Que se passerait-il si la cellule n'avait pas d'ADN ?

Une cellule sans ADN a de nombreuses limitations qui peuvent accélérer sa disparition. Les cellules ont besoin d'ADN pour remplir les fonctions vitales essentielles, transmettre le matériel génétique, assembler les bonnes protéines et s'adapter aux conditions environnementales fluctuantes. Certaines cellules hautement spécialisées perdent leur noyau pour effectuer plus efficacement une tâche spécifique telle que le transport de l'hémoglobine et du dioxyde de carbone. Les cellules anucléées comme les globules rouges matures sont plus sensibles à la toxicité environnementale et ont une durée de vie relativement courte.

L'acide désoxyribonucléique (ADN) contient les instructions de codage génétique des organismes vivants. L'ADN est composé de bases adénine, cytosine, guanine et thymine qui s'apparient et se connectent par des liaisons hydrogène. Une paire de bases complémentaires - comme l'adénine (A) et la thymine (T) - attachée aux molécules de sucre et de phosphate est appelée nucléotide. De longs brins de nucléotides forment la désormais célèbre double hélice d'ADN découverte en 1952 par James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin et Maurice Wilkins, scientifiques du King's College de Londres.

Les cellules eucaryotes répliquent l'ADN, puis partagent une copie lorsque la cellule se divise par le processus de mitose ou de méiose. La méiose comprend une étape supplémentaire au cours de la division cellulaire où des fragments d'ADN se détachent d'un chromosome et se rattachent au chromosome correspondant. Les chromosomes divisés sont attirés vers les extrémités opposées de la cellule et les enveloppes nucléaires se reforment autour de la chromatine.

Le noyau sert de commandant en chef qui transmet les ordres aux unités de commandement. L'ADN logé dans le noyau fournit toutes les instructions pour coder les protéines nécessaires à l'organisme. Perdre le noyau provoquerait un chaos à l'intérieur de la cellule. Sans un ensemble clair d'instructions, la cellule somatique typique n'aurait aucune idée de ce qu'elle doit faire ensuite.

Les cellules ont également besoin d'un noyau pour aider à réguler le mouvement des substances à travers la membrane cellulaire. Les molécules vont et viennent par osmose, filtration, diffusion et transport actif. Différents types de vésicules jouent également un rôle dans le déplacement des substances à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Sans un noyau qui dirige le spectacle, une cellule pourrait s'effondrer ou gonfler et éclater.

L'enveloppe nucléaire est une structure à double membrane qui enferme l'ADN (chromatine) à l'intérieur du noyau. Pendant l'interphase, le noyau procure des nutriments et fournit un environnement optimal pour la duplication de l'ADN. Une fois que la cellule est prête à commencer à se diviser, l'enveloppe nucléaire se désassemble et libère les chromosomes dans le cytoplasme. L'ADN est protégé et gardé dans le noyau car il contient l'intégralité du génome de l'organisme nécessaire à la propagation des espèces.

La vie peut-elle exister sans ADN? Les virus vivent-ils? Les cellules tumorales sont-elles vivantes? Répondre à ces questions nécessite une compréhension et un accord sur le sens de la vie, mais pas dans un sens philosophique obscur. Selon Astrobiologistes de la NASA, "La vie est un système chimique autonome capable d'évolution darwinienne." Cependant, les définitions de la vie diffèrent, et cela affecte la façon dont les virus contenant uniquement de l'ARN sont classés, par exemple.

Les cellules eucaryotes contiennent de l'ADN dans leur noyau, qui supervise les procédures opératoires normales. Le but de la division cellulaire est de croître et de se multiplier. L'évolution et l'adaptation résultent d'appariements uniques de nucléotides d'ADN. Les cellules sans ADN n'auraient aucun matériel génétique à transmettre.

Les molécules d'acide ribonucléique messager (ARNm) servent d'intermédiaire entre l'ADN nucléaire et le reste de la cellule. Comme son nom l'indique, l'ARNm copie (transcrit) des parties de l'ADN et envoie des messages lisibles aux organites, signalant quand diviser ou assembler certains types de protéines. Si une cellule perdait son noyau et son ADN, la cellule finirait par s'affaiblir et attirerait l'attention des microphages dévorants du système immunitaire.

Les cellules eucaryotes ont un noyau qui contient de l'ADN. Par définition, les organismes eucaryotes n'existeraient pas sans ADN. En plus d'un noyau, les organismes eucaryotes contiennent de nombreux types d'organites qui fonctionnent sur commande :

• le réticulum endoplasmique (ER) est une membrane repliée attachée au noyau. La couche externe est appelée RE rugueux car elle est recouverte de ribosomes bosselés. Les molécules de protéines sont assemblées entre le RE rugueux et la couche interne lisse du RE. Les vésicules déplacent les protéines nouvellement assemblées vers le Appareil de Golgi pour la transformation et la distribution ultérieures.

• Ribosomes sont des structures protéiques minuscules mais importantes. Les ribsomes décodent l'ARN messager copié à partir de l'ADN et rassemblent les acides aminés prescrits dans le bon ordre. Après s'être formés dans le nucléole, les ribosomes flottent dans le cytoplasme ou se lient au réticulum endoplasmique rugueux.
  

• le cytoplasme est un liquide semi-fluide à l'intérieur de la cellule qui facilite les réactions chimiques. Le cytosquelette - constitué de protéines fibreuses - aide à positionner les organites dans le cytoplasme. Les chromatides se condensent lors de la mitose et s'alignent au milieu de la cellule avant d'être séparées par le fuseau mitotique, constitué de microtubules dans le cytoplasme.
  

• Vacuoles sont des sachets de stockage dans la cellule qui retiennent temporairement la nourriture, l'eau et les déchets. Les plantes ont une grande vacuole qui stocke l'eau, régule la pression de l'eau et renforce la paroi cellulaire.
  

• Mitochondries sont communément appelées la centrale électrique de la cellule. L'énergie de l'adénosine triphosphate (ATP) est produite par la respiration cellulaire. Les cellules ayant des besoins énergétiques élevés contiennent un grand nombre de mitochondries.
  

L'ADN des cellules procaryotes est situé dans une région nucléoïde. L'ADN et les organites procaryotes ne sont pas entourés de membranes. Les ribosomes qui produisent des protéines sont l'organite prédominante dans le cytoplasme. Les bactéries illustrent les formes de vie procaryotes; certains ont des flagelles en forme de fouet qui sont des organites sensoriels.

La plupart de l'ADN se trouve dans le noyau (ADN nucléaire), mais de petites quantités sont également présentes dans les mitochondries (ADN mitochondrial). L'ADN nucléaire régule le métabolisme cellulaire et transmet le matériel génétique d'une cellule en division à l'autre. L'ADN mitochondrial synthétise des protéines, fabrique des enzymes et se réplique. Les cellules procaryotes contiennent également de l'ADN, mais il n'y a pas de membrane ou d'enveloppe nucléaire.

Une cellule a besoin d'un noyau pour certaines des mêmes raisons qu'un corps a besoin d'un cœur et d'un cerveau. Le noyau gère les opérations quotidiennes de la cellule. Les organites ont besoin d'instructions du noyau. Sans noyau, la cellule ne peut pas obtenir ce dont elle a besoin pour survivre et prospérer.

Une cellule sans ADN n'a pas la capacité de faire autre chose que sa seule tâche. Les organismes vivants dépendent des gènes de l'ADN pour guider les protéines et les enzymes. Même les formes de vie primitives ont de l'ADN ou de l'ARN. Dans les 46 chromosomes du corps humain, il y a environ 20 500 gènes dans l'ADN qui sont responsables des billions de cellules dans les tissus humains, selon Recueil de génétique.

Tous les organismes commencent par une petite boule de cellules qui se spécialise dans de nombreux types de cellules comme les neurones, les globules blancs et les cellules musculaires. Au début, toutes les cellules ont besoin d'un noyau pour leur dire quoi faire. Les instructions peuvent même inclure la mort programmée. Par exemple, les cheveux, la peau et les ongles sont des cellules mortes remplies de kératine.

Le clonage reproductif ou thérapeutique consiste à retirer le noyau d'un ovule et à le remplacer par le noyau d'une cellule donneuse somatique. Ensuite, la cellule est démarrée électriquement ou chimiquement. Dans des conditions soigneusement contrôlées, les cellules se développeront et se différencieront en un nouvel organe, tissu ou organisme possédant l'ADN du donneur.

Les globules rouges matures et les cellules épithéliales de la peau et de l'intestin sont sujets à l'usure, aux blessures et aux mutations dues au transport des déchets ou au contact avec des toxines environnementales. Sans surprise, les cellules qui n'ont pas de noyau meurent plus rapidement que les autres types de cellules. L'absence de noyau dans de telles cellules offre un facteur protecteur. Si ces cellules avaient un noyau, les risques de dommages chromosomiques seraient plus élevés et peut-être fatals pour l'organisme s'il est autorisé à se diviser et à transmettre des mutations potentiellement mortelles, provoquant des maladies et tumeurs.

Sans ADN, les cellules ne pourraient pas se reproduire, ce qui signifierait l'extinction de l'espèce. Normalement, le noyau fait des copies de l'ADN chromosomique, puis des segments d'ADN se recombinent, puis les chromosomes se divisent deux fois, formant quatre ovules ou spermatozoïdes haploïdes. Des erreurs dans la méiose peuvent entraîner des cellules avec un ADN manquant et des maladies héréditaires.

Comme les cellules animales, les cellules végétales ont un noyau enfermé dans une membrane contenant de l'ADN. De plus, les plantes contiennent de la chlorophylle, qui capte l'énergie solaire pour l'utiliser dans la photosynthèse et la récolte de l'énergie alimentaire. À leur tour, les plantes produisent de la nourriture pour le reste du réseau trophique. Les plantes améliorent également l'environnement en libérant de l'oxygène et en absorbant le dioxyde de carbone atmosphérique.

La présence d'un noyau permet aux plantes de se reproduire et de maintenir la stabilité de la population. Si les plantes n'avaient pas de noyau dirigeant les activités de la cellule, elles ne pourraient pas fabriquer de nourriture. Par conséquent, les plantes mourraient. À leur tour, les herbivores seraient en danger si leur source de nourriture était éliminée.

La biodiversité est la clé de la survie des espèces pour les organismes multicellulaires. Les espèces végétales ne peuvent pas migrer vers un nouveau foyer si des changements climatiques ou des vecteurs de maladies menacent soudainement la survie d'une espèce isolée dans une zone particulière. Grâce à la recombinaison de gènes dans la méiose, une variation génétique existe au sein des populations qui rend certaines plantes plus résistantes et plus résistantes, grâce à leur génome unique. Bien que les plantes du même type puissent toutes se ressembler à première vue, il existe généralement des différences petites mais significatives observables à l'œil exercé.

Par exemple, deux plantes apparemment identiques poussant côte à côte peuvent présenter de légères variations dans la taille moyenne des feuilles, la nervation et la structure des racines en raison de leur génotype unique. De telles différences subtiles peuvent être utiles ou nuisibles si les conditions environnementales changent. Par exemple, pendant les périodes de sécheresse, les plantes font face à des taux d'évaporation d'eau plus élevés. Les plantes avec de petites feuilles fortement veinées peuvent être mieux adaptées pour survivre et se reproduire dans des conditions arides, par exemple.

Les virus peuvent constituer une menace sérieuse pour l'ADN de la cellule hôte. Un virus infecte son hôte en injectant des molécules d'ADN ou d'ARN viral dans une cellule hôte. L'ADN viral commande à la cellule de produire des copies de protéines virales plutôt que les propres de la cellule, pour créer plus de virus qui continuent à se répliquer. Finalement, la cellule peut éclater et mourir, propageant des virus qui se diviseront encore et encore. Les maladies courantes telles que la varicelle et la grippe sont causées par des virus qui ne répondent pas aux antibiotiques.

Les étudiants qui étudient la biologie cellulaire et moléculaire doivent avoir une solide compréhension du rôle et de l'importance de l'ADN dans toutes les phases du cycle cellulaire. Sans ADN, les organismes vivants ne pourraient pas se développer. De plus, les plantes ne pouvaient pas se diviser par mitose et les animaux ne pouvaient pas échanger de gènes par méiose. La plupart des cellules ne seraient tout simplement pas des cellules sans ADN.

Exemples de questions de test :

Si son noyau et son ADN manquaient, un cellule de plante serait incapable de lequel du suivant?

1. Compléter le cycle cellulaire.
2. Grandir.
3. Diviser par mitose.
4. Tout ce qui précède.

Si son noyau et son ADN manquaient, un cellule animale serait incapable de faire lequel du suivant?

1. Compléter le cycle cellulaire.
2. Grandir.
3. Diviser par la méiose.
4. Tout ce qui précède.