0,34 nanomètres.

Schéma représentant l'ADN dans les chromosomes. © DP

 

La structure originale de l'ADN en double hélice lui permet de se dupliquer en deux molécules identiques entre elles et identiques à la molécule mère lors du phénomène de réplication qui a lieu avant la division cellulaire. L’information génétique n’est ainsi jamais perdue, et peut se transmettre aux nouvelles générations via les cellules germinales.

L'ADN chez les eucaryotes

À une échelle un peu plus grande, chez les organismes eucaryotes, l'ADN forme des pelotes, les nucléosomes, où l’ADN est associé à des protéines, les histones. Le tout est bien enroulé et compacté sous la forme de chromosomes qui sont localisés dans le noyau des cellules.

On en trouve également dans certains organites comme la mitochondrie et le chloroplaste.

L'ADN chez les procaryotes

L'ADN des procaryotes (bactéries, archées) est similaire à celui des eucaryotes, mais il n'est pas associé à des histones et baigne dans le cytoplasme. Il est aussi le plus souvent sous forme de chromosomes circulaires.

Rôle de l’ADN dans l’hérédité

Cette molécule en forme de double hélice contient l'information génétique et s'avère essentielle pour le développement, le fonctionnement et la transmission des caractères héréditaires d'un organisme. L'ADN est organisé en gènes, qui sont des segments spécifiques de cette molécule, et chaque gène code pour une protéine ou une fonction biologique particulière.

Lors de la reproduction, les parents transmettent leur ADN à leur progéniture, assurant ainsi la transmission des caractéristiques génétiques d'une génération à l'autre. L'étude de l'ADN permet de mieux comprendre les mécanismes de l'hérédité, de diagnostiquer des maladies génétiques et d'ouvrir des perspectives passionnantes dans le domaine de la médecine génomique.

ADN : comment survient une maladie génétique ?

Une maladie génétique se manifeste lorsque des anomalies ou des mutations se produisent dans l'ADN d'un individu, altérant ainsi le fonctionnement normal de certaines protéines ou de processus biologiques. Ces mutations peuvent être héritées des parents ou survenir spontanément lors de la formation des cellules reproductrices ou au cours du développement de l'individu. Ces altérations génétiques peuvent affecter la structure ou la régulation des gènes, entraînant des problèmes de santé variés.

Les maladies génétiques peuvent être héritées de manière autosomique dominante (lorsqu'un seul allèle muté suffit à causer la maladie) ou récessive (où les deux allèles doivent être mutés). L'ADN joue donc un rôle central dans le développement des maladies génétiques en dictant la composition génétique de chaque individu et en influençant leur prédisposition aux maladies héréditaires

L'importance de l'ADN dans la génétique

L’ADN est le support de l’information génétique, c'est-à-dire qu’il porte des milliers de gènes sous la forme de succession de nucléotides. Le code génétique permet d’associer chaque triplet de bases à un acide aminé particulier. Chez l’Homme, on estime le nombre de gène codant pour des protéines à 40.000, mais il existe aussi des morceaux d’ADN codant pour des ARN, pour des séquences régulatrices de l’expression des gènes…

L'ADN est composé de gènes, ces segments spécifiques qui renferment les instructions nécessaires à la synthèse des protéines et à la régulation de divers processus biologiques. Comprendre l'ADN permet ainsi de décoder les mécanismes de l'hérédité, d'identifier les mutations responsables de maladies génétiques, et d'explorer les relations entre les génomes et les caractéristiques physiques ou phénotypiques des individus. Cette connaissance a des implications majeures en médecine, en biologie évolutive, et dans le développement de traitements personnalisés. Ainsi, l'ADN est le fondement même de la génétique moderne, ouvrant des portes importantes pour la recherche scientifique et l'amélioration de la santé humaine.

Biophysicien britannique né à Northampton en Angleterre, Francis Crick est l’un des créateurs de la configuration en longue hélice de la structure de l’ADN, l’acide désoxyribonucléique. Grâce à cette idée, il a obtenu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962, avec le Britannique Maurice Hugh Frederick Wilkins, de l’université de Londres. Il a étudié à Londres et à Cambridge et a commencé ses recherches en biologie moléculaire en 1949 au Cavendish Laboratory.Études de Francis CrickIl entreprend des études conjointes avec James Dewey Watson en 1953 et propose un modèle en spirale à double hélice pour la structure moléculaire de l’ADN, le matériel génétique de la plupart des êtres vivants. Cela représente une percée spectaculaire dans l’étude de la génétique. Le scientifique faisait alors partie de l’équipe de l’Institut Salk, en Californie, mais il est devenu célèbre lorsqu’il travaillait au Laboratoire Cavendish à Cambridge, en Angleterre.En collaboration avec Watson, il publie un article dans lequel la structure et la duplication hélicoïdale de l’ADN apparaissent pour la première fois. Ces dernières années, il s’était consacré à la recherche sur les bases neurologiques de la conscience, une énigme dont la solution s’est avérée beaucoup plus difficile à trouver que la structure de l’ADN. À 88 ans, victime d’un cancer du côlon, il est décédé le 19 juillet 2004 dans un hôpital de San Diego.FamilleFrancis Crick était l’aîné de deux garçons, né et élevé dans un petit village près de Northampton, où son père et son oncle dirigeaient une usine familiale de bottes et de chaussures. Crick a développé très tôt une fascination pour la science et la façon dont la vie commence. Cette fascination lui a été inspirée en partie par son grand-père, un naturaliste amateur qui correspondait avec Charles Darwin et qui a donné son nom à deux gastéropodes (sortes d’escargots/limaces). Crick s’est marié deux fois, d’abord avec Ruth Dodd en 1940, avec qui il a eu un fils, puis avec Odile Speed, avec qui il a eu deux filles.ÉducationFrancis Crick a d’abord fréquenté la Northampton Grammar School, puis a obtenu une bourse d’études pour la Mill Hill School de Londres. En 1937, il entre à l’University College de Londres, où il obtient un diplôme de physique et commence un doctorat, mais celui-ci est interrompu par la Seconde Guerre mondiale. En 1947, il obtient une bourse du Medical Research Council pour poursuivre un doctorat en biophysique à Cambridge. Cela lui permet de rejoindre des équipes de recherche, d’abord aux Strangeways Research Laboratories, puis à la Medical Research Unit du Cavendish Research Unit. Il passe son doctorat en 1954 sur l’utilisation de la cristallographie aux rayons X pour étudier la structure des protéines.CarrièreDu début de la Seconde Guerre mondiale à 1947, Crick fait partie du laboratoire de recherche de l’Amirauté britannique, où il participe à la mise au point de radars et de mines magnétiques, puis au renseignement scientifique.De 1949 à 1976, il est rattaché à l’unité de recherche Cavendish, où il s’attache à élucider la structure de l’ADN. En 1976, Crick s’installe au Salk Institute de San Diego où il se consacre à l’étude du cerveau et de la conscience, en se concentrant sur l’interaction entre les neurones et divers processus chimiques dans le corps.Réalisations de Francis CrickCrick est surtout connu pour sa collaboration avec Jim Watson, également basé à la Cavendish, qui a déterminé que la structure tridimensionnelle de l’ADN était une double hélice. Publiés en 1953, ces travaux ont ouvert la voie à une nouvelle compréhension de la manière dont le matériel génétique est stocké et copié, permettant ainsi de nouvelles façons d’observer et de manipuler les processus biologiques. Récompensé par le prix Nobel pour ces travaux en 1962, avec Watson et Maurice Wilkins, Crick a également apporté des contributions fondamentales à la découverte du code génétique de l’ADN et a fourni un cadre permettant de comprendre comment l’information génétique circule dans les cellules.

Francis Crick

Le génome d’une espèce est l’ensemble de l’information génétique inhérente à cette espèce. Il est présent dans toutes les cellules de l’organisme et s’organisme selon un code porté par un acide nucléique (ADN ou ARN pour certains virus).Organisation du génome dans la celluleOrganisé en séquences de nucléotides, le génome est constitué de régions codantes : les gènes qui déterminent le plan pour la synthèse des protéines grâce à la transcription (correspondant à la copie d’un fragment d’ADN en ARNm) et à la traduction (fabrication des chaînes polypeptidiques à partir de l’ARNm dans le cytoplasme). Chaque nucléotide portant une base, on désigne la taille du génome en paire de base (ADN double brin). Quelles que soient les espèces, le nombre de paires de bases est colossal, de telle sorte que le support biochimique du génome à savoir l’ADN s’organise en structure condensée, enroulée autour de protéines. Cette configuration permet la proximité entre des gènes distants pouvant fonctionnellement permettre leur interaction d’autant que des régions non codantes existent, et sont impliquées dans des fonctions de régulation dans l’expression des gènes (introns) ou dans la division cellulaire (ADN satellite). Chez les eucaryotes, le génome est contenu dans le noyau des cellules. Il est réparti sur les 23 paires de chromosomes de l’espèce humaine (22 paires d’autosomes et une paire de chromosomes sexuels XX ou XY). Cependant, une infime partie (moins de 1%) se situe dans les mitochondries sous forme d’ADN circulaire. Il est à noter que cet ADNmt est transmis uniquement par la mère (puisque seul l’ovocyte fournit le cytoplasme au cours de la fécondation).L'ADN mitochondrial est organisé de manière circulaire © Knopfkind layout by XXXL 1986, Wikipedia Commons CC BY-SA 3.0Nécessité du maintien de l’intégrité du génomeLe mécanisme de la transmission de l’information génétique par lequel une séquence de 3 nucléotides code pour un acide aminé, assorti de la complexité des systèmes de régulation impliquent la nécessité de la conservation de l’ADN. Pourtant un grand nombre de facteurs qu’ils soient exogènes (rayons UV …) ou qu’ils proviennent du métabolisme de la cellule engendrent des lésions à la double hélice. De nombreux systèmes de réparation et de signalisation sont présents dans la cellule afin de préserver l’intégrité du génome.

Génome

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L'ADN ([popupdefinition id=87]acide d&eacute;soxyribonucl&eacute;ique[/popupdefinition]) est constitu&eacute; de deux brins compl&eacute;mentaires, qui forment une structure en double h&eacute;lice.&copy; Caroline Davis, Flickr, CC

La structure de l'ADN : une double hélice

4286_la-structure-de-l-adn-:-une-double-helice

Chez certains [popupdefinition id=291]virus[/popupdefinition], comme les [popupdefinition id=102]bact&eacute;riophages[/popupdefinition] (les Microvirus ou les Levivirus), qui attaquent sp&eacute;cifiquement les [popupdefinition id=101]bact&eacute;ries[/popupdefinition], le [popupdefinition id=154]g&eacute;nome[/popupdefinition] n'est pas sous la forme d'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] [popupdefinition id=103]double brin[/popupdefinition], mais d'ADN simple brin. &copy; GrahamColm, Wikimedia Comons, DP

L'ADN simple brin de certains virus

Un bactériophage, ou phage, est un virus qui infecte des bactéries. Les phages ont été mis en évidence par le Britannique Frederick Twort en 1915 et le franco-canadien Félix d’Hérelle en 1917. À l’époque de cette découverte, il n’était pas possible de voir le bactériophage au microscope. Les chercheurs l’ont mis en évidence par le fait qu’il pouvait détruire des bactéries et qu’il traversait le filtre de Chamberland, ce qui prouvait qu’il était plus petit qu’une bactérie. Il faudra attendre le début des années 1940 pour voir ce virus au microscope électronique. Le terme de bactériophage, inventé par Félix d’Hérelle, provient du grec et signifie « mangeur de bactéries ». 
On distingue deux sortes de bactériophages : 
les phages lytiques, comme le phage T4, qui infectent la bactérie, détournent la machinerie cellulaire pour se reproduire et détruisent la cellule en libérant des dizaines de nouveaux phages ;les phages lysogènes, ou tempérés, comme le phage Lambda, qui insèrent leur ADN dans celui de la bactérie sous la forme d’un prophage, et peuvent lui conférer de nouvelles propriétés (fabrication de toxines…). 
Utilisation des bactériophages en médecine et en biologie moléculaire
Les phages sont utilisés pour des expériences de biologie moléculaire, par exemple comme vecteurs de clonage. Le groupe Phage, des chercheurs rassemblés autour de Max Delbrück, est à l’origine de découvertes importantes qui ont servi de base à la biologie moléculaire. Pour ces travaux, Max Delbrück, Alfred Hershey et Salvador Luria ont obtenu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1969.
Comme les phages lytiques détruisent les bactéries, ils peuvent être utilisés pour lutter contre des infections bactériennes : c’est le principe de la phagothérapie. Inventée par Félix d’Hérelle à Paris, la phagothérapie est toujours pratiquée dans certains pays de l’ancien bloc soviétique (Géorgie, Russie…). En raison des problèmes de résistance aux antibiotiques, de plus en plus de chercheurs s’intéressent à la phagothérapie car elle apparaît comme une alternative aux antibiotiques. Les phages ont pour avantage d’être spécifiques d’une bactérie : contrairement aux antibiotiques qui déstabilisent la flore intestinale, ils ne tuent que leur bactérie cible.

Bactériophage

Un virus est une particule microscopique infectieuse qui ne peut se répliquer qu’en pénétrant dans une cellule et en utilisant sa machinerie cellulaire. Les virus qui infectent les bactéries sont les bactériophages. Il existe des virus qui infectent des animaux et d’autres qui infectent les végétaux. S’ils provoquent des maladies, les virus peuvent être considérés comme des germes pathogènes.
La découverte des virus trouve son origine au XIXe siècle, avec les travaux d’A. Mayer sur la mosaïque du tabac. Le scientifique allemand a découvert que cette maladie qui touchait les feuilles de tabac pouvait se propager d’une plante à l’autre. Mais il n’a pas pu trouver de bactérie responsable de cette maladie. Plus tard, le microbiologiste Beijerinck comprit que la particule infectieuse devait être bien plus petite qu’une bactérie. Le virus de la mosaïque du tabac (VMT) n’a été identifié qu’en 1935 par Wendell Stanley.
Structure générale des virus
Les virus ne sont pas des cellules mais des particules infectieuses dont les gènes sont enfermés dans une coque protéique :
le génome viral peut être un ADN ou un ARN. Chez les animaux, certains virus à ARN sont des rétrovirus : ils ont besoin d’une transcriptase inverse pour fabriquer un ADN à partir de l’ARN ;la coque protéique qui enveloppe le génome est la capside. Elle peut avoir différentes formes : bâtonnet comme le virus de la mosaïque du tabac, polyèdre (par exemple un icosaèdre avec 20 triangles comme les adénovirus)… Certains virus, comme celui de la grippe, possèdent une enveloppe membraneuse, qui provient de la membrane de la cellule hôte.

Virus

La bactérie est un micro-organisme ubiquiste, unicellulaire et sans noyau (procaryote) dont le génome est constitué d'ADN. Celui-ci consiste en un seul chromosome, et on note éventuellement la présence de plasmides (petit morceau d'ADN circulaire). L'ensemble des bactéries forme le règne des eubactéries (Eubacteria).
Certaines bactéries peuvent être pathogènes. Chez l'Homme, les symptômes d'une infection bactérienne sont similaires à ceux observés lors d'une infection virale (éruption cutanée, toux, écoulement nasal, larmoiement, fatigue, nausées, fièvre et douleurs musculaires). Parfois, elles sont mortelles. Les infections bactériennes peuvent être traitées avec des antibiotiques.
Bactérie ou eubactérie ?
Le terme procaryote a longtemps été synonyme de bactérie. Cependant, dans les années 1990, des chercheurs ont découvert un nouveau type cellulaire procaryote différent des bactéries. Il s’agissait des archéobactéries (archées).
Depuis, les « vraies » bactéries, que l'on surnomme souvent bactéries, ont été renommées eubactéries pour faire la différence avec les archéobactéries. Ces dernières ressemblent visuellement aux eubactéries, mais comportent des caractères très différents. Elles seraient plus proches génétiquement des eucaryotes que des bactéries ! Les archées représentent d’ailleurs un règne à part entière à côté de celui des eucaryotes et des eubactéries.
Les bactéries, des êtres ubiquistes
Faisant preuve d'une extraordinaire diversité, les bactéries ont colonisé tous les milieux. Certaines peuvent même vivre dans des conditions extrêmes, devenant capables de croître à partir des molécules soufrées qui composent leur environnement, de méthane ou d'hydrogène.
Schéma de la cellule bactérienne typique. Cependant, certains des éléments présentés ici, comme le flagelle qui sert à la locomotion, n'équipent pas toutes les bactéries. © LadyofHats, Wikipédia, DP
Bactéries pathogènes
Certaines bactéries se sont avérées fatales pour l'humanité, causant des millions de morts. Voici une liste non exhaustive de quelques-unes des plus célèbres :
 Mycobacterium tuberculosis, aussi appelé bacille de Koch, l'agent qui cause la tuberculose ; Yersinia pestis, responsable de la peste ; Staphylococcus aureus, le staphylocoque doré, à l'origine de nombreuses intoxications alimentaires ; Vibrio cholerae, qui induit le choléra ; Neisseria meningitidis, principale cause de méningite bactérienne. 
Utilisation des bactéries par l'Homme
Mise à part leur utilité dans la fermentation de produits alimentaires, qui remonte à l'ère préhistorique, les Hommes se servent à leur profit des propriétés bactériennes.
Par leurs capacités à survivre dans les différents milieux et exploiter de très nombreuses ressources, on fait appel à leurs services pour dépolluer des zones dégradées.
Leurs propriétés pathogènes sont exploitées dans l'agriculture, pour protéger les plantes des agresseurs extérieurs. L'un des exemples célèbres est la bactérie Bacillus thuringiensis, capable de produire une protéine dite Bt, nocive pour certaines espèces d'insectes. L'industrie s'est d'ailleurs emparée de cette faculté et a développé du maïs OGM Bt pour protéger la céréale de la pyrale du maïs.
Elles-mêmes sont parfois génétiquement modifiées dans l'intérêt pharmaceutique. Ainsi, lorsqu'on leur injecte certains gènes, elles synthétisent des molécules d'intérêt thérapeutique, comme l'insuline pour les personnes diabétiques.
Les bactéries servent également la science. Les biologistes les étudient pour comprendre certains mécanismes métaboliques et génétiques. La bactérie Escherichia coli, unicellulaire vivant dans nos intestins, est un modèle de choix que les scientifiques savent exploiter.

Bactérie

Le terme de bicaténaire s’applique à des macromolécules polymères organisées en deux brins (deux chaînes). En génétique, cet adjectif est utilisé pour illustrer la structure en double hélice de la molécule d’ADN par opposition à la molécule d’ARN messager qui est monocaténaire.L’ADN : une molécule bicaténaireL’ADN, support de l’information génétique est constituée de deux brins antiparallèles (sens opposés) pour former une double hélice. Chaque brin est un polynucléotide organisé en séquences support du code génétique. Chaque nucléotide porte une base azotée qui établit des liaisons hydrogènes (faible énergie) avec une base complémentaire du brin opposé conférant ainsi une structure de double chaîne. Les bases complémentaires sont Adénine avec Thymine (A-T) et Guanine avec Cytosine (C-G). Il y a 2 liaisons hydrogènes entre les bases A et T et 3 liaisons hydrogènes entre les bases C et G. Cet appariement des bases permet à la cellule de coder une séquence du génome sur un brin sans que la structure générale ne soit affectée. Structure monocaténaire de l'ARN vs Structure bicaténaire de l'ADN© Yarkee, Adobe StockIntérêt biologique de la structure bicaténaireAfin d’assurer la transmission du génome au cours de la division cellulaire, l’ADN doit effectuer une réplication ou duplication. A partir d’une molécule parentale d’ADN, deux nouvelles molécules seront formées. C’est parce que la molécule d’ADN s’ouvre comme une fermeture éclair par rupture des liaisons hydrogènes situées entre les bases, qu’un nouveau brin identique au brin parental pourra se former de novo à partir des éléments se trouvant dans la cellule. De plus, cette configuration confère à la structure plus de stabilité.Cette organisation en double hélice se retrouve aussi dans des protéines telles que le collagène ou les microfilaments d’actine impliqués dans le cytosquelette.

Bicaténaire

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Chez les [popupdefinition id=144]eucaryotes[/popupdefinition], dont l'Homme, l'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] est empaquet&eacute; de fa&ccedil;on tr&egrave;s ordonn&eacute;e. La double h&eacute;lice d'ADN s'enroule autour d'un ensemble de [popupdefinition id=237]prot&eacute;ines[/popupdefinition] (le [popupdefinition id=5881]nucl&eacute;osome[/popupdefinition]) puis la suite du fil d'ADN s'enroule autour d'un second nucl&eacute;osome et ainsi de suite. &copy; Richard Wheeler, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Les nucléosomes, des ensembles de protéines

Dans un sens général, le terme eucaryote désigne l’ensemble des organismes unicellulaires ou multicellulaires dont les cellules sont dites « eucaryotes ». Elles possèdent un noyau et des organites (réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, plastes divers, mitochondries, etc.) délimités par des membranes.Les eucaryotes se distinguent des procaryotes (comme les bactéries) qui sont pour leur part dépourvus de ces structures.L'ADN des eucaryotesIl existe également une autre différence significative entre procaryote et eucaryote : la structure des brins d’ADN. Chez les eucaryotes, le matériel génétique est enfermé dans le noyau sous la forme de plusieurs brins linéaires qui se condensent lors des divisions cellulaires, les chromosomes. Les bactéries disposent quant à elles d’un seul chromosome circulaire. Il forme donc une boucle.Plus de 1,7 million d’eucaryotes ont déjà été décrits (ils mesurent entre 10 µm et 33 m de long), parmi lesquels figurent des fossiles vieux de plus d’un milliard d’années. Selon l’état actuel des connaissances, ce groupe serait en effet apparu, preuves à l'appui, voilà plus de 1,6 milliard d’années. Plusieurs indices suggéreraient même qu’il serait vieux de 2,6 milliards d’années, mais des confirmations sont encore requises.Structure des cellules eucaryotesLes cellules eucaryotes se distinguent par la présence de structures membranaires telles que le noyau et les organites, qui remplissent des fonctions spécialisées et séparées au sein de la cellule. Ces organites agissent comme des compartiments internes, contribuant à la compartimentation de l'intérieur de la cellule et facilitant divers processus cellulaires.Cependant, malgré leur fonctionnement séparé, ces organites interagissent entre eux à travers des membranes interconnectées, formant ainsi un système cohérent connu sous le nom de système endomembranaire. Ce système dynamique comprend des organites tels que le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, la membrane nucléaire, les lysosomes et les vacuoles, chacun jouant un rôle crucial dans le fonctionnement cellulaire. Quelle est la différence entre procaryote et eucaryote ?Les procaryotes et les eucaryotes sont deux types de cellules présentant des différences fondamentales au niveau de leur structure et de leur organisation interne. Les procaryotes, tels que les bactéries et les archées, sont des organismes unicellulaires dépourvus de noyau membranaire et d'organites cellulaires spécialisés. Leur matériel génétique, constitué d'un brin d'ADN circulaire, est situé dans une région appelée le nucléoïde. En revanche, les eucaryotes, y compris les plantes, les animaux, les champignons et les protistes, sont des organismes unicellulaires ou multicellulaires caractérisés par la présence d'un noyau distinct entouré d'une enveloppe nucléaire et contenant leur matériel génétique sous forme de chromosomes linéaires.De plus, les cellules eucaryotes possèdent divers organites membranaires spécialisés tels que les mitochondries, les chloroplastes (chez les plantes) et le réticulum endoplasmique, qui assurent des fonctions cellulaires spécifiques telles que la production d'énergie et la synthèse des protéines.

Eucaryote

Un nucléosome est un ensemble de protéines, les histones, autour desquelles est enroulé un brin d’ADN. Le nucléosome est le premier niveau de compactage de l’ADN. La structure ADN-histones est de forme sphérique, ce qui donne l’apparence d’un collier de perles, appelé chromatine. Un nucléosome est l’unité répétitive de la chromatine, chez les cellules eucaryotes.Dans une cellule humaine, environ deux mètres d’ADN sont emballés dans un noyau dont le diamètre est inférieur à celui d’un cheveu humain. Un seul nucléosome est constitué de 146 paires de bases de séquences d’ADN enroulées autour d’un noyau de protéines d’histone.Chaque nucléosome a un diamètre d’environ 11 nm. Un nucléosome. @ AtlasGeneticsOncologyÀ quoi servent les nucléosomes ?Les nucléosomes sont les particules d’ADN responsables de la réplication et de la transcription. Lorsque les nucléosomes se lient aux filaments d’ADN sous forme de sous-unités répétées, l’ADN subit une transcription active : le processus par lequel l’ADN est converti en ARN. La structure des nucléosomes est centrée autour de la protéine histone. L’histone est une protéine à forte concentration d’acides aminés, qui sont les éléments de base des gènes. Chaque noyau d’histone contient des paires de chacun des quatre types de protéines d’histone, qui forment un octomère. Autour de cet octomère, 146 paires de bases d’ADN sont impliquées, sous forme de super hélix, constituant le nucléosome.Les produits chimiques de transcription ne peuvent pas se connecter à la chromatine si un nucléosome se trouve en travers du chemin. Les protéines de transcription doivent donc d’abord expulser complètement le nucléosome, ou bien le faire glisser le long de la molécule d’ADN jusqu’à ce que la chromatine soit exposée. 

Nucléosome

Les protéines sont des molécules biologiques dont les activités peuvent être très variées.Rôles des protéinesLes protéines peuvent assurer des fonctions très diverses au sein de la cellule ou de l’organisme. Elles peuvent avoir :un rôle structural (comme l’actine ou la tubuline qui participent à l’architecture de la cellule, la kératine qui constitue les cheveux) ;un rôle enzymatique (comme l’ADN polymérase qui recopie l’ADN) ;un rôle hormonal (comme l’insuline qui régule la glycémie) ;un rôle moteur (comme la myosine qui transporte des molécules dans la cellule)…Fabrication des protéinesLes protéines sont codées par les gènes et synthétisées par le ribosome au cours du processus de traduction de l’ARN. Elles sont ainsi créées par l’incorporation successive d’acides aminés, maintenus entre eux grâce à la formation de liaisons peptidiques, selon l’ordre indiqué par la succession des codons sur l’ARN.Structure des protéinesSuivant l’ordre des acides aminés et leurs interactions entre eux, les protéines prennent des conformations particulières, qui sont essentielles pour leur fonctionnalité. Il existe des structures rencontrées très fréquemment :les hélices alpha, où les acides aminés forment une hélice grâce à des liaisons hydrogènes entre eux ;les feuillets beta, où les liaisons hydrogènes entre les acides aminés favorisent la formation de couches superposées.Des modifications chimiques post-traductionnelles peuvent aussi participer à leur fonction (des acétylations, des phosphorylations, des ponts disulfures...).Quels sont les aliments les plus riches en protéines ?Il est important de savoir quels sont les aliments possédant le plus de protéines car elles sont essentielles pour notre organisme. Leur rôle est également primordial dans la métabolisation et la circulation des éléments dans notre sang (fer, calcium, magnésium). Voici une liste non exhaustive d'aliments très riches en protéines :viande séchée (51 g pour 100 g) ;œufs (13 g pour 100 g) ;saumon fumé (23 g pour 100 g) ;fromage blanc allégé (10,6 g pour 100 g) ;farine de soja (45 g pour 100 g).

Protéine

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L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] est en fait une succession de [popupdefinition id=213]nucl&eacute;otides[/popupdefinition] qui peut &ecirc;tre cod&eacute;e sous la forme d'une succession de quatre lettres : A, C, G et [popupdefinition id=21507]T[/popupdefinition]. Le [popupdefinition id=154]g&eacute;nome[/popupdefinition] humain en compte 3.400 millions, soit environ 30.000 [popupdefinition id=151]g&egrave;nes[/popupdefinition].&copy; DR

Le code génétique de l'ADN et ses nucléotides - Photos Futura

Les gènes sont l’unité de base de l’hérédité. C’est eux que vos parents vous ont transmis et qui font que vous leur ressemblez un tant soit peu. Ils sont responsables de vos traits physiques, du fonct...

Gène

L’ADN signifie acide désoxyribonucléique, et constitue la molécule support de l'information génétique héréditaire.

Structure de l’ADN

L’ADN est une molécule très longue, composée d’une successio...

Le génome d’une espèce est l’ensemble de l’information génétique inhérente à cette espèce. Il est présent dans toutes les cellules de l’organisme et s’organisme selon un code porté par un acide nucléi...

Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène, symbolisé par ³H ou T. Contrairement à l'hydrogène ordinaire qui a un proton dans son noyau, le tritium possède un proton et deux neutrons, ce qui ...

Tritium

Un nucléotide est l'unité de construction des acides nucléiques.Structure des nucléotidesLes nucléotides sont le résultat de la formation de trois partenaires associés par des liaisons covalentes :une...

Nucléotide

Le code génétique de l'ADN et ses nucléotides

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L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] n'est habituellement pas visible &agrave; l'[popupdefinition id=14131]&oelig;il[/popupdefinition] nu car il ne mesure que quelques [popupdefinition id=2517]nanom&egrave;tres[/popupdefinition] de diam&egrave;tre. En laboratoire, il est possible de pr&eacute;cipiter l'ADN, qui devient alors visible sous la forme d'une pelote blanche suspendue dans un [popupdefinition id=15334]liquide[/popupdefinition].&copy; Gravitywave, Flickr, CC by-nc-sa 2.0

Voir l'ADN à l'œil nu grâce à la précipitation en pelote

Avec notamment l’état solide et l’état gazeux, l’état liquide fait partie des différents états de la matière. Dans l’état liquide, ions, atomes ou molécules sont faiblement liés les uns aux autres. De quoi rendre la matière facilement déformable. Toutefois, les atomes d’un liquide restent liés et ne peuvent pas s’éloigner à volonté les uns des autres.
Différence entre état liquide et état gazeux
À l'échelle microscopique, l’état liquide possède une cohésion que ne présente pas l’état gazeux. La proximité entre les atomes de liquide fait également que, comme pour les solides, celui-ci reste difficilement compressible.
Différence entre état liquide et état solide
À l'échelle macroscopique, un liquide ne présente pas de forme propre et ne peut pas être saisi, à la différence d'un solide. C’est un fluide qui s’adapte à la forme du récipient dans lequel il est placé. Transvasé dans un autre récipient, un liquide conserve tout de même son volume. Un liquide possède donc bien un volume propre. Au repos, la surface libre d’un liquide est plane et horizontale.
La viscosité d'un liquide
La viscosité est l’une des caractéristiques essentielles d’un liquide. Elle rend compte de l’attachement des atomes entre eux. Plus sa viscosité est grande, plus un liquide résiste à un corps qui voudrait le traverser.

Liquide

Un nanomètre = un milliardième de mètre = 10-9 m.

Nanomètre

L'œil, également appelé globe oculaire, correspond à l’organe de la vue, captant le signal lumineux avant que l’information ne soit réinterprétée par le cerveau et transformée en formes et en couleurs. Il se compose de différentes régions lui permettant d’assurer sa fonction, de la cornée jusqu’à la rétine. Il est inséré dans une orbite, et on en retrouve une ou plusieurs paires chez bon nombre d’espèces animales, aussi bien chez les arthropodes, les mollusques ou les vertébrés.
Anatomie de l’œil humain
L’œil humain correspond grossièrement à une petite boule de 2,5 cm de diamètre, pesant sept à huit grammes. Comme chez beaucoup de mammifères, le globe oculaire se compose de différentes couches. La plus externe correspond à la sclère, membrane résistante qui donne sa couleur blanche à l’œil en le recouvrant à 80 %, sur laquelle s’insèrent les muscles oculomoteurs. Au centre se trouve la cornée, qui permet de capter les premiers rayons de lumière et de commencer la réfraction.
Sous la sclère, on trouve la choroïde, couche fine irriguée de vaisseaux sanguins et assurant la nutrition de la rétine et de l’iris.
La rétine, située dans le fond du globe oculaire, au contact de la choroïde, correspond à la région directement sensible à la lumière, polarisée principalement par la cornée et le cristallin. Elle est composée de cellules en cônes et en bâtonnets, sensibles aux détails de l’environnement et à la luminosité. C’est à ce niveau que le signal lumineux va être traduit en message nerveux, et être envoyé au cerveau par le nerf optique.
Au centre de l’œil, derrière la cornée, on trouve l’iris, région qui confère sa couleur particulière au globe oculaire. En son centre, on trouve la pupille, région sombre qui, sous l’action de muscles, se contracte ou se dilate pour laisser passer plus ou moins de lumière, à l’instar d’un diaphragme sur un appareil photo.
L’essentiel du volume de l’œil (90 %) est dû à l’humeur vitrée, liquide gélatineux situé en arrière du cristallin, qui donne au globe oculaire sa consistance. Il contribue également à la réfraction de la lumière.
Les yeux composés
Si l’Homme, les autres vertébrés et d’autres groupes possèdent deux yeux simples, ce n’est pas le cas chez tous les animaux. Ainsi, de nombreux arthropodes, comme les mouches, les libellules ou les crabes possèdent des yeux composés, c’est-à-dire un ensemble de photorécepteurs appelés ommatidies. Certains de ces animaux peuvent posséder jusqu’à cinq yeux composés.Champ lexical : yeux | globe oculaireChamp lexical : yeux | globe oculaire

Œil

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L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] peut &ecirc;tre visualis&eacute; sur un [popupdefinition id=1496]gel[/popupdefinition] d'[popupdefinition id=15820]agarose[/popupdefinition], color&eacute; au bromure d'&eacute;thidium (BET) et observ&eacute; sous [popupdefinition id=326]lumi&egrave;re[/popupdefinition] ultraviolette. L'ADN, qui prend alors une [popupdefinition id=4126]couleur[/popupdefinition] rose, peut &ecirc;tre extrait du gel et utilis&eacute; pour &ecirc;tre clon&eacute;, s&eacute;quenc&eacute; ou analys&eacute;.&copy; Source, Flickr, CC by-nc-sa 2.0

L’ADN avant séquençage, sous des rayons ultraviolets

La couleur, c'est ce qui permet de différencier deux objets de formes et de structures identiques, par exemple le drapeau italien du drapeau français. C'est aussi ce qui n'est ni blanc, ni gris, ni noir. Le blanc et le noir étant les bornes de la gamme des gris neutres.
Quelquefois, la couleur est utilisée pour désigner un objet, comme dans le cas d’un tube de rouge pour parler du rouge à lèvres, par exemple. La couleur est aussi parfois confondue avec la tonalité. Par exemple dans un ton vert, il y a plusieurs couleurs vertes, plus ou moins claires ou foncées. Une couleur est unique.
Il existe deux systèmes trichromatiques (trois couleurs primaires) :
par synthèse additive, dont les couleurs primaires sont rouge, vert et bleu (RVB) ;et par synthèse soustractive, dont les couleurs primaires sont cyan, magenta et jaune (CMJ).
La couleur du physicien
La couleur, c’est aussi la sensation produite par un rayonnement physiquement défini appelé stimulus. Celui-ci pénètre dans l'œil et est capté par des millions de cônes répartis dans la rétine mais surtout concentrés dans sa partie centrale, la fovéa, siège de la vision la plus distincte.
Pour le physicien, le terme de couleur renvoie donc à la couleur spectrale, c’est-à-dire à la perception sensorielle de l’œil humain en fonction de la longueur d’onde de la lumière qu’il reçoit. Ainsi, une lumière de longueur d’onde 550 nm est perçue comme étant de couleur verte. Le spectre visible est composé des sept couleurs de l’arc-en-ciel, soit rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Le vert étant la couleur à laquelle l’œil humain est le plus sensible.
 L’œil humain peut différencier près de huit millions de nuances de couleurs. Pourtant, cet organe si avancé ne donne que peu d’informations à notre cortex pour créer une image. Alors que se passe-t-il exactement lorsque nous voyons ? Unisciel et l’université de Lille 1 nous expliquent, avec le programme Kézako, le fonctionnement de ce surprenant organe. © Unisciel
La production des couleurs
C’est en interagissant (absorption, diffusion, réfraction, interférences ou diffraction) avec la matière que la lumière produit des couleurs. La couleur bleue du ciel est ainsi le résultat d'une combinaison de plusieurs de ces phénomènes.
L’absorption de lumière est l’un des principaux mécanismes qui entrent dans le jeu des couleurs dans la vie courante. En effet, la plupart des matériaux ont pour particularité d’absorber certaines longueurs d’ondes de la lumière. Si, par exemple, les carottes nous apparaissent orange, c’est qu’elles contiennent du bêtacarotène qui absorbe les longueurs d’ondes comprises entre le violet et le vert et réfléchit la partie du spectre allant du rouge au vert.
La couleur du physicien des particules
Le physicien des particules utilise le terme « couleur » pour désigner un nombre quantique attribué aux quarks et aux gluons. Ainsi, les quarks existent en trois couleurs : rouge, bleu et vert. Les hadrons, quant à eux, sont de couleur neutre, c’est-à-dire blancs. Cependant, aucun rapport ici avec une perception visuelle que nous pourrions en avoir.
La notion de charge de couleur a été introduite pour expliquer la coexistence des quarks au sein des hadrons, tout en satisfaisant le principe d’exclusion de Pauli. Aujourd’hui, la chromodynamique quantique joue un rôle important dans le modèle standard de la physique des particules.

Couleur

L’agarose est un polyoside extrait de l’agar, composé de la répétition d’un diholoside. Il est utilisé en biologie moléculaire pour des électrophorèses sur gel.
L’agarose se présente sous la forme d’une poudre blanche qui se dissout dans l’eau en ébullition. Lorsque la température descend en dessous de 40 °C, la solution devient un gel. Plus la concentration d’agarose est élevée dans le gel, plus la taille des pores est petite.
L’électrophorèse sur gel d’agarose
Au laboratoire, une électrophorèse de fragments d’ADN sur gel d’agarose permet de séparer les molécules en fonction de leur taille. À pH neutre, les molécules d’ADN sont chargées négativement. Elles migrent donc vers l’anode. Au fur et à mesure de leur migration dans le gel d’agarose, les molécules se séparent en fonction de leur taille.
L'électrophorèse sur gel d'agarose peut servir, par exemple, à :
identifier la taille de fragments d’ADN (par comparaison avec un marqueur de taille) ;donner une indication de la quantité d’ADN présente ;purifier un fragment particulier à partir du gel.

Agarose

On désigne par le terme de « lumière visible » le spectre du rayonnement électromagnétique perceptible par l’œil humain.
La lumière blanche
Les longueurs d’ondes de la lumière visible s’échelonnent d’environ 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). Le spectre visible est obtenu par décomposition de la lumière blanche par un prisme. Les caractéristiques et les propriétés de la lumière sont étudiées dans le cadre de l'optique.
Vitesse de la lumière
La lumière se propage dans le vide ainsi que dans la matière ; sa vitesse de propagation dépendant du milieu dans lequel elle se déplace. Dans le vide, la lumière se propage à la vitesse c de 3.108 m.s-1., c'est-à-dire 300.000.000 mètres par seconde, ou encore 300.000 kilomètres par seconde. La vitesse de la lumière dans le vide est l’une des constantes fondamentales de la physique.
Lumière, longueur d'onde et couleur
Autre caractéristique importante : sa longueur d’onde. Dans un milieu dispersif, celle-ci peut d’ailleurs influer sur la vitesse de propagation de la lumière. La longueur d’onde influe aussi sur la perception sensorielle de l’œil et donne ainsi à la lumière sa couleur.
Ondes électromagnétiques et photons : la dualité onde-corpuscule
D’un point de vue théorique, la lumière peut être représentée soit par des ondes électromagnétiques, soit par des photons. C’est ce que les physiciens appellent la dualité onde-corpuscule. Ainsi, certains phénomènes optiques (rayonnement du corps noir et loi de Planck, etc.) s’expliquent bien à l’aide de la théorie ondulatoire qui suppose que la lumière est une onde électromagnétique. Pour d’autres (effet photoélectrique, effet Compton, etc.), il faut supposer que la lumière est composée de corpuscules d’énergie nommés « photons ».
Physique : optique quantique et photons intriqués
La théorie quantique a formalisé cette surprenante dualité. Les photons possèdent à la fois les propriétés de particules – on peut les compter, par exemple – et celles d’ondes : ils peuvent interférer.
Les physiciens sont capables de manipuler des photons uniques ou des paires de photons dits intriqués. Ils étudient les phénomènes qui en découlent dans le cadre de l’optique quantique. Les applications potentielles sont prometteuses : cryptographie inviolable, calculs basés sur le qubit, etc.

Lumière

Corps provenant de la solidification de substances colloïdales (gel de silice: opale, gel de sulfure de fer: melnicovite etc). Souvent instables, ils recristallisent fréquemment en minéraux cryptocristallins.Un gel est un liquide semi-solide.Caractéristiques principales des gelsLes gels sont des systèmes dispersés où un fluide (généralement un liquide) est emprisonné dans un réseau formé par des agents gélatineux, tels que des polymères ou des particules colloïdales. Cette structure confère aux gels des propriétés intermédiaires entre celles des liquides et des solides. Les gels peuvent suivre un processus appelé gelification, où la viscosité du liquide augmente considérablement au point d'engendrer un comportement élastique.Applications des gels dans divers domainesLes gels trouvent des utilisations dans de nombreux domaines en raison de leurs propriétés uniques. En médecine, ils sont utilisés comme vecteurs pour la libération contrôlée de médicaments, dans des produits comme le gel d'échographie, ou encore dans les applications de cicatrisation. Dans l'industrie alimentaire, les gels permettent de modifier la texture et la consistance des aliments sans altérer leur valeur nutritionnelle. Les gels sont également essentiels dans la fabrication de cosmétiques, de produits d'hygiène personnelle, et jouent un rôle crucial dans la technologie des batteries et des supercondensateurs, où ils contribuent à améliorer la performance et la sécurité des dispositifs.Propriétés chimiques et physiques des gelsLes gels sont formés par des réactions de jellification, où des liaisons chimiques ou des attractions physiques (comme les liaisons hydrogène) entraînent la formation d'un réseau tridimensionnel. Ce réseau peut être réversible ou irréversible, dépendant de la nature des liaisons formées. La température, le pH, et la concentration en agents gelifiants sont des facteurs qui influencent significativement les propriétés du gel.Dans la formulation de gels, les polymères jouent un rôle essentiel. Polyacrylamides, carraghénanes, et alginate sont quelques exemples de polymères utilisés pour former des structures de gel. Les polymères doivent être choisis soigneusement, car leurs propriétés, telles que la taille des chaînes et la compatibilité avec le solvant, déterminent les caractéristiques du gel final.Les gels hybrides, qui combinent des composants organiques et inorganiques, ont été développés pour des applications nécessitant des propriétés mécaniques, thermiques, ou optiques améliorées. Ces gels hybrides ont des applications potentielles dans les domaines des biotechnologies, de la photonique, et des matériaux fonctionnels avancés.Dynamiques et contrôle des propriétés des gelsLes scientifiques et les ingénieurs peuvent ajuster les propriétés des gels en modulant divers paramètres, tels que la concentration en agents gelifiants, la température du processus de gelification, et le temps de réticulation. Ces ajustements peuvent altérer la porosité, la rigidité et d'autres propriétés mécaniques du gel, permettant ainsi une personnalisation selon les besoins spécifiques de chaque application.Les gels représentent une classe importante de matériaux qui, grâce à leur versatilité et leur diversité, trouvent des applications dans pratiquement tous les secteurs de la technologie moderne et de la vie quotidienne. Comprendre les phénomènes de base qui régissent la formation et les propriétés des gels est crucial pour optimiser leur utilisation et développer de nouvelles applications.-------------

4291_l-adn-avant-sequencage--sous-des-rayons-ultraviolets

L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] est un outil couramment utilis&eacute; par la police scientifique. Les comparaisons des profils ADN (par amplification de certaines s&eacute;quences hypervariables) permettent en effet de d&eacute;terminer si deux &eacute;chantillons proviennent du m&ecirc;me individu et s'il est donc coupable ou non d'un crime. Chaque piste repr&eacute;sente un individu. Ici, tous les profils sont diff&eacute;rents ; il s'agit donc d'ADN provenant de six individus diff&eacute;rents. &copy; PaleWhaleGail, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Criminologie : l'ADN, un outil pour la police scientifique et la justice

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Les cellules du ver [popupdefinition id=2295]hermaphrodite[/popupdefinition] [popupdefinition id=8395]Caenorhabditis elegans[/popupdefinition], mod&egrave;le de laboratoire, sont teint&eacute;es au Dapi&nbsp;(une [popupdefinition id=783]mol&eacute;cule[/popupdefinition] fluorescente capable de se lier fortement &agrave; l'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition]), ce qui colore en bleu l'ADN contenu dans chaque cellule.&copy; Jim Mc Carter et Tim Schedl

L’ADN du ver Caenorhabditis elegans marqué au Dapi

Caenorhabditis elegans est un ver transparent, très utilisé par les biologistes comme organisme modèle.
Classification de Caenorhabditis elegans
Caenorhabditis elegans est un eucaryote, de l’embranchement des Nématodes (les vers ronds).
Caractéristiques de Caenorhabditis elegans
Caenorhabditis elegans est un petit ver transparent d’un millimètre de long. Chacune de ses cellules (951 pour le ver hermaphrodite, 1090 pour le jeune adulte mâle) possède un rôle bien défini, connu des biologistes. Il se reproduit tous les trois jours lorsqu’il est cultivé à 20°C, et peut vivre trois semaines. Il peut également produire des larves résistantes capables de survivre plusieurs mois.
Ce ver possède un génome de 97 millions de paires de bases, répartis sur 6 paires de chromosomes, codant pour environ 20.000 gènes. 
Utilisation de Caenorhabditis elegans au laboratoire
Caenorhabditis elegans est utile aux biologistes puisqu’il permet d’étudier le développement embryonnaire, le système nerveux et l’apoptose.

Caenorhabditis elegans

Hermaphrodite

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Les cellules endoth&eacute;liales d'[popupdefinition id=11246]art&egrave;res pulmonaires[/popupdefinition] de bovins color&eacute;es au Dapi&nbsp;exposent leur noyau, seul compartiment subcellulaire qui contient l'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition]. Le [popupdefinition id=5325]cytosquelette[/popupdefinition] d'[popupdefinition id=2929]actine[/popupdefinition] (le &laquo; squelette &raquo; de la cellule) est quant &agrave; lui color&eacute; en vert.&copy; Nikon

L'ADN dans les noyaux des cellules

L'actine est une protéine musculaire qui agit en synergie avec la myosine et qui intervient dans le processus de contraction musculaire.On trouve également de l'actine dans le cytosquelette de toutes les cellules, où elle assure une fonction voisine, servant à générer des mouvements internes (comme le déplacement des chromosomes lors de la division cellulaire) et des déformations de la membrane cellulaire (protubérances ou invaginations).L'actine est une protéine globulaire qui polymérise pour former des filaments longs et fins, appelés microfilaments ou filaments d'actine (F-actine). Chaque filament est constitué de monomères d'actine globulaire (G-actine) arrangés en hélice. Cette structure filamenteuse est dynamique, capable de polymériser et de dépolymériser en réponse à divers signaux cellulaires, ce qui permet à la cellule de modifier sa forme et de se déplacer.Rôle de l'actine dans la contraction musculaireDans les cellules musculaires, l'actine joue un rôle crucial dans la contraction musculaire. Les filaments d'actine interagissent avec les filaments de myosine pour créer des ponts croisés, qui génèrent la force nécessaire à la contraction. Ce processus est régulé par les ions calcium et des protéines associées comme la troponine et la tropomyosine. Lorsque le muscle est stimulé, les ions calcium se lient à la troponine, provoquant un changement de conformation qui déplace la tropomyosine et expose les sites de liaison sur l'actine pour la myosine, permettant ainsi la contraction musculaire.Importance de l'actine dans la biologie cellulaireL'actine ne se limite pas aux muscles ; elle est également cruciale dans de nombreuses autres fonctions cellulaires. Elle participe à la division cellulaire (cytocinèse), au mouvement des cellules (migration cellulaire), et au maintien de la forme cellulaire. L'actine forme le réseau sous-membranaire qui supporte la membrane plasmique et joue un rôle dans la signalisation cellulaire et le transport intracellulaire. Les dysfonctionnements du cytosquelette d'actine peuvent entraîner des maladies telles que des troubles musculaires et des cancers.Actine et pathologiesDes anomalies dans la structure ou la régulation de l'actine peuvent conduire à diverses pathologies. Par exemple, des mutations dans les gènes codant pour l'actine ou les protéines associées peuvent provoquer des myopathies, des maladies caractérisées par une faiblesse musculaire. De plus, le dysfonctionnement du cytosquelette d'actine est impliqué dans la progression de certaines formes de cancer, où il joue un rôle dans la migration et l'invasion des cellules tumorales.

Actine

L’artère pulmonaire est un vaisseau majeur qui trouve son origine au niveau du ventricule droit du cœur. Son rôle principal est de transporter vers les poumons, le sang non oxygéné qui a été ramené dans la partie droite du cœur après avoir été « usé » au niveau des muscles et des organes. 
Description de l’artère pulmonaire
La circulation s’y fait normalement sous basse pression, mais celle-ci peut se trouver anormalement élevée en relation avec un certain nombre de cardiopathies, congénitales ou acquises. L’artère pulmonaire comporte un trajet ascendant, qui la mène aux poumons. 
À ce niveau, elle se divise en deux branches : l’artère pulmonaire droite et l’artère pulmonaire gauche. Puis ces deux éléments se subdivisent en un grand nombre de branches secondaires - des artérioles, des capillaires sanguins - qui transporteront le sang jusqu’aux alvéoles pulmonaires. C’est là qu’il sera rechargé en oxygène par échanges gazeux, avant de rejoindre le « cœur gauche » d’où il sera expulsé via l’aorte, sous la pression du ventricule gauche. 
Source : Dictionnaire de cardiologie et des maladies cardiovasculaires - Académie de médecine

Artère pulmonaire

Le cytosquelette correspond au squelette cellulaire, présent dans presque toutes les cellules des organismes vivants, tant chez les eucaryotes (cellules animales, végétales, fongiques et protistes) que chez les procaryotes (bactéries et archées). Cependant, la composition et l'organisation du cytosquelette peuvent varier considérablement entre ces différents types de cellules.Chez les eucaryotes, le cytosquelette est bien développé, c'est un réseau complexe de filaments protéiques présents dans le cytoplasme des cellules : protéines polymérisées en fibres, de protéines de liaison et de protéines motrices. Ces différents types de protéines interagissent entre eux pour former un réseau complexe et dynamique qui assure diverses fonctions essentielles au sein de la cellule.Les protéines polymérisées en fibres sont les éléments structuraux principaux du cytosquelette. Elles comprennent les microfilaments d'actine, les microtubules et les filaments intermédiaires. Ces protéines s'assemblent les unes aux autres pour former des filaments ou des structures tubulaires qui confèrent à la cellule sa forme, sa rigidité et son organisation interne.Les protéines de liaison sont des éléments régulateurs et structuraux qui interagissent avec les protéines polymérisées en fibres. Elles peuvent se lier directement aux filaments du cytosquelette, régulant ainsi leur assemblage, leur désassemblage ou leur stabilité. Certaines protéines de liaison assurent également la connexion entre les différents types de filaments ou relient le cytosquelette à la membrane plasmique, au noyau ou à d'autres organites cellulaires.Les protéines motrices sont des enzymes capables de générer des forces mécaniques en utilisant l'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP. Elles interagissent avec les filaments du cytosquelette pour assurer le transport intracellulaire des organites et des vésicules, ainsi que les mouvements cellulaires. Les protéines motrices les plus courantes sont la myosine (qui interagit avec les microfilaments d'actine), les dynéines et les kinésines (qui interagissent avec les microtubules). Les éléments du cytosquelette peuvent être marqués à l'aide de protéines fluorescentes. Ici l'actine est en rouge, les microtubules en vert (et le noyau en bleu). © Domaine public, Wikimedia CommonsStructure du cytosqueletteLe cytosquelette est composé des trois types principaux de filaments : les microfilaments d'actine, les microtubules et les filaments intermédiaires. Chacun de ces types de filaments a des propriétés structurales et mécaniques différentes, ce qui leur permet de remplir diverses fonctions au sein de la cellule. Ces éléments forment un réseau complexe et dynamique qui s'étend dans tout le cytoplasme et assure diverses fonctions essentielles à la cellule.Les microfilaments d'actineLes microfilaments sont constitués de deux brins d'actine enroulés en hélice, formant des filaments d'environ 7 nm de diamètre. L'actine est une protéine globulaire (G-actine) qui peut s'assembler et se désassembler rapidement pour former des filaments (F-actine). Cette propriété dynamique permet aux microfilaments de jouer un rôle essentiel dans la motilité cellulaire, la contraction musculaire et le maintien de la forme cellulaire. Les microfilaments interagissent également avec d'autres protéines, comme la myosine, pour générer des forces mécaniques nécessaires aux mouvements cellulaires.Les microtubulesLes microtubules sont des structures tubulaires creuses d'environ 25 nm de diamètre, composées de dimères de tubuline (une protéine formée par l'association d'une α-tubuline et d'une β-tubuline). Les dimères s'assemblent longitudinalement pour former des protofilaments, qui s'associent ensuite latéralement pour former le microtubule. Ces derniers sont impliqués dans divers processus cellulaires, tels que le transport intracellulaire, la division cellulaire et le maintien de la forme cellulaire. Ils servent notamment de « rails » pour le déplacement des organites et des vésicules grâce à des moteurs protéiques comme les dynéines et les kinésines.Les filaments intermédiairesLes filaments intermédiaires sont des structures filamenteuses d'environ 10 nm de diamètre, composées de protéines fibreuses appartenant à différentes familles (cytokératines, vimentine, desmine, neurofilaments, etc.). Contrairement aux microfilaments et aux microtubules, les filaments intermédiaires ne présentent pas de polarité et sont relativement stables. Ils forment un réseau tridimensionnel qui confère une résistance mécanique à la cellule et assure le maintien de la forme cellulaire, en particulier sous la membrane plasmique et autour du noyau. Les filaments intermédiaires participent également à l'ancrage des organites et à la communication intercellulaire en reliant les cellules voisines par des jonctions communicantes et des desmosomes.En plus de ces protéines structurales, le cytosquelette interagit avec de nombreuses autres protéines régulatrices, motrices ou adaptatrices qui jouent un rôle essentiel dans son assemblage, sa dynamique et ses fonctions cellulaires. Parmi ces protéines, on peut citer les protéines liant l'actine (comme la profiline, la cofiline ou la gelsoline), les moteurs protéiques associés aux microtubules (dynéines et kinésines) ou encore les protéines d'ancrage reliant le cytosquelette à la membrane plasmique ou aux organites.Fonctions du cytosqueletteLe cytosquelette assure une certaine rigidité à la cellule et sert à la fixation des organites (équivalents pour la cellule des organes pour un organisme). Le cytosquelette se réorganise en permanence et gouverne ainsi les mouvements internes (déplacement des chromosomes par exemple) et les déformations de sa membrane (production de protubérances, d'invaginations, de sites d'adhésions...).Les rôles du cytosquelette sont multiples et essentiels au bon fonctionnement de la cellule telles que le maintien de la forme cellulaire, le soutien des organites, le transport intracellulaire et la division cellulaire. Maintien de la forme cellulaire : le cytosquelette confère à la cellule sa forme et sa rigidité en formant un réseau tridimensionnel qui s'étend dans tout le cytoplasme. Les filaments intermédiaires forment notamment un réseau stable autour du noyau et sous la membrane plasmique, assurant ainsi la résistance mécanique de la cellule.Soutien et ancrage des organites : les éléments du cytosquelette servent également d'échafaudage pour soutenir et maintenir en place les différents organites cellulaires, tels que les mitochondries, les ribosomes ou le réticulum endoplasmique.Mouvement cellulaire : les microfilaments d'actine et les microtubules sont impliqués dans les mouvements cellulaires, comme la migration des cellules lors de processus tels que la cicatrisation des plaies ou le développement embryonnaire. Ils interviennent également dans la contraction musculaire et la division cellulaire.Transport intracellulaire : le cytosquelette joue un rôle crucial dans le transport vésiculaire et le trafic des protéines au sein de la cellule. Les microtubules servent de « rails » sur lesquels se déplacent des moteurs protéiques (dynéines et kinésines) qui transportent les vésicules et autres organites d'un endroit à un autre.Division cellulaire : lors de la mitose, les microtubules forment le fuseau mitotique, une structure responsable de la séparation des chromosomes entre les deux cellules filles. Les microfilaments d'actine participent quant à eux à la cytokinèse, processus par lequel la cellule se divise en deux en formant un sillon de clivage.Communication intercellulaire : le cytosquelette est impliqué dans la transmission des signaux entre les cellules voisines, notamment grâce aux jonctions communicantes et aux desmosomes qui relient les filaments d'actine et les filaments intermédiaires des cellules adjacentes.

Cytosquelette

4294_l-adn-dans-les-noyaux-des-cellules

L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] prend diff&eacute;rentes formes en fonction du cycle cellulaire. L'&eacute;v&egrave;nement de [popupdefinition id=198]mitose[/popupdefinition] (division cellulaire) n&eacute;cessite une [popupdefinition id=2504]condensation[/popupdefinition] de l'ADN (le bleu fonc&eacute; s'&eacute;claircit) en [popupdefinition id=116]chromosomes[/popupdefinition]. Ceux-ci se regroupent au milieu gr&acirc;ce au [popupdefinition id=3399]fuseau[/popupdefinition] mitotique (les microtubules en vert) puis sont attir&eacute;s vers les deux p&ocirc;les qui formeront les deux cellules filles.&copy; cbp-pitt-edu.com

Les phases de la mitose et l'ADN

Un chromosome est une structure constituée d'ADN et de protéines. Chez les bactéries, la grande molécule d’ADN circulaire qui baigne dans le cytoplasme est appelée chromosome bactérien. La bactérie possède aussi souvent de petits ADN circulaires dans son cytoplasmique : les plasmides. 
Dans les cellules eucaryotes, les chromosomes se trouvent dans le noyau ; leur nombre varie en fonction des espèces. En dehors des moments où la cellule se divise, les chromosomes ne peuvent pas être visualisés individuellement. Lorsque la division cellulaire se prépare, ils se condensent et deviennent distincts. Au moment de la division cellulaire (mitose), les chromosomes, formés de deux chromatides identiques reliées au niveau du centromère, se coupent en deux : chaque chromatide part dans une cellule-fille. Une phase de synthèse d'ADN permettra ensuite de doubler l'ADN de la cellule-fille.
Les chromosomes humains
Une cellule humaine contient 23 paires de chromosomes (2n = 46 chromosomes), dont 22 sont communes aux deux sexes : les paires d'autosomes. Les deux chromosomes restants sont les chromosomes sexuels. Chez la femme, ce sont deux chromosomes X. Chez l'homme, ils sont différents, l'un est un chromosome X et l'autre, beaucoup plus court est appelé chromosome Y. Dans les gamètes comme le spermatozoïde, seuls 23 chromosomes sont présents (n). En effet, au cours de la méiose, une division cellulaire indispensable à la formation des gamètes, les deux chromosomes d’une même paire se séparent.
Certaines maladies génétiques sont liées à des aberrations chromosomiques. Par exemple, la trisomie 21 est due à la présence d’un chromosome 21 surnuméraire. De même, le syndrome de Klinefelter touche des garçons qui possèdent trois chromosomes sexuels : XXY. Les femmes atteintes du syndrome de Turner n’ont qu’un chromosome X.

Chromosome

La mitose correspond à l’étape de la division cellulaire chez les cellules non sexuelles des organismes eucaryotes (c'est-à-dire qui possèdent un noyau). Elle se déroule en plusieurs phases, commence après la duplication de l’ADN et se termine avec la séparation des deux cellules filles. C’est un mécanisme fondamental qui se produit pour la première fois dans les heures suivant la fécondation.
Les différentes phases de la mitose
Après duplication du matériel génétique, durant l’interphase, celui-ci se condense et se regroupe pour former des chromosomes à deux chromatides génétiquement identiques : c’est la prophase. La membrane nucléaire se disloque alors et les centromères des chromosomes (zone de recoupement des deux chromatides d’un même chromosome) se lient aux microtubules via les kinétochores. Progressivement, tous les chromosomes sont séquestrés à l’équateur de la cellule : c’est la métaphase.
Ensuite, durant l’anaphase, les chromosomes vont se scinder en deux chromatides, chacune d’elle étant tirée vers un pôle de la cellule. Ainsi, à chaque sommet de la cellule, on retrouve un exemplaire de chaque chromosome. Pendant la télophase, l’enveloppe nucléaire va commencer à se reformer autour du jeu de chromosomes tandis que l’ADN se décondense progressivement. La membrane plasmique s’invagine au niveau équatorial sous l’action d’un anneau de myosine et d’actine. De plus en plus étroit, le pont entre les cellules finit par rompre et deux cellules se forment ainsi à la suite de la cytodiérèse. Chacune d’elle peut reprendre sa croissance.

Mitose

La condensation est un phénomène physique fondamental qui se produit lorsque la matière passe d'un état gazeux à un état condensé, solide ou parfois liquide. Deux aspects essentiels de ce processus sont la condensation liquide, également appelée liquéfaction, et la condensation solide, connue sous le nom de cristallisation.Condensation liquide (liquéfaction) : la transition gazeux-liquideLa condensation liquide implique la transition d'un gaz à un liquide. Ce processus se produit généralement lorsque la température d'un gaz atteint son point de saturation, conduisant à la formation de gouttelettes liquides. La condensation liquide est le résultat de la perte d'énergie thermique du gaz, provoquant la réduction de la vitesse moléculaire et favorisant ainsi l'agrégation moléculaire liquide. Ce phénomène est omniprésent dans la nature, illustré par la formation de rosée, la nucléation des nuages et la condensation des vapeurs atmosphériques.Mécanismes sous-jacents : forces intermoléculaires et températureLes forces intermoléculaires jouent un rôle crucial dans la condensation liquide. Les molécules de gaz, sous l'influence de forces attractives intermoléculaires, perdent de l'énergie cinétique, favorisant ainsi la transition vers un état liquide. La température est également un facteur clé ; plus elle diminue, plus les molécules ralentissent, facilitant la transition.Condensation solide (cristallisation) : passage gazeux-solideSi dans le langage courant le terme de condensation désigne généralement le changement d’état gaz-liquide, pour les physiciens il reste rattaché à un changement d’état gaz-solide.La condensation solide, ou cristallisation, représente la transition d'un gaz directement à un état solide, contournant l'étape liquide intermédiaire. Ce processus se manifeste souvent dans des conditions spécifiques, telles que la sublimation ou le refroidissement intense et rapide favorisant la solidification rapide des molécules. La formation de cristaux solides résulte de la réorganisation moléculaire à partir d'une structure gazeuse, formant un arrangement ordonné et régulier dans un réseau cristallin. Exemple de cristallisation lorsque la vapeur d’eau, présente naturellement dans l’atmosphère, se transforme en glace au contact d’une vitre très froide en hiver, formant du givre. © Pascal Huot, Adobe StockConditions et exemples de cristallisationLa cristallisation peut survenir lorsque les conditions atmosphériques favorisent la sublimation, où le gaz passe directement à l'état solide. Des exemples incluent la formation de cristaux de neige à partir de la vapeur d'eau dans l'atmosphère ou la sublimation du dioxyde de carbone (CO2) pour former du givre. La cristallisation peut également être provoquée par un refroidissement rapide d'une substance gazeuse, favorisant la solidification rapide des molécules. Par condensation, le diiode gazeux passe directement à l’état solide, sous forme de cristaux gris foncés. © Benjah-bmm27, Wikipédia, DPUn exemple de condensation est celui de vapeurs de diiode qui se condensent sous forme de cristaux sur des parois froides, sans passer par l'état liquide. Dans les températures normales de température et de pression, le diiode est à l’état solide. Mais, lorsque l’on chauffe des pastilles de diiode dans un tube à essai, des vapeurs violettes sont émises. Celles-ci sont d’ailleurs toxiques et irritantes et il faut prendre toutes les précautions nécessaires lors de l’expérience. La part de vapeurs qui touche le haut du tube, plus froid, se retransforme immédiatement en cristaux, sans passage par un état liquide. On dit qu’il y a condensation des vapeurs de diiode.

Condensation

Le fuseau est la formation le long de laquelle les chromosomes se répartissent pendant la mitose et la méiose.

Fuseau

4295_les-phases-de-la-mitose-et-l-adn

Au cours d'une des phases de la [popupdefinition id=198]mitose[/popupdefinition] (la m&eacute;taphase), les [popupdefinition id=116]chromosomes[/popupdefinition] (en bleu) se positionnent au centre de la cellule gr&acirc;ce au [popupdefinition id=3399]fuseau[/popupdefinition] mitotique (en vert). La [popupdefinition id=780]membrane cellulaire[/popupdefinition] est color&eacute;e en rouge.&copy; NIH, DP

La métaphase : les chromosomes sont alignés

La membrane plasmique est la membrane qui délimite une cellule. Elle sépare l’intérieur de la cellule (le cytoplasme) du milieu extérieur. Elle est majoritairement composée de lipides, particulièrement de phospholipides, entre lesquels des protéines peuvent s’insérer. Contrairement aux membranes des bactéries et des cellules végétales, celles des cellules animales contiennent des molécules de cholestérol, ce qui les rigidifie et augmente leur imperméabilité vis-à-vis des molécules hydrophiles.La bicouche lipidiqueLes phospholipides forment une double couche (bicouche) qui est relativement imperméable aux passages de la plupart des molécules hydrosolubles. Elle constitue donc une barrière très efficace, même si les molécules hydrophobes comme l’alcool peuvent facilement la traverser. La structure en double couche de la membrane plasmique est directement due aux propriétés amphiphiles des phospholipides qui possèdent une extrémité hydrophile, c’est-à-dire aimant l’eau, et une extrémité hydrophobe, qui au contraire craint l’eau.Des protéines essentiellesLes quantités et les types de protéines sont extrêmement variables d’une cellule à l’autre. Ces protéines sont associées à la membrane de manières variées et ont de nombreuses fonctions, dont voici une liste non exhaustive : transport de molécules à travers la membrane ; adhésion sur les surfaces ; réception de signaux de l’environnement ; signalisation dans la cellule ;connexion avec le cytosquelette ;

Membrane plasmique

4296_la-metaphase-:-les-chromosomes-sont-alignes

Repr&eacute;sentation tridimensionnelle de deux cellules de souris en phase de division cellulaire tardive (t&eacute;lophase). Le [popupdefinition id=3399]fuseau[/popupdefinition] mitotique est color&eacute; en orange (les microtubules), le [popupdefinition id=5325]cytosquelette[/popupdefinition] d'[popupdefinition id=2929]actine[/popupdefinition] est color&eacute; en vert et l'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] est visible en bleu (coloration au Dapi). Les deux cellules filles r&eacute;sultant de la [popupdefinition id=198]mitose[/popupdefinition] sont presque s&eacute;par&eacute;es. &copy; Lothar Schermelleh, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

La télophase : la séparation des cellules

4297_la-telophase-:-la-separation-des-cellules

L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] cellulaire condens&eacute; en [popupdefinition id=116]chromosomes[/popupdefinition] prend la forme d'un X, o&ugrave; la partie centrale charni&egrave;re est appel&eacute;e [popupdefinition id=111]centrom&egrave;re[/popupdefinition]. Les chromosomes vont par paire, l'un provenant du p&egrave;re, l'autre de la m&egrave;re. Le [popupdefinition id=154]g&eacute;nome[/popupdefinition] humain en compte 23 paires, soit 46 chromosomes au total.&copy; biology.unm.edu,&nbsp;CC by-nc-sa 3.0

Les chromosomes du génome humain

Région de contact entre les deux chromatides d’un chromosome, le centromère est un complexe constitué de chromatine dite centromérique. Il joue un rôle important dans la répartition des chromosomes au cours de la division cellulaire.Organisation fonctionnelle du centromèreConstitué d’ADN répétitif, appelé ADN satellite et d’histones, il est associé à des protéines spécifiques telle que la CENP B. Il permet ainsi l’assemblage du kinétochore, complexe protéique constitué de trois régions (structure trilamellaire) : un domaine central, un plateau interne et un domaine d’appariement représentant le site d’interaction entre les chromatides sœurs. Ce dernier est responsable de la liaison des microtubules et du mouvement des chromosomes.Le but de la mitose est de donner à chaque cellules filles un lot complet de chromosomes (après la formation des chromatides sœurs). Le centromère est l’élément clé de ce processus car il permet la fixation du chromosome au fuseau mitotique. Durant la mitose, l’attachement des chromatides aux microtubules fait intervenir des forces orientées qui créent des tensions dans le centromère. A l’anaphase, les kinétochores des chromatides sœurs se séparent.L'ADN centromérique est organisé selon des motifs répétitifs (HOR) © Nainscription, Wikimedia Commons CC BY-SA 2.5Conséquences d'une altération du centromèreSi des anomalies dans l’organisation du centromère apparaissent, la répartition du nombre de chromosomes entre les cellules filles est incorrecte. Il en résulte un déséquilibre du caryotype appelé aneuploïdie que l’on retrouve dans des monosomies avec la perte d’un chromosome (syndrome de Turner) ou dans des trisomies avec un excès de chromosome (syndrome de Down).

Centromère

4298_les-chromosomes-du-genome-humain

La technique tr&egrave;s puissante de Fish (Fluorescent In-Situ Hybridization, qui signifie [popupdefinition id=2300]hybridation[/popupdefinition] in situ en fluorescence) permet de colorer les [popupdefinition id=116]chromosomes[/popupdefinition] en fonction de leur s&eacute;quence gr&acirc;ce &agrave; des sondes fluorescentes.Le m&eacute;lange des [popupdefinition id=4575]longueurs d'onde[/popupdefinition] sur une m&ecirc;me r&eacute;gion chromosomique entra&icirc;ne une coloration particuli&egrave;re et typique de chaque chromosome. Cette technique permet de d&eacute;tecter facilement des [popupdefinition id=127]d&eacute;l&eacute;tions[/popupdefinition] et des [popupdefinition id=278]translocations[/popupdefinition] de morceaux de chromosomes lors de la r&eacute;alisation de [popupdefinition id=109]caryotypes[/popupdefinition] humains.&copy; Steven M. Carr

Un caryotype coloré grâce à l'hybridation fluorescente (Fish)

Le terme hybride a plusieurs significations en fonction du contexte dans lequel il est employé : zoologie, botanique ou automobile.
Hybride en zoologie
En zoologie, un hybride désigne un animal issu d’un croisement entre deux espèces différentes. Cette descendance est presque toujours stérile.
L’accouplement d’une tigresse avec un lion mâle donne par exemple naissance à un ligre. 
Hybride en botanique
La signification d’hybride en botanique est plus vaste. Ce mot qualifie le ou les descendants d’un croisement entre différentes variétés d’une même plante (croisement intraspécifique) ou entre différentes espèces (croisement interspécifique). 
Lors de ses expériences avec les petits poids, Mendel a provoqué l’apparition de nombreux hybrides. 
Hybride en automobile
Une voiture est dite hybride si elle possède deux motorisations indépendantes (thermique, électrique, etc.).

Hybride

La translocation, en biologie, décrit deux mécanismes :une étape lors de la synthèse des protéines, lorsque le ribosome se décale de trois nucléotides vers l’extrémité 3' de l’ARN messager. L’ARNt qui ne porte plus d’acide aminé est expulsé, tandis que l’ARNt associé à la chaîne peptidique change de place dans le ribosome, passant du site A au site P. Cette phase prépare le ribosome à la suite de l’élongation. La translocation utilise un facteur d’élongation, qui s’associe au ribosome avec du GTP, qui sera hydrolysé en GDP + Pi ;un échange de segments entre deux chromosomes non homologues.Une translocation entre les chromosomes 9 et 22 peut conduire à la fusion des gènes bcr et abl sur un chromosome « de Philadelphie », conduisant à un risque de leucémie myéloïde chronique. L’apparition du chromosome de Philadelphie est une anomalie génétique acquise et non héréditaire. © meletver, FotoliaLa translocation responsable d’anomalies chromosomiquesOn distingue deux types de translocations touchant les chromosomes dans l’espèce humaine :la translocation réciproque : deux chromosomes non homologues échangent du matériel génétique. Comme l’échange est en général équilibré, toute l’information génétique est souvent présente. Mais des problèmes seront rencontrés lors de la formation des gamètes car les chromosomes homologues ont du mal à s’apparier. Lors d’une translocation chromosomique, un proto-oncogène peut devenir oncogène et favoriser l’apparition de tumeurs. Ainsi, 95 % des patients souffrant d’une leucémie myéloïde chronique ont une translocation réciproque entre les chromosomes 9 et 22 ;la translocation robertsonienne qui concerne des chromosomes acrocentriques (13, 14, 15, 21, 22), dont le centromère se trouve à l’extrémité du bras long. Une translocation robertsonienne est fréquente dans les familles où il existe une forme héréditaire de trisomie 21.

Translocation

Remaniement chromosomique correspondant à la perte d'un fragment d'ADN pouvant aller d'une seule paire de base à un grand fragment de chromosome (gènes).

Délétion

Le caryotype correspond à la représentation des chromosomes du noyau d’une cellule vue sous microscopie ou microphotographie, après ordonnancement par paires selon la taille. Une telle procédure permet de mettre en évidence des anomalies chromosomiques, comme des trisomies, ou définir certaines caractéristiques de l’individu, comme le sexe génétique à partir des chromosomes sexuels. 
Réalisation du caryotype
Le cycle cellulaire est stoppé durant la métaphase de la mitose, alors que les chromosomes sont condensés. Après traitement chimique et coloration, les chromosomes sont regroupés par paires puis ordonnés des plus grands aux plus petits avant d’être photographiés sous microscopie.
Prescrit par un médecin, il permet de révéler d’éventuelles anomalies génétiques. Un caryotype humain normal doit comporter 23 paires de chromosomes (donc 46 chromosomes). Parfois, il en manque, ou au contraire il y en a en excédent. Dans d’autres cas, un fragment a été perdu ou au contraire ajouté. En plus de révéler des aberrations chromosomiques, le caryotype permet de définir le sexe génétique de l’individu grâce aux chromosomes sexuels. Si la personne est XX, alors c’est une fille ; si elle est XY, alors c’est un garçon.

Caryotype

La physique des ondes étudie les déformations qui se propagent dans un milieu, que celui-ci soit matériel ou non. Il existe trois grandes catégories d’ondes : les ondes gravitationnelles, les ondes mécaniques et les ondes électromagnétiques.Les trois types d'ondesLes ondes sont catégorisées en 3 grandes familles :Les ondes gravitationnelles qui sont liées à la notion de relativité et de l'espace-temps. La rédaction de Futura a consacré un dossier entier à ces ondes gravitationnelles qui transportent l'énergie à la vitesse de la lumière. Elles sont notamment au coeur de l'étude des trous noirs en astrophysique.Les ondes mécaniques sont celles qui se propagent dans un milieu matériel qu'il soit liquide, gazeux ou solide. On y retrouve par exemple la houle qui se forme dans l'eau, les ondes sismiques qui sont dans la croûte terrestre ou encore les ondes sonores qui sont invisibles à l'oeil nu mais qui se diffusent grâce à l'air.Les ondes électromagnétiques comprennent à la fois la lumière mais aussi les ondes radios. Ce qui les différencie des deux autres catégories sont leurs capacités à transporter de l'énergie mais aussi de l'information. C'est la raison pour laquelle elles sont au centre des progrès technologiques en matière de télécommunications.La longueur d’onde est l’une des caractéristiques propres à chaque onde, quelle que soit sa nature. Elle se note à l’aide de la lettre grecque lambda : λ. Elle représente la périodicité spatiale des oscillations, c’est-à-dire la distance entre deux maximas de l’oscillation, par exemple. La longueur d’onde est aussi la distance parcourue par l’onde pendant une période d’oscillation. Ainsi, elle est inversement proportionnelle à la fréquence et s’exprime en mètre.La longueur d’onde représente la distance parcourue par l’onde pendant une période d’oscillation. © Schlurcher, Wikipedia, CC by-sa 3.0À chaque onde, sa longueur d’ondeNotez que la longueur d’onde dépend de la vitesse à laquelle l’onde se propage dans le milieu. Ainsi, lorsqu’une onde passe d’un milieu à un autre en changeant de vitesse, sa longueur d’onde varie, même si sa fréquence reste la même. Le tout selon la relation suivante : λ = c.T = c/f, où c correspond à la célérité de l’onde, T à sa période temporelle et f à sa fréquence.Les noms donnés aux ondes électromagnétiques permettent de les situer sur l’échelle des longueurs d’onde. Les ondes radio présentent des longueurs d’onde supérieures à 30 centimètres. Les longueurs d’onde de la lumière visible se situent entre 400 et 700 nanomètres. Et chaque couleur de la lumière visible est caractérisée par un intervalle de longueur d’onde. Ainsi, le vert se situe autour des 510 nanomètres et le rouge, autour des 650 nanomètres.Rappelons également que plus la longueur d’onde d’une onde électromagnétique est courte, plus l’énergie qu’elle transporte est grande. Les rayons X par exemple présentent une longueur d’onde comprise entre 10-11 et 10-8 mètres. Ils transportent ainsi plus d’énergie que les micro-ondes dont la longueur d’onde se situe entre 3 millimètres et 30 centimètres.

Longueur d'onde

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L'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] d'une [popupdefinition id=101]bact&eacute;rie[/popupdefinition] bien connue ([popupdefinition id=5138]Escherichia coli[/popupdefinition]) est ici observ&eacute; avec un grossissement fois 10.000. &Eacute;tant donn&eacute; la longueur du brin d'ADN, le [popupdefinition id=154]g&eacute;nome[/popupdefinition] de la bact&eacute;rie est, en temps normal, bien compact&eacute; pour tenir dans l'espace confin&eacute; que lui offre la cellule, comme c'est le cas sur cette photo. Cependant, il arrive parfois que l'ADN soit expuls&eacute; de la cellule &agrave; la suite d'un choc osmotique. &copy; Eric Erbe, Wikimedia Commons, DP

L'ADN des bactéries

Escherichia coli (ou E. coli ou colibacille) est un organisme modèle étudié dans les laboratoires de biologie.
Classification d’Escherichia coli
Escherichia coli est une bactérie, organisme procaryote appartenant à la famille des Entérobactéries. 
Caractéristiques d’Escherichia coli
Le colibacille est un bacille (bactérie en forme de bâtonnet), Gram négatif (ce que l'on note souvent Gram -). Escherichia coli possède un génome à ADN double brin circulaire de 4,6 millions de paires de bases, qui est entièrement séquencé. Elle se réplique très rapidement à 37°C, toutes les 20 minutes, ce qui permet de multiplier facilement de l’ADN ou des protéines d’intérêt.
C’est une bactérie communément trouvée dans les intestins de Mammifères, humains compris. Il en existe différentes formes dont certaines sont pathogènes, provoquant des infections intestinales, infections urinaires ou génitales.
Utilisation d’Escherichia coli au laboratoire
La bactérie E. coli est devenue indispensable aux laboratoires. Elle est très facile à transformer en lui ajoutant des morceaux d’ADN que l’on souhaite cloner. Elle permet aussi d’exprimer des protéines en grandes quantités. Mais en plus d’être un outil, E. coli est aussi l’objet d’études qui permettent de mieux comprendre le fonctionnement des bactéries en général.Champ lexical : escherichia coli | e. coli

Colibacille

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Structure de l'ADN

Gènes

Information génétique

Code génétique

Choix de la rédaction

L'ADN dans tous ses états

Matériel génétique

Cellules

Séquençage de l'ADN

différence entre génotypage et séquençage

calculer la longueur de l'adn d'un chromosome

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Les gènes sont l’unité de base de l’hérédité. C’est eux que vos parents vous ont transmis et qui font que vous leur ressemblez un tant soit peu. Ils sont responsables de vos traits physiques, du fonctionnement de vos cellules et aussi de certaines maladies. Dans les cellules humaines les gènes sont situés sur des locus, un endroit bien précis d’un chromosome. Les chromosomes, eux, sont installés dans le cœur de nos cellules, le noyau.Si le noyau de la cellule est « la bibliothèque » qui renferme le patrimoine génétique d’un individu, le chromosome « un livre » et le gène « une page » d’un de ses livres.Le gène, l'origine de notre diversitéChez la plupart des êtres vivants, les gènes sont composés d’ADN. Il n’y a que chez les virus où l’information génétique peut être portée par de l’ARN. Le nombre de gènes est plus ou moins important selon la complexité de l’organisme. Par exemple, il n’y a que sept gènes dans le virus Ebola contre plus de 20.000 chez l’Homme. Un gène est dit « codant » lorsque sa traduction conduit à la formation d’une protéine.Lors de la traduction, l’ARN, transcrit à partir de l’ADN, est lu par le ribosome. Toutes les trois paires de bases, appelées aussi codon, il ajoute un acide aminé sur une chaîne qui formera une protéine fonctionnelle. Les acides aminés ne sont pas ajoutés au hasard, mais selon le code génétique universel. Chaque trio de paire de bases correspond à un acide aminé.L’enchaînement des bases de l’ADN détermine donc le rôle et la forme de la protéine obtenue, ainsi que toutes les choses qui nous caractérisent. 

L'œil, également appelé globe oculaire, correspond à l’organe de la vue, captant le signal lumineux avant que l’information ne soit réinterprétée par le cerveau et transformée en formes et en couleurs. Il se compose de différentes régions lui permettant d’assurer sa fonction, de la cornée jusqu’à la rétine. Il est inséré dans une orbite, et on en retrouve une ou plusieurs paires chez bon nombre d’espèces animales, aussi bien chez les arthropodes, les mollusques ou les vertébrés.
Anatomie de l’œil humain
L’œil humain correspond grossièrement à une petite boule de 2,5 cm de diamètre, pesant sept à huit grammes. Comme chez beaucoup de mammifères, le globe oculaire se compose de différentes couches. La plus externe correspond à la sclère, membrane résistante qui donne sa couleur blanche à l’œil en le recouvrant à 80 %, sur laquelle s’insèrent les muscles oculomoteurs. Au centre se trouve la cornée, qui permet de capter les premiers rayons de lumière et de commencer la réfraction.
Sous la sclère, on trouve la choroïde, couche fine irriguée de vaisseaux sanguins et assurant la nutrition de la rétine et de l’iris.
La rétine, située dans le fond du globe oculaire, au contact de la choroïde, correspond à la région directement sensible à la lumière, polarisée principalement par la cornée et le cristallin. Elle est composée de cellules en cônes et en bâtonnets, sensibles aux détails de l’environnement et à la luminosité. C’est à ce niveau que le signal lumineux va être traduit en message nerveux, et être envoyé au cerveau par le nerf optique.
Au centre de l’œil, derrière la cornée, on trouve l’iris, région qui confère sa couleur particulière au globe oculaire. En son centre, on trouve la pupille, région sombre qui, sous l’action de muscles, se contracte ou se dilate pour laisser passer plus ou moins de lumière, à l’instar d’un diaphragme sur un appareil photo.
L’essentiel du volume de l’œil (90 %) est dû à l’humeur vitrée, liquide gélatineux situé en arrière du cristallin, qui donne au globe oculaire sa consistance. Il contribue également à la réfraction de la lumière.
Les yeux composés
Si l’Homme, les autres vertébrés et d’autres groupes possèdent deux yeux simples, ce n’est pas le cas chez tous les animaux. Ainsi, de nombreux arthropodes, comme les mouches, les libellules ou les crabes possèdent des yeux composés, c’est-à-dire un ensemble de photorécepteurs appelés ommatidies. Certains de ces animaux peuvent posséder jusqu’à cinq yeux composés.Champ lexical : yeux | globe oculaire

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