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Biologie Molécules Divisions Génétique Évolution Cellule  

Chapitre 3
Les divisions cellulaires

 

 

Cellules procaryotes et eucaryotes

 

Cellule procaryote

Les procaryotes sont des organismes unicellulaires dépourvus de noyau et d'organites entourés de membranes. Les procaryotes possèdent une paroi cellulaire (polypeptides, polysaccharides) et un seul chromosome d'ADN circulaire. Ils possèdent également des plasmides (de petites molécules d'ADN circulaire).

 

Cellule eucaryote

 

Les eucaryotes sont des organismes unicellulaires ou pluricellulaires possédant un noyau et des organites qui divisent l'espace cellulaire en zones, un cytosquelette, la faculté de réaliser l'endocytose, de l'ADN compacté en chromosome lors de la division cellulaire et une véritable sexualité, où chaque type sexuel apporte une part égale de matériel génétique.

 

 
   

Matériel génétique

 

Le matériel génétique des cellules eucaryotes peut se présenter sous forme de chromatine (entre les divisions cellulaires) ou sous forme de chromosomes (surenroulés lors des divisions).

 

 

Chromatine

 

La chromatine est la forme sous laquelle se présente l'ADN dans le noyau pendant l'interphase, c'est-à-dire entre les divisions cellulaires.

 

 

La forme déroulée de l'ADN, la chromatine permet l'expression des gènes ce qui n'est pas possible pendant la division cellulaire lorsque l'ADN est sous forme de chromosomes.

 

Si on déroulait l'ADN d'une cellule humaine, celui-ci mesurerait environ deux mètres!

chromatine
 

Niveaux de condensation de l'ADN

(1) Molécule d'ADN bicaténaire (double brins)

(2) Brin de chromatine (ADN avec histones)

(3) Chromatine au cours de l'interphase avec centromère

(4) Chromatine condensée au cours de la prophase

(deux copies de molécules d'ADN sont présentes)

(5) au cours de la métaphase

(Wikipedia)

 

 

Chromosomes

 

Chez les cellules eucaryotes, les chromosomes se retrouvent dans le noyau alors que chez les cellules procaryotes, ils se retrouvent dans le cytoplasme dans une région appelée nucléoïde.

 

 

Les chromosomes portent l'information génétique transmise des cellules mères aux cellules filles lors de la mitose ou de la méiose. Les chromosomes sont habituellement représentés par paires, en parallèle avec leur homologue. Ils sont souvent illustrés sous leur forme condensée et dupliquée (en métaphase de la mitose) sur un caryotype.

 

 
caryotype
 

Caryotype humain (femelle)

(Wikipedia)

 

 
   

Les chromosomes sont composés de deux copies identiques de chromatides, attachées entre elles au niveau d'un centromère. Chaque chromatide est formée d'une molécule d'ADN (le nucléofilament) associée à des protéines histones et des protéines non-histones.

 

 
chromosome
 

Chromosomes eucaryotes

(http://www.arikah.net/encyclopedie-francaise/images/thumb/5/5a/400px-Chromosome.gif)

 

 

Chromosomes bactériens

 

Les chromosomes bactériens sont souvent circulaires, mais sont parfois linéaires. On retrouve également de l'ADN sous forme de plasmides, petites molécules d'ADN circulaire contenant par exemple des gènes de résistance aux antibiotiques. Les plasmides existent en plusieurs copies (des centaines) que les bactéries peuvent facilement échanger.

 

 
Chromosome bactérien
 

Chromosome et plasmide bactériens

(http://www.aliciapatterson.org/APF2202/Sachs/Sachs02.jpg)

 

 

Chromosomes eucaryotes

 

Les eucaryotes possèdent de multiples chromosomes linéaires contenus dans le noyau. Chaque chromosome a son propre centromère, avec un ou deux bras se projetant à partir de celui-ci.

 

 
chromosome de drosophile
 

Chromosomes de drosophile

(Wikipedia)

 

 
   

Chromatides

 

Une chromatide est une forme d'ADN que l'on rencontre pendant les divisions cellulaires (mitose ou méiose). Le reste du temps, l'ensemble des chromatides forme la chromatine. Chaque chromosome d'une cellule peut être constitué d'une ou de deux chromatides selon son état : 1- juste après une mitose, chaque chromosome n'est constitué que d'une chromatide 2- le reste du temps, après duplication de l'ADN, chaque chromosome est constitué de deux chromatides complètement identiques, reliées par le centromère, donnant ainsi aux deux bâtonnets la forme d'un X.

 

 
chromosome

 

Chromosome : (1) Chromatide (2) Centromère (3) Bras court (4) Bras long

(Wikipedia)

 

 

Ploïdie

 

La ploïdie d'une cellule caractérise le nombre et l'organisation de ses chromosomes : une cellule est haploïde si elle possède une seule copie de chacun des chromosomes (n). Elle est diploïde si elle possède deux copies de chacun des chromosomes (2n). Plus rarement, on peut rencontrer des cellules ou des stades de développement triploïdes (3n) ou des espèces polyploïdes dont le patrimoine chromosomique est le double de la normale (tétraploïdie = 4n).

 

 

Diploïdie

 

Un organisme est dit diploïde lorsque ses cellules sont diploïdes. L'humain et la plupart des animaux sont diploïdes. Les cellules somatiques (autres que germinales) sont toutes diploïdes. La première cellule d'un individu, le zygote est la première cellule diploïde.

 

 
   

Haploïdie

 

Une cellule est haploïde lorsqu'elle ne contient qu'un seul exemplaire de chacun des chromosomes. Chez les humains, et la plupart des animaux, la phase haploïde (n) est très réduite, elle correspond à la formation des gamètes : spermatozoïde et ovule par les cellules germinales.

 

 
Cycle de vie de l'humain
 

Cycle de vie de l'être humain

(http://www.cartage.org.lb/en/themes/Sciences/Zoology/

Biologicaldiverstity/AnimalsI/humanlifecyc.jpg)

 

 

Mitose et méiose

 

La mitose et la méiose diffèrent sur un certain nombre de points, mais présentent également des similitudes (mécanismes de séparation des chromosomes, etc.). La mitose correspond à une reproduction asexuée des cellules alors que la méiose prépare la reproduction sexuée. À partir d'une cellule, à la fin de la mitose, il y a deux cellules génétiquement identiques alors qu'à la fin de la méiose, il y a quatre cellules le plus souvent génétiquement différentes et donc uniques.

 

 

Mitose

 

La mitose est une étape importante dans la vie d'une cellule. C'est le mode général de division des cellules qui donne des cellules identiques au point de vue de la génétique.

 

 

Le cycle cellulaire est divisé en plusieurs phases : les phases G1, S et G2 qui constituent l'interphase et la phase M, celle de la mitose proprement dite.

 

 
Cycle cellulaire
 

Cycle cellulaire

(http://www.daviddarling.info/images/cell_cycle.jpg)

 

Interphase

 

L’interphase est la période entre les divisions cellulaires et est caractérisée par un accroissement du volume cellulaire, l'expression des gènes et la duplication des chromosomes. Elle peut être subdivisée en plusieurs phases : la phase G1 (de l’anglais Growth 1) au cours de laquelle la cellule croît et vit normalement. Les cellules filles issues de la mitose précédente étant plus petites prennent leur taille finale. La phase S (pour synthèse de nouvelle molécule d’ADN) au cours de laquelle le matériel chromosomique est doublé par réplication de chacun des chromosomes. La phase G2 (Growth 2) où la cellule se comporte comme lors de la phase G1. La cellule doit croître afin d'avoir suffisamment d'organites pour sa descendance. À l'issue de cette phase, chaque chromosome est parfaitement identique à son homologue.

 

 
interphase
 

Interphase

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Prophase

 

Pendant la prophase, le matériel génétique (ADN), passe de la forme chromatine à la forme chromosome. Les nucléoles disparaissent. Les deux chromatides sœurs de chaque chromosome sont reliées par leur centromère grâce à une protéine nommée cohésine. Le centrosome qui contient 4 centrioles se divise en deux et chacun des deux centrosomes migre vers un pôle de la cellule. Le cytosquelette de microtubules se réorganise pour former le fuseau mitotique.

 

 
prophase
 

Prophase

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Prométaphase

 

Durant la prométaphase, la membrane nucléaire se désagrège sous forme de vésicules. Des complexes protéiques spécialisés : les kinétochores, se forment au niveau des centromères. Certains microtubules s'accrochent aux kinétochores. Petit à petit, chaque chromosome voit chacune de ses chromatides reliées à un pôle par l'intermédiaire des microtubules. Ceux-ci exerçant des tensions, les chromosomes ont alors des mouvements agité.

 

 
prométaphase
 

Prométaphase

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Métaphase

 

Les chromosomes se déplacent vers l'équateur de la cellule pour former la plaque équatoriale. Les chromosomes sont alignés selon leur centromère.

 

 
métaphase
 

Métaphase

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 
   

Anaphase

 

L'anaphase est une phase très rapide où les chromatides se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Les chromatides sœurs sont « tirées » par les microtubules en direction du pôle auquel elles sont rattachées.

 

 
anaphase
 

Anaphase

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 
   

Télophase

 

Les microtubules disparaissent, les chromatides sœurs commencent à se décondenser et l'enveloppe nucléaire ainsi que les nucléoles commencent à se reformer. C'est en fait l'inverse de la prophase.

 

 
télophase
 

Télophase

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Cytocynèse

 
Le sillon de division se forme dans un plan perpendiculaire à l'axe du fuseau mitotique et sépare la cellule en deux, séparant ainsi le cytoplasme et les organites.  
   
Animations sur la mitose  
         
 
         
 
   
   

Méiose

 

La méiose est le type de division des cellules germinales qui produisent les gamètes (spermatozoïdes et ovocytes chez les animaux) lors de la reproduction sexuée. La méiose est une division réductionnelle puisqu'elle donne des cellules haploïdes à partir de cellules diploïdes. Elle permet également le brassage des gènes de sorte que chaque gamète est génétiquement différent de ses semblables. La méiose est en fait deux divisions successives. À partir d'une cellule germinale, on obtient 4 cellules filles contenant le même nombre de chromosomes, mais portant des combinaisons d'allèles différents.

 

 
méiose
 

Méiose

(http://www.windows.ucar.edu/earth/Life/images/genetics_meiosis_sm.sp.gif)

 

 
Meiose
 

Méiose (appuyez sur F5 pour relancer l'animation)

 

 

Prophase I

 

La prophase 1 se déroule tout comme pour la mitose : l'ADN passe de la forme chromatine à la forme chromosome, les nucléoles et l'enveloppe nucléaire disparaissent, chaque centrosome migre vers un pôle de la cellule et le cytosquelette de microtubules se réorganise pour former le fuseau mitotique.

 

 
prophase 1
 

Prophase 1

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Métaphase 1

 

Les chromosomes se déplacent vers l'équateur de la cellule pour former dans ce cas-ci une double plaque équatoriale. Les chromosomes sont alignés par paire. C'està partir de la fin de la prophase 1 et pendant la métaphase 1, lorsque les chromosomes holologues sont à proximité, qu'a lieu l'enjambement.

 

 
métaphase 1
 

Métaphase 1

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Anaphase 1

 

Les chromosomes se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Les chromatides soeurs demeurent attachées par le centromère. C'est à ce moment qu'a lieu la réduction du nombre de chromosomes dans les cellules filles.

 

 
anaphase 1
 

Anaphase 1

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Télophase 1

 

La télophase se déroule tout comme pour la mitose : les microtubules disparaissent, les chromatides sœurs commencent à se décondenser et l'enveloppe nucléaire ainsi que les nucléoles commencent à se reformer.

 

 
télophase 1
 

Télophase 1

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Méiose 2

 

Chacune des cellules de la première division (méiose 1) se divise une seconde fois selon le même principe que la mitose.

 

 

Prophase 2

 

L'ADN passe de la forme chromatine à la forme chromosome, les nucléoles et l'enveloppe nucléaire disparaissent, chaque centrosome migre vers un pôle de la cellule et le cytosquelette de microtubules se réorganise pour former le fuseau mitotique.

 

 
prophase 2
 

Prophase 2

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Métaphase 2

 

Les chromosomes se déplacent vers l'équateur de la cellule pour former la plaque équatoriale. Les chromosomes sont alignés selon leur centromère.

 

 
métaphase 2
 

Métaphase 2

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Anaphase 2

 

Les chromatides se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule.

 

 
anaphase 2
 

Anaphase 2

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 

Télophase 2

 

L'enveloppe nucléaire se reforme autour des chromosomes individuels. Le sillon de division sépare la cellule en deux. Il y a donc formation de deux cellules haploïdes à n chromosomes à deux chromatides à partir de chaque cellule ce qui donne 4 cellules haploïdes par méiose.

 

 
télophase 2
 

Télophase 2

(http://student.nu.ac.th/u46410023/lesson2.htm)

 

 
Vue d'ensemble de la méiose animale
 

Vue d'ensemble de la méiose animale (ovogenèse)

(Anne-Marie Bernier)

 

 
 
 
Animation sur la méiose
 

Animations sur la méiose

 

 

Enjambement (crossing over)

 

L'enjambement est un phénomène génétique qui a lieu lors de la méiose et qui contribue au brassage génétique lors de la reproduction sexuée. L'enjambement se produit lors de la prophase 1 et de la métaphase 1 de la méiose, lorsque les chromosomes homologues se chevauchent et échangent des fragments de chromatides, ce qui a pour résultat le brassage des allèles. Chaque paire de chromosomes réalise plusieurs enjambements durant la méiose, ce qui permet d'augmenter la variabilité génétique.

 

 
enjambement
 

Enjambement

(http://www.genomenewsnetwork.org/gnn_images/

whats_a_genome/crossing_over.jpg)

 
   
   
Exercice sur les divisions cellulaires (Anne-Marie Bernier)  
Exercice sur la mitose (Anne-Marie Bernier)