Travaillant sur une petite mouche du vinaigre, la drosophile, l'Américain Morgan montra que les gènes sont alignés dans des éléments constants contenus dans le noyau de la cellule, les chromosomes. C'est grâce à la duplication des chromosomes et à la séparation des chromosomes fils lors des divisions cellulaires que chaque cellule porte en elle exactement la même information héréditaire que celle dont elle est issue ; c'est grâce à la réunion des chromosomes paternels et maternels dans l'ovule fécondé qu'un enfant ressemble à la fois à son père et à sa mère, chacun d'eux avant fourni une moitié des gènes.

À l'échelle moléculaire

La génétique s'exprime à présent à l'échelle moléculaire, elle déchiffre l'information héréditaire dans les molécules mêmes qui constituent le gène : l'acide désoxyribonucléique, ou ADN. Ces molécules portent en elles, inscrites selon un certain code, toutes les informations qui définissent un individu. Chacun des messages se traduit par une chaîne de réactions biochimiques qui aboutit à la réalisation de tel ou tel caractère héréditaire.

Or, chacune de ces réactions ne se produit qu'en présence d'une substance qui lui est spécifique et que l'on appelle un enzyme. Sans enzyme, pas de réaction biochimique dans la cellule, donc pas de vie possible !

À tout instant, des milliers de réactions s'effectuent dans la cellule de façon harmonieuse et cohérente : des molécules sont brisées, et cette rupture libère de l'énergie qui est utilisée pour la construction d'autres molécules, et chacune de ces réactions est conditionnée par un enzyme différent.

Le code génétique

Chaque individu, chaque être vivant est donc caractérisé par la gamme particulière d'enzymes qu'il comporte. Et c'est le gène qui contient l'information nécessaire pour définir un enzyme particulier. Le grand problème de la vie est donc la traduction du message héréditaire des gènes ou de l'ADN en enzymes, qui sont des protéines.

On connaît à l'heure actuelle le code de l'ADN et la façon dont il se traduit en protéine : le dictionnaire du code génétique est établi de façon quasi définitive.

On sait que le message codé de chaque gène est copié sous forme de molécules de structure complémentaire qui se forment sur leur modèle et que l'on appelle les ARN (acides ribonucléiques) messagers. Ces messagers servent à leur tour de modèles pour la construction de telle ou telle protéine, et cette construction est faite dans des structures particulières de la cellule, qui représentent les usines de fabrication des protéines et que l'on appelle des ribosomes.

On peut donc considérer la cellule vivante comme une usine, ou plus exactement comme un ensemble d'usines entièrement automatiques fonctionnant selon un programme codé dans l'ADN des chromosomes.

Ce qui caractérise avant tout le fonctionnement de ce système, c'est la régulation rigoureuse de toutes les synthèses. Tout comme dans les machines automatisées, cette régulation se fait par un processus de feed-back, ou boucle de rétroaction : lorsqu'un produit fabriqué atteint un certain taux limite, son excès même déclenche un processus de contrôle qui aboutit à un ralentissement ou à un arrêt de la production.

Ces systèmes de régulation qui régissent l'activité de la cellule ont été remarquablement étudiés au cours de ces dernières années par les professeurs Jacob et Monod.

Une bactérie bien connue, le colibacille, a permis les découvertes les plus importantes dans le domaine du fonctionnement et de la régulation des gènes. C'est le professeur Monod qui, le premier, découvrit le phénomène de répression : si l'on cultive des colibacilles dans un milieu qui contient en abondance du tryptophane, ces cellules s'arrêtent aussitôt de fabriquer l'enzyme tryptophane-synthétase nécessaire à la fabrication du tryptophane.

C'est un processus de feed-back négatif, dont il existe de nombreux autres exemples. Il existe également des feed-back positifs qui déclenchent la synthèse d'enzymes au lieu de l'arrêter.

Induction et répression

C'est en 1961 que les professeurs Jacob et Monod proposèrent un schéma général pour expliquer comment s'effectue le contrôle de l'activité des gènes, en se fondant sur l'observation des mécanismes d'induction et de répression dans la cellule bactérienne et sur les résultats de travaux d'ordre génétique.