THEME 1 : La terre la vie et l’organisation du vivant THEME 3 : corps humain et santé
Chapitre 1 : Les divisions cellulaires des eucaryotes Introduction :
Le cycle de développement d’un pluricellulaire : (activité 1)
• Toutes les cellules de l’organisme, (cellules somatiques) à l’exception des cellules
reproductrices, possèdent l’ensemble du programme génétique identique à la cellule œuf. Elles proviennent des divisions successives (MITOSES) d’une cellule œuf qui assurent la stabilité du patrimoine génétique de l’individu.
• Les cellules reproductrices proviennent, elles, d’une division particulière : la MEIOSE qui divise le patrimoine génétique par 2
Au cours de ce chapitre nous allons comparer ces 2 divisions qui rythment le cycle de développement des individus et permettent l’alternance de deux phases :
F DIPLOÏDE : les chromosomes sont présents PAR PAIRES dans les cellules,
on note 2n =
F HAPLOÏDE : les chromosomes NE SONT PAS PRESENTS PAR PAIRES dans les cellules,
On note : n=
La Meiose permet la formation de cellules haploïdes : les cellules reproductrices ou GAMETES La fécondation retablit la diploïdie en permettant la formation de la cellule œuf
La mitose maintient le caryotype au cours des divisions qui assurent la croissance et le renouvellement cellulaire
Homme adulte Femme adulte
Spermatozoïde
FECONDATION Cellule -oeuf
Ovule
23 Chromosomes
22 +X ou Y 23 Chromosomes
22 + X
La cellule œuf se divise par mitoses et donne un ensemble de cellules qui vont progressivement se différencier et s’organiser en tissus et organes…
… C’est le développement embryonnaire
46 Chromosomes 22 paires +
XX ou XY
I/ Du Chromosome à l’ADN
1. Notion de caryotype (- caryo = noyau ; -type = image) (&doc pages 24, 25) F l’ensemble des chromosomes d’une cellule ; le nombre de chromosomes est
caractéristique d’une espèce (humain : 46 = 23 paires)
On prends une photo d’une cellule en division, que l’on a fait éclater, puis on classe les chromosomes en fonction
- de leur taille - de leur forme
- de leur organisation
Dans toutes les cellules diploïdes les chromosomes sont présents par paires de chromosomes homologues :
- même taille
- même forme (position du centromère
Si on ajoute des colorant, on peut voir apparaître des bandes colorées qui indique une organisation identique
- mêmes gènes
Les chromosomes homologues portent les mêmes gènes*, au même locus*, et ce pour tous les membres de l’espèce.
F gène : portion de chromosome contenant les informations necessaires à la mise en place d’un caractère héréditaire
F locus : localisation d’un gène sur un chromosome. Sauf anomalie ce locus est constant pour toutes les cellules d’un organisme et tous les individus d’une même espèce.
2. Les chromosomes sont constitués d’ADN
• Définition
F Un chromosome : structure d’organisation de l’ADN (associé à des protéines) dans les cellules
• Mais l’ADN change d’aspect au cours de la vie de la cellule et ce que nous appelons un chromosome n’est clairement observable que lorsque la cellule se divise. C’est une forme condensée de l’ADN
2 chromatides
Locus d’un gène
= son « endroit », Son « lieu »
Les chromosomes bien observables dans la cellule qui se divise sont en quelque sorte des
« pelotes » d’ADN !
A l’état de chromatine, on peut repérer la localisation des chromosomes déroulés grâce à des techniques de coloration (FISH)*
*La technique très puissante de Fish (Fluorescent In-Situ Hybridization, qui signifie hybridation in situ en fluorescence) permet de colorer les chromosomes en fonction de leur séquence grâce à des sondes fluorescentes.
Localisation des différents chromosomes au sein de la chromatine
BILAN :
Chromosome (cellule en division) Chromatine (cellule hors période de division)
F Un chromosome est constitué d’ADN qui peut présenter différents états : - DEROULE dans la chromatine des cellules hors période de division
- CONDENSE (en « pelote ») dans les chromosomes des cellules en division
II/ les divisions cellulaires
Considérons un organisme pluricellulaire, un végétal chlorophyllien : l’ail des ours
Fleur : organes reproducteurs Mâle : étamine à grains de pollen Femelle : pistil à ovule
Extrémité racine : zone de croissance
Au niveau de l’extrémités des racines, des mitoses assurent la multiplication des cellules diploïdes, et donc la croissance (2n = )
Au niveau des fleurs, des méioses assurent la production de cellules reproductrices, haploïdes (n=)
4 cellules issues d’une méiose àgrains de pollen
2 cellules issues d’une mitose à multiplication des cellules
La reproduction des organismes unicellulaires 1 La mitose
a) La mitose assure
PB : comment la mitose parvient-elle à maintenir le caryotype des cellules d’une génération de cellules à la suivante
2 cellules filles, génétiquement identiques entre elles et à la cellule mère :
même quantité d’ADN (même nombre de chromosomes) ET
Même information (ADN identique) Le développement embryonnaire et la croissance des tissus
Le renouvellement des cellules
b) Observation de la mitose dans une racine d’ail TP2 activité 1(& page 26)
c) Et étudions la quantité d’ADN dans les cellules en division (& page24)
F Cycle cellulaire : évènements se déroulant dans la cellules entre 2 phases successives de division : G1 (G pour « Growth » croissance), S (pour Synthèse d’ADN, duplication), G2 (croissance), M (Mitose)
F Interphase : phase séparant 2 mitoses
d) On distingue plusieurs phases, au cours desquelles l’aspect des chromosomes change
INTERPHASE G1
ADN sous forme de
chromatine dans un noyau bien délimité
Quantité d’ADN : G1 : Q
S : X2 DUPLICATION G2 : 2Q
Chromosomes à une chromatide
décondensée
S Chromosomes à 2
chromatides décondensées
G2
Chromosomes à 2 chromatides décondensées à
MITOSE Prophase
ADN en condensation à les chromosomes
deviennent visibles, la mitose commence
Quantité d’ADN : 2Q
Chromosomes à 2 chromatides condensés
Métaphase
Les chromosomes se placent à l’équateur de la cellule, une chromatide de par et d’autre du plan équatorial (PE)
Quantité d’ADN : 2Q
Chromosomes à 2 chromatides au maximum de condensation
Anaphase
Les chromosomes se coupent en 2 au niveau du centromère, chaque
chromatide migre aux pôles opposés de la cellule Quantité d’ADN : 2Q (Q+Q)
Chromosomes à 2 chromatides séparées
Télophase
La cellule se coupe en 2, l’ADN se décondense et les noyaux se reconstituent Quantité d’ADN Q dans chaque cellule
Chromosomes à une chromatide en
décondensation dans chaque cellule ; Chromatine
Chromosomes visibles PE
e) Cycle cellulaire et Cycle des chromosomes (& page 28)
f) Un réseau de protéine facilite le déplacement des chromosomes : le fuseau mitotique &
page 29
ß Protéines du fuseau mitotique coloré en vert.
Exercice 1 page 36
F Cytosquelette : ensemble de molécules présentes dans le cytoplasme des cellules et assure sa forme, son organisation (position des organites), et les déplacements internes.
Par exemple les fibres du fuseau s’accrochent au centromère par l’intermédiaire de ses protéines et assurent les déplacements des chromosomes au cours de la mitose.
BILAN & page 30
Exercice, 6 page 39, 3 page 37 La mitose assure le maintien du nombre des chromosomes de la cellule mère aux cellules filles en séparant les chromatides formées pendant la phase S où l’ADN est X2 C’est une reproduction CONFORME
2. La méiose
• La méiose assure la production des gamètes : exemple chez l’humain
• Observation méiose d’étamine TP2 activité 2 &page 27
On note que la méiose
- Produit 4 cellules haploïdes (les gamètes) à partir d’une cellule diploïde
- Est composée de 2 divisions
successives - précédées d’une seule duplication.
&Exercice 2 page 36
Les zooms a, b, c, d montrent des cellules en division, observons les différentes phases.
La première division
Observation 1
En prophase les chromosomes homologues s’associent par paires (ils s’apparient)
ce sont ces « tétrades » ou « bivalents » (couple d’homologues) qui vont se déplacer dans la cellule au cours de la méiose 1 et se séparer en anaphase 1
Observation 2
En anaphase 1, les fibres du fuseau agissent sur les chromosomes homologues de chaque paire et les séparent. Ils migrent aux pôles opposés de la cellule
La deuxième division
Dans chaque cellule, les chromatides de chaque chromosome sont séparées et migrent aux pôles opposés de la cellule.
On obtient 4 cellules haploïdes (n chromosomes) avec un chromosome de chaque paire n à n (On parle de méiose « équationnelle » )
…mais à une chromatide. La quantité d’ADN a été divisée par 2
Ainsi, la méiose 1 produit 2 cellules haploïdes (n chromosomes) contenant chacune 1 chromosome de chaque paire.
Le nombre de chromosome a été divisé par 2 : 2n à n
(On parle de méiose « réductionnelle ») Mais la quantité d’ADN est revenue à la quantité de départ
• Tableau bilan
Légendes : (A : haploïde/diploïde ; B : nombre de chromosomes ; C nombre de chromatides par chromosome)
Résultat : 2 cellules haploïdes contenant n chromosomes (1 de chaque paire) à 2 chromatides
Résultat : 4 cellules haploïdes contenant n chromosomes (1 de chaque paire) à 1 chromatide
BILAN & page 31
Méiose 1 (2n àn)
Méiose 2 (n àn) La méiose assure la production des cellules haploïdes (gamètes) - en séparant les chromosomes homologues en méiose 1 à 2 cellules haploïdes contenant 1 chromosome de chaque paire
- puis en séparant les chromatides de chaque chromosome en méiose 2 C’est une division non conforme
Mitose VS Méiose & page 33
Produit 2 cellules identiques et identiques à la
cellule mère Produit 4 cellules haploïdes, toutes différentes
&Exercice 4 page 37
&Exercice 5 page 38
3. Des anomalies dans le nombre des chromosomes : aneuploïdies
Une aneuploïdie consiste en une modification anormale du nombre de chromosomes d'une cellule, d'un organisme, par opposition à l'euploïdie. Ce terme couvre la polysomie avec trop de chromosomes, la monosomie quand un des chromosomes homologues manque, et la nullisomie quand la paire homologue a disparu.
a) Des polyploïdies (multiplication du nombre de paires de chromosomes)
Elles touchent le nombre global de chromosomes. C’est la présence dans la cellule de multiples (plus de deux, >2N) du nombre haploïde de chromosomes.
- Un accident de fécondation
La polyploïdie est l’accident de fécondation le plus fréquent dans l’espèce humaine (1 à 3% des ovules fécondés). Elles sont responsables de la majorité des avortements spontanés du premier trimestre de la grossesse. Certaines grossesses polyploïdes et en particulier chez l’homme les triploïdies et les tétraploïdies poursuivent leur évolution.
Triploïdie :
La cellule triploïde contient trois lots haploïdes de chromosome (3N=23x3=69 chromosomes). Elle résulte de la fusion d’un gamète diploïde avec un gamète normal. Il existe deux types de triploïdie soit :
• Par diandrie, le lot de chromosome surnuméraire est d’origine paternelle
• Par digynie, le lot de chromosome surnuméraire est d’origine maternelle
Les grossesses triploïdes sont en général repérées en cours de grossesse en raison des signes d’appel dont les plus fréquents sont :
• Un retard de croissance intra-utérin sévère souvent létal
• Une ventriculomégalie
• Les malformations sont variables et multiples.
Quelques grossesses triploïdes aboutissent à la naissance d’enfants à terme mais leur survie est en règle très brève de quelques semaines de vie sauf dans les cas de mosaïques (2N/3N), le tableau clinique est moins sévère et la survie prolongée. La mosaïque peut être absente des lymphocytes nécessitant la réalisation d’un caryotype sur fibroblastes ou HIS frottis buccal. C’est un diagnostic rare qu’il faut savoir évoquer devant un retard de croissance sévère, une asymétrie corporelle et la présence d’une syndactylie entre les doigts 3 et 4.
- Un accident de mitose
Une anomalie lors de la multiplication des cellules due à des anomalies de mise en place du fuseau mitotique (&exercice 3 page 37)
Certaines substances, comme la colchicine, bloquent la mise en place du fuseau et supprime la séparation des chromatides, la cellule ne se divise pas et le nombre total d’ADN dans la cellule double, chaque chromosome se retrouve à 2 exemplaires (2n à 4n)
Ce mécanisme est fréquent chez les plantes et à l’origine de la création de nouvelles espèces
b) Des anomalies chromosomiques : trisomies (un chromosome surnuméraire), monosomies (il manque un chromosome)
• Trisomies
Même si ces anomalies peuvent avoir une origine paternelle ou maternelle…
L’âge maternel est le seul facteur dont le lien avec les anomalies chromosomiques de nombre (les
aneuploïdies) est reconnu sans équivoque.
Les non-disjonctions dépendantes de l’âge maternel intéressent l’ensemble des chromosomes (autosomes et gonosomes). Les plus représentatives sont constituées par les trisomies des chromosomes 13, 15, 16, 18 et 21, pour lesquelles l’origine maternelle du chromosome surnuméraire est largement prépondérante (93 % pour les trisomies 18 et 21 ; 100 % pour la trisomie 16)
L’effet de l’âge maternel porterait sur la dégradation de facteurs cellulaires nécessaires à la formation et au fonctionnement du fuseau méiotique
• Monosomies
Dans ce cas ce sont des anomalies lors de la formation des gamètes, - non séparation des chromosomes homologues en méiose 1
- non séparation des chromatides en méiose 2
On connaît de nombreux cas de trisomies qui peuvent toucher des chromosomes non sexuels (21, 18, 13 …) ou sexuels (XXY, XXX, XYY)
Dans l’espèce humaine toutes les monosomies sont létales sauf la monosomie sexuelles (X0) (syndrome de Turner)
Fécondation avec un gamète normal Cellule Trisomique Monosomique
œuf Trisomique Monoso. Normales
Des études réalisées ont pu montrer la responsabilité du fuseau de division dans ces anomalies.
L’atrazine est un pesticide couramment utilisé en agriculture et se retrouvant en quantité significative dans le milieu marin. L’étude a été réalisée sur des aneuploïdie observée chez les huitres.
PB : comment l’ADN est-il dupliqué en phase S ?
