A.   Chromosomes et caryotype

Les chromosomes sont des structures universelles aux cellules eucaryotes. Ils peuvent être classés selon leurs caractéristiques dans un caryotype (= image classée des chromosomes d’une cellule). 

Le nombre de chromosomes caractéristique de l’espèce humaine est de 46 = 23 paires, avec 22 paires d’autosomes (= chromosomes non sexuels) et une paire de gonosomes (= chromosome sexuel X ou Y).

Chacune de nos cellules somatiques comporte 23 paires de chromosomes homologues (= chromosomes de la même paire, de même forme, portant les mêmes gènes, mais pas forcément les mêmes allèles). Elles sont donc diploïdes (= comportant 2 lots de chromosomes homologues), notées 2n = 46, avec n le nombre de chromosomes différents. Nos cellules germinales (reproductrices) à la fin de la lignée germinale, au stade gamète, comportent un seul jeu de chromosomes, tous différents: elles sont donc haploïdes, notées n = 23. Le gonosome des ovules (ovocytes) est X et celui des spermatozoïdes est X ou Y.

B.   L’ADN des chromosomes

Les chromosomes comportent une ou deux chromatides (« brins » accolés). Les deux chromatides d’un même chromosome sont strictement identiques, car elles sont composées chacune d’une copie de la même molécule d’ADN et ont donc les mêmes allèles : ce sont des chromatides-sœurs. Elles sont reliées entre elles par le centromère. Elles se séparent au cours de la division cellulaire, ce qui permet à chaque cellule-fille de recevoir 2 copies identique d’ADN. Chaque chromatide est constituée d’une seule longue molécule d’ADN en double hélice, associée à des protéines structurantes, notamment les protéines histones.

Schéma et photographie en microscopie électronique à transmission (MET) d’un chromosome à 2 chromatides. Les 2 chromatides contiennent la même information génétique, et donc les mêmes allèles, car elle possèdent toutes deux une copie de la même molécule d’ADN.

Les niveaux de condensation de l’ADN: schéma et modélisation. L’ADN s’enroule autour des histones pour former le nucléofilament (“collier de perles”) visible en microscopie électronique, composé d’une succession de nucléosomes (“perles”). 

Nucléofilaments de chromatine décondensée d’érythrocytes de poulet observé en microscopie électronique à transmission (MET)
 Les “perles” correspondant aux nucléosomes (flèche noire) sont reliées entre elles par de fins filaments d’ADN (flèche blanche) ce qui a valu à cette structure son surnom de « collier de perles ». La barre d’échelle représente 50 . 
Par Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcockderivative work: Gouttegd (talk) — Chromatin_nucleofilaments.png, CC BY-SA 3.0, 
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16981885

Schéma de la structure d’un nucléosome Un nucléosome est constitué de 8 protéines histones (H2A, H2B, H3, H4), autour desquelles s’enroule la double hélice d’ADN. La protéine histone H1 intervient dans la condensation de l’ADN.

C. Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire correspond à l’intervalle entre la fin d’une division cellulaire et la fin de la division suivante. Chez toutes les cellules, le cycle cellulaire comporte 2 grandes phases, selon le niveau de condensation de l’ADN et le nombre de chromatides :

• L’interphase: la cellule ne se divise pas, le noyau est relativement uniforme et l’ADN est décondensé dans le noyau et les chromosomes ne sont pas visibles : chaque molécule d’ADN est alors déroulée, l’enchevêtrement de l’ADN des différents chromosomes dans le noyau forme une matière plus ou moins dense visible au microscope appelée chromatine. La durée totale de l’interphase varie selon les cellules. (10 minutes pour des cellules embryonnaires de drosophiles, 90 minutes pour une levure, 1 à 2 jours pour des cellules épithéliales du tube digestif, plusieurs années pour des cellules hépatiques)

On distingue 3 phases dans l’interphase selon la quantité d’ADN :

• La phase G1 : (Gap ou Growth) la cellule grandit et prépare la phase S en synthétisant (= fabriquant) des protéines. Les chromosomes décondensés ont une seule chromatide (quantité d’ADN = q).(durée variable)

Remarque : les cellules qui ne se divisent pas sortent du cycle cellulaire et passent en phase de repos dite G0, pour une durée indéfinie, généralement avant ou pendant la phase G1.

• La phase S: la quantité d’ADN double grâce à la synthèse de l’ADN. On observe à ce moment des yeux de réplication dans le nucléofilament. (6-8h)
• La phase G2 :c’est une nouvelle phase de croissance des cellules. Chaque chromosome décondensé a 2 chromatides-sœurs identiques (quantité d’ADN = 2q).(5-6h)
• La phase M de division cellulaire : la cellule se divise et les chromosomes se condensent et deviennent visibles : la molécule d’ADN qui constitue chaque chromatide se pelotonne grâce aux protéines histones de chaque nucléosome qui se lient entre elles. La division est différente pour les cellules somatiques (mitose) ou germinales (méiose) : dans les 2 cas on observe une séparation des chromatides, mais la méiose comporte une étape supplémentaire de séparation des chromosomes pour réduire le nombre de chromosomes avant la fécondation en formant des cellules haploïdes, contrairement à la mitose où les cellules restent diploïdes.

L’ADN des chromosomes subit donc une alternance de condensation (phase M) /décondensation (interphase) au cours du cycle cellulaire, et de duplication (phase S de l’interphase)/ séparation (phase M) : c’est la base de la reproduction conforme d’une cellule.