Objectifs

• Décrire le chromosome, le caryotype et distinguer cellules diploïdes \((2n)\) et haploïdes \((n)\).
• Expliquer le cycle cellulaire et la réplication semi-conservative de l'ADN.
• Décrire les phases de la mitose et montrer qu'elle assure une reproduction conforme.
• Décrire la méiose et expliquer les brassages inter- et intrachromosomiques.
• Montrer que la fécondation rétablit la diploïdie et augmente la diversité génétique.

1. Chromosomes et caryotype

Notions clés

L'ADN (acide désoxyribonucléique) porte l'information génétique sous forme de gènes. Pendant la division, il se condense en chromosomes visibles au microscope.

• Un chromosome peut avoir une chromatide (avant la réplication) ou deux chromatides sœurs identiques reliées par un centromère (après la réplication).
• Les deux chromosomes d'une paire sont dits homologues : mêmes gènes au même endroit, mais versions (allèles) parfois différentes.
• Le caryotype est la photographie des chromosomes d'une cellule, classés par paires. Chez l'être humain : \(2n = 46\), soit 23 paires dont une paire de chromosomes sexuels (XX chez la femme, XY chez l'homme).
• Une cellule diploïde \((2n)\) possède des paires de chromosomes (cellules du corps) ; une cellule haploïde \((n)\) n'a qu'un chromosome de chaque paire (gamètes : spermatozoïde, ovule), soit \(n = 23\) chez l'humain.

Légende ce chromosome à deux chromatides (touche chaque zone) :

2. Le cycle cellulaire et la réplication de l'ADN

Notions clés

Le cycle cellulaire est la suite des événements entre deux divisions. Il comprend :

• l'interphase, la plus longue : phase G1 (croissance), phase S (synthèse : réplication de l'ADN), phase G2 (préparation de la division) ;
• la mitose (phase M), puis la séparation du cytoplasme.

flowchart LR
G1[G1 croissance] --> S[S replication ADN]
S --> G2[G2 preparation]
G2 --> M[M mitose]
M --> G1

Si on note \(Q\) la quantité d'ADN d'une cellule en G1, elle vaut \(2Q\) à la fin de la phase S, puis redevient \(Q\) dans chaque cellule fille après la mitose.

La réplication est semi-conservative : la double hélice s'ouvre, chaque brin sert de modèle, et l'ADN polymérase assemble un brin neuf en respectant la complémentarité des bases : A avec T, G avec C. Chaque nouvelle molécule contient un brin ancien et un brin neuf (démontré par Meselson et Stahl en 1958).

Exemple résolu : écrire le brin complémentaire

Un brin d'ADN a pour séquence ATGCCAGT. Écris le brin construit en face lors de la réplication. Cherche d'abord.

3. La mitose : une reproduction conforme

La mitose partage les deux chromatides de chaque chromosome entre deux cellules filles. Elle se déroule en quatre phases. Dévoile-les une par une (exemple d'une cellule à \(2n = 4\)) :

4. La méiose : fabriquer des gamètes tous différents

Deux divisions successives

Après une seule réplication, la cellule mère \((2n)\) se divise deux fois et donne quatre cellules haploïdes \((n)\).

• Méiose I (division réductionnelle) : en prophase I, les homologues s'apparient ; en anaphase I, ce sont les chromosomes homologues qui se séparent. On passe de \(2n\) à \(n\) chromosomes (à deux chromatides).
• Méiose II (division équationnelle) : comme une mitose, les chromatides sœurs se séparent. On obtient 4 cellules à \(n\) chromosomes à une chromatide.

flowchart LR
A[Cellule 2n] --> B[Replication]
B --> C[Meiose I separe les homologues]
C --> D[2 cellules n]
D --> E[Meiose II separe les chromatides]
E --> F[4 gametes n]

Les deux brassages

• Brassage interchromosomique (anaphase I) : chaque paire se sépare au hasard, indépendamment des autres. Avec \(n\) paires, on obtient \(2^n\) combinaisons de chromosomes possibles.
• Brassage intrachromosomique (prophase I) : les chromatides de deux homologues échangent des morceaux : c'est le crossing-over. Il crée de nouvelles associations d'allèles sur un même chromosome.

Exemple résolu : nombre de gamètes possibles

Combien de gamètes génétiquement différents peut produire la drosophile \((2n = 8)\), puis l'être humain \((2n = 46)\), par le seul brassage interchromosomique ? Cherche d'abord.

5. La fécondation et le cycle de développement

La fécondation est l'union d'un gamète mâle et d'un gamète femelle. La fusion des deux noyaux forme une cellule-œuf ou zygote diploïde :

Elle rétablit la diploïdie et ajoute du hasard : n'importe quel gamète d'un parent peut rencontrer n'importe quel gamète de l'autre. Puis le zygote se divise par mitoses pour donner un organisme entier.

Méiose et fécondation alternent donc dans le cycle de développement : chez l'humain (cycle diplophasique), seuls les gamètes sont haploïdes.

flowchart LR
A[Individu 2n] --> B[Meiose]
B --> C[Gametes n]
C --> D[Fecondation]
D --> E[Zygote 2n]
E --> F[Mitoses]
F --> A

Exemple résolu : diversité des zygotes

Par le seul brassage interchromosomique, combien de zygotes différents un couple humain peut-il théoriquement former ? Cherche d'abord.

Erreurs fréquentes

• Confondre chromatide et chromosome : on compte les centromères pour compter les chromosomes.
• Dire que la méiose I sépare les chromatides : elle sépare les homologues ; c'est la méiose II qui sépare les chromatides.
• Oublier que la réplication a lieu une seule fois, avant la méiose I.
• Croire que la mitose produit de la diversité : elle produit des cellules identiques.
• Calculer \(2 \times n\) au lieu de \(2^n\) pour le nombre de gamètes.

Récapitulatif

• Cellule diploïde \(2n\) (paires d'homologues), gamète haploïde \(n\) ; humain : \(2n = 46\).
• Cycle cellulaire : G1, S (réplication semi-conservative, \(Q \to 2Q\)), G2, mitose.
• Mitose : prophase, métaphase, anaphase, télophase ; 2 cellules identiques (reproduction conforme).
• Méiose : 2 divisions, 4 cellules \(n\) ; brassages inter- (\(2^n\) combinaisons) et intrachromosomique (crossing-over).
• Fécondation : \(n + n = 2n\), rétablit la diploïdie et amplifie la diversité.