Thème 1A – Chapitre 2 : Les divisions cellulaires des eucaryotes

Plan du chapitre

Ce chapitre a été réalisé durant l’année scolaire 2019-2020 – dernière MAJ juin 2019.

• Introduction et problématique
• I – Les chromosomes, les supports de l’information génétique
• II –  Le cycle cellulaire, les différentes étapes de la vie cellulaire
• III – Deux grands types de divisions cellulaires chez les eucaryotes
• IV – La réplication semi-conservative de l’ADN
• Conclusion
• Exercices
• Pour aller plus loin

Introduction

Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Chez les eucaryotes, le matériel génétique est localisé dans le noyau des cellules. Lorsque les cellules se multiplient (en se divisant), le matériel génétique doit être réparti entre les cellules. Comment le matériel génétique est-il transmis lors de la multiplication cellulaire d’une part, et d’une génération à l’autre d’autre part ?

I – Les chromosomes, les supports de l’information génétique

Pb : Quel est le support des informations génétiques ?

L’existence de caractères hérités est connu depuis le milieu du XVIIIème siècle (lois de Mendel). Cependant, la découverte des chromosomes en 1882 n’a été relié qu’à son rôle de structure physique transmettant ces informations héréditaires au début du XXème siècle (1909).

Les chromosomes sont des structures universelles aux cellules eucaryotes. Dans une cellule eucaryote, le matériel génétique, constitué d’ADN, est organisé en chromosomes. Leur nombre et leur forme est spécifique / caractéristique de l’espèce et constitue le caryotype.

Les chromosomes ne sont pas visibles au microscope pendant toute la durée de vie d’une cellule. Chez les eucaryotes, les chromosomes subissent une alternance de condensation-décondensation au cours du cycle cellulaire.

Un peu d’anglais…Deux vidéos en anglais pour vous rappeler les principales caractéristiques des chromosomes et de  l’ADN !

II – Le cycle cellulaire, les différentes étapes de la vie cellulaire

Pb : Quelles sont les principales étapes de la vie d’une cellule ?

Le cycle cellulaire correspond aux différentes étapes de la vie d’une cellule :

• interphase : c’est la principale période de vie des cellules où elle effectue ses fonctions et prépare la mitose
  • G1 (growth 1 = croissance) : période de croissance où la cellule
  • S : période de réplication du matériel génétique, chaque chromosome passe d’une à deux chromatides (voir chap 3)
  • G2 (growth 2) : période de croissance où la cellule
• mitose ou division cellulaire

Schéma présentant les différents événements survenant pendant le cycle cellulaire (interphase et mitose).

III – Deux grands types de divisions cellulaires chez les eucaryotes

 

1) La mitose, une division cellulaire assurant le renouvellement cellulaire

Pb : Comment le matériel génétique est-il transmis lors de la division cellulaire ?

À chaque cycle de division cellulaire, chaque chromosome est dupliqué (en phase S de l’interphase) et donne un chromosome à deux chromatides, chacune transmise à une des deux cellules obtenues lors de la mitose. On dit que la reproduction conforme car toutes les caractéristiques du caryotype de la cellule parentale (nombre et morphologie des chromosomes) sont conservées dans les deux cellules filles.

La mitose se déroule en 4 phases au cours desquelles les chromosomes se condensent, puis s’alignent, puis les chromatides sont séparées et deux cellules sont formées.

2) La méiose, une division cellulaire assurant la production des gamètes

Pb : Comment le matériel génétique est-il transmis d’une génération à l’autre ?

La méiose est un type de division cellulaire ne s’effectuant que dans les cellules à l’origine des gamètes (dans les organes reproducteurs dans eucaryotes pluricellulaires).

Une méiose est une suite ordonnée de deux divisions cellulaires qui fait passer une cellule initiale diploïde à 4 cellules-filles haploïdes.

Schéma présentant les différentes étapes de la méiose d’une cellule 2n=4 (source : esna)

 

Diploïde (en grec, di : double ; oïde : en forme de) signifie possédant des paires de chaque chromosome ; autrement dit 2 exemplaires de chaque chromosome. La cellule possède donc 2 allèles de chaque gène. S’abrège sous la forme 2n.

Haploïde (en grec, haplo : simple; oïde : en forme de) signifie possédant un seul exemplaire de chaque chromosome. La cellule possède donc 1 allèle de chaque gène. S’abrège sous la forme n.

Lors de la première division, dans une cellule diploïde (2n), les deux chromosomes de chaque paire, dits chromosomes homologues se séparent aux pôles de la cellule qui se sépare en 2. Chaque cellule-fille est alors diploïde et subit une 2^ème division.

Lors de cette 2^ème division, dans chaque cellule haploïde (n), les chromosomes s’alignent puis les chromatides se séparent aux pôles de la cellule qui se sépare en 2.

La méiose conduit à quatre cellules haploïdes, qui ont, chacune, la moitié des chromosomes de la cellule diploïde initiale.

IV – La réplication semi-conservative de l’ADN

 

Pb : Comment le matériel génétique est-il dupliqué/copié en deux copies identiques ?

            Avant une mitose, une cellule a deux fois l’intégralité de son matériel génétique. Chaque mitose est donc précédée d’une étape de réplication de l’ADN.

1) Une expérience historique pour comprendre la réplication de l’ADN

            Les travaux des scientifiques de Meselson et Stahl en 1958 ont permis de mettre en évidence le mécanisme de réplication de l’ADN.

            En travaillant sur la bactérie Escherichia coli et avec des substances de différente densité (N lourd et N léger), les scientifiques ont montré que chaque molécule d’ADN fille contient un brin ancien (issu de la cellule-mère) et un brin nouveau (nouvellement synthétisé). Comme la moitié de l’ADN initial est conservé, on parle de réplication semi-conservative.

2) Les mécanismes de la réplication

            Lors de la réplication, les deux brins de la double hélice d’ADN sont séparés à plusieurs endroits de la molécule d’ADN, formant des yeux de réplication. Une enzyme, l’ADN polymérase, se fixe dans cette ouverture et utilise le brin existant comme modèle (= brin matrice) pour synthétiser un nouveau brin complémentaire. La molécule d’ADN mère est donc recopiée en deux molécules d’ADN filles identiques.

Schémas montrant les mécanismes de la réplication semi-conservative de l’ADN

Conclusion

Chez les eucaryotes, deux grands types de divisions cellulaires existent et implique une répartition du matériel génétique organisé, soit par en transmettre la totalité (mitose), soit une stricte moitié contenant tous les gènes (méiose). Ces divisions nécessitent sur un mécanisme essentiel de la molécule d’ADN : sa réplication.