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La division cellulaire. - Mitose. Unité - Méiose. Biodiversité

I - LA MITOSE Le cycle de division cellulaire consiste en une alternance de phases de réplication de

l’ADN et de mitose, séparées par des phases intermédiaires, permettant dans un premier

temps la duplication de l’ADN (copie à l’identique), puis la séparation des deux stocks

de chromosomes identiques, et enfin la séparation en deux cellules distinctes.

L’ensemble réplication et phases intermédiaires est appelé l’interphase. La phase de

séparation des chromosomes et de formation des deux cellules filles est appelée la mitose.

On trouve dans une cellule somatique 23 paires de chromosomes : 22 paires de chromosomes

homologues, et une paire de chromosomes hétérologues (les chromosomes sexuels X et Y).

Dans une paire de chromosomes homologues (numérotés de 1 à 22), un des chromosomes

vient du gamète paternel (le spermatozoïde), l’autre du gamète maternel (l’ovocyte). Une

cellule humaine somatique est dite diploïde (contient 23 paires de chromosomes), alors que

les cellules germinales (les gamètes) sont dits haploïdes (23 chromosomes).

La réplication de l’ADN, qui a lieu avant la mitose, consiste en copie fidèle du stock d’ADN

de la cellule, qui contient maintenant l’équivalent d’ADN de deux cellules. Pendant cette

phase de « copie », l’ADN n’est plus organisé sous forme de chromosomes. La cellule

devient donc transitoirement tétraploïde (2 X 23 paires de chromosomes).

La mitose est l’étape de la division cellulaire où le stock d’ADN (qui vient d’être répliqué) est

transmis équitablement (c’est à dire l’ensemble des 23 paires de chromosomes) à chacune des

deux cellules « filles ». Dans une cellule humaine, la mitose dure entre 1 et 2 heures. On

distingue plusieurs phases de la mitose :

1- La prophase : Pendant l’interphase, l’ADN est sous une forme appelée chromatine

(l’ADN est entouré de nombreuses protéines, comme les histones). En début de

mitose, l’ADN est sous une forme plus condensée, organisé en filaments simples

enchevêtrés. On parle de chromatides. Chaque chromosome se retrouve sous la

forme de deux chromatides sœurs, génétiquement identiques, et liées par leur

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centromère (l’ADN venant d’être répliqué). La membrane nucléaire commence à

se fragmenter.

Interphase Prophase

2- La métaphase : les chromosomes à deux chromatides se placent sur le plan

équatorial de la cellule. Les deux chromatides sœurs sont reliées entre elles au

niveau des centromères. On trouve à ce niveau une structure particulière appelée

kinétochore, qui va jouer un rôle essentiel pour l’alignement et la séparation des

chromosomes. En effet, les kinétochores participent à la dynamique du fuseau de

microtubules qui relient chaque chromatide aux pôles de la cellule. Les

centrosomes sont situés aux pôles de la cellule, et interviennent aussi dans la

formation des fuseaux de microtubules.

Métaphase

3- L’anaphase : elle débute lorsque les centromères de chaque chromosome se

séparent, libérant les deux chromatides sœurs, qui sont « tirées » vers chacun des

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deux pôles à mesure que les microtubules raccourcissent. On parle alors de

chromosome à 1 chromatide. À la fin de l’anaphase, on retrouve à chaque pôle de

la cellule un stock équivalent et complet diploïde (23 paires de chromosomes).

Anaphase

4- La télophase : Des membranes nucléaires commencent à se former autour de

chacun des deux stocks de chromosomes à chaque pôle, conduisant à l’apparition

de deux noyaux (de petite taille, car l’ADN est à ce stade très condensé). Les

chromosomes vont alors perdre leur forme compacte, et retrouver leur organisation

caractéristique de l’interphase (la chromatine). La cytokinèse (division de

cytoplasme) est alors bien avancée. Un sillon de division se forme au milieu de la

cellule mère et deux cellules filles sont alors produites.

Télophase (début) Télophase (fin)

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Deux cellules filles en interphase

Image de microscopie à fluorescence. L’ADN est marqué en bleu, les microtubules en vert, et

les centromères en rouge. Au milieu : cellule en anaphase.

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II - LA MEIOSE C’est une division cellulaire particulière, dite réductionnelle, permettant le passage de

l’état diploïde à l’état haploïde. En partant d’une cellule diploïde, deux divisions

successives vont aboutir à la formation de 4 cellules haploïdes. La première division est

dite réductionnelle (divise par deux le nombre de chromosomes), la seconde

équationnelle (maintient le même nombre de chromosomes dans chaque cellule par

séparation des chromatides). Ce type de division est présent chez de nombreux

organismes (levures, animaux, plantes). Chez l’homme, elle se produit pendant la

gamétogenèse (formation des cellules sexuelles haploïdes, spermatozoïdes et ovocytes).

Avant la méiose, tout comme avant la mitose, il se produit une réplication de l’ADN, qui est

suivie par deux divisions successives appelées méiose I et méiose II, chacune comprenant

différentes phases (prophase, métaphase, anaphase et télophase).

1- Prophase I : Elle est plus longue (elle représente 90 % de la première division, et peut

s’étaler sur plusieurs jours), et plus complexe que celle de la mitose. Les chromosomes

dupliqués se condensent. Les chromosomes homologues s’apparient pour former une

structure en tétrade (4 chromatides liées 2 à 2). Ils se chevauchent à plusieurs endroits

en croisant leurs chromatides homologues. Les points de croisement sont appelés des

chiasmas. À ce stade, des segments d’ADN sont échangés entre chromatides sœurs

homologues. C’est la recombinaison homologue, qui permet la formation de

« nouveaux » chromosomes ; Tout comme la mitose, le fuseau mitotique

(microtubules) commence à se mettre en place, la membrane nucléaire se disperse.

2- Métaphase I : Les paires de chromosomes s’alignent sur la plaque équatoriale. Les

fibres de microtubules qui partent d’un des pôles de la cellule se fixent sur un

chromosome de chaque paire, et les fibres venant de l’autre pôle se lient à l’autre

chromosome de la paire.

3- Anaphase I : Les fibres du fuseau déplacent les chromosomes vers chacun des deux

pôles. Les chromatides sœurs reliées par leur centromère se dirigent ensemble vers le

même pôle. Les chromosomes homologues de chaque paire rejoignent ainsi les pôles

opposés.

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4- Télophase I : Les chromosomes homologues de chaque paire continuent de s’éloigner

l’un de l’autre, jusqu’à atteindre leur pôle respectif. Il y a maintenant un jeu haploïde

de chromosomes à chaque pôle, chacun des chromosomes étant formés de deux

chromatides sœurs. La cytocinèse a lieu à ce stade, et produit deux cellules filles. Il

n’y a pas de nouvelle réplication de l’ADN avant la prophase II. Cependant, chez

certaines espèces, il existe une interphase (appelée intercinèse), où les chromosomes

se décondensent et des membranes se forment autour de l’ADN pour former des

noyaux. Chez d’autres espèces, les deux cellules filles après la télophase I se préparent

immédiatement à la seconde division méiotique.

5- Prophase II et Métaphase II: Un nouveau fuseau se forme, et les chromosomes

migrent pour s’orienter sur la plaque équatoriale.

6- Anaphase II : Les centromères des chromatides sœurs se séparent. Les chromatides

sont attirées vers chacun des pôles. On parle de chromosomes à 1 chromatide.

7- Télophase II : Les noyaux commencent à se former aux 2 pôles de la cellule, autour

de chacun des 4 stocks chromosomiques haploïdes. La cytocinèse a lieu, et 4 cellules

filles sont formées, génétiquement différentes les unes des autres (grâce au brassage

des chromosomes homologues lors de la recombinaison pendant la Prophase I).

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