On explique ce que sont les chromosomes, leur forme et leur structure. Aussi, leurs caractéristiques et leurs fonctions.

Qu’est-ce que les chromosomes ?

Les chromosomes sont des structures hautement organisées qui existent à l’intérieur des cellules. Ils sont composés de matériel génétique (ADN) et de diverses autres protéines. Ils contiennent l’information génétique d’un être vivant.

Les chromosomes se trouvent par paires, généralement en nombre identique pour tous les individus d’une même espèce, mais peuvent varier dans différents types de cellules. Selon le nombre de chromosomes qu’ils possèdent (appelé charge chromosomique), ils peuvent être diploïdes (2n, charge complète) ou haploïdes (1n, demi-charge).

Dans les cellules eucaryotes (avec un noyau cellulaire défini), les chromosomes sont constitués de chromatine. Mais ils sont également constitués d’ARN et d’autres protéines, certaines très basiques appelées histones, ainsi que d’autres non histones. Tout cela constitue les nucléosomes, des amas inactifs d’ADN qui forment les éléments fondateurs de chaque chromosome.

L’image totale des chromosomes d’un individu, une sorte de carte génétique, est appelée caryotype.

Voir aussi : code génétique

Forme du chromosome

Chaque chromosome a une forme et une taille caractéristiques.

Cependant, ils ont tendance à avoir une forme en X (chez les eucaryotes) ou une forme circulaire (chez les procaryotes).

Leur forme est observable au microscope lors des étapes de méiose ou de mitose (division ou réplication cellulaire).

Les chromosomes mesurent entre 10 et 20 microns, et peuvent atteindre des tailles plus petites dans les organismes vivants plus simples.

Les paires de chromosomes peuvent différer en longueur, mais sont généralement très similaires, possédant les mêmes gènes dans le même ordre. Ce n’est pas toujours vrai, par exemple, les chromosomes sexuels diffèrent considérablement les uns des autres.

Structure des chromosomes

Les chromosomes ont une structure double, constituée de deux formes longues et parallèles appelées chromatides. Ils sont réunis en un point focal appelé le centromère.

Les gènes sont situés sur chaque « bras » d’une chromatide. En position identique par rapport à son homologue, dans des compartiments appelés loci (pluriel de loci).

Le centromère des chromosomes divise chaque chromatide en deux segments, appelés « bras » : un court (bras p) et un long (bras q). Et selon la localisation du centromère, nous serons en présence de :

• Chromosomes métacentriques. Ils ont le centromère presque exactement au milieu de la structure, formant des bras de longueur très similaire.
• Chromosomes submétacentriques. Ils ont le centromère déplacé du centre, mais pas complètement vers les deux extrémités. Ils ont des bras imprécis et asymétriques, clairement distinguables.
• Chromosomes acrocentriques. Ils ont le centromère près d’une extrémité, loin du centre, formant des bras grossièrement inégaux.
• Chromosomes télocentriques. Le centromère est à l’extrémité des deux chromatides et semble ne former que deux bras.

Fonction des chromosomes

Ces structures biologiques préservent le contenu génétique et empêchent (dans la mesure du possible) qu’il soit endommagé ou perdu. En d’autres termes, ils assurent la transmission de l’information génétique stockée dans l’ADN de la cellule parentale à sa descendance lors de la réplication cellulaire.

Une perte de cette information, par la destruction ou la détérioration d’un seul chromosome, peut entraîner des malformations, des maladies ou des syndromes qui altèrent la santé ou le bon fonctionnement de l’individu.

Types de chromosomes

Il existe différents chromosomes pour les cellules eucaryotes et procaryotes, qui se distinguent à la fois par leur forme et leur structure :

• Chromosomes procaryotes. Ils possèdent un seul brin d’ADN, se trouvent dans les nucléoïdes disséminés dans le cytoplasme de ces organismes unicellulaires et sont de forme circulaire.
• Chromosomes eucaryotes. Ils sont considérablement plus grands que les procaryotes, et possèdent un ADN linéaire (à double brin) à double brin. Ils sont en forme de X.

Il existe également des chromosomes spéciaux et inhabituels, présents dans certains types de cellules ou espèces seulement, comme :

• Chromosomes polytènes. Caractéristique des tissus de certains insectes et notamment de leurs glandes salivaires, ils sont produits dans des noyaux à réplication permanente (interphase permanente). Ce sont des chromosomes composés de centaines ou de milliers de brins reliés entre eux et de grande taille (jusqu’à 7,5 microns).
• Chromosomes en brosse. Observées dans les œufs de salamandre (Ambystoma mexicanum), elles sont parmi les plus grandes observées dans les cellules reproductrices des animaux non mammifères. Ils ont la forme de « boucles » ou de boucles à la manière d’une brosse ou d’un pinceau
• Chromosomes B. Il s’agit d’un ensemble hétérogène de chromosomes supplémentaires ou « de réserve », appelés surnuméraires et typiques de certaines espèces animales. Ceux-ci sont plus petits que les chromosomes normaux (les « A ») et obéissent à des schémas d’héritage alternatifs.

Chromosomes eucaryotes

En plus de ce qui précède, les chromosomes des eucaryotes ou eukaryotes ont des télomères à leurs extrémités ou bras : des sortes de « capuchons » composés de régions d’ADN répétitif et non codant. Ces extrémités ne comportent pas d’informations indispensables, mais assurent la stabilité structurelle de l’ensemble de l’assemblage.

Les chromosomes eucaryotes peuvent également être classés en fonction de leur fonction spécifique au sein du patrimoine génétique de l’individu. Ceci est extrêmement important lors de la création d’un nouvel individu de l’espèce, notamment par la reproduction sexuée. Ainsi, on peut parler de :

• Chromosomes somatiques. Appelés aussi chromosomes autosomiques, ils fournissent à l’individu ses caractéristiques non sexuelles, c’est-à-dire celles qui le définissent dans ses aspects vitaux non reproductifs, comme sa forme, sa taille, sa structure, etc.
• Chromosomes sexuels. Appelés aussi allosomes, ce sont ceux qui (en plus d’autres caractéristiques) déterminent les caractéristiques sexuelles de l’individu, c’est-à-dire qui différencient l’individu selon son genre biologique : homme et femme. Dans le cas des humains, les mâles ont une 23e paire de chromosomes XY (en raison de leur apparence), tandis que les femelles ont des chromosomes XX.

Chromosomes procaryotes

Dans les organismes procaryotes (bactéries et archées), les chromosomes n’ont pas de télomères, car ils sont de forme circulaire et ont une structure beaucoup plus simple (une seule bande d’ADN). En effet, ils possèdent généralement un seul chromosome contenant tout le matériel génétique.

La réplication de l’ADN commence dans différents secteurs de leur cytoplasme, plus ou moins organisés selon les espèces. En effet, il s’agit de formes de vie beaucoup plus simples et primitives, dont la reproduction est toujours asexuée (mitose).

Pourquoi les chromosomes sont-ils importants ?

La fonction des chromosomes est cruciale pour l’existence de la vie organisée. D’une part, ils sont responsables de la transmission du matériel génétique et dirigent ses processus de reproduction sexuée ou asexuée. Mais ils portent aussi l’information pour tout le fonctionnement de la cellule et, par conséquent, de l’organisme.

D’autre part, grâce à leur organisation, les informations génétiques prennent peu de place et leur manipulation facilite la réplication cellulaire. Et c’est un processus vital pour la croissance des organismes, le remplacement de leurs cellules anciennes ou endommagées, ou la reproduction.

Chromosomes humains

Le nombre de chromosomes de l’espèce humaine est de 23 paires (soit 46 chromosomes). Parmi eux, 22 sont des chromosomes somatiques et 1 est un chromosome sexuel.

Les chromosomes contiennent les moindres détails de notre caryotype. L’information génétique qu’ils contiennent est celle de 3200 millions de paires de bases d’ADN (environ 3 gigaoctets d’information) qui constituent entre 20 000 et 25 000 gènes.

En 2016, le séquençage total du matériel génétique humain a été achevé dans le cadre du projet Génome humain, fondé en 1990 avec un budget de 3 milliards de dollars.

Comment ont été découverts les chromosomes

Les chromosomes ont été découverts dans des cellules végétales et animales (vers du genre Ascaris) à la fin du 19ème siècle. Les scientifiques Karl Wilhelm von Nägeli (Suisse) et Edouard Van Benenden (Belgique) ont fait la même découverte simultanément et indépendamment.

Leur nom vient des colorants utilisés pour les observer (du grec : chroma, « couleur », et soma, « corps »). Cependant, ce n’est qu’au XXe siècle que l’on a compris le rôle qu’ils jouent dans la transmission génétique.

Au XIXe siècle, Gregor Mendel avait déjà expliqué le fonctionnement de l’hérédité, sans connaître l’existence des chromosomes. Au XXe siècle, Thomas Morgan a démontré la relation entre les chromosomes et l’hérédité. Cette découverte lui a valu le prix de physiologie et de médecine en 1933.

Manipulations génétiques

Grâce aux énormes progrès de la technologie médicale et biologique, il est désormais possible d’intervenir sur les chromosomes pour induire certaines caractéristiques ou comportements chez les êtres vivants. Il est ainsi possible de modifier génétiquement des aliments ou des animaux, pour les rendre plus nutritifs, plus volumineux, etc.

Cela représente un énorme éventail de possibilités techniques et industrielles, mais aussi une responsabilité et un énorme dilemme éthique. Les conséquences du bricolage de la nature et de l’avenir de la vie peuvent être imprévisibles.

De plus, ces technologies ouvrent la porte à des questions morales concernant la modification du génome humain. D’une part, cette altération pourrait conduire à de nouvelles formes de discrimination, mais d’autre part, elle pourrait aussi permettre la guérison tant désirée de nombreuses maladies congénitales.

Voir aussi : aliments transgéniques

Références :

• « Chromosomes » dans Wikipédia.
• « Chromosomes » dans Sciences naturelles.
• « Chromosomes et gènes » dans Professeur en ligne.
• « Gènes et chromosomes » dans le MSD Handbook (produit par l’Université de Pittsburgh).
• « Chromosomes : que sont les chromosomes et pourquoi sont-ils importants » dans le Medical Genetics Blog.
• « Chromosome » dans l’Encyclopédie Britannica.
• « Chromosomes : définition & structure » dans Live Science.

Comment citer?

« Chromosomes ». Auteur : Julia Máxima Uriarte. Pour : Caracteristicas.co. Dernière modification : 26 mars 2020. Disponible sur le site : https://www.caracteristicas.co/cromosomas/. Consulté le 26 mars 2021.