CHAPITRE 4 : L unicité des individus

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1 DIVERSITE ET UNITE DES ÊTRES HUMAINS CHAPITRE 4 : L unicité des individus Ce que je sais : Juste après la fécondation, la cellule œuf formée commence à se multiplier pour donner un embryon. Chaque être humain est unique. Il partage des caractères avec ses parents, mais n en est pas une copie. Ce que nous allons apprendre : Comment sont formés les gamètes. Ce qui ce passe lors de la fécondation. I) Les chromosomes des cellules reproductrices 1) Les cellules reproductrices, des cellules particulières. Si chaque gamète possédait 46 chromosomes, on se retrouverait avec une cellule oeuf à 92 chromosomes qui se reproduirait ensuite à l'identique. Ce n'est pas ce que l'on observe. Les gamètes ne doivent donc pas posséder 46 chromosomes.

2 Contrairement aux autres cellules de l organisme, les gamètes ne possèdent qu un seul chromosome de chaque paire, soit la moitié seulement du programme génétique. Les ovules ont donc toujours un chromosome X alors que les spermatozoïdes ont soit un X, soit un Y. 2) Des cellules reproductrices génétiquement différentes Les cellules reproductrices sont donc les seules cellules de l organisme à posséder uniquement 23 chromosomes. Elles ne possèdent donc que la moitié des informations héréditaires contenues dans le noyau de toutes les cellules de l organisme. Mais alors, comment se fait la séparation des chromosomes et donc des allèles différents qu ils peuvent porter lors de la formation des cellules reproductrices? Pour connaître le mode de séparation des chromosomes lors de la formation des cellules reproductrices, des chercheurs ont réalisé un suivi précis des chromosomes d une cellule avec utilisation de marqueurs pour repérer le devenir des allèles de plusieurs gènes situés sur des chromosomes différents pendant la formation des cellules reproductrices à partir de leur cellule d origine appelée cellule mère (schémas ci-dessous).

3 À l aide du document ci-dessus, explique ce qui permet aux caryotypes de cellules reproductrices de posséder seulement 23 chromosomes. [Utiliser des informations pour expliquer] Sur le premier schéma je remarque qu il n y a qu une cellule : la cellule mère, et elle possède des chromosomes simples. 18 heures plus tard, les chromosomes se sont doublés, comme nous l avons déjà vu précédemment lors de la multiplication cellulaire. 24 heures après le début de l observation, il y a deux cellules. Il y a donc eu une multiplication cellulaire. Mais dans ce cas les chromosomes des cellules sont encore doubles. Chaque cellule possède 2 chromosomes doubles. Cela correspond à la séparation en deux lots des chromosomes de la cellule précédente. Enfin, à 28 h du début de l observation, il y a 4 cellules chacune contenant 2 chromosomes simples. Ils correspondent à la séparation en deux des chromosomes doubles des cellules précédentes. Au final ces cellules possèdent 2 chromosomes simples, alors que la cellule mère en possédait 4 simples. Lors des différentes multiplications cellulaires, les chromosomes ont été séparés. La formation des gamètes. Ici, exemple d'une cellule à 1 paire de chromosomes. A chaque paire de chromosome supplémentaire, le nombre de gamètes possible est (à cause du hasard intervenant à la première division) multiplié par deux : cellule à 1 paire de chromosomes : 2 gamètes différents possibles cellule à 2 paires de chromosomes : 2x2 = 2 2 gamètes différents possibles cellule à 3 paires de chromosomes : 2x2x2 = 2 3 gamètes différents possibles... cellule à n paires de chromosomes : 2x2x2x... x2 = 2 n gamètes différents possibles Les gamètes sont des cellules reproductrices qui se forment par deux divisions successives d une cellule-mère (méiose). Chaque gamète reçoit, au hasard, un chromosome de chaque paire (le chromosme sexuel est soit X, soit Y pour les spermatozoïdes, toujours X pour les ovules*). Comme les chromosomes homologues sont génétiquement différents, alors

4 les gamètes ne possèdent que la moitié de l information génétique de l'individu : un seul des deux allèles est présent. Comme la répartition des chromosomes homologues se fait au hasard, alors chaque gamète réunit une combinaison de chromosomes unique : un individu peut ainsi produire plus de 8 millions de gamètes différents. EXCERCICE A FAIRE SUR FEUILLE Une première intervention du hasard Objectif : expliquer (par un schéma, un texte ou par l utilisation d une maquette) comment le hasard intervient dans la transmission des chromosomes au cours de la formation des gamètes. La cellule ci après va se diviser et être à l'origine de 4 gamètes. Dessinez le devenir de trois paires de chromosomes. En imaginant toutes les possibilités, combien peut on obtenir de gamètes? D'après vous à quel résultat parviendrait-on avec 23 paires de chromosomes?

5 Les chromosomes appartenant à la même paire doivent être représentés par des couleurs différentes pour présenter clairement la diversité des gamètes possible. Deux chromosomes de la même paire ont les mêmes gènes, mais pas les mêmes allèles. Ils transmettent donc des informations différentes. Avec trois paires de chromosomes on obtient 8 gamètes différents. 8 = 2 3 Donc avec 23 paires on obtient 2 23 = possibilités

6 II) La fécondation : création d'un individu au programme génétique unique Activité Un tableau de croisement Objectif : être capable de construire et d'utiliser un tableau de croisement. Sylvie est du groupe sanguin B. (imaginons qu elle possède les allèles B/O.) Antoine est du groupe sanguin A. (imaginons qu il possède les allèles A/O.) Imaginez toutes les possibilités de fécondation d'un ovule de Sylvie par un spermatozoïde de Antoine. On ne s'intéressera qu'à deux paires de chromosomes : la 9 ème (groupes sanguins) et la 23 ème

7 1) Le maintien du caryotype de l espèce La fécondation est la rencontre de deux gamètes à 23 chromosomes : la cellule-œuf contient donc 46 chromosomes, ce qui rétablit le caryotype de l espèce. Pour chaque paire de chromosome, et donc pour chaque gène, un exemplaire vient du père, l autre de la mère. C est le spermatozoïde qui, en apportant un chromosome X ou Y, détermine dès la fécondation le sexe du futur bébé. Si une erreur de répartition des chromosomes a eu lieu lors de la fabrication des gamètes, le caryotype de la cellule œuf formée n'est pas conforme à celui de l'espèce et des anomalies du développement de l'embryon peuvent survenir (cas des trisomies, voir chapitre 2).

8 2) L intervention du hasard lors de la fécondation Lors de la fécondation, la rencontre des gamètes se fait au hasard. La cellule-œuf qui donnera un nouvel individu contient donc un programme génétique unique car il y a, pour deux individus donnés, plus de milliards de combinaisons possibles : 2 23 gamètes possibles du père x 2 23 gamètes possibles de la mère = 2 46 = milliards de combinaisons possibles!! Des allèles dominés chez les parents peuvent s'exprimer chez les enfants, ce qui permet l'émergence de nouveaux caractères et contribue aussi à l'unicité du nouvel individu. Comme les chromosomes homologues sont génétiquement différents, les gamètes ne possèdent que la moitié de l information génétique de l'individu

9 BILAN Dans le noyau de nos cellules, nos caractères héréditaires sont portés par des gènes, régions précises des chromosomes, dont nous possédons 23 paires. La répartition des chromosomes lors des divisions des cellules explique la répartition des caractères héréditaires. La plupart de nos cellules reproduisent à l'identique leur caryotype de 46 chrx, mais les cellules qui vont donner les gamètes se divisent de façon à ne plus conserver qu'un seul chromosome de chaque paire. Chaque gamète porte donc 1/2 génome constitué au hasard, et la fécondation donnera une cellule oeuf au génome original, qui construira un individu qui sera unique de par son génome mais aussi à cause de son expérience, de son histoire.

10 EXCERCICE A FAIRE SUR FEUILLE Une première intervention du hasard Objectif : expliquer (par un schéma, un texte ou par l utilisation d une maquette) comment le hasard intervient dans la transmission des chromosomes au cours de la formation des gamètes. La cellule ci après va se diviser et être à l'origine de 4 gamètes. Dessinez le devenir de trois paires de chromosomes. En imaginant toutes les possibilités, combien peut on obtenir de gamètes? D'après vous à quel résultat parviendrait-on avec 23 paires de chromosomes? Activité Un tableau de croisement Objectif : être capable de construire et d'utiliser un tableau de croisement. Sylvie est du groupe sanguin B. (imaginons qu elle possède les allèles B/O.) Antoine est du groupe sanguin A. (imaginons qu il possède les allèles A/O.) Imaginez toutes les possibilités de fécondation d'un ovule de Sylvie par un spermatozoïde de Antoine. On ne s'intéressera qu'à deux paires de chromosomes : la 9ème (groupes sanguins) et la 23ème

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12 Pendant le cours... Questions d élèves Le bon élève (de plus en plus énervant) Si la séparation des chromosomes se fait mal, ça fait quoi ensuite pour la fécondation? Les gamètes sont anormaux, car ils vont avoir soit 2 fois le même chromosome (une paire complète) soit un chromosome en moins. A la fécondation, on obtiendra une cellule oeuf qui aura soit une trisomie (3 chromosomes au lieu de 2) soit une monosomie (1 au lieu de 2). Le plus souvent, c est mortel pour la cellule qui ne peut pas se développer et meurt. Le curieux sans intérêt Une femme et un ours, ça peut faire des bébés? Non, la fécondation n est possible que si les paires de chromosomes reconstituées dans la cellule oeuf se correspondent et portent des gènes capables de collaborer pour fabriquer un embryon. Cela n est pas possible entre des espèces différentes (il n y a pas d'hybrides chez les humains, malgré les légendes!) Celui qui veut se faire bien voir Les plantes, elles font la fécondation? Les plantes qui se reproduisent par voie sexuée réalisent en effet une fécondation qui a lieu dans la fleur femelle (dans l ovaire) C est le grain de pollen qui représente l équivalent du spermatozoïde des animaux (mais vous avez déjà vu ça en quatrième, non?) endant le cours... Questions d élèves Le bon élève (de plus en plus énervant) Si la séparation des chromosomes se fait mal, ça fait quoi ensuite pour la fécondation? Les gamètes sont anormaux, car ils vont avoir soit 2 fois le même chromosome (une paire complète) soit un chromosome en moins. A la fécondation, on obtiendra une cellule oeuf qui aura soit une trisomie (3 chromosomes au lieu de 2) soit une monosomie (1 au lieu de 2). Le plus souvent, c est mortel pour la cellule qui ne peut pas se développer et meurt. Le curieux sans intérêt Une femme et un ours, ça peut faire des bébés? Non, la fécondation n est possible que si les paires de chromosomes reconstituées dans la cellule oeuf se correspondent et portent des gènes capables de collaborer pour fabriquer un embryon. Cela n est pas possible entre des espèces différentes (il n y a pas d'hybrides chez les humains, malgré les légendes!) Celui qui veut se faire bien voir Les plantes, elles font la fécondation? Les plantes qui se reproduisent par voie sexuée réalisent en effet une fécondation qui a lieu dans la fleur femelle (dans l ovaire) C est le grain de pollen qui représente l équivalent du spermatozoïde des animaux (mais vous avez déjà vu ça en quatrième, non?) Pendant le cours... Questions d élèves Le bon élève (de plus en plus énervant) Si la séparation des chromosomes se fait mal, ça fait quoi ensuite pour la fécondation? Les gamètes sont anormaux, car ils vont avoir soit 2 fois le même chromosome (une paire complète) soit un chromosome en moins. A la fécondation, on obtiendra une cellule oeuf qui aura soit une trisomie (3 chromosomes au lieu de 2) soit une monosomie (1 au lieu de 2). Le plus souvent, c est mortel pour la cellule qui ne peut pas se développer et meurt. Le curieux sans intérêt Une femme et un ours, ça peut faire des bébés? Non, la fécondation n est possible que si les paires de chromosomes reconstituées dans la cellule oeuf se correspondent et portent des gènes capables de collaborer pour fabriquer un embryon. Cela n est pas possible entre des espèces différentes (il n y a pas d'hybrides chez les humains, malgré les légendes!) Celui qui veut se faire bien voir Les plantes, elles font la fécondation? Les plantes qui se reproduisent par voie sexuée réalisent en effet une fécondation qui a lieu dans la fleur femelle (dans l ovaire) C est le grain de pollen qui représente l équivalent du spermatozoïde des animaux (mais vous avez déjà vu ça en quatrième, non?) Pendant le cours... Questions d élèves Le bon élève (de plus en plus énervant) Si la séparation des chromosomes se fait mal, ça fait quoi ensuite pour la fécondation? Les gamètes sont anormaux, car ils vont avoir soit 2 fois le même chromosome (une paire complète) soit un chromosome en moins. A la fécondation, on obtiendra une cellule oeuf qui aura soit une trisomie (3 chromosomes au lieu de 2) soit une monosomie (1 au lieu de 2). Le plus souvent, c est mortel pour la cellule qui ne peut pas se développer et meurt. Le curieux sans intérêt Une femme et un ours, ça peut faire des bébés? Non, la fécondation n est possible que si les paires de chromosomes reconstituées dans la cellule oeuf se correspondent et portent des gènes capables de collaborer pour fabriquer un embryon. Cela n est pas possible entre des espèces différentes (il n y a pas d'hybrides chez les humains, malgré les légendes!) Celui qui veut se faire bien voir Les plantes, elles font la fécondation? Les plantes qui se reproduisent par voie sexuée réalisent en effet une fécondation qui a lieu dans la fleur femelle (dans l ovaire) C est le grain de pollen qui représente l équivalent du spermatozoïde des animaux (mais vous avez déjà vu ça en quatrième, non?) P

13 Ce que je sais : Juste après la fécondation, la cellule œuf formée commence à se multiplier pour donner un embryon. Chaque être humain est unique. Il partage des caractères avec ses parents, mais n en est pas une copie. Ce que nous allons apprendre : Comment sont formés les gamètes. Ce qui ce passe lors de la fécondation. Ce que je sais : Juste après la fécondation, la cellule œuf formée commence à se multiplier pour donner un embryon. Chaque être humain est unique. Il partage des caractères avec ses parents, mais n en est pas une copie. Ce que nous allons apprendre : Comment sont formés les gamètes. Ce qui ce passe lors de la fécondation. Ce que je sais : Juste après la fécondation, la cellule œuf formée commence à se multiplier pour donner un embryon. Chaque être humain est unique. Il partage des caractères avec ses parents, mais n en est pas une copie. Ce que nous allons apprendre : Comment sont formés les gamètes. Ce qui ce passe lors de la fécondation. Ce que je sais : Juste après la fécondation, la cellule œuf formée commence à se multiplier pour donner un embryon. Chaque être humain est unique. Il partage des caractères avec ses parents, mais n en est pas une copie. Ce que nous allons apprendre : Comment sont formés les gamètes. Ce qui ce passe lors de la fécondation.