Les divisions cellulairesCours

 

Notions Rappels
ADN

Molécule porteuse de l'information génétique. 

C'est une molécule formée de deux chaînes complémentaires de nucléotides associées par l'intermédiaire des bases azotées (A, T, G, C).

Réplication Mécanisme semi-conservatif qui se déroule au cours de la phase S de l'interphase et qui permet de copier les molécules d'ADN des cellules, donc de faire des copies conformes de l'information génétique.

Dans la vie des cellules, il se produit des phénomènes de division : une cellule (la cellule-mère) engendre deux cellules identiques (les cellules-filles).

Il existe deux grands modes de division cellulaire : la mitose et la méiose.

I

La mitose et la reproduction conforme

A

Le cycle cellulaire

Cycle cellulaire

Comme tout cycle, le cycle cellulaire est un ensemble de phénomènes qui se reproduisent de manière semblable. Il s'étend de la fin d'une division cellulaire à la fin de la division suivante.

Le cycle cellulaire voit se succéder plusieurs phases :

– Une interphase, elle-même divisée en trois périodes :

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

– Une phase M, au cours de laquelle se produit la séparation des deux copies de l'information génétique et la division de la cellule. Cela permet la formation de deux cellules-filles.

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

La formation des chromosomes

Au début de toute division cellulaire, l'enveloppe nucléaire de la cellule disparaît. Les molécules d'ADN s'enroulent sur elles-mêmes et se compactent.

Ainsi se forment les chromosomes, sortes de bâtonnets constitués d'ADN sous forme compacte. Un chromosome est donc une forme très condensée de l'ADN.

Du gène au chromosome : les états de compaction de l'ADN

Du gène au chromosome : les états de compaction de l'ADN

  • 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).
  • Les deux chromatides sont reliées l'une à l'autre par un point de contact appelé centromère.
La formation des chromosomes

La formation des chromosomes

C

Le déroulement de la mitose

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).

La mitose se déroule en quatre grandes phases.

  • 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

  • La métaphase : À cette étape, 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

  • 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

  • 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

Cycle cellulaire et ADN

La quantité d'ADN par cellule change au cours du cycle cellulaire :

  • elle double lors de la réplication en phase S ;
  • elle est divisée par deux lors de la division cellulaire.
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

De même, 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

La méiose et la reproduction sexuée

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. Il s'agit d'un mécanisme qui compense et complète la fécondation.

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

Méiose

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

Chez les espèces diploïdes (l'homme, par exemple), la méiose précède la fécondation.

Chez les espèces haploïdes (certains champignons, par exemple), la méiose suit la fécondation.

1

La première division de méiose (méiose I)

La première division de méiose est une division 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.

 

Les chromosomes se forment exactement de la même façon qu'en début de mitose.

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

  • 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
  • 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
  • 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
  • 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 se déroule directement après la première, sans réplication, avec une enveloppe nucléaire qui disparaît à nouveau en fonction des espèces.

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

Méiose et ADN

La quantité d'ADN par cellule a changé au cours de ces phénomènes :

  • 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 méiose

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

III

Bilan

Les deux types de division étudiés dans ce cours participent à deux grands modes de reproduction.

  Mitose Méiose
Précédées d'une réplication Oui
Principe général Une cellule se divise en deux cellules identiques. Une cellule se divise et engendre quatre cellules différentes de la cellule initiale.
Mode de reproduction Conforme Sexuée
Déroulement Quatre phases avec séparation des chromatides identiques de chaque chromosome lors de l'anaphase.

Deux fois quatre phases

 
  • Méiose I : séparation des homologues de chaque paire lors de l'anaphase I.
  • Méiose II : séparation des chromatides de chaque chromosome lors de l'anaphase II.

 
Effet sur la ploïdie Aucun Passage de 2n à n chromosomes