Les divisions cellulaires des eucaryotesCours

La mitose et la méiose sont des divisions cellulaires. On appelle mitose la division cellulaire qui permet la production des cellules à l'identique lors du cycle cellulaire. On appelle méiose les deux divisions cellulaires qui ont lieu lors de la formation des cellules reproductrices, avant la fécondation. La méiose permet la formation de la cellule-œuf qui possède le même nombre de chromosomes que les parents. 

I

Le rôle de la mitose dans le cycle cellulaire 

La mitose est une division cellulaire qui permet la reproduction des cellules à l'identique. Elle a lieu à la fin du cycle cellulaire. Préalablement, au cours du cycle cellulaire a lieu la réplication de l'ADN, puis en tout début de mitose les chromosomes se forment. Ils portent l'information génétique (ADN). Lors de la mitose, l'information génétique des chromosomes est divisée : c'est ce qui permet la reproduction d'une cellule à l'identique. Au cours du cycle cellulaire, la quantité et l'aspect de l'ADN changent donc.

A

Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est un ensemble de phénomènes qui se reproduisent de manière semblable. Il est constitué de l'interphase (G1, S et G2) et d'une division cellulaire, la mitose. 

L'interphase est divisée en trois périodes :

  • G1 : la cellule se prépare à répliquer son ADN ;
  • S (synthèse d'ADN) : la cellule réplique son ADN ;
  • G2 : la cellule, ayant à présent deux copies identiques de son information génétique, se prépare à la division.

La phase M (phase de mitose) permet la formation de deux cellules-filles. C'est la séparation des deux copies de l'information génétique et la division de la cellule. 

Les deux cellules-filles obtenues sont identiques l'une à l'autre. C'est en cela que la reproduction est conforme. Elles ont reçu chacune un exemplaire de l'information génétique de la cellule-mère. La répartition des deux copies de cette information génétique se produit au cours de la mitose.

Un cycle cellulaire

Un cycle cellulaire

B

De la réplication de l'ADN en phase S à la formation des chromosomes

Lors de la phase S a lieu la réplication de l'ADN. Cette réplication mène à la formation de molécules d'ADN identiques deux à deux. En se compactant, ces molécules, porteuses des gènes, donnent naissance à des chromosomes à deux chromatides. Cette étape se produit au tout début de la division cellulaire, donc au début de la mitose.

Les chromosomes qui apparaissent en début de division sont constitués de deux chromatides : ils sont bichromatidiens.

-

Chaque chromatide est formée d'une molécule bicaténaire d'ADN très compacté.

-

Les deux chromatides d'un chromosome en début de division sont identiques : les molécules d'ADN bicaténaires qui les forment sont issues de la réplication d'une seule molécule d'ADN bicaténaire initiale (processus semi-conservatif).

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Les deux chromatides sont reliées l'une à l'autre par un point de contact appelé centromère.

-

On peut résumer le déroulé de la phase S sur un schéma :

La formation des chromosomes

La formation des chromosomes

C

Le déroulement de la mitose

La mitose est le mécanisme de partage de l'information génétique, portée par les chromosomes, en deux lots identiques de chromatides. Ces deux lots sont ensuite répartis dans deux cellules-filles au cours de la cytodiérèse (division du cytoplasme). Elle se déroule en quatre étapes : la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase.

Lors de la prophase, l'ADN se condense, les chromosomes apparaissent, l'enveloppe nucléaire se désagrège, un fuseau (appelé fuseau mitotique) formé de fibres protéiques se met en place.

La prophase mitotique

La prophase mitotique

Lors de la métaphase, la condensation des chromosomes est maximale, les centromères des chromosomes s'alignent sur le plan équatorial qui sépare la cellule en deux.

La métaphase mitotique

La métaphase mitotique

Lors de l'anaphase, les chromatides identiques des chromosomes se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Il se forme alors deux lots d'ADN identiques (puisque les deux chromatides d'un chromosome sont identiques).

L'anaphase mitotique

L'anaphase mitotique

Lors de la télophase, les chromosomes monochromatidiens sont aux pôles de la cellule et ils se décondensent. Les enveloppes nucléaires des deux nouvelles cellules se forment.

La télophase mitotique

La télophase mitotique

Ensuite, la cellule se sépare en deux, c'est la cytodiérèse ou cytocinèse. Cette division mitotique permet de former deux cellules ayant le même patrimoine génétique que la cellule-mère initiale.

D

Les changements de la quantité d'ADN et de son aspect au cours du cycle cellulaire 

Au cours d'un cycle cellulaire, la quantité d'ADN d'une cellule double lors de la réplication et est divisée par deux lors de la mitose. Son aspect change également. 

Évolution de la quantité d'ADN par cellule au cours du cycle cellulaire

Évolution de la quantité d'ADN par cellule au cours du cycle cellulaire

L'aspect de l'ADN change au cours du cycle cellulaire :

  • ADN bicaténaire en simple exemplaire en phase G1 ;
  • ADN bicaténaire en double exemplaire en phase G2 ;
  • ADN compacté en phase M : sous forme de chromosome bichromatidien en prophase et métaphase ; sous forme de chromosome à une chromatide à partir de l'anaphase.
Évolution de l'aspect de l'ADN au cours du cycle cellulaire

Évolution de l'aspect de l'ADN au cours du cycle cellulaire

On peut établir un bilan du cycle cellulaire en fonction de la quantité d'ADN et de ses différents aspects.

Bilan du cycle cellulaire

Bilan du cycle cellulaire

II

Le rôle de la méiose dans la reproduction sexuée

Lors du cycle de reproduction, une cellule-œuf est formée. Elle doit posséder le même nombre de chromosome que les parents. Cela se fait grâce à la méiose. Il s'agit d'une double division cellulaire qui permet de constituer les gamètes impliqués dans la fécondation. Au cours du cycle de reproduction, la quantité d'ADN change.

A

Le cycle de reproduction

Lors de la reproduction sexuée, deux parents interviennent. Leurs cellules reproductrices s'unissent lors de la fécondation. La cellule-œuf ainsi formée doit posséder le même nombre de chromosomes que les parents. La méiose est le mécanisme du cycle de reproduction qui permet de former des cellules reproductrices haploïdes à partir de cellules diploïdes. 

Un cycle de reproduction

Un cycle de reproduction

Diploïde

Diploïde se dit d'une cellule dont les chromosomes, visibles sur un caryotype, s'associent par paire.

Haploïde

Haploïde se dit d'une cellule dont les chromosomes, visibles sur un caryotype, ne s'associent pas par paire. Les cellules reproductrices sont des cellules haploïdes.

Formule chromosomique

La formule chromosomique d'une cellule (ou d'un individu) est une façon conventionnelle d'indiquer le nombre de chromosomes caractéristique de l'espèce considérée.

La formule chromosomique d'un humain masculin est 2n = 46, XY.

« 2n = 46 » signifie qu'il y a 46 chromosomes répartis en 23 paires, et XY que les chromosomes sexuels sont X et Y, caractéristiques de l'individu masculin.

Le rôle de la méiose apparaît en observant des caryotypes.

Caryotype humain avant (gauche) et après (droite) la méiose

Caryotype humain avant (gauche) et après (droite) la méiose

B

Le déroulement de la méiose

La méiose est la succession de deux divisions, précédées d'une unique réplication. Elle permet l'obtention de cellules haploïdes.

1

La première division de méiose (méiose I)

La première division de méiose est une division réductionnelle. Elle se  déroule en quatre étapes : la prophase I, la métaphase I, l'anaphase I et la télophase I. C'est le passage de 2n chromosomes à deux chromatides par cellule à n chromosomes à deux chromatides par cellule. La séparation se produit en anaphase I.

Cette division est dite réductionnelle, car elle réduit le nombre de chromosomes : au début de cette division, on observe une cellule à 2n chromosomes bichromatidiens ; à la fin de cette division, on aboutit à deux cellules à n chromosomes bichromatidiens.

Ces étapes ressemblent à celles de la mitose et sont nommées de la même façon, en précisant la division de la méiose concernée.

Lors de la prophase I (prophase de la première division méiotique), les chromosomes se condensent et deviennent visibles en microscopie. À ce stade, chez l'homme, il y a 23 paires de chromosomes à 2 chromatides. L'enveloppe nucléaire disparaît, tandis qu'apparaît un faisceau de fibres (fuseau mitotique). Les chromosomes homologues s'accolent les uns aux autres.

La prophase I, pour une cellule à 2n = 4 chromosomes
La prophase I, pour une cellule à 2n = 4 chromosomes

Lors de la métaphase I, les centromères de chromosomes se disposent de part et d'autre de la plaque équatoriale qui divise la cellule en deux.

La métaphase 1, pour une cellule à 2n = 4 chromosomes
La métaphase 1, pour une cellule à 2n = 4 chromosomes

Lors de l'anaphase I, les paires de chromosomes homologues se séparent et les homologues de chaque paire migrent indépendamment vers les pôles opposés de la cellule. Ils restent bichromatidiens.

L'anaphase 1, pour une cellule à 2n = 4 chromosomes
L'anaphase 1, pour une cellule à 2n = 4 chromosomes

Lors de la télophase I, les chromosomes sont maintenant aux pôles de la cellule et l'enveloppe nucléaire se reforme chez certaines espèces. Ensuite, la cellule se divise au niveau de la plaque équatoriale, c'est la cytodiérèse ou cytocinèse.

Les deux cellules haploïdes (n = 2) obtenues à l'issue de la méiose, pour une cellule initiale à 2n = 4 chromosomes
Les deux cellules haploïdes (n = 2) obtenues à l'issue de la méiose, pour une cellule initiale à 2n = 4 chromosomes

La première division de la méiose aboutit donc à la formation de deux cellules haploïdes.

Première division de méiose (division réductionnelle)
Première division de méiose (division réductionnelle)
2

La seconde division de méiose (méiose II)

La seconde division de méiose est dite équationnelle. Elle se déroule directement après la première, sans réplication, avec une enveloppe nucléaire qui disparaît à nouveau en fonction des espèces. Elle se fait en quatre étapes : la prophase II, la métaphase II, l'anaphase II et la télophase II. C'est le passage de cellules à n chromosomes doubles à des cellules à n chromosomes simples (séparation des chromatides lors de l'anaphase II).

Il s'agit d'une division dite équationnelle car on part de deux cellules-mères (issues de la première division de méiose) à n chromosomes à deux chromatides, pour obtenir quatre cellules-filles à n chromosomes à une chromatide. Les cellules-mères et les cellules-filles sont donc toutes haploïdes.

La méiose II se déroule de la même façon qu'une mitose classique, et ce sont les chromatides de chaque chromosome qui sont séparées.

Elle se déroule également en quatre étapes :

  • La prophase II : Les chromosomes se recondensent et un fuseau se remet à nouveau en place. Cette phase est très rapide car les chromosomes se sont peu décondensés à la fin de la première division. À ce stade, on a deux cellules à n chromosomes à deux chromatides.
  • La métaphase II : Les centromères des chromosomes s'alignent sur la plaque équatoriale.
  • L'anaphase II : Les chromatides des chromosomes se séparent et migrent aux pôles opposés de la cellule. Cette anaphase est l'équivalent d'une anaphase mitotique.
  • La télophase II : Les noyaux et les enveloppes nucléaires se reconstituent, tandis que l'ADN se décondense.

 

La cellule subit ensuite la cytodiérèse ou cytocinèse. On obtient finalement quatre cellules à n chromosomes à 1 chromatide.

Seconde division de méiose (division équationnelle)
Seconde division de méiose (division équationnelle)

Au terme de ces deux divisions, il y a eu formation de quatre cellules haploïdes, possédant n chromosomes monochromatidiens, à partir d'une cellule initiale possédant 2n chromosomes bichromatidiens.

C

Les changements de la quantité d'ADN au cours de la reproduction sexuée

Lors de la reproduction sexuée, la quantité d'ADN change. Elle double lors de la réplication. Elle est divisée par deux lors de la première méiose et de nouveau par deux lors de la deuxième méiose. 

  • Elle a doublé lors de la réplication.
  • Elle a été divisée par deux à la suite de la première division de méiose (passage de 2n chromosomes bichromatidiens à n chromosomes bichromatidiens).
  • Elle a encore été divisée par deux lors de la seconde division (passage de n chromosomes bichromatidiens à n chromosomes monochromatidiens).
Évolution de la quantité d'ADN par cellule ainsi que du nombre de chromosomes au cours de la reproduction sexuée

Évolution de la quantité d'ADN par cellule ainsi que du nombre de chromosomes au cours de la reproduction sexuée

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