la division cellulaire - mitose -

Mitose

La division cellulaire est le processus par lequel la cellule se reproduit, et c'est la base de la perpétuation de la vie.
La division cellulaire

crée une progéniture identique au parent chez les organismes unicellulaires
est responsable de la croissance chez les organismes pluricellulaires.
est responsable du développement chez les organismes pluricellulaires.
est responsable de la réparation chez les organismes pluricellulaires.

Le processus de division cellulaire est complexe puisque la cellule requiert une duplication exacte et une division égale de l'ADN qui contient la programmation génétique de la cellule (le génome).

La reproduction bactérienne
Les procaryotes, cellules sans noyaux, se reproduisent par un mode de division cellulaire appelé fission binaire ou scissiparité.

Premièrement deux copies du chromosome circulaire sont produites et s'attachent à la membrane cellulaire.
La croissance de la membrane cellulaire sépare les deux chromosomes dupliqués.
Il y a ensuite une invagination de la membrane entre les deux chromosomes séparés
Une paroi cellulaire se développe ainsi créant deux cellules identiques.

Ce processus est illustré à la figure 11.3 du manuel.
Les chromosomes eucaryotes : introduction

Le génome des eucaryotes est beaucoup plus complexe que celui des procaryotes. La duplication et la division des plusieurs milliers de gènes chez les eucaryotes requiert un processus très précis.
Le fait que ces gènes soient regroupés sur des chromosomes simplifie beaucoup leur distribution durant la division cellulaire.
Chaque espèce à un nombre précis et spécifique de chromosomes dans les cellules somatiques : les cellules reproductives (spermatozoïdes et ovules) ont la moitié du nombre de chromosomes.

Chaque chromosome est une longue molécule d'ADN avec des protéines associées qui aident à maintenir la structure du chromosome et contrôle l'activité des gènes.

Le complexe ADN-protéines, appelé chromatine, est replié et enroulé.
Avant la division cellulaire la cellule fait une copie de son génome complet en dupliquant chaque chromosome.
Chaque chromosome répliqué consiste en deux chromatides sœurs reliés ensembles à une région spécialisée nommée centromère.
Les deux chromatides sœurs se séparent durant la mitose (division cellulaire).
Ensuite le cytoplasme se divise durant le cytocinèse ce qui produit deux cellules filles génétiquement identiques.

Quelques définitions
1. Chromosomes : structures nucléaires en forme de bâtonnets, visibles durant la division cellule (mitose ou méiose), et qui sont des suites de gènes alignés. (ADN)
2. Chromatine : substance nucléaire visible durant l'interphase (aucune division cellule) et qui se transforme en chromosome durant la division cellule.
3. Chromatide sœur : une des moitiés longitudinales d'un chromosome dupliqué.
4. Centromère : région amincie sur un chromosome où les deux chromatides sœurs sont liés ensembles.
5. Chromosomes Homologues : paire de chromosomes, chacun porteur des mêmes loci de gènes. S'assemblent durant la prophase de méiose.

Comme exemple, suivons le cycle biologique humain afin de mieux comprendre la transmission des chromosomes durant la division cellulaire.
Chaque cellule humaine contient 46 chromosomes.
23 viennent du père
23 viennent de la mère
Les 46 chromosomes sont assemblés dans le noyau d'une cellule après qu'un spermatozoïde (23 chromosomes) se fusionne avec l'ovule (23 chromosomes). Ce processus de fécondation crée le zygote qui a 46 chromosomes. La mitose produit ensuite les milliers de cellules somatiques qui composent le corps humain.
Les cellules sexuelles (spermatozoïdes et ovules) sont produites par le processus de méiose qui produit de cellules filles non identiques et qui contiennent deux fois moins de chromosomes qui la cellule mère. La méiose se fait seulement dans les organes reproducteurs.
La cellule-mère qui a un nombre pair de chromosome est diploïde (2n)
Les gamètes qui ont la moitié de chromosomes de la cellule mère sont haploïdes (n)
Nous reviendrons à ce concept de diploïde et haploïde dans le prochain chapitre sur la méiose.
Deux types de division cellulaire
1. Mitose : le noyau se divise pour produire 2 cellules avec le même nombre de chromosomes que la cellule mère.
2. Méiose : division de cellule qui réduit le nombre de chromosomes en moitié pour produire des gamètes (cellules sexuelles)

2. Méiose : division de cellule qui réduit le nombre de chromosomes en moitié pour produire des gamètes (cellules sexuelles)
Le cycle cellulaire
Le cycle cellulaire comprend la mitose, durant laquelle les chromosomes sont séparés et le cytoplasme est divisé, et l'interphase, durant laquelle la majorité de la croissance cellulaire, des activités métaboliques et la réplication des chromosomes se fait.
La durée typique du cycle pour une cellule animale typique est de 18-24 heures, pour une cellule végétale environ 10-30 heures.

Le cycle cellulaire est représenté dans la figure 11.5 et la figure ci-jointe.
L'interphase représente environ 90% de la durée du cycle.
Le cycle cellulaire comprend donc :
1- L'interphase, qui comprend :

La phase G1 (G pour gap ou lacune) : lacune pré-réplication, croissance cellulaire
La phase S (Synthèse de l'ADN) : duplication des chromosomes, la quantité d'ADN double
La phase G2 : lacune post-réplication, la cellule se prépare pour la division

2- La mitose (M) qui comprend les étapes suivantes :
Prophase
Prométaphase
Métaphase
Anaphase
Télophase

Cytocinèse
Un exemple de la durée d'un cycle de 24 heures. Remarquez que la mitose représente qu'une petite part de ce cycle.
G1 : 10 heures
G2 : 4 heures
S : 9 heures
M : 1 heure
Durant l'interphase les chromosomes ne sont pas visibles,
- ils apparaissent comme des petits fils minces, non-condensés.

La mitose représente l'étape du cycle cellulaire durant laquelle les chromosomes et la cellule se divisent.

Structure et fonction du fuseau de division
Le fuseau mitotique ou le fuseau de division est fait de fibres de microtubules associés à des protéines. Ce sont les centrosomes qui organisent le fuseau. Une paire de centrioles fait partie du centrosome chez les cellules animales, chez les cellules végétales les centrioles ne sont nécessaires au fonctionnement du centrosome.
1) Fuseau achromatique : l'ensemble de tous les microtubules impliqués dans la séparation des chromosomes ou chromatides sœurs.
2) Kinétochores : structure spécialisée sur les chromatides où se lient les microtubules kinétochoriens
3) Microtubules kinétochoriens : microtubules produits par les centrioles qui s'attachent au kinétochores et qui ont la fonction de tirer les chromatides vers les pôles.
4) microtubules polaires : microtubules produits par les centrioles qui vont d'un pôle à l'autre et qui aident à la croissance de la cellule en division.

Le centrosome se duplique durant l'interphase
Durant la prophase et la prométaphase les deux centrosomes migrent vers les pôles opposés de la cellule tout en fabriquant les fibres du fuseau.
À la fin de la prométaphase certains fibre s'attachent au kinétochores de chaque chromatide.
Les microtubules tirent les chromosomes à la plaque équatoriale de la cellule à la métaphase.
Le centromère de chaque chromosome se divise à l'anaphase et les chromatides sœurs se séparent (maintenant considérés comme étant des chromosomes puisqu'elles sont séparées) et se rendent aux pôles de la cellule.

La cytocinèse
Durant la télophase les noyaux se forment et la cytocinèse divise la cellule allongée. Un sillon de division, une invagination de la surface cellulaire à la région centrale de la cellule, se forme et un anneau contractile de microfilaments commence à se contracter. Le sillon de division devient plus profond jusqu'à ce que deux nouvelles cellules complètes soient séparées.
Dans les cellules végétales, une plaque cellulaire se forme durant la télophase à l'équateur de la cellule mère (figure 11.11). La plaque est formée par la fusion de vésicules provenant de l'appareil de Golgi. Les deux bords de la membrane ainsi formée se joignent à la membrane cellulaire complète de chaque cellule pour former deux cellules-filles. Une nouvelle paroi cellulaire est produite entre ces deux membranes.
Le cycle cellulaire complet

Les étapes de la mitose sont présentées à la figure 11.6. Ce texte présente qu'un bref résumé des étapes importantes de chaque phase. Vous devez savoir ce qui se passe à chacune des étapes.
1- INTERPHASE-

G1- lacune de présynthèse
S - synthèse de l'ADN (doublement de l'ADN)
G2- lacune post synthèse

Les membranes nucléaires sont évidentes.
Le nucléole est visible.
Les chromosomes ne sont pas sous forme distincte, mais plutôt en filaments.
La réplication de l'ADN se fait durant la phase S
La réplication de l'ADN veut sire que chaque chromosome se double c'est-à-dire aura deux chromatides.

2- MITOSE
A- PROPHASE-
a) DÉBUT PROPHASE-
Les centrioles (toujours en paires) commencent à se diriger vers les pôles.
Les chromosomes sont en forme de longs filaments.
Le nucléole commence à disparaître.
b) MI-PROPHASE-
Les centrioles se rendent plus proche aux pôles.
Les asters commencent à se former.
Les chromosomes à deux chromatides deviennent visibles.

c) FIN-PROPHASE-
Les centrioles rejoignent les pôles.
Le fuseau achromatique (ou mitotique) commence à se former.
Les kinétochores se forment aux centromères de chaque chromosome, et se dirigent vers les microtubules du fuseau achromatique.

La membrane nucléaire commence à disparaître.
Le nucléole est disparut.
B- METAPHASE-
La membrane nucléaire est disparut.
Les kinétochores des centromères de chaque chromosome à deux chromatides se joignent aux microtubules du fuseau mitotique.
Les chromosomes sont enlignés sur la plaque équatoriale de la cellule.

C- ANAPHASE-
a) DÉBUT ANAPHASE-
Les centromères se sont séparés, et commencent à migrer vers les pôles opposés de la cellule.
b) FIN ANAPHASE-
Les deux ensembles de chromosomes simples (à un chromatide) approchent leur pôle respectif.
La cytocinèse commence.
D- TELOPHASE-
Une nouvelle membrane nucléaire se forme.
Les chromosomes deviennent moins distincts, plus minces et allongés.
Le nucléole réapparaît.
Les centrioles se divisent.
La cytocinèse est presque complète.
Le schéma suivant démontre les étapes de la mitose animale. Remarquez en particulier la forme et la position des chromosomes.

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