Cycle de division cellulaire
Le cycle de division cellulaire : mitose et méiose
Une cellule copie d'abord son ADN, puis se divise : par mitose elle donne deux cellules identiques (croissance, réparation), par méiose elle donne quatre cellules à moitié moins de chromosomes, toutes différentes (gamètes).
Objectifs
- Définir chromosome, chromatide, centromère, cellule diploïde et haploïde, chromosomes homologues.
- Décrire les étapes du cycle cellulaire et l'évolution de la quantité d'ADN.
- Décrire les phases de la mitose et expliquer pourquoi elle conserve le caryotype.
- Décrire les deux divisions de la méiose et expliquer la réduction chromatique.
- Expliquer le rôle de la méiose et de la fécondation dans la diversité des individus.
1. Quelques mots indispensables
- Un chromosome est une molécule d'ADN associée à des protéines. Il possède une ou deux chromatides réunies au niveau du centromère.
- Deux chromosomes homologues ont la même taille, la même forme et portent les mêmes gènes ; l'un est d'origine paternelle, l'autre d'origine maternelle.
- Une cellule diploïde (\(2n\)) possède des paires de chromosomes homologues ; chez l'être humain, \(2n = 46\). Une cellule haploïde (\(n\)) ne possède qu'un chromosome de chaque paire : les gamètes humains ont \(n = 23\).
Qu'est-ce que deux chromosomes homologues ?
2. Le cycle cellulaire
Le cycle cellulaire est la suite des étapes entre la naissance d'une cellule et sa propre division :
flowchart LR A[G1 croissance] --> B[S replication de l ADN] B --> C[G2 preparation] C --> D[Mitose] D --> A
- Phase G1 : la cellule grandit et fonctionne ; ses chromosomes ont une seule chromatide.
- Phase S : l'ADN est répliqué (copié). Chaque chromosome passe à deux chromatides identiques : la quantité d'ADN double.
- Phase G2 : la cellule se prépare à se diviser.
- Mitose (phase M) : les chromatides sont réparties entre deux cellules filles, puis le cytoplasme se partage (cytocinèse).
Les phases G1, S et G2 forment l'interphase. Suis l'évolution de la quantité d'ADN dans une cellule pendant un cycle.
En G1, chaque chromosome a une chromatide : la cellule contient une quantité d'ADN notée q.
En phase S, l'ADN est répliqué : la quantité passe progressivement de q à 2q.
En G2, la quantité reste à 2q : chaque chromosome a maintenant deux chromatides.
À la fin de la mitose, les chromatides sont séparées entre deux cellules : chaque cellule fille retrouve la quantité q.
Pendant quelle phase la quantité d'ADN d'une cellule double-t-elle ?
3. La mitose : faire deux copies conformes
La mitose est une division continue que l'on découpe en quatre phases :
- Prophase : les chromosomes, à deux chromatides, se condensent et deviennent visibles ; l'enveloppe du noyau disparaît ; le fuseau de division se forme.
- Métaphase : les chromosomes s'alignent au milieu de la cellule, sur la plaque équatoriale, les centromères accrochés au fuseau.
- Anaphase : les centromères se séparent et les deux chromatides de chaque chromosome migrent vers les pôles opposés (ascension polaire).
- Télophase : à chaque pôle, les chromosomes à une chromatide se décondensent et un noyau se reforme ; puis le cytoplasme se divise (étranglement chez la cellule animale, nouvelle paroi chez la cellule végétale).
Exemple résolu : compter chromosomes et chromatides
Une cellule humaine (\(2n = 46\)) entre en mitose. Donne le nombre de chromosomes et de chromatides en G1, en métaphase, en anaphase (dans toute la cellule) et dans chaque cellule fille. Cherche d'abord.
Au microscope, on voit des chromosomes alignés au centre de la cellule. De quelle phase s'agit-il ?
4. La méiose : fabriquer des gamètes
La méiose se produit dans les organes reproducteurs (testicules, ovaires ; anthères et ovules chez les plantes à fleurs). Elle comprend une seule réplication de l'ADN suivie de deux divisions successives.
Méiose I : la division réductionnelle
- Prophase I : les chromosomes homologues s'apparient deux à deux et forment des bivalents ; des échanges de portions de chromatides peuvent avoir lieu entre homologues (crossing-over, visibles sous forme de chiasmas).
- Métaphase I : les bivalents s'alignent sur la plaque équatoriale.
- Anaphase I : les chromosomes homologues se séparent ; chacun, encore à deux chromatides, part vers un pôle.
- Télophase I : deux cellules haploïdes (\(n\)) se forment, avec des chromosomes à deux chromatides.
Méiose II : la division équationnelle
Elle ressemble à une mitose : dans chacune des deux cellules, les chromatides se séparent. On obtient quatre cellules haploïdes à chromosomes à une chromatide.
Suis la méiose d'une cellule simplifiée qui n'a qu'une paire de chromosomes (\(2n = 2\)) : en bleu le chromosome d'origine paternelle, en orange celui d'origine maternelle.
Méiose I : les deux chromosomes homologues, chacun à deux chromatides, se séparent. On obtient deux cellules haploïdes (n = 1) : c'est la réduction du nombre de chromosomes.
Méiose II : dans chaque cellule, les deux chromatides se séparent. On obtient quatre cellules haploïdes dont les chromosomes n'ont plus qu'une chromatide.
Exemple résolu : l'ADN pendant la méiose
Une cellule mère de gamètes contient 12 unités arbitraires d'ADN en G1. Donne la quantité d'ADN après la phase S, à la fin de la méiose I (par cellule) et dans chaque gamète. Cherche d'abord.
Voir la solution
Après la phase S : \(12 \times 2 = 24\) unités. À la fin de la méiose I, chacune des deux cellules reçoit la moitié : \(\frac{24}{2} = 12\) unités (mais \(n\) chromosomes à deux chromatides). Dans chaque gamète, après la méiose II : \(\frac{12}{2} = 6\) unités, soit la moitié de la quantité d'une cellule en G1.
Au cours de quelle phase les chromosomes homologues se séparent-ils ?
5. Mitose et méiose : rôles et comparaison
La méiose produit des gamètes génétiquement différents grâce à deux brassages :
- le brassage intrachromosomique : en prophase I, les crossing-over échangent des portions de chromatides entre homologues et créent de nouvelles combinaisons de gènes sur un même chromosome ;
- le brassage interchromosomique : en anaphase I, chaque paire d'homologues se sépare au hasard, indépendamment des autres paires.
Exemple résolu : combien de gamètes différents ?
Sans tenir compte des crossing-over, combien de combinaisons de chromosomes différentes un être humain (\(n = 23\) paires) peut-il produire dans ses gamètes ?
| Critère | Mitose | Méiose |
|---|---|---|
| Cellules concernées | Cellules du corps (somatiques) | Cellules mères des gamètes |
| Nombre de divisions | Une | Deux |
| Cellules obtenues | Deux, diploïdes (\(2n\)) | Quatre, haploïdes (\(n\)) |
| Information génétique | Identique à la cellule mère | Différente d'une cellule à l'autre |
| Rôle | Croissance, renouvellement, cicatrisation | Formation des gamètes, diversité |
Laquelle de ces propositions est vraie ?
Récapitulatif
- Le cycle cellulaire comprend l'interphase (G1, S, G2) et la mitose ; la quantité d'ADN double en phase S.
- Mitose : prophase, métaphase, anaphase, télophase ; deux cellules filles identiques, \(2n\) donne \(2n\).
- Méiose : une réplication puis deux divisions ; la méiose I sépare les homologues (\(2n\) donne \(n\)), la méiose II sépare les chromatides ; quatre cellules haploïdes.
- Brassages intrachromosomique (crossing-over) et interchromosomique (séparation au hasard des paires) : gamètes tous différents.
- La fécondation rétablit la diploïdie ; méiose et fécondation assurent la stabilité du caryotype et la diversité des individus.
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