THEME 1 :
TRANSMISSION, VARIATION ET EXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE
CHAPITRE 1 : LES DIVISIONS CELLULAIRES DES EUCARYOTES
La cellule est l’unité de structure et de fonctionnement des êtres vivants.
Une cellule eucaryote est une cellule possédant des organites dont un noyau qui contient l’information génétique portée par la molécule d’ADN contenue dans les chromosomes.
➢ Comment passe-t-on d’une cellule-œuf à un être vivant formé de plusieurs milliards de cellules ?
➢ Comment se transmet et se conserve l’information générique au cours des divisions cellulaires ?
➢ Comment se forment les gamètes permettant la reproduction sexuée ?
I. CHROMOSOMES ET CARYOTYPE
Un être vivant à reproduction sexuée est constitué de deux grandes lignées de cellules : - Les cellules somatiques qui forment l’essentiel de ses organes
- Les cellules germinales qui ont pour fonction de produire les gamètes ou cellules reproductrices
1. Caryotype de cellules somatiques
● Les chromosomes peuvent être classés sous forme d’un caryotype : représentation ordonnée des chromosomes d’une cellule observée au microscope électronique.
● Dans le caryotype, on classe les chromosomes selon leur taille et par paire : nos cellules sont des cellules diploïdes : cellule possédant 2 exemplaires de chaque chromosome. On note conventionnellement leur nombre de chromosomes par 2n.
● Toutes les cellules somatiques d’un organisme possèdent le même caryotype.
● Le caryotype est caractéristique d’une espèce : chez l’homme : 46 chromosomes ou 23 paires de chromosomes = 2n = 46 chromosomes
● Toutes les cellules somatiques d’un organisme sont issues d’une cellule unique : cellule œuf à la suite de divisions successives très nombreuses. Elles possèdent toutes initialement la même information génétique portée par l’ADN contenu dans les chromosomes.
Ces divisions doivent conserver le nombre de chromosomes présents dans les cellules à chaque division : c’est la mitose.
2. Caryotype de cellules germinales
Nous possédons aussi des cellules germinales dont le rôle est la fabrication de nos gamètes également par divisions cellulaires.
Les gamètes possèdent 1 seul exemplaire de chaque chromosome : ce sont des cellules haploïdes. On note conventionnellement leur nombre de chromosomes par n.
Ces gamètes sont formés à partir d’une cellule germinale par une division cellulaire qui divise par deux le nombre de chromosomes présents dans la cellule : la méiose qui est donc une division cellulaire non conforme.
II. LES CHROMOSOMES AU COURS DU CYCLE CELLULAIRE 1. La notion de cycle cellulaire
Deux divisions cellulaires successives d’une cellule sont séparées par une période de « repos » appelée interphase.
Une interphase suivie d’une division cellulaire forme un cycle cellulaire.
Les chromosomes sont visibles sous forme de bâtonnets épais pendant la division cellulaire mais pas pendant l’interphase.
2. L’aspect des chromosomes au cours du cycle cellulaire : Doc 1b Nathan p 28
Division : Aspect en bâtonnets épais, doubles : chromosomes à deux chromatides, visibles au microscope optique
Interphase :
• fins filaments d‘ADN associés à des protéines : collier de perles visibles seulement au microscope électronique
• 3 phases :
→ G1 : une seule chromatide = une seule molécule d’ADN pour chaque chromosome
→ S : une deuxième chromatide est formée pour chaque chromosome qui contient alors 2 molécules d’ADN : phase de synthèse d’ADN.
→ G2 : deux chromatides pour chaque chromosome donc 2 molécules d’ADN.
Bilan :
Lorsque la cellule se divise, des chromosomes à deux chromatides deviennent visibles grâce à une très forte condensation de la chromatine.
Les chromosomes sont décondensés au cours de l’interphase, phase au cours de laquelle la cellule ne se divise pas. Pendant l’interphase, chaque chromosome se refabrique une deuxième chromatide.
III. LA DIVISION CELLULAIRE DES CELLULES SOMATIQUES : LA MITOSE OU DIVISION CELLULAIRE CONFORME
La mitose est le processus par lequel une cellule mère (initiale) donne naissance à deux cellules filles identiques. C’est une reproduction conforme qui conserve toutes les caractéristiques du caryotype.
1. Les différentes phases de la mitose : TP
• La prophase (du grec pro : en avant)
Les chromosomes commencent à se condenser, ils deviennent visibles dans la cellule. Les chromosomes possèdent chacun deux chromatides.
Entre les deux pôles de la cellule, apparition d’un fuseau mitotique = fuseau de division.
L’enveloppe nucléaire se déchire et les chromosomes peuvent s’attacher sur les fibres du fuseau de division.
• La métaphase (du grec méta : transformation)
Les chromosomes continuent leur condensation : ils sont de plus en plus épais.
Les chromosomes sont alignés au centre de la cellule et attachés au fuseau de division par leur centromère. Ils forment une figure appelée plaque équatoriale.
• L’anaphase (du grec ana : en haut)
Les chromatides de chaque chromosome se séparent au niveau des centromères, formant deux lots de chromosomes à une chromatide qui migrent vers les deux pôles de la cellule. Les chromosomes, lors de leur migration, sont attachés sur des fibres du fuseau de division
• La télophase (du grec telos : fin)
Chaque lot de chromosomes à une chromatide arrive à un pôle de la cellule et se décondense.
Une enveloppe nucléaire se forme autour de chaque lot et achève ainsi la formation de deux noyaux fils, ce qui marque la fin de la mitose. Le fuseau mitotique disparaît.
2. Les variations de la quantité d’ADN au cours d’un cycle cellulaire mitotique :
Lors de l’interphase :
Les chromosomes sont décondensés et passent de chromosomes à une chromatide à des chromosomes à 2 chromatides. Il y a doublement de la quantité d’ADN en phase S.
Lors de la mitose :
Les chromosomes à 2 chromatides se condensent et lors de l’anaphase il y a division par 2 de la quantité d’ADN présente dans la cellule car séparation des 2 chromatides de chaque
chromosome.
Bilan : Une cellule mère possédant n paires de chromosomes homologues à 2 chromatides (chromosomes doubles) en début de mitose donne 2 cellules filles possédant chacune également n paires de chromosomes mais à une chromatide (chromosomes simples).
Il y a donc conservation du nombre de chromosomes mais division par deux du nombre de chromatides et donc de la quantité d’ADN.
3. Le mouvement des chromosomes lors de la mitose : Nathan p 29/32
Lors des divisions cellulaires, les chromosomes sont en mouvement à l’intérieur de la cellule.
Ces mouvements sont permis par un ensemble de protéines qui forment le fuseau de division : fuseau mitotique.
En mitose, les protéines du fuseau se fixent au centromère des chromosomes à deux chromatides et permettent la séparation des chromatides en deux lots.
Schéma bilan : livre page 32
IV. LA DIVISION CELLULAIRE DES CELLULES GERMINALES FORMANT LES GAMETES : LA MEIOSE
La méiose est la succession de deux divisions cellulaires précédée comme toute division d'un doublement de la quantité d'ADN (réplication).
Dans son schéma général, elle produit quatre cellules haploïdes à partir d'une cellule diploïde.
1. Le déroulement de la méiose
a/ La première division de méiose
Elle réduit le nombre de chromosomes en séparant les deux chromosomes homologues de chaque paire.
L’enveloppe nucléaire disparait et les chromosomes se condensent comme lors d'une mitose, ils deviennent donc visibles en microscopie optique (prophase 1).
Les chromosomes de chaque paire, constitués chacun de deux chromatides, s'accolent étroitement sur toute leur longueur, centromère contre centromère. Ils s’alignent ensuite sur le plan équatorial de la cellule (métaphase 1).
Contrairement à ce qui se produit lors d'une mitose, il n'y a pas séparation des chromatides constituant chaque chromosome mais séparation des chromosomes de chaque paire, constitués chacun de deux chromatides (anaphase 1).
À chaque pôle de la cellule se rassemblent donc n chromosomes à deux chromatides. Les deux cellules filles s’individualisent sans reconstitution du noyau (télophase 1).
Bilan : Le nombre de chromosomes est donc passé de 2 n chromosomes à 2 chromatides à n chromosomes à 2 chromatides : les gamètes sont des cellules haploïdes : possédant 1 exemplaire de chaque type de chromosome.
b/ La seconde division de méiose
Elle suit immédiatement la première division dont elle n'est pas séparée par une interphase. Il s’agit globalement d’une mitose classique.
Les deux chromatides de chaque chromosome se séparent puis migrent aux pôles cellulaires (anaphase 2) puis les chromosomes se décondensent en même temps que se reconstitue l’enveloppe nucléaire (télophase 2). Les quatre cellules filles s’individualisent.
2. Variation de la quantité d’ADN au cours d’une méiose
• Interphase avant la première division de méiose : doublement de la quantité d’ADN
• Première division de méiose : division par 2 de la quantité d’ADN dans chaque cellule. Cellule diploïde → 2 cellules haploïdes
• Pas d’interphase entre les deux divisions
• Deuxième division de méiose : séparation des chromatides de chaque chromosome et donc de nouveau division par 2 de la quantité d’ADN dans chaque cellule.
Bilan :
A l’issue de la méiose, une cellule diploïde a produit typiquement 4 cellules haploïdes à n chromosomes à une chromatide. Chaque gamète possède la moitié des chromosomes et la moitié des chromatides de la cellule germinale initiale. Chez l’Homme, la méiose produit uniquement les gamètes. Les gamètes issus de la méiose ne se divisent pas.
3. Le mouvement des chromosomes lors des divisions cellulaires : Nathan p 29/32 Lors de la méiose, comme lors de la mitose, ces mouvements sont permis par un ensemble de protéines qui forment le fuseau de division : fuseau méiotique.
En première division de méiose, les protéines du fuseau permettent la séparation des chromosomes de chaque paire.
En seconde division de méiose, comme en mitose, les protéines du fuseau se fixent au centromère des chromosomes à deux chromatides et permettent la séparation des chromatides en deux lots.
