Le nucléole est très dense au microscope électronique, il est  riche en protéines et est plus ou moins gros.  le nucléoplasme est une phase soluble qui imprègne le nucléole et les deux types de chromatine.  les ports nucléaires représentent le lieu de passage des macromolécules entre le noyau et le cytoplasme.

Le complexe du pore correspond à 8 sous-unités qui définissent un tunnel.  La chromatine est fortement attachée à la lamina et elle ne flotte pas librement dans le nucléoplasme. Le nombre et la densité des pores sont variables d'une cellule à l'autre et est à peu près proportionnelle à l'activité de transcription.

Cas de l'ovocyte de xénope (amphibien):

Nature et composition des pores nucléaires :

 digestion enzymatique, deux types de traitement :

- par des protéases : trypsine,...

- par des nucléases: DNases, RNases,...

Le traitement par des protéases ou les nucléases, ont le même effet, il y a disparition de l'anneau qui est digéré. Cela permet de dire qu'il est de nature Ribonucléoprotéique (RNP). Cette observation permet de penser, qu'il y a une association entre les protéines qui forment le complexe et les molécules qui traversent le pore.  Lle passage par le port n'est pas un simple passage passif.

La membrane nucléaire est  plus ou moins ressemblante  à celle du RE, du point de vue pourcentage de protéines et de lipides. L'enveloppe nucléaire est  en continuité avec le REG. Quand on localise des enzymes dans le REG,  on peut aussi les retrouver dans l'espace périnucléaire, comme la cytochrome 450. C'est un compartiment de stockage, qui n'a pas les mêmes activités enzymatiques que le RE. La concentration en eau du nucléoplasme est inférieure à celle du cytoplasme.

2/Composition chimique :

L'ADN contient des caractères héréditaires et représente une constante  de l'espèce point il s'agit d'une molécule longue, bicaténaire, fortement contrainte dans le noyau.

Mesure de la quantité d'ADN dans différentes espèces ( idée d'évolution  des espèces avec la quantité d'ADN)

On s'aperçoit que la quantité d'ADN n'a pas de signification génétique pour l'espèce, ce n'est pas la quantité qui compte mais la qualité du contenu.

L'ARN du noyau est très hétérogène et est différent de ceux du cytoplasme. On distingue des précurseurs qui subissent une maturation avant d'aller dans le cytoplasme.

Dans le noyau on trouve :

- les pré-messagers qui sont de grosses molécules à courte durée de vie.  90 % d’entre elles sont dégradées en 10 à 30 minutes dans le noyau. ils ne passeront pas dans le cytoplasme, seuls les 10 % restants y passeront et se sont les ARN messager.

- les pré-ribosomes sont plus gros et seulement 10 % passeront dans le cytoplasme.  Leur  stockage et leur maturation ont lieu dans le nucléole.

- les ARN associés au nucléole et aux chromosomes, ont un poids moléculaire variant entre 4,5s et 10s. On ne les trouve pas dans le cytoplasme. Leur durée de vie est longue.

- les ARN initiateurs de la réplication de l'ADN sont très petits et sont dégradés après avoir joué leur rôle d'initiation. Leur présence empêche la fermeture des deux chaînes de l'ADN.

Protéines retrouvées dans le noyau :

Les histones:
Dans le noyau on retrouve des protéines très basiques riches en lysine et en arginine (acides aminés) appelés Histones. Le PM (poids moléculaire est compris entre 11000 et 23000. Il existe cinq grandes familles d'histones et dans ces familles plusieurs types différents. Cette différence est due à la teneur en Arginine (Arg) et Lysine (Lys) qui peut aller jusqu'à 25% de leur constitution, ce qui est relativement rare pour une protéine. Leur localisation est à l'extrémité terminale C ou N terminale de l'Histone. Les histones s'associent entre elles grâce à leur partie globulaire et par des interactions à caractères hydrophobes, en octaméres.






Les histones H4,la transformation de H3, H2a, H2b ont une affinité forte pour l'ADN et comportent une partie basique en N terminale. Les histones H1ont une affinté moindre pour l'ADN et possède une partie basique en C terminale. Dans le noyau, elles peuvent être phosphorylés ou acétylisées en fonction des régions, ainsi, l'affinité pour l'ADN augmente ou diminue. Tout cela joue un rôle lors de la division cellulaire permettant la transformation de la chromatine en chromosomes.


Les protéines non histones:
Ont été identifiées:
-des protéines de structures associées aux chromosomes et à la chromatine.
-des protéines contractiles types Actine et myosine.
-des protéines de types polymérases et bien d'autres.





3/Organisation moléculaire de la chromatine

A/ données expérimentales : trois types d'expérience pluridisciplinaires:

a) méthode physique :
La distraction de particules comme les neutrons donne une idée de la forme des
molécules dans l'espace et le rayon de giration ( Rayon de la spire élémentaire
du solénoïde). la chromatine, comprenant à la fois l'ADN et les histones à un
rayon de giration de 5 nanomètres. Les histones seul, ont un rayon de 3
nanomètres, ceci donne un renseignement important sur l'emplacement de l'ADN
par rapport aux histones, car dans ce cas, on peut dire que l'ADN est en dehors
des histones et que du coup cela implique qu'il est accessible.

b/méthode biochimique :
Elle utilise des enzymes purifiées comme la DNase extraite du staphylocoque. On
effectue une attaque ménagée, en limitant le temps d'action de la DNase I. Sur
la chromatine ainsi coupée, on sépare les histones de l'ADN et on constate qu'il
y a coupure toutes les 200 paires de base. Pourtant, la DNase 1 peut couper
toutes les régions de l'ADN. Les 200 paires de base doivent appartenir à des
régions de l'ADN protégées par l'action de la DNase 1. Cette longueur n'est pas
constante, elle varie en fonction de l'espèce: par exemple pour l’Aspergillus
(Champignons filamenteux de type moisissure), il y a 150 paires de bases.

Par cette méthode, des segments d'ADN sont ainsi isolés. La même expérience est
prolongée et sachant que l'ADNase I n’attaque pas les histones, on finit par
désorganiser tout l'ADN. En observant différents moments, on constate une
période de ralentissement de l'attaque, ce moment est invariant d'une espèce à
l'autre et concerne 140 paires de bases. En regardant les Histones, on
s'aperçoit que l’histone H1 s'est détachée et est passée en solution. On
constate alors que l'histone H1 a une localisation différente des autres.

En faisant une contre expérience en utilisant l'ADN ase 1 sur de l'ADN purifiée,
on voit que l'ADN est totalement dégradé en nucléotide et que par conséquent
l'ADNase I n'avait pas de région d'action privilégiée.

c/études au microscope électronique :
Principes : sur une grille de cuivre, recouverte d'un film plastique, on dépose
des noyaux et on laisse sécher. On place l'ensemble dans un évaporateur sous
vide où des métaux lourds sont pulvérisés à 45 degrés d'incidence.

On observe alors une structure en chapelet ou en collier.







B/Modèle de KORNBERG:

Il s'agit d'un filament nucléosomique que l'on trouve dans l’euchromatine et
l'hétérochromatine.








L'ADN fait un tour 3/4 par nucléosome. Il est entouré en super hélice autour des
nucléosomes et forme un lien entre deux nucléosomes. L’histone H1 se situe au
niveau du lien interne nucléosique et joue un rôle de verrouillage de l'ADN sur
le nucléosome pour empêcher sa despiralisation. On peut désassembler ou
assembler les histones en faisant varier la température et la force ionique du
milieu. À basse force ionique et à basse température, les nucléosomes se coupent
en deux. Dans la chromatine native, on trouve des nucléosomes plus près les uns
des autres.



4/Le nucléole :

C'est un petit organite dans son électron, en nombre constant, sans membrane
avec un contour flou. il comporte deux zones concentriques:

- une zone périphérique granulaire
- une zone centrale fibrillaire

B/Grâce à l'hybridation un tri peut-être effectué parmi les gènes:

a-Séquences très courtes, répétées un grand nombre de fois, réunies en bloc dans la même région de la chromatine.

Exemple : chez la drosophile, l'ADN satellite est formé uniquement de deux types de bases. L'une des chaînes peut-être constituée uniquement de base puriques, l'autre de base pyrimidique. Cet ADN représente 10 à 25 % du génome total. Il est très faiblement transcrit. Il y a plus ou moins une inactivité génétique de l'ADN satellite, c'est de la chromatine peu active.

b-Gènes codés environ 10 fois, sont de deux types:

-gènes ribosomaux dans le nucléole, ils sont transcrits en ARN 45s mais non traduits.

-gènes codants pour les protéines de structure, il y a environ 10 gênes codants pour les histones, chez l'homme, la souris, l'amphibien xénope mais ils sont trop nombreux pour être purifiés.

Cas particulier : l'oursin pour lequel il existe 300 à 1000 copies par lot haploïde, on pourrait le considérer comme de l'ADN satellite, mais ces gènes sont transcrits très activement en protéines histones.  C’est chez l'oursin que les gènes histones ont été observés, car on peut directement les utiliser comme sonde :  l'ARN messager est utilisé comme sonde dans les cellules de l'oursin pour reconnaître le génome.

On purifie les ARNm messager 9S matures, traduits en histones dans le cytoplasme. Le marquage radioactif de cet ARNm fournit une sonde radioactive. Parallèlement, la chromatine du noyau est isolée. l'ADN est coupé en segment de restriction de taille inégale, puis séparé par classe de longueur identique. On effectue ensuite une dénaturation ménagée par chauffage modéré pour couper les liaisons hydrogène, puis on effectue une hybridation avec la sonde ARNm/ ADN.

La classe radioactive est conservée, elle contient la sonde et permet  une cartographie de chevauchement. L'ordre de succession des 5 gènes codants pour les 5 histones, et toujours la même.

  H4; H2b;H3;H2n;H1;H4;.....

Des enzymes de restriction vont couper  entre les gènes:

-ECOR1 coupe toujours au niveau d'une séquence cible entre H4 et H2B. On obtient un fragment avec 5 Gênes.

-HINDIII coupe entre H1 et H4 des fragments qui sont de la même longueur qu'avec ECOR1 et donc dans la même classe.

En faisant agir les deux enzymes, on obtient le segment de restriction H4.

Au moment de l'hybridation, on s'aperçoit que la taille du segment de restriction est supérieure à celle de l'ARNm. il n'en pas de même pour H1;H2b;H2a;H3.

C'est la structure en mosaïque car le gène est une mosaïque d'introns et d'exons, de tailles différentes et seuls les exons se retrouvent dans l'ARNm. Intermédiaire entre l'ADN et l'ARN messager, l'ARNm précurseur comprend les introns et les exons. Les introns sont ensuite excisées pour donner l'ARNm mature, qui passe dans le cytoplasme. Après excision enzymatique, il y a épissage des deux extrémités. Les introns sont libérés et dégradés tout de suite dans le noyau. Le pré-messagers est le seul ARN de même taille que l'ADN.

6/Représentation des deux types de chromatines: