Classe : 1ère

S 1ème

Partie : LA TERRE DANS L’UNIVERS, LA VIE ET L’EVOLUTION DU VIVANT

Durée : sem. A = Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

CHAP. 1 : REPRODUCTION CONFORME DE LA CELLULE ET REPLICATION DE L’ADN CONNAISSANCES

1

ATTENTION : EN ENCADRE ROUGE = CE QUI EST A SAVOIR ABSOLUMENT

Pb. Scientifique général du CHAP. 01 : Comment la reproduction de la cellule est-elle assurée ?

CHAPITRE 1 – REPRODUCTION CONFORME DE LA CELLULE

ET REPLICATION DE L’ADN

Acquis à mobiliser :

� Revoir en 3ème :

- Origine des caractères héréditaires des individus - Support de l’information génétique et sa localisation

� Revoir en 2nde

:

- Les types cellulaires - La structure cellulaire - La structure de l’ADN

Introduction

La croissance d’un organisme et le renouvellement de ses cellules sont assurés par la division cellulaire. Les deux

cellules filles issues d’une division cellulaire sont génétiquement identiques à la cellule mère.

Pb. Scientifique : Comment la division cellulaire permet-elle la conservation du nombre de chromosomes et celle

de l’information génétique ?

I- Les chromosomes, structures permanentes des cellules

A- Rappel de notions de base

• ACTIVITE 1 : RAPPEL DE QUELQUES NOTIONS DE BASE : CARYOTYPE ET MITOSE Objectif : - Exploiter les documents pour montrer le rôle de la mitose

La division cellulaire ou mitose est le processus par lequel une cellule mère donne naissance à deux cellules filles

possédant le même nombre de chromosomes qu’elle.

La mitose est donc une reproduction conforme car elle conserve toutes les caractéristiques du caryotype de la

cellule mère.

� La division cellulaire conserve toutes les caractéristiques du caryotype (nombre et morphologie des

chromosomes)

1. Suivi de

cellules

humaines

sur 2

génération

s

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2. Le cycle cellulaire

Pb. Scientifique : Quelles sont les différentes étapes du cycle cellulaire ?

B- Notion de cycle cellulaire

• ACTIVITE 2 : NOTION DE CYCLE CELLULAIRE Objectif : - Recenser, extraire et exploiter les informations permettant de caractériser le cycle cellulaire

Les cellules ont, en général, la faculté de se diviser. On appelle

cycle cellulaire les événements qui ont lieu dans la période allant

de la formation d’une cellule jusqu’à sa division en 2 cellules filles.

Un cycle cellulaire comprend :

- l’interphase

- la mitose

� A chaque génération, la cellule passe successivement d’une interphase à une phase de division (= la mitose),

l’ensemble de ces deux phases constitue un cycle cellulaire.

Pb. Scientifique : Comment la division cellulaire permet-elle la conservation du nombre de chromosomes et celle

de l’information génétique ?

II- La reproduction conforme et le maintien du nombre de chromosomes

TP 1 : LA DIVISION CELLULAIRE DE TYPE MITOSE : UNE REPRODUCTION CONFORME

• ACTIVITE 3 : LES ETAPES DE LA DIVISION CELLULAIRE OU MITOSE Objectif : - Exploiter les documents caractériser les étapes de la mitose

- Effectuer un geste technique en observant au microscope des divisions de cellules eucaryotes

La mitose comprend 4 phases durant lesquelles

l’organisation des chromosomes est modifiée :

- En prophase, les chromosomes deviennent

individuellement observables. Ils sont doubles,

formés de 2 chromatides. Pendant la prophase,

l’enveloppe nucléaire (du noyau) disparaît.

- En métaphase, les chromosomes à 2 chromatides

s’alignent dans le plan équatorial de la cellule.

- En anaphase, les 2 chromatides de chaque

chromosome se séparent et migrent séparément

vers un pôle opposé ⇒ migration à chaque pôle

de 2 lots identiques de chromosomes à 1

chromatide

- En télophase, les chromosomes, désormais à une

chromatide = chromosome simple changent

d’aspect, ils se décondensent et l’enveloppe

nucléaire se reforme. La division du cytoplasme

individualise 2 cellules filles identiques entre

elles.

Les modalités de la mitose permettent

une conservation du caryotype

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Une cellule mère possédant n paires de chromosomes homologues à 2 chromatides en début de mitose donnera

ainsi 2 cellules filles possédant chacune également n paires de chromosomes (homologues), mais à une

chromatide (chromosomes simples).

La MITOSE permet donc le partage égal des chromatides d’un même chromosome entre les 2 cellules filles, ce

qui permet une conservation du caryotype au cours des divisions.

� En général, la division cellulaire est une reproduction conforme qui conserve le nombre de chromosomes

caractérisant un caryotype.

Pb. Scientifique : Comment se comporte l’information génétique au cours d’un cycle cellulaire ?

III- Les chromosomes, structures permanentes des cellules

Pb. Scientifique : Quels sont les différents aspects des chromosomes ?

A- Les chromosomes dans la cellule

• ACTIVITE 4 : L’ASPECT DE L’ADN PENDANT LE CYCLE CELLULAIRE Objectif : - Comprendre la variation de l’organisation de l’ADN pendant le cycle cellulaire

Remarque 1 : Les chromosomes sont décondensés au cours de l’interphase puis se condensent fortement au début

de la mitose.

Les CHROMOSOMES sont des structures constantes des cellules eucaryotes qui sont dans des états de

condensation variable au cours du cycle cellulaire.

- En interphase, les chromosomes sont dans un état décondensé. Chaque chromosome interphasique est

constitué d’une molécule d’ADN enroulée autour de protéines (schéma a), formant la chromatine.

- Lors de la mitose, la molécule d’ADN se condense de plus en plus (schémas b et c) et le maximum de

compaction est atteint en métaphase : chromosome métaphasique (voir schéma d).

Ainsi une molécule d’ADN de 8 cm de long forme un chromosome de 7µm de long et 0.7µm d’épaisseur

(alors que l’ADN ne mesure que 2 nm d’épaisseur) !

Remarque = En prophase et métaphase (voir � p. 17 – Doc.3), chaque chromosome est constitué de 2 chromatides réunies au niveau du

centromère. Chaque chromatide est formée d’une molécule d’ADN (+ protéine) très condensée.

Remarque 2 : Les chromosomes ne sont

pas entremêlés dans le noyau mais

s’organisent en domaines distincts.

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B- Aspect des chromosomes et quantité d’ADN au cours des ETAPES du cycle cellulaire

• ACTIVITE 5 : L’ASPECT DE L’ADN PENDANT LES ETAPES CYCLE CELLULAIRE Objectif : - Comprendre la variation de l’organisation de l’ADN pendant le cycle cellulaire

a : chromosome interphasique :

structure en « collier de

perle »

b: phase S : réplication : « œil de

réplication »

d : Chromosome mitotique : ADN

condensé, chromosomes à 2

chromatides jusqu’en anaphase

réplication »

Les différents états de

condensation de l’ADN au

cours du cycle cellulaire c: condensation de plus en plus

importante

Différents états de condensation

de l’ADN

au cours du cycle cellulaire

- Phase G1 : une cellule contient un nombre

défini de chromosomes, ce qui correspond à

une quantité Q d’ADN, chaque chromosome

étant constitué d’une chromatide.

- Phase S : la quantité d’ADN double, il y a

donc formation de la deuxième chromatide

de chaque chromosome.

- En phase G2, la quantité d’ADN reste

constante : les chromosomes sont

constitués de 2 chromatides.

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Animation site Bordas + modèle fil de fer + schéma

� Les chromosomes sont des structures constantes des cellules eucaryotes, même s’ils ne sont pas toujours

visibles, et sont dans des états de condensation variables au cours du cycle cellulaire.

Rappel des Acquis � Revoir en 3

ème : - Support de l’information génétique et sa localisation

� Revoir en 2nde

:

- La structure de l’ADN

= histones + ADN

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Pb. Scientifique : Quels sont les mécanismes assurant la réplication de l’ADN ?

IV - LA REPLICATION SEMI-CONSERVATIVE : mécanisme à l’origine du

maintien de la quantité du matériel génétique

Observation :

A la fin d’une mitose, les cellules filles possèdent une seule chromatide de chaque chromosome, alors qu’en début

de prophase chaque chromosome possède 2 chromatides.

Comment se fait l’élaboration de la deuxième chromatide avant d’entrer en division cellulaire ?

Pb : Comment expliquer cette modification du nombre de chromatides au niveau moléculaire ?

• ACTIVITE 6 : LA REPLICATION SEMI CONSERVATIVE Objectif : - Mettre en œuvre une méthode (démarche historique) et une pratique documentaire permettant

de comprendre le mécanisme de réplication semi conservative.

TP 2 : LE MECANISME A L’ORIGINE DU MAINTIEN DE LA QUANTITE D’ADN

Pendant la phase S du cycle cellulaire, les 2 brins de la double hélice d’ADN sont séparés. Chaque brin sert de

modèle pour la synthèse d’un nouveau brin d’ADN.

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Durée : sem. A = Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

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Cette synthèse est assurée par l’assemblage de nucléotides selon une séquence complémentaire du brin matrice,

assemblage réalisé par l’ADN polymérase : chaque brin néoformé est donc complémentaire du brin matrice.

Cette modalité semi-conservative de la réplication produit ainsi des chromosomes à 2 chromatides portant une

information génétique identique.

Schéma bilan

� Chaque chromatide contient une molécule d’ADN. Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-

conservative. En absence d’erreurs, ce phénomène préserve, par copie conforme, la séquence des nucléotides.

� Ainsi, les deux cellules filles provenant par mitose d’une cellule mère possèdent la même information

génétique.

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Pour mieux comprendre =

Le mécanisme de la réplication (duplication) repose sur le fonctionnement d'un complexe enzymatique (association

complexe de protéines enzymatiques) appelé l'ADN polymérase, capable

• D'écarter les 2 brins de la double hélice d'ADN en supprimant les liaisons hydrogènes.

• Les ADN polymérases se déplacent le long des brins libres de l'ADN et polymérisent les nucléotides

complémentaires, libres présents dans le noyau. Les brins d'ADN écartés, servent de matrice, de modèle pour la

synthèse d'un nouveau brin complémentaire, dit brin néoformé. Les brins néoformés sont construits par l'ADN

polymérase en respectant la complémentarité stricte des bases azotées, A-T, G-C.

• Une molécule d'ADN dupliquée donne naissance à 2 molécules d'ADN constituées chacune d'un brin d'ADN mère (la

matrice) et d'un brin néoformé, on dit pour cette raison que la réplication de l'ADN se fait selon un modèle semi

conservatif, modèle vérifié par les expériences de Meselson et Stahl. Ce mécanisme donne 2 molécules d'ADN

identiques.

Remarque : la réplication d'une molécule d'ADN commence simultanément en plusieurs sites éloignés. Au niveau de ces sites, on observe 2

molécules d'ADN écartées formant un œil de réplication et dans les zones où la réplication n'a pas débuté une seule molécule d'ADN.

Les yeux de réplication sont observables en microscopie électronique. Les 2 molécules obtenues à la fin de la duplication restent liées par

le centromère.

• Lorsque cette phase de duplication est terminée, la cellule quitte l'interphase et débute la mitose en compactant

les molécules d'ADN dupliquées sous forme de chromosomes à 2 chromatides, la mitose peut alors se

dérouler. Cette division cellulaire a pour objectif de répartir sans erreurs les 2 lots identiques du programme

génétique dans les 2 cellules filles.

Les différents évènements d'un cycle cellulaire permettent donc de produire des cellules possédant la même

information génétique. Pourtant l'apparition de caractères nouveaux au cours des générations et la succession de

formes vivantes variées au cours des temps géologiques suggèrent des modifications de l'information génétique.

Conclusion : Le cycle cellulaire est la base du fonctionnement cellulaire, il assure une stabilité du caryotype grâce à deux mécanismes complémentaires la réplication de l’ADN et la mitose. Le cycle cellulaire est contrôlé par des signaux qui déterminent le passage d’une phase à l’autre. Lorsque ce contrôle est modifié la cellule devient cancéreuse.