VERSION 2013 en travaux

retour panorama, plan du cours de 1èreS

Plan

TD10 - Simualisation de molécules avec Jmol (rappels ADN et ARN), aa, protéines

TD11 - La matière du vivant

TD12 - Réplication-hybridation et PCR

TD13 - synthèse des protéines

TD14 - Génomes

TD15 - Gènes héréditaires

TD16 - Maladies géniques

• 1 - Les acides nucléiques et les protéines sont des polymères
  • 1.1 - Les acides nucléiques sont de longs polymères de nucléotides
  • 1.2 - Les protéines sont de longs polymères d'acides aminés
• 2 - L'ADN est soit hérité soit synthétisé à partir d'un autre acide nucléique
  • 2.1 - La division cellulaire répartit l'ADN dans les deux cellules filles
  • 2.2 - REPLICATION - Avant la division , de grandes molécules d'ADN sont répliquées par un complexe enzymatique : l'ADN polymérase
  • 2.3 - De petites petites molécules d'ADN peuvent être synthétisées à partir d'ARN
• 3 - Les rôles indiscutables de l'ADN dans la synthèse des ARN et des protéines
  • 3.1 - TRANSCRIPTION - L'ADN est transcrit en ARN par un complexe enzymatique : l'ARN polymérase
    • 3.1.1 - La transcription est la copie de l'un des brins de l'ADN en ARN.
    • 3.1.2 - Il existe plusieurs types d'ARN et la plupart subissent une maturation
  • 3.2 - TRADUCTION - Les ARNm sont traduits en polypeptides au sein des ribosomes dans le cytoplasme
    • 3.2.1 - La traduction est une réaction enzymatique
    • 3.2.2 - La traduction suit un dictionnaire : le code génétique
    • 3.2.3 - Les peptides exportés subissent une maturation dans le REL puis dans l'appareil de Golgi avant d'atteindre la membrane ou d'être sécrétés par exocytose
• 4 - De l'information génétique au programme génétique

FIN DE LA PARTIE STRICTEMENT SCOLAIRE

• 5 - L'organisation du génome est complexe et mal connue
  • 5.1 - Les gènes sont des unités de fonction
  • 5.2 - Plus les organismes sont complexes plus leur ADN comporte des gènes morcelés (par des introns), une grande quantité d'ADN non codant, et plus la liaison gène-protéine est complexe
• 6 - L'expression stochastique (ou aléatoire) des gènes (ESG)
• 7 - Critique des rôles de l'ADN imaginés dans la théorie de l'information génétique
  • 7.1 - Un premier exemple d'excès de la théorie : la notion de programme génétique
  • 7.2 - Un deuxième exemple d'excès de la théorie : les mutations seules sources de variation de l'information génétique
  • 7.3 - Un troisième exemple d'excès de la théorie : la (con)fusion entre gène héréditaire et gène moléculaire
• 8 - Vers de nouvelles théories du vivant
  • 8.1 - L'ontophylogénèse : une théorie darwinienne de la lignée cellulaire
  • 8.2 - Un génome dynamique
• 9 - Pour une génétique intelligente
  • 6.1 - Une médecine génétique prudente : aucune maladie ne présente de déterminisme génique absolu
  • 6.2 - De nombreux mécanismes génétiques peuvent être impliqués dans les mécanismes évolutifs

Une grande ressemblance : acides nucléiques et peptides

1.1 - Les acides nucléiques sont de longs polymères de nucléotides

Modèles d'ADN (en anglais)

Les acides nucléiques

Les acides nucléiques sont des polymères (du grec poly = plusieurs et merein = partage) (voir cours de seconde) car il sont composés d'unités identiques : les monomères. Quand il y a plusieurs types de monomères on parle de copolymères.

Les nucléotides sont des molécules composées d'une base azotée (A= adénine, T=thymine, U=uracile, C=cytosine, G=guanine), d'un sucre (ribose ou désoxyribose) et d'un, deux ou trois groupement(s) phosphate(s).

Les nucléotides ne sont pas que des composants des acides nucléiques mais ont des fonctions variées dans la cellule: par exemple l'ATP (adénosine triphosphate = adénine + ribose (l'adénosine est le nom du nucléoside) + 3 phosphates) et ses dérivés monophosphate (AMP) ou diphosphate (ADP) qui sont des molécules énergétiques intermédiaires (transfert de l'énergie chimique de liaison entre molécules) mais aussi informatives (AMP cyclique ou cAMP par exemple); ou le dGTP (adénine+désoxyribose+3 groupements phosphate; le "d" devant la molécule indiquant la nature du sucre: le désoxyribose) qui est aussi une molécule énergétique.

ancien TD - ADN-ARN (les acides nucléiques)

page biochimie

L'ADN (acide désoxyribonucléique) est formé de deux chaînes (brins) de nucléotides dessinant une double hélice dont le diamètre est de 2 nm.
Dans l'ADN le sucre est le désoxyribose (et l'on parle de désoxyribonucléotides). Les bases sont A, T, C ou G.

- Les nucléotides d'une chaîne sont associés entre eux par des liaisons covalentes (entre le groupement phosphate d'un nucléotide et le désoxyribose d'un autre nucléotide).
- Les deux chaînes sont associées par des liaisons faibles entre les bases qui forment donc des paires  : A avec T (2 liaisons faibles) et C avec G (trois liaisons faibles). On dit que les bases sont appariées. La molécule d'ADN est fragile et les deux chaînes peuvent facilement se séparer (l'ADN est dit dénaturé) par chauffage modéré (<50°C) et se réassocier (renaturation) si la température redescend.

En 1èreS il est nécessaire de comprendre, en plus de ce que vous avez vu en seconde, l'orientation (antiparallèle) des deux brins (5'-> 3' et 3'->5')

3' et 5' désignent les numéros des carbone du désoxyribose.

Les ARN (acides ribonucléiques) sont des chaînes (un seul brin) de nucléotides pouvant se replier et leurs bases s'apparier sur de courtes distances.
Les nucléotides de l'ARN, contiennent du ribose (ce sont des ribonucléotides). Les bases sont A, U, C et G. Donc l'Uracile (U) remplace toujours la Thymine (T).

Les acides aminés et les protéines

ancien TP-TD - Acides aminés et protéines

page biochimie

Les chaînes d'aa (aa réunis par des liaisons peptidiques) sont des peptides . De 2 à 10 aa on parle d'oligopeptides; au-delà on parle de polypeptides. Le terme protéine (s.s) est réservé aux polyppeptides dont le poids moléculaire est supérieur à 10.000 daltons (un dalton est le poids d'un atome d'hydrogène). En pratique, il n'est pas rare d'utiliser abusivement le mot protéine comme équivalent de peptide.

Il existe 20 acides aminés (aa) dans les protéines du vivant.
Les aa sont des molécules organiques donc composées de C, H, O, N et parfois S. Chaque aa est composé d'un carbone relié à un hydrogène et à 3 groupes : le groupe acide carboxylique (-COOH), le groupe amine (-NH2) et un groupe variable qui caractérise chaque aa.

Page acides aminés et protéines

Les protéines sont souvent formées de l'assemblage de plusieurs molécules et contiennent des éléments non peptidiques (appelés groupement prosthétique, comme le groupe tétrapyrolique à Fe qui forme l'hème et s'ajoute à la molécule de globine de l'hémoglobine... elle-même formée de 4 sous-unités identiques 2 à 2).

Page biochimie

Remarques importantes :

La suite linéaire (en ligne) des nucléotides d'une chaîne de l'ADN (l'autre étant déterminée par complémentarité des bases), ou de l'unique chaîne des ARN, forme une séquence propre à chaque molécule d'acide nucléique. Elle peut être représentée par la suite des bases (par exemple .....AACTAGGCTTAA....).

De même la suite linéaire des aa d'une protéine est appelée séquence ou structure primaire.

Les séquences constituent une information linéaire qui n'est pas sans rappeler l'information exprimée par la suite de lettres d'un mot. Mais ce n'est pas la seule information que peut donner une molécule qui se déploie dans l'espace avec une forme. L'idée selon laquelle la séquence est la cause de la forme de la molécule est suivie pour les peptides et partiellement pour les ARN mais pas pour l'ADN. Pourquoi ?

Même si la forme est indubitablement liée à la séquence elle n'en est pas la résultante car la forme dépend aussi des conditions de milieu et de molécules additionnelles pouvant s'ajouter pour donner une structure complexe. Par exemple l'ADN s'associe avec des protéines pour donner une fibre chromatinienne (et un chromosome) chez les eucaryotes et les protéines sont nombreuses à s'associer entre elles ou avec des ARN pour donner des complexes. Le nombre de formes (motifs) est relativement limité (domaines) mais les associations sont très nombreuses.

D'où vient l'ADN ?

L'ADN est transmis par hérédité d'une cellule à l'autre lors de la division

Chez les Procaryotes, l'ADN synthétisé pendant la phase de croissance est réparti (mais pas forcément équitablement, cela dépend du nombre de molécules d'ADN présentes) dans les deux cellules filles lors de la DIVISION.
Les ARN ne sont pas en grande quantité dans le cytosplasme.

Des échanges d'ADN sont très fréquents entre bactéries d'une même espèce par CONJUGAISON grâce à des ponts cytoplasmiques établis au niveau des pili sexuels : c'est la recombinaison bactérienne. Les bactéries échangeuses sont apellées conjugantes.
Des cas moins bien connus d'échanges d'ADN entre bactéries de différentes espèces, voire entre bactéries et cellules eucaryotes sont explorés. On sait par exemple que les cellules intestinales humaines contiennent des fragments plus ou moins importants de l'ADN des bactéries symbiotiques intestinales (microbiote intestinal).

Chez les eucaryotes la mitose répartit de façon égale (sauf anomalie) par clivage des chromosomes, l'ADN synthétisé pendant la phase S de l'interphase et condensé au niveau des chromosomes.
On observe cependant, in vitro, la pénétration d'ADN étranger NU dans une cellule mais l'on n'a pas connaissance d'un tel mécanisme in vivo.

En terminale nous verrons un mécanisme autre de division qui se rattache à la reproduction sexuée : la méïose. L'héritage y est fortement inégal. Chaque gamète n'a que la moitié de l'ADN de la cellule mèrel (c'est la réduction chromatique). Les ADN des gamètes sont réunis lors de la FECONDATION.

Mais l'ADN n'est pas le seul acide nucléique hérité : chez certains amphibiens, les ARN ovocytaires sont synthétisés en grande quantité et servent dans les premières phases de développement embryonnaire. Le developpement se fait donc surtout à partir d'ARN maternels avant que de nouveaux ARN embryonnaires soient transcrits.

Ancien cours de 1èreS

Electronographies de fibres chromatinienne en duplication....

.... revoir les différents états de l'ADN au cours du cycle cellulaire

(Réplication: 2ème partie du film) WEHI-TV des animations assez exactes scientifiquement, même si les molécules sont représentées comme flottant dans un liquide, ce qui est tout à fait faux (la cellule est très encombrée et il n'y a pas d'eau libre)

PAGE AVEC VERSIONS FRANÇAISES des vidéos

La réplication de l'ADN est une synthèse de deux molécules d'ADN identiques à partir d'une molécule d'ADN. Chaque molécule d'ADN fille est composée d'un brin ancien et d'un brin nouveau complémentaire du brin ancien; on dit que la réplication est semi-conservative. La réplication de l'ADN est catalysée par un gros complexe enzymatique contenant plus de 20 enzymes (chez les procaryotes) mais surtout l'ADN polymérase (les complexes sont moins bien connus chez les eucaryotes).
Chez les procaryotes la réplication commence en un point origine et se poursuit en général dans deux sens opposés au niveau de fourches de réplication.
Chez les eucaryotes, du fait de la longueur du génome, elle commence en de multiples points origine simultanément. (Il faudrait plus de 500 h à raison de 50 nucléotides à la seconde pour répliquer un seul chromosome humain à partir d'un seul point origine).

L'ADN polymérase nécessite une molécule d'ADN à répliquer, des désoxyribonucléotides, de l'énergie (ATP) et un petit fragment d'ARN complémentaire d'une petite séquence de l'ADN à répliquer (amorce). Il existe plusieurs ADN polymérases chez les bactéries (au moins 3) et plus encore chez les eucaryotes.

L'ADN d'une cellule est répliqué EN ENTIER au cours de la phase de croissance du cycle cellulaire.

La réplication se déroule avec une fidélité excellente: chez E. coli on estime le nombre d'erreurs de copie à 1 pour 10⁹ à 10¹⁰ nucléotides, ce qui fait, pour un génome évalué à 4,7.10⁶ paires de bases, une erreur pour 1.000 à 10.000 réplications. Il existe des systèmes de réparation de l'ADN qui utilisent aussi une ADN polymérase. La vitesse de polymérisation (ajout des désoxyribonucléotides pour former le nouveau brin) est de l'ordre de 200 à 1.000 nucléotides par seconde chez E. coli.

Le problème du déterminisme du cycle cellulaire est aussi celui du lien entre la croissance cellulaire et la réplication de l'ADN.... il est loin d'être résolu. En tout cas il ne sera pas traité dans ces pages.

Analyse de l'article scientifique relatant l'expérience:
Ancien cours de 1èreS

Escherichia coli est cultivée pendant de nombreuses générations (= durée d'un cycle cellulaire puisqu'une génération sépare une cellule mère de sa cellule fille) sur un milieu de culture contenant des désoxyribonucléotides marqués à l'¹⁵N (témoin 1). Cette souche de départ est transférée pendant un génération sur un milieu contenant uniquement des désoxyribonucléotides marqués à l'¹⁴N (expérience 1). Enfin on transfère des bactéries issues de cette culture à nouveau sur un milieu contenant uniquement des désoxyribonucléotides marqués à l'¹⁵N (expérience 2).

La mesure de la quantité de désoxyribonucléotides incorporés dans l'ADN lors de la phase de réplication (croissance cellulaire) se fait à l'aide de prélèvement de bactéries dont l'ADN est extrait et centrifugé sur gradient de densité; l'ADN se plaçant plus ou moins bas dans le tube selon sa densité. La bande d'ADN, fluorescente sous U.V. est révélée par éclairement U.V. du tube. Une densité de 1,8 signifiant un ADN ne contenant quasiment que de l'¹⁵N et une densité de 1,65 signifiant un ADN ne contenant quasiment que de l'¹⁴N.

Le tube 2 correspond à un témoin d'une souche cultivée pendant de nombreuses génération sur sur milieu contenant des désoxyribonucléotides marqués à l'¹⁴N. Le tube 5 correspond à une génération supplémentaire sur milieu contenant des désoxyribonucléotides marqués à l'¹⁴N (expérience 3).

interprétation:

Les témoins correspondent à des bactéries dont la quasi-totalité de l'ADN est composé de désoxyribonucléotides possédant de l'14N (témoin 2) qualifié d'ADN "léger" ou de l'¹⁵N (témoin 1) qualifié d'ADN "lourd".

Dans l'expérience 1 (tube 3) la position de l'ADN intermédiaire en densité entre l'ADN léger et de l'ADN lourd permet de dire que le mécanisme de réplication de l'ADN, qui s'est normalement déroulé une seule fois depuis le transfert sur milieu léger, est semi-conservatif. En effet, les molécules d'ADN obtenues lors de la réplication contiennent TOUTES pour moitié de l'¹⁴N et de l'¹⁵N. Ce qui peut s'expliquer aisément si l'on imagine un système de réplication qui conserve un des brins anciens dans chaque nouvelle molécule et synthétise un brin nouveau complémentaire. Les deux molécules d'ADN issues d'une telle réplication sont donc identiques et pour un brin (nouveau) composées d'¹⁴N et pour l'autre brin (ancien) composées d'¹⁵N. On peut parler de molécules hybrides ¹⁴N-¹⁵N.

Lors d'une seconde réplication avec des désoxyribonucléotides contenant de l'¹⁴N (milieu "léger"), les molécules hybrides sont aussi répliquées selon un mécanisme semi-conservatif qui donnera une molécule d'ADN léger et une molécule d'ADN hybride à partir de chaque molécule ancienne (hybride).

Analyse de l'article scientifique relatant la véritable expérience de Taylor :
Ancien cours de 1èreS

Expérience de Taylor (1957) présentation scolaire modifiée

On utilise des plantules de Vicia faba ( qui possède 12 chromosomes) dont les racines sont plongées dans des solutions contenant ou non un nucléoside (base + sucre) marqué radioactivement : la thymidine (thymine + désoxyribose) marquée par le tritium (³H ou ³T), isotope lourd et radioactif de l'hydrogène. Pour être incorporé à l'ADN en phase de synthèse, la thymidine doit être transformée en nucléotide par ajout d'un groupement phophate (en fait trois groupements puisque ce sont des nucléotides tri-phosphate qui sont utilisés lors de la réplication).

L'incorporation du désoxyribonucléotide radioactif est suivi par des autoradiographies qui sont des expositions de préparations cellulaires à une plaque ou un film photographique. Les composés argentés de l'émulsion photographique précipitent lorsqu'ils rencontrent un électron émis par radioactivité ß^- par les atomes de ³H incorporés dans le thymidine radioactive. Les grains d'argent forment des points noirs que le développement révèle. L'emplacement des points noirs indique donc de façon approximative la position des molécules de thymidine tritiée de la préparation cellulaire. Les temps d'exposition des émulsions photographiques sont bien sûr beaucoup plus longs que pour une impression par les photons.

Les racines de Vicia faba, sont cultivées pendant la durée d'un cycle cellulaire sur un milieu "chaud", c'est-à-dire contenant de la thymidine tritiée. Puis la division est bloquée en métaphase par l'utilisation de la colchicine (un extrait de la Colchique) qui empêche la cytodiérèse et la séparation des chromatides mais sans bloquer la condensation des chromosomes. Les cellules en métaphase de mitose sont repérées et certaines sont autoradiographiées. L'aspect d'un chromosome est représenté ci-dessous à gauche. Certaines de ces cellules sont replacées immédiatement sur un milieu "froid", c'est-à-dire dépourvu de thymidine radioactive, pendant la durée d'un deuxième cycle cellulaire. L'aspect d'un chromosome d'une autoradiographie d'une cellule en prophase de mitose est présentée ci-dessous à droite.

Un aperçu (très mauvaise qualité juste pour donner envie d'aller voir l'article original en libre accès) des microphotographies obtenues par Taylor, Woods et Hughes (fig 1 et 2 de l'article ; les n° ont été changés); série a (à gauche) :avec mise au point sur les chromosomes; série b (à droite) : avec mise au point sur les grains d'argent de l'émulsion photographique.

1a, 1b : un chromosome à deux chromatides marquées d'une cellule à 12 chromosomes après une exposition de 10h à la colchicine. Les chromatides sont interprétées comme étant encore partiellement accolées.

2a, 2b : plusieurs chromosomes d'une cellule à 24 chromosomes après 34h d'exposition à la colchicine; pour l'interprétation de la différence entre chromatides et chromosomes (voir plus bas) on s'appuie sur l'interprétation liée à l'ADN (ce qui est un raisonnement erroné): la forme en "étoile à 3 branches" en haut à gauche ne peut, du fait de l'hypothèse interprétative d'un marquage sur une seule chromatide, que correspondre à deux chromosomes partiellement accolés; le chromosome le plus à droite, celui du centre et celui le plus en bas, seraient des chromosomes avec deux chromatides assez bien séparées et l'une des chromatides seulement marquée; le chromosome en L ouvert correspondrait à deux chromatides d'un même chromosome largement éloignées mais réunies au sommet...

Illustration de l'interprétation de l'expérience de Taylor (en orange: le centromère (qui n'est pas visible); les points noirs correspondent aux grains d'argent de l'autoradiographie) (schémas d'après Principe de Biochimie, Lehninger et al, 1994, Flammarion-Médecine-Sciences)

Explication de l'expérience:

Tout en n'oubliant pas que le chromosome est une structure complexe de compaction de l'ADN nucléaire (comme le représente le schéma ci-contre - l'ADN d'une cellule humaine est estimé à environ 2 m soit quelques centimètres par chromosome pour un diamètre de 2 nm soit un rapport longueur sur diamètre de quelques dizaines de millions !!!!) on s'intéresse à la composition de chaque chromatide.

Les chromatides radioactives sont composées d'une molécule d'ADN hybride. C'est-à-dire que la molécule d'ADN hybride à incorporé dans UN de ses brins, le brin nouvellement formé, de la thymidine tritiée. Cette incorporation n'a lieu que pendant la phase S du cycle cellulaire (synthèse de l'ADN) et ne touche donc que les cellules qui étaient dans cette phase de l'interphase peu après le début de la mise en culture. Lorsque les cellules sont retirées du milieu chaud et observées, seules celles qui se trouvent maintenant en métaphase peuvent présenter de tels chromosomes.

Le fait que les deux chromatides, issues de la réplication de l'ADN en phase S de l'interphase, sont TOUTES LES DEUX hybrides (c'est-à-dire composées d'un brin ancien, non radioactif et d'un brin nouveau ayant incorporé de la thymidine tritiée radioactive) peut être expliqué par un mécanisme semi-conservatif de la réplication de l'ADN, comme chez les Procaryotes.

complément

cours d'immunologie de TS sur le VIH (qui contient des molécules de transcriptase inverse comme tous les rétrovirus à ARN)

L'ADN n'est pas uniquement synthétisé à partir d'ADN par réplication.

Des molécules d'ADN courtes peuvent être synthétisées par une enzyme de type ADN polymérase mais qui travaille à partir d'un brin d'ARN et non d'un brin d'ADN. C'est l'ADNpolymérase ARNdépendante (ou transcriptase inverse). La synthèse est aussi apellée transcription inverse (voir ci-dessous).

Depuis les années 80-90, où on les recherche, on a trouvé des transcriptases inverses chez des bactéries, des mycètes et même chez les ovocytes de poissons. Mais pas dans toutes les cellules et on est loin de connaître l'importance de ce mécanisme. En l'état actuel des connaissances, on suppose qu'il est de bien moindre importance que la réplication.

Ce mécanisme, s'il s'avérait être répandu changerait profondémment notre compréhension de l'information génétique (voir ci-dessous).

En résumé:
l'ADN peut être copié (répliqué) par des enzymes (ADN polymérase). L'ARN peut aussi être répliqué par des ARN polymérases. Au total on a donc 4 types de synthèses d'acides nucléiques: 2 réplications - isosynthèses à partir d'un brin de même nature que le brin synthétisé -, et 2 hétérosynthèses à partir d'un brin matrice de nature différente.

Les données certaines

3.1 - TRANSCRIPTION - L'ADN est transcrit en ARN par un complexe enzymatique : l'ARN polymérase

3.1.1 - La transcription est la copie de l'un des brins de l'ADN en ARN.

La transcription est la synthèse d'une molécule d'ARN (monobrin) à partir d'un l'un des brins d'une molécule d'ADN (brin matrice servant à une copie complémentaire base à base).

Les deux brins peuvent chacun être transcrits et ne portent donc pas la même information génétique. (voir page sur les génomes.

WEHI-TV des animations assez exactes scientifiquement, même si les molécules sont représentées comme flottant dans un liquide, ce qui est tout à fait faux (la cellule est très encombrée et il n'y a pas d'eau libre)

PAGE AVEC VERSIONS FRANÇAISES des vidéos

Lors de la transcription, la molécule d'ADN est maintenue ouverte (brins séparés) par un gros complexe enzymatique : l'ARN polymérase (ARN polymérase ADN dépendante qui contient du Zn²⁺) dans une zone d'une longueur de 17 paires de bases (3,4 nm pour 10 pb) ce qui nécessite, du fait de l'enroulement de l'ADN, de dérouler l'ADN en amont et de le réenrouler en aval de la zone de transcription. L'ARN polymérase copie un des brins de l'ADN (brin non codant ou brin ADN matrice ou brin transcrit) en un ARN complémentaire à une vitesse qui atteint 50 nucléotides à la seconde chez E. coli. La transcription nécessite l'ion Mg²⁺ et de l'énergie fournie par les ribonucléosides triphosphate (ATP, GTP, CTP et UTP).

Toutes les étapes de la transcription sont régulées par des enzymes ou des facteurs par de nombreux mécanismes qui constituent le cœur de la régulation de l'expression génétique. La régulation consiste d'abord à déterminer le point de départ et le point d'arrêt de la transcription.

La transcription a lieu dans le noyau interphasique, même pendant la phase S et est particulièrement intense chez les cellules qui réalisent des synthèses (cellules en croissance, cellules accumulant des réserves...). On connaît des cellules (ovocytes notamment bloqués au milieu de leur division) pour lesquelles la trancription se déroule aussi pendant la division cellulaire (chomosomes en écouvillons des amphibiens).

Remarques:
- une molécule d'ADN peut être transcrite simultanément par plusieurs molécules d'ARNpol (voir par exemple Bordas doc 4B p55 ou Nathan doc2a p 52).
- la transcription a toujours lieu dans le sens 3'->5', lorsque l'ARNpol change de brin, elle change de sens.
- le promoteur est une séquence d'ADN située en amont de la zone à tanscrire et sur laquelle se fixent l'ARNpolymérase et des facteurs de transcription. On le considère comme la zone de contrôle de la transcription qui fait partie des "séquences régulatrices" de l'expression de l'information génétique.

Les transcrits primaires sont de longues molécules d'ARN qui donnent plusieurs types d'ARN différents :

voir la forme d'un ARNt sur la page générale de simualisation des molécules

Les ARN qui restent dans le noyau sont :
- de petits ARN qui vont intervenir dans la régulation de la réplication, de la transcription ou de la maturation des autres ARN (comme les snRNA ou les iRNA)
-- des déchets de la maturation des ARNm (introns) ou des ARN mal formés...

Les ARN qui migrent dans le cytoplasme par des pores nucléaires vont participer à la synthèse des protéines :
* les ARN messagers ou ARNm vont être traduits en protéines (voir ci-dessous).
* les ARN ribosomiaux - ARNr - s'associent avec des protéines pour former les ribosomes,
* les ARN de transfert - ARNt - transportent les acides aminés (15% des ARN cellulaires).

Récemment, on a mis en évidence chez la souris que les transcrits primaires sont constitués d'une majorité d'immenses molécules dont très peu contiennent des séquences correspondant à des ARNm (voir Qu'est-ce qu'un gène, p 3 réf 3).
Fin 2012 des résultats similaires ont été publiés pour l'homme : 62% de l'ADN humain est transcit malgré le fait qu'il ne contienne que très peu de gènes (1 à 2%, voir projet ENCODE ci-dessous).

L'épissage

Chez les eucaryotes les ARNm proviennent de la maturation de longs pré-ARNm ; certaines portions de l'ARN prémessager -les introns- sont excisées, alors que certaines portions -les exons- sont épissés (l'épissage consiste en la ligature des exons).

Le gène de la dystophine (DND) est le plus long du génome humain (0,08%) et contient de nombreux introns (79) . Il mesure 2400kb alors que l'ARNm est de 14kb (pour une protéine de 3685 aa), Fichiers pdb: 1EG3, 1EG4, 1DXX). À raison de 40 pb par seconde la transcription du pré-ARNm dure près de 17h.

Pour la plupart des préARN l'épissage est réalisé au sein d'un splicéosome (complexe de 150 protéines et 5 ARN - petits ARN nucléaires : snRNA: small nuclear RNA), d'une taille semblable à celle du ribosome. Quelques introns sont auto-épissant (ils catalysent leur propre excision, ne pas oublier que ce sont des ARN, ceux qui ont une activité enzymatique sont apellés ribozymes).

L'épissage est un mécanisme très complexe qui peut encore nous réserver des surprises:

- L'épissage est parfois alternatif (non continu : il saute des exons) : c'est-à-dire que les exons liés entre eux ne sont pas toujours les mêmes (des introns peuvent même faire partie de l'ARNm). On peut donc obtenir plusieurs types d'ARNm (donnant des polypeptides alternatifs appelés isoformes) à partir d'un seul long pré-ARNm. On estime que 75% des gènes humains (et 40% de ceux de la Drosophile) subissent un épissage alternatif produisant plus d'une isoforme.
On connaît UN gène de la drosophile qui peut coder 38.000 isoformes.

- On connaît des épissages entre des exons de deux ARNm différents (épissage trans).

- Les pré-ARNm obtenus à partir d'un gène peuvent aussi être différents par modification du site de départ de la transcription.

- L'épissage est régulé par des protéines qui en se fixant sur le pré-ARNm activent ou répriment l'épissage.

De plus, on peut même obtenir plusieurs ARNm à partir d'un seul ARNprémessager. Chaque ARNprémessager ne correspond donc pas à un seul et unique ARNm.

Bien que les termes d'exons (séquence épissée) et d'intron (séquence excisée) fassent référence à de l'ARN, ils sont aussi employés pour désigner des séquences d'ADN.
On ne peut pas dire que l'exon est une séquence codante puisque les introns et exons existent aussi dans les transcrits primaires des autres ARN que les ARNm, comme les ARNt. L'épissage touche donc tous les types d'ARN.

La maturation des ARNm, étant donné sa complexité, est tout aussi importante dans l'expression de l'information génétique que celle de la transcription. Elle a lieu dans le noyau (seuls les ARN matures sont transportés dans le cytoplasme) :

Remarque:
Il existe un autre mécanisme de maturation des ARNm que l'épissage qui est l'édition de l'ARN. Dans ce type de modification du transcrit primaire, des enzymes et des ARN spécifiques interviennent pour modifier certaines bases (A, C ou U). Par exemple si le codon CAA placé en milieu d'ARN est modifié en UAA (codon stop), lors de la traduction, la synthèse s'arrêtera et le polypeptide synthétisé sera nettement plus court qu'en absence de modification (ex: gène de l'apolipoprotéine humaine (4563aa/2153aa) modifié dans les cellules intestinales, mais pas dans le foie...). Plusieurs exemples sont connus.

. Tous les mécanismes ne sont pas représentés, il s'agit juste d'une illustration du cours.. De plus, les coiffes et les queues éventuelles des ARNm n'ont pas été représentées.

3.2 - TRADUCTION - Les ARNm sont traduits en polypeptides au sein des ribosomes dans le cytoplasme

Une enzyme est un catalyseur biologique (biocatalyseur); il accélère une réaction chimique (métabolique) en y participant et est restitué intègre en fin de réaction (voir ancienne page cours 1èreS). Les enzymes nécessitent des co-facteurs (éléments supplémentaires activant l'enzyme).

Une réaction enzymatique est une réaction chimique (du métabolisme) qui est catalysée par des enzymes, ce qui peut s'appliquer à la plupart des réactions chimiques du vivant.

La phase de traduction de la synthèse d'une protéine nécessite:
- un ARNm qui contient l'information génétique à traduire
- des ribosomes qui sont les systèmes enzymatiques où se déroule la réaction principale de liaison des aa
- des aa qui vont être liés par des liaisons peptidiques (ces aa sont transportés sous une forme activée (énergétiquement) par des ARNt)
- de l'énergie (GTP = guanosine triphosphate) : le GTP est un ribonucléotide énergétique tout comme l'ATP, adénosine triphosphate qui est le ribonucléotide le plus courant dans la cellule;

WEHI-TV des animations assez exactes scientifiquement, même si les molécules sont représentées comme flottant dans un liquide, ce qui est tout à fait faux (la cellule est très encombrée et il n'y a pas d'eau libre)

PAGE AVEC VERSIONS FRANÇAISES des vidéos

La structure 3D du ribosome eucaryote (de la levure de bière) a été récemment publiée avec une résolution de 0,415nm (http://www.pdb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=3O2Z)

Les ribosomes sont de gros complexes ARN-protéines composés de 2 sous-unités qui s'assemblent lors de la traduction (20 nm de ø environ, un peu plus petits chez les procaryotes, un peu plus gros chez les eucaryotes, MM>2,5MDa).

Les ribosomes font partie des ribozymes (= ARN ayant des propriétés enzymatiques); la grande sous-unité, débarassée de la plupart de ses protéines est encore capable de catalyser la formation de liaisons peptidiques.

Il n'est pas courant de dire que les ARNm et les ARNt qui participent à la traduction sont aussi des enzymes (et donc des ribozymes) mais ce n'est pas faux. Ils établissent des liaisons faibles avec différents substrats, catalysent la traduction, puis sont restitués intacts en fin de réaction.... ils ont donc bien les caractéristiques des enzymes.

Quelques chiffres pour comprendre la complexité de ces enzymes

ribosome eucaryote 80S	grosse sous-unité 60S	ARNr 5,8S (160 nucléotiudes)
		ARNr 5S (120 nucléotides)
		ARNr 28S (4700 nucléotides)
		49 protéines
	petite sous-unité 40S	ARNr18S (1900 nucléotides)
		33 protéines
ribosome procaryote 70S	grosse sous-unité 50S	ARNr 5S (120 nucléotides)
		ARNr 23S (2900 nucléotides)
		~34 protéines
	petite sous-unité 30S	ARNr 16S (1540 nucléotides)
		21 protéines
1S = 1 Svedberg, unité de centrifugation ; attention il n'y a pas de relation linéaire entre la masse d'une sous-unité et sa position de centrifugation (70S = 50S + 30S)

Les facteurs présentés ici sont ceux des ribosomes des procaryotes. Simplifié d'après EU - v10

- Un cycle de formation d'une liaison peptidique consomme 2 GTP et un ATP (pour lier l'aa à son ARNt).

- Le premier aa de la chaîne (Met modifiée = fMet = N-formylméthionine) est enlevé par une enzyme qui raccourcit d'ailleurs souvent la chaîne de quelques aa.

- Les ARNm sont lus dans le sens 5'->3'.

- C'est un domaine particulier de la grande sous-unité ribosomiale (la peptidyl-transférase) qui catalyse l'établissement de la liaison peptidique.

- On notera que le ribosome possède des sites de fixation de tous les cofacteurs, de l'ARNm et des complexes aa-ARNt.

La traduction peut aussi être régulée à l'aide de facteurs empêchant l'initiation (chez les procaryotes par exemple les protéines ribosomiques inhibent la traduction de leur propres ARNm).

Les ribosomes sont associés à un ARNm en polysomes.

Un polysome se présente au MET comme une chaîne (parfois fixés au MET sous la forme d'une spirale) de ribosomes le long d'une molécule d'ARNm qu'ils traduisent.
Les polysomes sont soit libres dans le cytoplasme, soit associés à la surface du RE sacculaire qu'on appelle alors REG (reticulum endoplasmique granuleux ou granaire).

Les ARNm sont traduits plusieurs fois avant d'être détruits.

Chez les procaryotes un ARNm contient souvent l'information pour plusieurs polypeptides différents alors que chez les eucaryotes chaque ARNm ne contient l'information génétique que d'un seul polypeptide (voir ci-dessous).

Remarque: Les mitochondries et les chloroplastes possèdent des ribosomes qui réalisent la traduction des ARNm directement dans leur compartiment matriciel. De nombreuses protéines des ces compartiments possèdent des sous-unités codées à la fois par le génome nucléaire et le génome mitochondrial ou chloroplastique.

La plupart des protéines sont organisées en complexes fonctionnels qui s'auto-assemblent sous le contrôle d'enzymes et de facteurs spécifiques (par exemple les molécules chaperons qui assurent le repliement de certaines protéines...).

Pour l'anecdote il existe une autre voie de synthèse de certains petits polypeptides qui ne passe pas par l'ADN et l'ARN mais cette voie semble très limitée (voir note).

Chaque triplet de bases de l'ARNm (codon) est associé à un aa activé grâce à son ARNt spécifique. La correspondance entre les codons de l'ARNm et les aa constitue le code génétique.

La traduction comporte trois phases : initiation, élongation et terminaison. Les ribosomes lient les aa correspondant à deux codons successifs puis progressent le long de l'ARNm en se décalant d'un codon..

La traduction est un mécanisme métabolique qui consomme de l'énergie (GTP) et qui est contrôlé par de nombreuses enzymes. La vitesse de traduction est lente : 2 à 4 aa par seconde pour les eucaryotes et jusqu'à 20 aa par seconde pour les procaryotes (à comparer aux 200 à 1000 nucléotides par seconde d'une réplication). Cependant, chez les procaryotes, transcription et traduction peuvent être simultanées (60 nucléotides/s = 20 codons/s = 20 aa/s), la traduction démarrant directement à l'extrêmité 5' de l'ARNm en cours de transcription (cf électronographies...).

Le code génétique est universel, dégénéré et ponctué.

Le code génétique est universel parce que tous les systèmes de traduction cellulaire utilisent les mêmes correspondances codon-aa. Cette universalité n'est pas absolue mais la rareté des exceptions (par exemple dans les mitochondries) prouve au contraire que ces exceptions sont plutôt des optimisations que des dérogations à la règle (il n'y a qu'une dizaine d'aa dans les peptides traduits dans la matrice mitochondriale et les ARNt mitochondriaux sont issus du génome mitochondrial) : tout changement a des conséquences très graves pour le sens de l'information génétique de la cellule.

Le taux d'erreur de la traduction est de 10^-4 à 10^-3, soit pas plus d'un aa sur 1000 incorporé dans une protéine est incorrect.

Le code génétique est dit dégénéré, car plusieurs codons correspondent à un aa (il existe 3⁴ = 64 codons et 20 aa). Remarque: on dit aussi que le code est redondant mais ce terme est à éviter car cela voudrait dire que le code répète successivement deux informations identiques de façon différente....).

Le code génétique est dit ponctué parcequ'il présente un codon initiateur (AUG ou GUG ayant une signification différente que lors de l'élongation), et trois codons stop (UGA, UAA, UAG). Remarque: en fait ce n'est pas le code qui est ponctué mais le message (l'information génétique contenue dans l'ARNm).

Les codons ne sont jamais chevauchants et le message ne contient aucun espace.
Le cadre de lecture est déterminé par le codon d'initiation.

Il est quasiment certain qu'il n'existe pas des ARNt spécifiques à chaque codon (possédant des anticodons complémentaires). Un type d'ARNt donné peut reconnaître plusieurs codons différents. Certains ARNt possèdent même au niveau de leur anti-codon une base adénine modifiée en inosine (hypoxanthine + ribose). Depuis 1966 où Francis Crick proposa le concept de l'appariement bancal (Wobble concept) les arguments s'accumulent en faveur de cette idée selon laquelle la base côté 5' est moins confinée et peut présenter un appariement bancal ( G-U ou G-C; C-G; A-U; U-A ou U-G; I-A ou I-U ou I-C). Chaque molécule d'ARNt peut alors reconnaître 4 codons différents.

Il existe des ARNt modifiés qui sont capables d'insérer un aa en présence d'un codon stop (ils sont été très mal nommés ARNt supresseurs de mutation en supposant qu'ils sont capables d'empêcher qu'un codon STOP inséré de façon indue dans l'ARNm par mutation au niveau de l'ADN conduise à l'arrêt de la synthèse de la chaîne polypeptidique).

Compléments

Les étapes de la traduction sont les suivantes :
[chaque ribosome présente 3 sites de fixation des aa-ARNt : E du côté 5' de l'ARNm en cours de lecture, P au milieu et A du côté 3']

INITIATION : (1) recrutement de l'ARNm (extrêmité 5') par la petite sous-unité ribosomiale et (2) fixation de l'ARNt initiateur (portant une méthionine modifiée (N-formylméthionine) : cet aa sera enlevé durant ou après la synthèse polypeptidique) dans le site P (codon initiateur = AUG ou GUG) puis (3) fixation de la grosse sous-unité;
ÉLONGATION : (4) arrivée et mise en place d'un aa (transporté par son ARNt) qui correspond selon le code génétique au codon de l'ARNm situé à la base du site ribosomial A; (5) établissement d'une liaison peptidique entre les deux aa accolés; (6) déplacement du ribosome d'un codon le long de l'ARNm (translocation) ; (7) ce qui implique : le départ de l'ARN transporteur adaptateur qui n'est plus lié à l'ARNm, qui passe dans le site E puis se détache du peptide en cours de formation, et un changement de site ribosomial pour l'autre aa-ARNt qui porte la chaîne peptidique en formation;
TERMINAISON : après de nombreux cycles d'élongation, lorsqu'un codon STOP (UAG, UGA, UAA) devient accessible dans le site ribosomial A, un complexe vient se fixer sur ce codon (8) et provoque la terminaison de la traduction, c'est-à-dire la libération de la chaîne peptidique et de l'ARNt et la séparation des sous-unités ribosomiales.

Variation au sein des ARNm (ARN mono et polycistroniques)

Chez les eucaryotes, sauf en de rares cas, chaque ARNm n'est lu que d'une seule façon (le codon de départ est AUG ou GUG et il n'y a pas de codon stop au milieu de l'ARNm mais un seul en fin d'ARNm); on parle d'ARNm monocistronique.
Chez les procaryotes, le plus souvent, chaque ARNm peut être lu de plusieurs façons et donner plusieurs produits : l'ARNm est dit polycistronique. Le point de départ de la lecture n'est pas fixe (trois positions possibles qui correspondent à un décalage du cadre de lecture). : on parle de cadre de lecture ouvert (open reading form : ORF) qui est unique dans le cas des eucaryotes mais multiple dans le cas des procaryotes.

Les ARNm des procaryotes possèdent un (ou plusieurs) site(s) de liaison du ribosome (ribosome-binding-site: RBS) situé (au minimum) à l'extrémité 5' (terminée par des groupes phosphate) dont la séquence est plus ou moins complémentaire de celle d'une portion d'ARNr de la grande sous-unité ribosomiale (16S). Plus la complémentarité des sites est grande, plus l'ARNm est lu.

Les ARNm des eucaryotes possèdent une coiffe 5' (nucléotide guanine méthylé lié en 5'-5') reliée à l'extrêmité de l'ARNm par 3 groupes phosphate, qui est reconnue par le ribosome. Les ARNm eucaryotes ont aussi une queue polyA en 3' composée de nombreux nucléotides à adénine.

Les peptides synthétisés dans le cytoplasme sont directement utilisés par la cellule pour le métabolisme (dans des enzymes...) ou pour des structures (histones...) (voir tableau).

Les peptides synthétisés à la surface du REG migrent dans le REL (reticulum endoplasmique lisse, qui est tubulaire) puis dans l'appareil de Golgi et sont exportés dans des vésicules soit vers le membrane (protéines membranaires) soit vers l'extérieur de la cellule (protéines sécrétées par exocytose).

C'est par exemple dans l'appareil de Golgi que sont accrochés les sucres (résidus glucidiques) des glycoprotéines (pour certains sucres, la glycosylation commence dans le REL).

Remarque :
On connaît de petits polyppetides bactériens (du groupe des antibiotiques qui sont fabriqués sans passer par la voie génétique (voir plus-bas).

La théorie de l'information génétique rend rigide la liaison ADN - protéines -phénotype

L'information génétique c'est d'abord la séquence des nucléotides de l'ADN. C'est une information linéaire.
Cette information est transcrite (copiée) de l'ADN dans l'ARN.
Enfin l'information génétique de l'ARN est traduite en séquence peptidique lors de la synthèse des protéines.

Entres les années 1960 et les années 1990 on s'est appuyé sur cette analogie entre un texte écrit (message) et la fonction métabolique des protéines (l'ADN enfermait le message originel, l'ARN était une transcription lisible, et les protéines constituaient le message utilisable par la cellule).
- l'ADN est conservé, dupliqué, transmis et transcrit
- l'ARN est traduit (lu au sein des ribosomes) en peptides.
Les protéines, par leur structure et leur fonction locale (leur activité) expriment ce message.
La fonction des protéines dépend pour une part de leur séquence (structure primaire) mais aussi pour une grande part des conditions de leur synthèse et de leur utilisation (depuis les structures secondaires, tertiaires et quaternaires aux fonctions variant selon l'environnement).
Les étapes de maturation de l'ARN, la possibilité de synthèse d'ADN à partir de l'ARN, notamment,  font que l'information génétique ne va plus dans un sens unique et comprend sans aucun doute de nombreux éléments non directement génétiques (plus cytoplasmiques et environnementaux).

La théorie a rigidifié la liaison ADN-protéines en tentant de fusionner les notions de génotype et phénotype, issues de l'hérédité avec la biologie moléculaire (voir plus bas) :

L'information génétique est contenue dans l'ADN (figée et stable), copiée exactement (sans erreur ni modification) dans l'ARNm, puis lue grâce aux ribosomes pour être exprimée dans des polypeptides en respectant fidèlement le code génétique universel. L'ARN n'est qu'un intermédiaire et les polypeptides sont le seul message de l'ADN.

Les protéines déterminent le phénotype (moléculaire mais aussi cellulaire, puis au niveau de l'organisme). Les protéines sont le seul moyen d'expression du génotype. Les protéines expliquent tout phénotype.

L'environnement désigne un facteur flou externe au système d'information qui explique tout ce qui ne colle pas avec la liaison rigide génotype-phénotype.

En tentant de fusionner les notions de gène moléculaire et de gène héréditaire la théorie de l'information génétique mélange les vocabulaires hérédiatires et moléculaires:
- les allèles deviennent la forme d'un gène moléculaire, c'est-à-dire sa séquence;
- le génotype désigne l'ensemble de l'information génétique dans la théorie;
- le phénotype désigne l'ensemble des caractères (structuraux et fonctionnels) d'un organisme dans la théorie; il est alors dû aux protéines.

Vers un changement profond de compréhension

Un gène moléculaire est défini par sa nature chimique (ADN), sa séquence (suite de monomères) et sa fonction (servir de copie lors de la transcription).

Si l'on considère que les gènes moléculaires contiennent une information, cette information est linéaire. De plus, comme la seule fonction connue précisément de l'ADN, découpé en gènes moléculaires, est une fonction passive: servir de modèle lors de la transcription, l'information génétique est donc une information pour une molécule (d'ARN).

.Les gènes moléculaires sont donc des segments d'ADN contenant une information linéaire copiée dans une molécule de type ARN lors de la transcription puis, pour les ARNm, cette information est traduite ou exprimée dans une molécule peptidique.

Le contrôle de l'expression de l'information génétique peut se faire au niveau de la transcription, de la maturation des ARNm ou de la traduction.

Les gènes sont des unités fonctionnelles de l'information génétique.

L'information génétique est la séquence de l'ADN ou de l'ARN ou encore des protéines.

pages sur les génomes (en cours de rédaction)

Le nombre de gènes moléculaires des différentes cellules vivantes n'est pas précisément connu.

Un gène moléculaire peut correspondre à plusieurs produits et inversement un produit peut nécessiter plusieurs gènes moléculaires, les gènes moléculaires peuvent se chevaucher... bref, ceci est une autre histoire: celle de la génomique (science des gènomes) ou biologie moléculaire du gène moléculaire.

Une nouvelle branche de la génomique se développe : la protéomique qui s'intéresse aux seuls gènes moléculaires contenant une information pour des protéines. On utilise aussi le terme de transcriptome pour désigner l'ensemble des gènes transcrits et de protéome pour désigner ceux qui sont transcrits puis traduits.

Malgré le séquençage complet du génome humain on n'espère au mieux que 25.000 gènes moléculaires associés à des protéines. Si on ajoute les quelques 2.000 gènes moléculaires associés à des ARN non traduits cela fait un peu court pour que l'imaginaire continue de voir dans les protéines autre chose qu'un support matériel de la vie. Quand au "pouvoir magique" du gène moléculaire il s'estompe petit à petit.

On remarquera qu'il existe une idée fausse qui est souvent propagée qui consiste à dire que plus un organisme est complexe plus il a de gènes. Au contraire le nombre de gènes ESTIMÉ semble assez fixe pour un type donné de cellule.

Nombre typique de gènes (mais attention on ne tient pas compte des duplications, voir ci-dessous)
bactérie	2.000<< 6.000
unicellulaire eucaryote	de l'ordre de 6.000
pluricellulaire eucaryote	12.000 << 25.000

Les unicellulaires (procaryotes ou eucaryotes) ont donc un nombre de gènes approximativement compris entre 3.000 et 6.000) alors que les pluricellulaires (forcément eucaryotes) ont entre 12.000 et 25.000 gènes.

Le génome des procaryotes contient une très petite quantité d'ADN non codant alors que la majorité du génome des eucaryotes est non codant.

Un article sur Science in School, très accessible (et traduit en français):
Les empreintes génétiques

Un gène au sens strict doit être associé à un produit (ARN fonctionnel : ARNm, ARNr, ARNt....). On dit que l'ADN est alors codant. Il existe une grande quantité de l'ADN qui n'est pas codant, ne serait-ce que l'ADN des introns (mais on a vu que les limites d'un intron peuvent être fluctuantes et que l'ADN d'un intron peut alors être codant).
Chez l'homme on peut retenir qu'environ 10% de l'ADN serait codant et que, dans l'ADN non codant, 50% de l'ADN correspond à des séquences répétées, qui sont utilisées notamment pour faire des empreintes génétiques (voir TP12).

Il y a une grande difficulté à étudier le génome étant donné sa taille et sa complexité: les chiffres donnés ici ne sont pas définitifs.... j'ai indiqué quelques résultats du programme ENCODE...

Pour des détails voir page sur les génomes

		ADN dont la fonction semble connue	ADN dont la fonction est inconnue	Résultats ENCODE (voir ci-dessous)
protéome	ADN transcrit (en ARNm) et traduit en protéines	1,2%		2%
	régions de contrôle	qq %		8% (non transcrites)
	introns* des gènes protéiques		31%
	régions non traduites des ARNm (UTR)		0,7%
ADN transcrit non traduit (ARN non ARNm; ARN ribosomiaux, de transfert, petits ARN et microARN...)		0,05%
ADN satellite**			6,5%
ADN intergénique			60%	82,5% dont près de 50% transcrit mais dont le rôle est inconnu
TOTAUX estimés		~ 10%	~ 90%	62% d'ADN transcrit dont 94,5% de séquences non codantes

** l'ADN satellite sont des régions répétées des millions de fois de quelques centaines de paires de nucléotides; elles sont souvent localisées près du centromère du chromosome mais peuvent occuper un bras entier. Ces séquences sont variables entre individus, même d'espèces voisines. Si l'ADN satellite représente 6,5% de l'ADN humain, 50% de l'ADN humain est répété. Les éléments transposables représentent ainsi 44 % de l'ADN ; on y trouve pour 3% des transposons*** (fragments d'ADN qui se déplacent directement dans l'ADN en s'intégrant ou en se coupant), pour 8 % des éléments possédant des LTR (longues répétitions terminales) aux deux extrémités et qui se comportent comme des rétrovirus (car ce sont des séquences d'ADN qui contiennent le gène d'une transcriptase inverse et qui se déplacent dans l'ADN par l'intermédiaire d'une forme ARN retrotranscrite) - on les qualifie de rétrovirus endogènes**** - et pour 33% d'autres éléments qui contiennent aussi une transcriptase inverse. La plupart des élément transposables sont non fonctionnels. On pense que ce sont les vestiges de gènes ou de séquences qui se sont déplacés chez des ancêtres plus ou moins lointains.

Un nouveau mode de communication : articles (en anglais et très techniques) mais aussi résumés (theads, toujours en anglais mais bien plus accessibles) publiés dans Nature, Genome Research et Genome Biology, accessibles par mini-application iPhone et mis en commun à l'adresse: http://www.nature.com/encode/#/threads

Télécharger le Poster Encode (20Mo)

Dans un article historique dans Nature de 2006 traduit ici: Qu'est-ce qu'un gène ? Helen Pearson soulignait déjà les résultats publiés en 2005 (réf 7 et 8) selon lesquels 63% du génome (au sens de la totalité de l'ADN) de la souris serait effectivement TRANSCRIT, de façon continue, en donnant des ARN de taille très variable. Cette énorme masse d'ARN "non-sens" posait d'intéressantes questions. Certains considèraient déjà que le gène est désormais défini par une séquence d'ARN et non d'ADN.
On attendait les résultats chez l'homme grâce notamment au gigantesque programme international ENCODE (ENCyclOpedia of DNA Elements, encyclopédie des éléments de l'ADN).

LR 471, janvier 2013, pp46-49

ENCODE Project Writes Eulogy For Junk DNA , E. Pennisi, Science, 337, 1159, sep 2012 (article en anglais au 5/01 )

Les premiers résultats publiés dans Nature en septembre 2012 confirment l'idée selon laquelle une grande partie du génome humain est actif malgré l'absence de gènes en son sein.

L'activité de l'ADN est considérée selon plusieurs niveaux :
- transcription en ARN puis traduction en peptide,
- transcription en ARN sans traduction,
- modifié chimiquement de façon reproductible (acétylation, méthylation...).

Avec ces critères, 80% de l'ADN des cellules humaines étudiées est actif biochimiquement - la traque a porté sur 147 types cellulaires humains (cellules du sang, du foie, des neurones, des os, embryonnaires...).

Quelques résultats:
- 62% de l'ADN de nombreuses cellules humaines est transcrit en ARN (dont 94,5% de l'ARN provenant de séquences non codantes, c'est-à-dire non associées à un gène), mais pour chaque lignée cellulaire le taux moyen est de 39% (22% traduit) et aucune cellule ne dépasse 56,7% de son ADN transcrit (thread 3);
- la plupart des transcrits obtenus sont en très petit nombre et n'ont pas de rôle connu (voir plus bas l'ESG) ;
- parmi les séquences régulatrices d'ADN (type promoteur, enhanceur, insulateur, silenceur....) auxquelles se fixent des protéines modifiant la transcription, 70.000 promoteurs ont été identifiés. Le nombre de 400.000 séquences amplificatrices est avancé. Au total on aurait donc en moyenne 3 promoteurs et 20 amplificateurs par gène connu.

Je précise qu'étant donné la technicité des résultats il est quasiment impossible à un non spécialiste d'en tirer des éléments synthétiques. Il faudra attendre une vraie vulgarisation.

Les gènes des procaryotes ne contiennent pas de séquences non codantes (qui sont alors placées entre les gènes) alors que les gènes des eucaryotes contiennent un nombre de séquences non codantes d'autant plus grand que l'organisme contient de nombreux types cellulaires.

Comparaison de la densité génique de l'ADN de 4 organismes au voisinage du gène de l'ARNpolymérase (une région de 65kb est représentée). Redessiné approximativement d'après BMG, fig 7.2 - Je ne sais pas si ces données sont réelles ou juste une illustration avec des chiffres théoriques de densité moyenne et d'organisation du génome.... je penche pour l'illustration.
Les connaissances en biologie moléculaire ont fait des bonds depuis la réalisation de ce schéma qui ne garde qu'un intérêt pédagogique. Pour connaître la structure de l'ARNpolymérase de l'homme (qui comporte au moins 12 sous-unités protéiques en interaction) on peut se reporter à la page de Wikipédia (ARNpolymérase II, plutôt celle en anglais) et aux bases de génomes comme celle de l'EMBL (chercher "rnapolii").

La densité génique est le nombre de gènes / taille du génome (cette représentation ne tient pas compte des gènes chevauchants puisque vous savez que les 2 brins de l'ADN peuvent être codants; dans la région de l'ADN étudiée on considère qu'il n'y a pas de gènes portés par les deux brins séparément).
Même si la présentation artificielle de 3 organismes seulement ne peut être une preuve, il semble bien que plus un organisme est complexe, dans le sens ou il possède des types cellulaires nombreux, plus son génome est morcelé par des séquences non codantes comme les introns mais la plupart étant de l'ADN repété, y compris au milieu des introns.

La première hypothèse, la plus évidente, serait alors que le morcellement augmente lors de chaque division. Plus un organisme possède de cellules plus son ADN serait fragmenté. Cela reste à démontrer. Corrélativement il ne semble pas (même si l'exploration précise n'a sans doute jamais été faite) qu'entre une cellule embryonnaire et une cellule différenciée la masse d'ADN soit si différente, du moins de façon constante et avérée (on rapporte de nombreux cas de polyploïdies ou au contraire d'ADN manquant, dans les cellules différenciées, mais aucune généralisation ne peut être faite actuellement).

Une autre idée séduisante est celle d'un résultat de l'évolution : les organismes les plus simples étant supposés être apparus d'abord, la complexité des génomes reflétant alors l'évolution des organismes. Mais, attention, il ne s'agit pas ici d'évolution par ajout ou modification de gènes, mais bien par ajout des séquences intercalaires et/ou répétées... Il est clair que ce ne sont pas les organismes les plus évolués (au sens de distance phylogénétique maximale et non d'éloignement dans le temps) qui ont le plus de gènes, mais de ceux dont le génome est le plus complexe.

Un essai de mise-à-jour indispensable

ancienne page (1ES-1L) liaison génotype-phénotype

« Ce n'est pas tant la précision des prédictions génétiques qui fait problème que leur caractère empirique, leur bas niveau théorique. Il n'y a en effet pas de théorie biologique générale qui permette de passer du génotype au phénotype.» Jean Gayon, 2011, Le Hasard au cœur de la cellule, Ed. Matériologiques, ch 4 p 290

Les théories qui s'affrontent quant à la signification de l'information génétique sont davantage des théories du vivant, qui englobent donc l'évolution, qui est au centre de la biologie depuis plus d'un siécle, plutôt que des théories génétiques.

J'ai fait le choix de présenter d'abord les résultats incontournables de la biologie moléculaire avant de souligner les problèmes liés à la présentation des manuels scolaires qui se sont TOUS cantonnés à la théorie de l'information génétique. Quelques ouvertures complètent le chapitre.

Ce n'est pas une théorie mais bien un ensemble de données, dont certaines très anciennes, formant une idée incontournable,mais nouvelle, dans son acceptation par la communauté scientifique : l'aléatoire* se trouve au centre de l'expression de l'information génétique. Ce qui devrait conduire à revoir la notion même d'information génétique.

Cependant, cette vision, pour très scientifique qu'elle soit, n'en est pas moins diffusée EN MÊME TEMPS que le darwinisme cellulaire de Kupiec qui a un toute autre dimension, philosophique notamment. Je lui consacre un autre paragraphe.

Le problème théorique premier est celui de la liaison gène-protéine dont la complexité ne cesse d'augmenter. On a pris l'habitude de parler de "l'expression de l'information génétique" en supposant que l'information est dans l'ADN; ce qui est de plus en plus discutable. Le gène pourrait être défini pa l'ARN, l'information génétique se trouvant alors aussi bien au niveau de l'ADN que de l'ARN ou des protéines.

La complexité augmente, même pour les procaryotes.
On a vu que chaque ARNm des procaryotes possédait plusieurs séquences codant pour plusieurs polypeptides (cistrons). Mais ce n'est pas la seule complexité du génome procaryote. C'est au niveau du contrôle de la transcription et de la traduction que la complexité devient de plus en plus importante au fur et à mesure des recherches.

La complexité de l'expression de l'information génétique ne sera pas résolue en multipliant à l'infini les molécules contrôlant tel ou tel processus au sein d'un réseau de plus en plus complexe. Il est nécessaire de changer radicalement les fondements mêmes de la biologie moléculaire programmiste ou déterministe.

Comme il n'est pas question ici de présenter ne serait-ce qu'un résumé de cette complexité je voudrais juste montrer une voie dans laquelle de nombreux laboratoires de biologie moléculaire français se sont engagés, notamment autour de Jean-Jacques Kupiec : la voie (ou la théorie) de l'expression aléatoire des gènes ou expression stochastique* des gènes (ESG), théorie qui se propose de remplacer la théorie du programme génétique (dont nous parlerons ensuite).

Sources:
pour ce chapitre je renvoie à
- « Expression stochastique des gènes et différenciation cellulaire », Thomas Heams, La Hasard au cœur de la cellule (HCC), ch 2, sous la direction de Jean-Jacques Kupiec (biologiste moléculaire, Inserm et Centre Cavaillès, ENS Paris), Olivier Gandrillon (biologiste moléculaire, université Lyon 1), Michel Morange (biologiste moléculaire, historien et philosophe de la biologie, ENS Paris, université de Paris 6) et Marc Silberstein (éditeur), ouvrage numérique (PDF) disponible dans une nouvelle version 2011 au éditions matériologiques. (je suis partisan d'aider à une diffusion aux étudiants et enseignants d'une version allégée (12,2 Mo tout de même) : sitepst(arobase)free.fr). - Expression aléatoire des gènes au cours de la différenciation cellulaire, Andràs Paldi, in Génétiquement indéterminé ; Le vivant auto-organisé, Quae éd., 2007, pp 59-76

*aléatoire, stochastique, hasard : une remarque épistémologique

stochastique = qui contient une variable aléatoire = qui est au moins partiellement du au hasard 

4 causes

Dans sa définition courante le hasard n'est qu'une absence de cause connue, c'est paradoxalement un principe explicatif par un aveu d'ignorance. Certains lui confèrent les attributs de la finalité dans une confusion relativiste (en affirmant l'absence de cause finale, ils lui susbtituent le hasard !!!). (Les épistémologues modernes se démarquent d'une conception classique du hasard qu'ils préfèrent nommer hasard absolu, lié à l'absence de cause (ce qui est absurde pour un réaliste); les notions complexes (et ayant évolué au cours de l'histoire) de déterminisme, contingence, immanence, ordre.... sont souvent revisitées de façon pas toujours très claire et on a bien du mal à comprendre les positions épistémologiques des uns et des autres). En m'attachant aux causes, et à des définitions claires de ces causes, je pense que l'on peut arriver à comprendre les positions des autres sans soi-même sombrer dans la confusion. La stochasticité revendiquée est celle d'une variation inhérente au vivant qui n'empêche en rien une causalité matérielle et formelle.
En fait, pour le scientifique, rien n'est totalement aléatoire (au sens de non causal) mais juste probabiliste (et donc non déterminé expérimentalement dans un environnement donné) ce qui laisse la place à la variation mais pas au hasard, dans son sens épistémologique. Il serait prudent de remplacer le mot hasard par probabilité ou stochasticité pour mieux comprendre cette vision qui se revendique d'abord comme pratique (expérimentale). Le mot aléatoire, qui fait référence à des aléas imprévisibles, n'a pas la même connotation est peut être employé sans confusion.

La réflexion de la jeune épistémologue Francesca Merlin autour des notions de hasard utilisées par les biologistes modernes est une première tentative de clarifier le débat : ce qu'elle nomme "le hasard au sens faible" est l'utilisation moléculaire de l'interprétation probabiliste, c'est tout à fait probant; par contre, ce qu'elle nomme "le hasard évolutionnaire", qui serait la version utilisée dans la théorie darwinienne moderne (Théorie Synthétique Moderne) pour désigner la relation variation-sélection-adaptation, laisse bien davantage de questions étant donné qu'elle commence par séparer ce qu'elle appelle un hasard objectif et un hasard subjectif. Son discours (sa thèse est disponible ici) est aussi peu clair, à mon avis, sur la fin et les causes : on ne peut pas faire l'impasse sur une discussion profonde des thèses évolutives qui s'affrontent (on est loin d'avoir l'unanimité) et pour cela il faut d'abord les lister, travail qui n'a pas été fait. (Elle rédige le chapitre 7 de HCC, Francesca Merlin : Pour une interprétation objective des probabilités dans les modèles stochastiques de l'expression génétique, pp215-252, voir ci-dessus)

Stochastic Gene Expression in a Single Cell, Michael B. Elowitz et al., Science, 297,1183 (2002)

« L'expression aléatoire des gènes est un phénomène répandu dans le monde vivant, modélisable en plusieurs composantes, explicable par des indices moléculaires et topologiques, parfois transmissible et héritable, manifestement contrôlé.» Heams, HCC, p 47

La transcription commence au niveau d'un promoteur. Certaines de ces séquences, isolées à partir de phages (virus de type bactériophages), peuvent forcer la transcription de gènes étrangers dans le génome d'un hôte. On sait donc insérer des gènes d'eucaryotes avec un promoteur viral très efficace dans certaines cellules.

« L'organisme sur laquelle l'équipe d'Elowitz travaille est une bactérie bien connue des biologistes : Escherichia coli. Pour mettre en évidence une éventuelle stochasticité dans l'expression, ils intègrent, dans le génome de la bactérie, deux gènes « rapporteurs », c'est-à-dire codant chacun pour deux protéines de fluorescences différentes. Ils les placent dans des conditions permettant d'espérer un niveau d'expression identique (positions symétriques par rapport à l'origine de réplication, promoteurs identiques). Leur prédiction est alors la suivante. Soit chaque bactérie exprime effectivement ces gènes dans des proportions identiques, et dans ce cas la fluorescence résultante sera la même dans toutes les bactéries : toutes les bactéries auront peu ou prou la même « couleur ». Soit chaque bactérie exprime ces gènes de manière aléatoire, de sorte que chacune exprime un ratio des protéines correspondantes qui lui est propre ; dans ce cas, la « couleur » résultante variera de l'une à l'autre. Cela serait alors le signe que, quand bien même ces bactéries possèdent exactement le même génome, et quand bien même elles sont dans un environnement commun, elles répondent différemment à cet environnement, de manière stochastique. Comme le titre de l'article le laissait percevoir, c'est le second cas de figure qu'il observe par défaut. L'article fera la une de Science.» Heams, HCC, p 38

 La démonstration d'Elowitz repose sur un grand nombre de présupposés théorico-pratiques qu'il ne serait pas inutile de préciser. Si le présupposé du déterminisme génétique classique tombe avec cet article il n'en reste pas moins que de nombreux autres restent forts.
- le terme de hasard (voire d'aléatoire) pose problème quand il s'agit juste de variation individuelle. Dans un même environnement, deux bactéries E. coli d'une même souche possédant un même gène articficiel doté d'un même promoteur étranger, expriment ce gène de façon différente et variable. L'importance de la variation est héritable, au moins partiellement. La variation de l'expresssion est décomposée en deux grandeurs : variation intrinsèque (bruit moléculaire interne à chaque cellule qui est la variation du message lui-même) et la variation extrinsèque (qui est censée mesurer les différences d'expression d'un même message entre cellules dans le même environnement).
- la variation proposée est clairement considérée comme un bruit, surtout la variation intrinsèque ; ce qui sous-tend l'idée que l'on a un déterminisme (la liaison gène-protéine), auquel se superpose un indéterminisme sur le niveau d'expression (pour une discussion plus profonde, voir Amzallag dans Génétiquement indéterminé (quelques extraits ici)...). De là à se contenter d'affirmer que le seul niveau d'expression, sous la dépendance d'innombrables facteurs - vite qualifiés d'épigénétiques - est aléatoire, il n'y a qu'un pas. Il faut donc bien préciser que depuis ces premiers résultats quantitatifs on a mis en évidence que dans de nombreux types cellulaires un très grand nombre de gènes sont transcrits mais à des des niveaux très variables (voir aussi ci-dessus les résultats du programme ENCODE qui s'intéresse à l'ADN non codant). C'est davantage le niveau de transcription d'un gène que la spécificité du gène transcrit qui est la signature de la spécificité génétique d'une cellule. Cette idée est importante mais n'est pas une remise en cause complète de la notion d'information génétique.

Ceux qui travaillent dans le nouveau paradigme stochastique tendent à généraliser cette vision et poussent leur raisonnement plus loin :

d'après Paldi, 2007 (in Génétiquement indéterminé)

Pour des données de recherche voir par exemple la page STOCHAGÈNE
(en anglais on préfère le sigleSGE : stochastic gene expression).

Réunion Centre Cavaillès

Dans le modèle déterministe - qui voulait qu'un gène contienne une information libérée lors de la transcription - on n'a cessé de trouver de nouvelles séquences d'ADN et des protéines régulatrices associées à l'expression de la séquence transcrite apellée gène (séquences promoteur, "enhanceurs", ""insulateurs"... sans compter, par exemple, les 70 protéines indispensables au fonctionnement du complexe ARN-polymérase...). La complexité de l'expression de l'information génétique est devenue telle qu'il est devenu impossible de prévoir dans un environnement donné si un gène sera transcrit ou non. Cette complexité est aussi associée, il ne faut pas l'oublier, à la nécessité de prendre en compte le faible nombre de molécules impliquées dans ces processus (deux copies du gène au plus, quelques molécules à quelques centaines de molécules pour les systèmes enzymatiques...«80 % des protéines présentes dans une bactérie le sont à moins de 100 exemplaires » (HCCp42)) ce qui exclue les interprétations chimiques classiques basées sur les lois des espèces en solution (loi d'action de masse...). Et le nucléoplasme est tout sauf une solution. On doit donc y ajouter la structuration du nucléoplasme (voir cytologie dans le chapitre précédent) et la nécessité de canaliser les réactions pour atteindre les vitesses constatées.

Le deuxième problème consiste dans l'accessibilité de l'ADN chez les eucaryotes. Quelle que soit sa forme - au sein de l'hétéro- ou de l'euchromatine - dans le noyau, l'ADN est toujours sous la forme d'un nucléofilament enroulé périodiquement autour des nucléosomes (structure en "collier de perles"). Comment imaginer q'une séquence régulatrice spécifique puisse être accessible à des protéines autrement qu'en imaginant qu'il existe des systèmes qui rendent accessible cette même séquence ? Le raisonnement circulaire peut être brisé par la considération de l'agitation moléculaire permanente qui fait que les structures sont des assemblages dynamiques en perpétuel remaniement (la structure de l'hétérochromatine est considérée comme ayant une demie-vie de quelques minutes, alors que l'assemblage d'un facteur de transcription au sein d'un complexe ne reste stable que quelques secondes...). L'accessibilité d'une séquence est donc plus ou moins grande en fonction de la stabilité des assemblages qui la rendent ou non accessible, mais elle n'est jamais nulle. Cette considération a donc rapidement conduit les biologistes moléculaires sur la voie de l'analyse probabiliste des phénomènes. Tout gène est potentiellement transcrit mais avec une probabilité variable. (Les gènes transcrits en très faible quantité dans une cellule sont l'objet de ce que l'on apelle la "transcription illégitime"). Le contrôle de la transcription dans une lignée cellulaire est alors transféré pour une bonne part sur les modifications de l'ADN qualifiées d'épigénétiques (acétylation, phosphorylation, poly-ADP-ribosylation et méthylation...) qui permettraient de marquer un gène qui vient d'être transcrit ou les histones voisines de ce gène en fonction du métabolisme de la cellule. On ne peut s'empêcher de penser que cette pirouette probabiliste qui permet de jusifier un déterminisme expérimental (du fait que la corrélation existe toujours à l'échelle cellulaire entre la présence d'un facteur de transcription et la transcription d'un gène) repose en fait sur un indéterminisme expérimental (déterminé mais non prévsible) et donc en dernier lieu sur une variation.
Le processus de variation-sélection (voir le darwinisme cellulaire ou ontophylogénèse plus bas) proposé par Kupiec (1983...) est une solution à la différenciation où la cellule s'adapte à son environnement après la variation. Cette théorie intègre la dimension stochastique mais n'est pas la seule à le faire : déjà Rosine Chandebois dans sa théorie de la progression autonome des cellules mettait en avant cet indéterminisme couplé au déterminisme du seuil de différenciation.

Les faiblesses de la vision de la théorie de l'information ou du programme génétique :
- la complexité de l'organisation du génome n'est même pas suggérée
- le rôle et la diversité des ARN sont minimisés
- la synthèse d'ADN à partir d'ARN n'est pas prise en compte
- la variabilité de chaque étape est niée, surtout celle de la transcription (ARNm polycistroniques, épissage alternatif, épissage trans, édition d'ARN, contrôle complexe au niveau du spliceosome...)
- on laisse de côté les étapes de maturation des protéines, de leur activation, de leur disponibilité au sein de la cellule... au seul profit de la séquence primaire qui est censée tout expliquer....

La liaison génotype-phénotype n'est pas toujours déterministe (le fonctionnement des gènes est stochastique (voir plus-haut); la vie reste un mystère ; l'environnement participe aussi bien au génotype qu'au phénotype.

On est sans conteste resté dans les médias et dans de très nombreuses présentations scolaires à ces raisonnements de science-fiction. Quelques affirmations dans cette veine :

- L'ADN contient toute l'information pour faire un être vivant ; c'est laisser de côté toute la complexité de la génèse, la transmission et l'expression de cette information plus ou moins modifiable et supposer, dans la forme la plus poussée de l'énoncé, que la vie soit réduite à des interactions matérielles (réductionnisme moléculaire); affirmation corrigée : l'ADN contient l'information nécessaire pour faire les protéines du vivant.

- Chaque cellule d'un pluricellulaire possède la totalité de l'information génétique de l'individu mais n'exprime qu'une petite partie de cette information. Toutes les cellules d'un individu pluricellulaire ont la même information génétique : le programme génétique. Pour justifier le fait que la vie réside dans chacune des cellules du pluricellulaire on est bien obligé d'imaginer que le programme génétique (qui gouvernerait la vie) est complet dans chaque cellule; ceci est loin de cadrer avec les résultats actuels. L'information génétique n'est qu'une information pour des molécules affirmation corrigée : Chaque cellule d'un pluricellulaire hérite lors de la division cellulaire de l'ADN de la cellule mère qui a été repliqué avant la division. Cet ADN peut être incomplet et être modifié ensuite par chaque cellule.

- L'ADN contient l'information spécifique de chaque individu, ce qui nous fait différer de tous les autres (la diversité des individus c'est la diversité de leurs gènes) ; c'est accorder bien trop d'importance au niveau moléculaire; la vie n'est pas définie en dessous du niveau cellulaire; loin de nous différencier, la (bio)chimie nous unit ; affirmation corrigée : les gènes sont presque identiques au sein d'une espèce mais certaines séquences répétées d'ADN non codant permettent de différencier les individus de la même espèce.

On trouve partout dans les médias un concept de gène qui est totalement erroné : les gènes d'un comportement, les gènes d'une capacité intellectuelle, voire les gènes d'une maladie (la maladie génétique, dont l'origine se trouve uniquement dans une modification génétique est extrêmement rare).

Le patrimoine génétique est une expression qui doit désigner uniquement l'information génétique contenue dans l'ADN pour faire des protéines, en tant qu'elle est transmise lors de la reproduction. C'est la part héritée de l'ADN d'une cellule. Au niveau d'un organisme la notion est nettement plus floue et on devrait éviter de l'employer.

L'information génétique est cellulaire

La notion d'information génétique, information pour des molécules, doit se limiter au niveau d'une cellule. L'information génétique d'un organisme pluricellulaire est un concept flou à ne pas employer.

Remarque:

Certains se défendent d'être matérialistes au sens philosophique du terme et prétendent qu'il existerait un matérialisme "scientifique", voire "expérimental": une position selon laquelle le scientifique, qui n'aurait accès qu'à la matière par l'expérience, devrait se contenter d'une interprétation matérielle. Cette position est TROMPEUSE. Soit la vie est un phénomène qui dépasse la matière et c'est le sujet de la biologie, soit la vie est strictement matérielle et dans ce cas il n'y a plus de biologie mais une chimie du vivant qui n'est qu'une partie de LA chimie. Voir Qu'est-ce que la vie ? et surtout la page d'André Pichot sur l'Histoire de la notion de vie.

Le premier problème vient de ce que l'on a figé l'information génétique dans la théorie. Au lieu d'en faire une information dynamique comme nous le suggère toujours le vivant on l'a figé en un CODE. C'est une autre appellation du programme supposé être contenu dans l'ADN.

Il suffit de voir combien de personnes, et même des chercheurs, voire des pédagogues, utilisent le mot "code génétique" à la place d'information génétique. ( Par exemple la conférence de Jean-Jacques Kupiec à l'ENS, chercheur que l'on peut difficilement taxer de légéreté... et qui s'efforce justement de lutter contre l'idée de programme génétique).

On trouve dans BMG (p414) qui est un livre de génétique de fort bon niveau (1er et 2ème cycles universitaires) le titre "Trois types de mutations ponctuelles altèrent le code génétique". Il est clair que ce n'est en aucun cas le code génétique qui est altéré - mais c'est parce que le code est au contraire inchangé qu'il y a répercussion éventuelle d'un changement au niveau d'un polypeptide lorsqu'il y a un changement dans l'ADN.

un exemple de discours SIMPLISTE scolaire qui propage cette vision déformée : http://www.youtube.com/watch?v=YGSj_5RuqvM
- l'information génétique est une CODE
- les mutations sont les varaitions de ce code
- les changements chromosomiques (à l'échelle cellulaire de l'organite) sont équivalents au niveau moléculaire (à l'échelle de l'ADN); on passe de l'idée de CODE dans l'ADN à l'idée de STRUCTURE FIGÉE liée à la forme du chromosome qui reflète le code....cette idée confond des échelles tout à fait différentes (~10 kb pour un gène, à un segment de chromosome qui pourrait plutôt correspondre à un segment d'ADN de l'ordre de 10.000 kb)...

page simplifiée sur les mutations (ancien cours de seconde)

Page compémentaire d'ouvertures sur les mutations et la variation

Dans la théorie du programme génétique la seule source de variation de l'information génétique sont les mutations. Car, étant donné que le programme réside dans l'ADN, la seule source de variation doit se trouver dans l'ADN : ce sont les mutations.

Comme on a rapidement trouvé des modifications très complexes de l'ADN avec
- des gènes qui se déplacent dans le génome,
- des gènes de symbiotes et mêmes de proies qui s'intégrent au génome de l'hôte ; les échanges d'ADN sont beaucoup plus nombreux que ce que l'on imaginait ;
- des mécanismes complexes de retrotranscription qui permettent d'intégrer au génome de nouveaux gènes,
... le terme de mutation ne veut plus dire grand-chose car il désigne alors des phénomènes extrêmement variés qui ne sont pas du même ordre de grandeur.

Voici un petit aperçu de ce que l'on trouve encore dans tous les livres.

Une mutation ponctuelle est tout simplement le changement d'une seule base (mais le raisonnement peut être étendu à quelques bases) par modification, délétion ou insertion. On distingue donc trois types de "mutations ponctuelles" selon leurs conséquences: - la mutation faux-sens a pour conséquence le changement d'un aa en un autre aa ; - la mutation non-sens ou stop à pour conséquence l'arrêt de la synthèse du polypeptide ; - la mutation par décalage du cadre de lecture conduit à l'arrêt de la synthèse du polypeptide ou à un polypeptide complètement différent à partir de l'insertion ou de la délétion de la base "modifiée". - on ajoute parfois la mutation neutre qui ne provoque pas de changement dans la chaîne polypeptidique (par exemple du fait de la redondance de code), mais cette vision est une erreur d'interprétation car sur quelle base peut-on distinguer une quelconque modification de l'ADN ?

Cette "classification" est plutôt scolaire et TRÈS THÉORIQUE. On doit garder à l'esprit le lien entre les différentes informations mais il serait puéril de croire, étant donné la complexité de la relation gène-protéine, que l'on puisse associer de façon aussi étroite les deux séquences nucléotides-aa. Plutôt que des mutations il faudrait traiter ces exemples dans le cadre de la variabilité à la disposition de la cellule soit pour corriger des erreurs, soit pour favoriser une diversité.
Idée corrigée : la mutation est une variation phénotypique (visible au niveau de l'individu), transmissible héréditairement, qui est donc stable. Au niveau de l'ADN la mutation doit être NON corrigée, ce qui , au vu de nos connaissances sur les mécanismes de réparation de l'ADN, est bien la preuve de quelquechose de stable. L'apparition d'un phénotype nouveau stable gagne souvent a être interprété en terme de réseau (une voie alternative, qui existait déjà avant au sein de la cellule et qui est amplifiée et stabilisée).

Les mutations ne se font pas au hasard ! Les agents mutagènes (u.v., substances chimiques) agissent au contraire sur des bases spécifiques et accessibles dans des zones non réparées.... bref, tout le contraire d'un mécanisme aléatoire.

On lit même parfois que les modifications génétiques faites par génie génétique (insertion d'un gène...) sont des mutations.... c'est encore un abus, la mutation doit être naturelle, spontanée ou induite. (Sinon il est évident que pour cette manipulation génétque on est sûr du mécanisme, et qu'on renforce alors de façon indue l'idée que les vraies mutations sont des phénomènes de modfication de l'ADN !).

Remarque:
Il faut aussi souligner que les mutations au sein de la théorie de l'information génétique se sont développées en même temps que le mutationnisme au sein de la théorie synthétique darwinienne de l'évolution. Comme le darwinisme ne contient aucune source de variation, les mutations, érigées en théorie (mutationnisme) sont venues pallier cette insuffisance. Modifier la compréhension de l'un c'est modifier celle de l'autre et les résistances (voire les crispations) sont très fortes.

Un peu d'histoire...
(voir cours spécialité TS et ancienne page d'histoire en jachère)

Quelques pages d'histoire:

Mendel, Johannsen et De Vries

Thomas Hunt Morgan

Le terme de gène désigne à partir de 1910 les particules héréditaires postulées par les hybrideurs au XIXème.
L'essor rapide de la génétique, science des gènes, au XXème, va permettre d'associer les gènes aux chromosomes (Thomas Morgan). Les gènes héréditaires sont disposés linéairement le long de chaque chromosome et c'est le chromosome (unité de liaison et de recombinaison des gènes-particules) qui est transmis héréditairement avec des cassures-réassociations possibles (recombinaisons).

On peut dater de 1909 l'apellation des particules héréditaires comme "gènes" par le biologiste danois Wilhem Johannsen (1857-1927) (qui proposera aussi phénotype et génotype). Mais la notion de particule héréditaire transmise lors de la reproduction et qui porterait les "traits de caractères" héréditaires est bien antérieure. En 1866, le moine tchèque, Johann Mendel (1822-1884) publie ses résultats sur des expériences menées chez le pois (Pisum sativum). Hugo de Vries (1848-1935) qui travaille sur Oenothera lamarckiana (et nomme mutations les changements brusques de caractères observés dans la descendance qui seraient à l'origine de nouvelles espèces) les nomme pangènes.

Le terme d'allèle semble dater de 1902 , utilisé par William Bateson qà qui l'on doitr aussi les termes d'homozygote, d'hétérozygote ou de génétique (1905); dans ce tout début du XXème la génétique devient une science à la mode et des chaires universitaires de génétique sont créées).

Il semble que ce soit Sutton (1903) et Boveri (1904) qui proposèrent pour la première fois d'associer les gènes aux chromosomes qui deviendraient ainsi supports de l'hérédité.

Thomas Morgan travaille sur les mutants de la mouche du vinaigre : Drosophila melanogaster. Après s'être opposé à la théorie chromosomique de l'hérédité, il en deviendra le fervent défenseur. Morgan obtient un mutant mâle aux yeux blancs dans une population aux yeux rouges (caractère sauvage). Comme ce trait de caractère n'apparaît que chez le mâle, l'idée lui vient de l'associer à un chromosome sexuel car il existe, chez la drosophile comme chez l'homme, un déterminisme chromosomique du sexe: les femelles possédant une paire (XX) d'homologues (confirmé par N. Stevens, élève de Morgan, en 1909) et les mâles un chromosome X et un chromosome Y. Morgan découvre avec ses collaborateurs d'autres mutations dont ils étudient la transmission héréditaire. Elles forment 4 groupes de liaison: c'est-à-dire qu'elles ne se répartissent pas au hasard dans les descendants mais qu'elles présentent une liaison (linkage, en anglais): elles ont tendance à rester associées. Ils émettent alors l'hypothèse que ces quatre groupes de liaison sont assimilables aux 4 paires de chromosomes de la drosophile. La liaison étant donc "simplement le résultat mécanique de la localisation des gènes dans les chromosomes" . Les gènes deviennent alors des unités de mutation et de recombinaison: un gène est une unité mutable appartenant à un groupe de liaison (statistique) : le chromosome.

Les gènes sont cartographiés grâce à l'étude des mutations et l'on propose une disposition linéaire des gènes le long du chromosome.

Un peu avant la seconde moitié du XXème siècle des physiciens et des chimistes venus à la biologie et en étudiant principalement des virus et des bactéries, vont développer la biologie moléculaire du gène et associer l'ADN à des enzymes reliées elles-mêmes à différentes propriétés chimiques des bactéries. L'ADN devient la molécule qui transporte une information génétique et les protéines vont devenir les éléments majeurs du phénotype. La théorie de l'information génétique se met en place.

Quelques pages d'histoire:

G. Beadle, E. Tatum et le concept un gène - une enzyme

À propos des travaux de F. Griffith (1928) et d'Avery, McLeod, McCarthy (1944) sur les pneumocoques

Pour une nouvelle compréhension de l'hérédité, en liaison avec l'évolution

Près de un demi-siècle plus tard ces deux visions (celle du gène héréditaire, particule héréditaire - et celle du gène moléculaire, information pour une molécule) ne sont toujours pas unifiées. Il y donc vraiment un fossé entre ces deux visions. Le principal obstacle vient de la différence d'ordre de grandeur entre le gène moléculaire (quelques 1-10 kb) et le fragment de chromosomes (quelques 1000-10.000 kb).
Comme la théorie de l'information génétique semble en bonne voie d'être abandonnée dans la recherche, il reste à développer une nouvelle compréhension de l'hérédité. Le défi consiste à vaincre les réticences de ceux qui utilisent la théorie de l'information génétique dans le cadre d'autres disciplines que la biologie moléculaire, comme par exemple la génétique des populations qui a tendance à garder un discours très figé.

Ce qui est sûr Une maladie héréditaire (transmise grâce à un gène héréditaire porté par un chromosome) n'est pas une maladie génétique. Même si de très nombreuses maladies génétiques (géniques) sont fortement héréditaires. Une maladie génétique est une maladie dont les symptômes peuvent s'expliquer par une déficience au niveau d'un gène moléculaire (plus ou moins associé à d'autres gènes) : c'est une maladie génique. On peut donc dire que « de nombreuses maladies ont une composante génétique majeure » et vouloir signifier deux choses : - il existe une lien héréditaire c'est-à-dire un lien statistique établi en fonction de la parenté (mais aucun gène moléculaire n'a été identifié pour autant) - ou/et il y a des facteurs géniques, c'est-à-dire que l'on a associé, avec un lien statistique, certaines formes de gènes (moléculaires) plus ou moins variants avec les malades .

Il faut éviter de mélanger le vocabulaire de la génétique héréditaire (génotype, phénotype, allèle, caractère) avec celui de la génétique moléculaire (séquence d'un gène, information génétique, isoformes...). Mais le mal est fait et les confusions se trouvent partout. À chacun de rester vigilants en précisant - lorsqu'il emploie les mots génétique ou héréditaire ou gène... - de quoi il parle !!!

les deux premières pages demandent des connaissances de terminale Trois exemples ont été détaillés pour montrer l'obsolescence de la liaison génotype-phénotype enseignée la plupart du temps:
- l'alcaptonurie, qui ne doit plus être enseignée comme une maladie à transmission héréditaire autosomale récessive
- la phénylcétonurie, plus complexe, mais pour laquelle la liaison génotype-phénotype reste réfractaire à l'exploration expérimentale,
- et la mucoviscidose, habituellement prise comme type de maladie génique.

Un bon article (court et simple) utilisable en classe qui présente correctement le lien entre trois gènes associés et la maladie d'Alzheimer. (version formatée, version texte html): Marie-Laure Théodule " Maladie d'Alzheimer : trois nouveaux gènes identifiés " La Recherche n° 435, novembre 2009, pp 8-10

Conclusion: le mal est fait : le vocabulaire de la théorie chromosomique de l'hérédité à été fusionné indument avec celui de la biologie moléculaire; la seule solution est de rester attentif à ce dont on parle.

mot	sens courant	sens historique original	dangers d'un emploi irréflechi
gène	séquence d'ADN codant pour un produit (ARN et/ou polypeptide) = gène moléculaire	particule transmise héréditairement et portant un caractère transmissible, Wilhem Johannsen (1909) = gène héréditaire	Le mot gène, dans son acception moléculaire ne porte aucun caractère si ce n'est une information pour une molécule. Sa transmission n'entre dans aucune théorie de l'hérédité.
allèle	séquence variable d'un gène (moléculaire)	forme d'une gène héréditaire	L'allèle au sens de séquence d'un gène moléculaire n'est que l'expression d'un polymorphisme de séquence des gènes. Deux allèles différents ne correspondent donc pas du tout forcément à deux produits différents en terme de structure ou de fonction. Il n'y a AUCUNE notion héréditaire dans cette acception.
génotype	séquences des gènes (moléculaires) d'une cellule = ensemble des allèles (au sens dévoyé)	ensemble des allèles d'un gène héréditaire porté par une cellule	On garde l'idée qu'une cellule a normalement deux copies d'un gène et donc deux allèles.... ce qui est le plus souvent faux étant donné que de nombreux gènes sont en plusieurs - voir beaucoup - d'exemplaires dans le génome; les mots d'homozygote et d'hétérozygotes sont aussi employés indument. Ce sens dévoyé du mot est intégré dans la théorie de l'information génétique.
homozygote	caractère d'une cellule portant deux séquences identiques du même gène (en supposant qu'il n'y a que 2 exemplaires de ce gène dans la cellule)	caractère d'un organisme portant les deux allèles identiques pour le même gène héréditaire
hétérozygote	caractère d'une cellule portant deux séquences différentes du même gène (en supposant qu'il n'y a que 2 exemplaires de ce gène dans la cellule)	caractère d'un organisme portant deux allèles différents pour le même gène héréditaire
phénotype	caractère moléculaire, cellulaire ou même au niveau de l'organisme que l'on peut relier à une information génétique	ensemble des caractères héréditaires d'un organisme	Cette notion est liée à la théorie de l'information génétique qui voit dans le phénotype l'expression du génotype sous le contrôle de l'environnement.

En travaux

8.1 - L'ontophylogénèse : une théorie darwinienne de la lignée cellulaire

J'ai tenté dans la page sur l'évolution de présenter en quoi cette théorie était davantage une théorie évolutive du vivant qu'une simple théorie génétique. Ici, je veux simplement montrer en quoi cette théorie modifie la perception que l'on a de l'information génétique.

Dès 1983 J-J. Kupiec avait proposé un mécanisme aléatoire de différenciation cellulaire. Depuis, il n'a cessé de le peaufiner en l'intégrant dans une perspective "darwinienne" de sélection. Mais il est clair pour moi que cette perspective nous fait sortir du domaine de l'expérimental.

« Le processus de variation-sélection se fait en deux phases : la première, très rapide, est indétectable et consiste dans une variation suite à un stimulus, la seconde, l'adaptation à l'environnement, est plus lente.» (Heams) [on voit ici encore combien le darwinisme est une théorie de l'adaptation et non de la variation, qui repose bien trop souvent sur la mutation]

Kupiec (1983) A probabilist theory for cell differentiation, embryonic mortality and DNA C-value paradox, Speculations in Science and Technology, Vol. 6, No 5
Kupiec (1986), A probabilist theory for cell diffrentiation : the extension of Darwinian principles to embryogenesis, Speculations in Science and technology, Vol.9, No 1.

Pour montrer comment il est facile de dériver en invoquant une "sélection naturelle" pour décrire un équilibre bistable voici un texte de Heams. La sélection naturelle ressort de l'invocation consensuelle, politiquement correcte, mais n'est en rien nécessaire à la compréhension du phénomène. Le hasard non plus.

De même, rien à redire sur la conclusion de Heams jusqu'aux mots solution et mémoire qui sont franchement inadaptés après avoir rejeté la notion de programme et montré le caractère dynamique du génome (voir Pichot) et qui nous font replonger dans le darwinisme :
« Cela incite à penser le génome d'un organisme non pas tant comme le support d'un programme, mais comme une boite à outils, dans laquelle la cellule pioche tant qu'elle peut dans le cadre d'un comportement exploratoire, jusqu'à ce que, si le milieu le lui en laisse le temps, elle trouve une « solution ». Le génome est donc une mémoire de solution évolutives archivées, et mobilisables. » Ne prendre en compte que des solution existantes (voire mémorisées) revient à figer le génome et peut même paraître empêcher l'évolution. On est en droit de penser que la cellule peut très bien inventer de nouvelles voies compatibles avec les contraintes existant à ce moment de l'histoire.

Une information à disposition permettant à la cellule de s'adapter

«... Ce mécanisme repose lui-même sur un fonctionnement déterministe classique. Il suppose qu'une molécule M peut activer deux gènes, a ou b, aboutissant à la synthèse respective de protéine A ou B. De plus, A a la propriété d'inhiber le gène b et, réciproquement, B peut inhiber a. Ainsi, quand un molécule M va activer un des deux gènes, c'est celui-ci qui va prendre le dessus en inhibant l'autre.» (Heams, HCC)   Un équilibre bistable (1) avec A et B à la même concentration (activité de base du gène a = activité de base du gène b); (2) à des concentrations différentes A > B (activité de base de a > activité de base de b). L'activité d'un gène peut dépendre par exemple de son acessibilité. En présence d'un activateur (M) qui peut activer l'expression de l'un OU de l'autre gène, chaque cellule finira par n'exprimer qu'un seul gène si la repression est suffisamment forte. Pour justifier de l'équilibre on doit faire appel à une rétroaction négative de chaque protéine sur le gène qui la produit. Je n'ai pas représenté la faible rétroaction négative exercée par la protéine non dominante sur son propre gène car elle ne peut jouer un rôle que si la quantité de protéine est suffisante ce qui ne serait pas le cas dans le modèle présenté. Dans ce cas, le rapport entre les deux protéines A et B dans la population cellulaire dépendra de l'affinité de M pour tel ou tel gène. Il est bien difficile de voir ici de l'aléatoire et l'on peine à comprendre pourquoi M ne pourrait activer simultanément dans une cellule les deux gènes présents.

Les gènes ne sont plus juxtaposés, figés et isolés mais sont emboîtés (plusieurs produits peuvent être synthétisés à partir d'un seul gène selon l'environnement), dynamiques (le début et la fin du gène peuvent varier, le génome d'une cellule évolue avec son âge...), et interdépendants (l'expression d'un gène est sous le contrôle d'autres gènes et souvent sous le contrôle de ses produits (rétrocontrôle)...). Mais cette complexité, qui fait appel notamment à la science des réseaux, dépasse de loin le niveau du lycée.

Le niveau d'expression d'un gène dépend de facteurs épigénétiques c'est-à-dire non directement liés à l'information génétique, comme par exemple le repliement de l'ADN et sa compaction autour des nucléosomes ; ces facteurs pouvant très bien être d'origine mécanique...

La considération d'une information linéaire stable (gènes juxtaposés) est l'obstacle majeur à notre nouvelle compréhension du ganome. Il faut donc probablement s'endébarasser et chercher à présenters des modèles où l'ADN, inséparable des ARN et en permanente modification, n'est plus une structure filamenteuse linéaire mais est constitué de très nombreuses sous-unités, certes réunies sous une forme filamenteuse, mais non pas comme les perles d'un collier enfilées dans un ordre déterminé mais bien davantage comme les points stables d'une dynamique filamenteuse.

On ne peut pas se contenter d'un raisonnement simpliste

La génétique, science des gènes, de science de l'hérédité (des sélectionneurs du XIX et XXème siècles), est devenue une partie de la biologie moléculaire avec de nombreuses applications biotechnologiques (le génie génétique) et des applications médicales (ce que l'on appelle les maladies génétiques ou les facteurs génétiques de certaines maladies).
Dans le cadre du mutationnisme, elle a été partiellement intégrée à la théorie synthétique de l'évolution qui est très employée par les biologistes des populations. Cependant, ces derniers utilisent souvent une forme assez figée de la théorie de l'information génétique sans tenir compte des avancées de la biologie moléculaire.

Le regard de l'enseignant n'est ni médical, ni commercial (pharmaceutique) ni technique (le niveau des techniques de la biologie moléculaire dépasse le niveau d'enseignement du lycée). Je refuse les raisonnements simplistes sur ces questions importantes qui demandent à être abordées avec prudence.

Je rappelle les mots du programme :

« Objectifs et mots clés.
Le but est de comprendre une maladie génique. La mucoviscidose est suggérée en raison de sa fréquence, mais le professeur pourra, s'il le souhaite, choisir un autre exemple.

Objectifs et méthodes.
Il s'agit de montrer aux élèves que la détermination des causes d'une maladie n'est possible qu'en utilisant un mode de pensée statistique. On cherche également à développer une capacité critique face à la simplicité de certains messages affirmant le rôle déterminant de tel facteur, génétique ou non.»

Cet objectif de prudence a beau être présenté dans le paragraphe sur le cancer il se réfère AUSSI à celui sur la mucoviscidose....

Aucune maladie génique ne présente un déterminisme absolu comme il est imprudemment noté dans le Bordas.

Le terme de maladie génique désigne IDÉALEMENT une maladie dont la totalité des symptômes pourrait être expliquée par l'information génétique. Elle suppose donc presque obligatoirement la soumission intellectuelle à la théorie de l'information génétique. Elle conduit à rechercher des thérapies géniques, cherchant à réparer le gène déficient ou les étapes de l'expression de l'information génétique déficientes.

Historiquement

Les exemples les plus classiques, et historiquement les plus anciens, concernent tous des maladies du métabolisme, pour lesquelles, il est évident que l'on peut relier assez facilement des symptômes à l'efficacité plus ou moins altérée d'une enzyme intervenant dans une réaction métabolique. Si cette idée était simple pour une bactérie ou une cellule filamenteuse de champignon, elle est beaucoup plus complexe à justifier pour un pluricellulaire, a fortiori pour l'homme.

Le concept s'est développé aux alentours des années 1910 notamment grâce aux travaux d'Archibald Garrod (page sur l'alcaptonurie).

Il y a aussi le cas de la drépanocytose que l'on relie à la malformation d'une unique chaîne protéique de l'hémoglobine. Mais le cas s'est compliqué du fait que chacun possède plusieurs gènes de la globine, que leur expression varie au cours de la vie et enfin, que l'on synthétise plusieurs types d'hémoglobine qui comporte 4 chaînes identiques deux à deux. Cependant, on arrive à relier de façon assez convaincante une grande majorité de symptômes à la présence de tel ou telle séquence du gène d'une chaîne de globine. Il est évident que les symptômes varient cependant chez des individus qui ont le même génotype. Son étude, la plupart du temps présentée correctement dans les manuels devrait être faite dans une perspective historique.

Il existe un lien certain entre le génotype et le phénotype (au sens moderne de ces mots) mais ce lien n'est jamais absolu.

Le terme maladie génétique ne signifie pas grand-chose et son sens doit être précisé.

- Si un gène spécifique est suspecté d'être à l'origine de la maladie, on peut parler de maladie génique. De même si plusieurs gènes sont impliqués de façon certaine.

- Si, par contre, des facteurs génétiques sont mis en évidence, ce qui est le cas pour un très grand nombre de maladies, il faut éviter d'employer le terme de génétique.

On préféra donc toujours "génique", univoque, à "génétique", équivoque.

Trois exemples de maladies sont détaillés dans des pages annexes :

- la phénylcétonurie qui a des facteurs génétiques importants, mais qui n'est pas une maladie génique,

- la mucoviscidose, qui est toujours considérée comme génique mais qui repousse nettement les limites du modèle;

- la maladie d'Alzheimer qui n'est pas considérée comme une maladie génique (et qui ne l'est absolument pas), mais qui présente des facteurs génétiques, comme la plupart des maladies : un remarquable article du magazine La Recherche sur la génétique de la maladie d'Alzheimer mérite d'être cité en exemple pour son discours prudent. (Pour aller encore plus loin visitez le blog d'un médecin (Dr Martial Von Linden) qui prône une approche surtout non médicale : intéressant).

Les cancers, cités dans le programme, sont des maladies très étudiées pour lesquelles plusieurs théories sont en concurrence. La piste génétique est loin d'être la plus novatrice. Je reporte son étude à une année ultérieure.

Les tests génétiques qui apparaissent sur le marché (disponibles sur des sites internet basés à l'étranger) et visant au dépistage des maladies comme le diabète ou l'hypertension jouent sur la crédulité des malades, mais comment ne pas y voir une conséquence de l'erreur du déterminisme génétique, toujours enseigné sans demi-teinte. Il est bien tard pour s'inquiéter des dérives mercantiles et affirmer que "le facteur génétique n'est qu'un élément parmi d'autres", en précisant : "pour ces pathologies [qui] ne sont pas monogéniques" (mais le modèle monogénique n'est plus pertinent pour aucune maladie humaine...)... (interview de la directrice de l'Agence de Biomédecine, 16 avril 2013)

Voir fiche seconde : Qu'est-ce que l'évolution ?

L'évolution est l'idée selon laquelle LES ESPÈCES se transforment au cours du temps.

Il existe plusieurs théories concernant les mécanismes de l'évolution.
La plus ancienne des théories modernes est la théorie synthétique qui reprend l'idée darwinienne d'une sélection naturelle. Elle est irrémédiablement liée à la théorie de l'information génétique puisqu'elle considère que les mutations sont la source des variations génétiques et que le génome est au cœur du vivant comme principe déterministe.

La sélection naturelle, que Darwin proposa en 1859 dans son ouvrage "L'origine des espèces", est un mécanisme dont l'idée a été empruntée aux sélectionneurs qui réalisent une sélection artificielle des espèces afin d'améliorer les caractéristiques des espèces cultivées ou élevées. Il l'associe avec l'idée que les espèces se reproduisent en nombre excessif et que certains individus doivent donc disparaître : ce seront les moins bien adaptés; les mieux adaptés sont donc ainsi sélectionnés par sélection naturelle. Cette théorie de l'adaptation sera reprise ensuite par ceux que l'on a appelés darwiniens qui élaborent une théorie de l'évolution en intégrant petit à petit les résultats de la biologie des espèces (notamment de la génétique des populations au milieu du XXème et le mutationnisme selon lequel les mutations sont sources de variations tant favorables que défavorables). La théorie synthétique est née entre 1940 et 1970 de ces développements.
Certains biologistes en France y sont fermement attachés, malgré de nouvelles approches intégrant les données plus récentes de la génétique (théorie de la variation contrainte de Denis Duboule, théories autour de l'autonomie...). Certaines théories sont dans la lignée darwinienne, d'autres non, car elles abandonnent l'idée de sélection naturelle.
Dans l'enseignement secondaire, seule la théorie synthétique a droit de citer, et encore, sans la nommer. La sélection naturelle y est considérée comme une évidence.

Des noms plus ou moins employés :

base azotée	nucléoside	nucléotide (peu employé)	acide nucléique
adénine	adénosine (adénine +ribose)	adénylate	ARN
	désoxyadénosine (adénine + désoxyribose)	désoxyadénylate	ADN
guanine	guanosine	guanylate	ARN
	désoxyguanosine	désoxyguanylate	ADN
cytosine	cytidine	cytidylate	ARN
	désoxycytidine	désoxycytidylate	ADN
thymine	thymidine = désoxythymidine	thymidylate = désoxythymidylate	ADN
Uracile	uridine	uridylate	ARN