Toutes les cellules, à l’exception des hématies (globules rouges), des cellules nerveuses et des fibres musculaires squelettiques, sont susceptibles de se diviser, c’est-à-dire de former par mitose deux cellules filles ayant les mêmes caractères morphologiques et physiologiques que la cellule mère : c’est la division cellulaire.
La division cellulaire permet aux cellules de se reproduire et de se multiplier, car chaque jour des cellules meurent et chaque jour elles sont remplacées. En se reproduisant elle transmet l’intégralité de son matériel cellulaire et notamment le matériel génétique (ADN). Sans division cellulaire, l’organisme d’un être vivant de pourrait pas exister : pas de croissance et pas de guérison non plus.
C’est l’ensemble des modifications qu’une cellule subit entre sa formation, par division de la cellule mère, et le moment où cette cellule a fini de se diviser en deux cellules filles, grâce à la mitose au cours de laquelle les chromosomes se condensent et deviennent visibles en microscopie optique.
Mettons donc un peu de lumière sur la mitose et la méiose cellulaire.
Division cellulaire – La mitose
La mitose joue un rôle primordial et vital dans la division cellulaire qui favorise la croissance et la régénération des organismes vivant et de chacun de nos cellules. Sans la mitose, il n’y aurait pas de croissance d’un enfant ou pas de guérison d’un tissu possible.
La mitose désigne les événements chromosomiques de la division cellulaire. Il s’agit d’une duplication « non sexuée » (contrairement à la méiose qui est la division sexuée). C’est la division d’une cellule mère en deux cellules filles.
Ces cellules sont strictement identiques génétiquement. La division active des cellules souches est responsable du renouvellement cellulaire.
Elle désigne aussi une étape bien particulière du cycle de vie des cellules eucaryotes, dit « cycle cellulaire », qui est l’étape de séparation de chaque chromosome de la cellule mère et de leur répartition égale dans chacune des deux cellules filles. Ainsi, chaque « noyau fils » reçoit une copie complète du génome de l’organisme « mère ».
Les mécanismes de la mitose sont très semblables chez la plupart des eucaryotes, avec seulement quelques variations mineures. Les procaryotes sont dépourvus de noyau et ne possèdent qu’un seul chromosome sans centromère, ils ne se divisent donc pas à proprement parler par mitose, mais par scission binaire, tertiaire, multiple, ou par bourgeonnement.
Les phases de la mitose – Les cycles cellulaires
La mitose dure entre 1 et 4 heures. La réplication de l’ADN se déroule pendant 10 à 12 heures contrairement au processus de division cellulaire qui dure 1 heure environ. Le processus de la mitose est un phénomène continu, mais pour faciliter la compréhension de son déroulement, les biologistes ont décrit quatre étapes caractéristiques de la mitose qui sont :
Interphase
L’interphase, également appelée phase G1 (de l’anglais growth, croissance) est la période du cycle cellulaire précédant la mitose qui est caractérisée par un accroissement du volume cellulaire. La cellule transcrit ses gènes et les chromosomes qui sont sous forme de filaments compacts (chromatines) sont répliqués.
Cette phase très importante dure environ 90 % de la vie d’une cellule, les derniers 10 % étant réservés à la mitose proprement dit.
L’interphase ne fait donc pas à proprement parler partie de la mitose, mais souvent, elle est considérée comme première phase de la mitose qui précède la prophase.
Cette phase, phase de synthèse cytoplasmique, est la plus longue et est comprise entre la fin de mitose et le début de la synthèse d’ADN : les cellules filles, plus petites au départ, prennent leur taille définitive.
L’interface est elle-même divisée en trois phases : G1, S et G2. À la phase G1, la cellule se prépare pour sa division en augmentant sa masse. Pendant la phase S, elle procède à la condensation de l’ADN. Et à la fin, en arrivant à la phase G2, la cellule condense les protéines pendant qu’elle poursuit sa croissance.
Une fois l’interphase terminée, la cellule passera les quatre étapes de la mitose décrites ci-dessous.
Prophase
Pendant la prophase, le nucléole se désagrège. Le nucléole est l’enveloppe qui contient le matériel génétique à l’intérieur du noyau.
Comme le matériel génétique a été dupliqué avant le début de la mitose, il y aura deux copies identiques du génotype dans chaque cellule. Le noyau de la cellule est donc toujours existant, mais le nucléole disparaît au fur et à mesure.
La prophase s’organise en filaments de plus en plus nets.
Lors de cette phase, le matériel génétique (ADN), qui en temps normal est présent dans le noyau sous la forme de chromatine, se condense en structures très ordonnées et individualisées appelées chromosomes.
Les centrioles et les microtubules constituent les centrosomes. Ils se déplacent aux extrémités opposées de la cellule que l’on appelle les pôles. Les microtubules commencent à former le fuseau mitotique, qui s’attache aux centrioles.
Des protéines appelées histone H1 sont attachées de part en part sur l’ADN ce qui provoque un enroulement accru de l’ADN qui semble se « condenser » : ils deviennent visibles sous le microscope.
Métaphase
Deuxième phase de la mitose, la métaphase se concentre sur le rassemblement des chromosomes condensés à l’équateur (ceinture du milieu) de la cellule, pour former la plaque métaphasique.
Lors de la métaphase, la membrane nucléaire se désagrège sous forme de vésicules, initiant ainsi la mitose ouverte. Le fuseau mitotique se forme complètement et se fixe aux centromères des chromosomes.
La membrane nucléaire se reformera en fin de mitose.
Anaphase
L’anaphase est une phase très rapide de la méiose et de la mitose où les chromatides se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule.
Lors de cette phase de la division cellulaire, le fuseau mitotique se contracte. Les deux moitiés des chromosomes, soit les chromatides, s’éloignent l’une de l’autre de façon rapide et brutale, suite à un signal spécifique qui correspond à une augmentation d’un facteur 10 de la concentration en calcium intracellulaire. Cela crée des chromosomes filles. Par conséquent, la cellule commence à s’allonger.
La cytocinèse commence également au cours de l’anaphase. Le cytoplasme débute sa séparation lorsque deux nouvelles cellules se forment.
Télophase
La télophase est la 4e phase de la mitose.
Pendant cette étape, les chromosomes filles atteignent les pôles opposés de la cellule.
Deux nouvelles membranes nucléaires commencent à se former, une à chaque pôle. La cellule continue de s’allonger et se rétrécit au centre. Les deux ensembles de chromosomes commencent à se dégager.
La cellule est définitivement divisée en deux nouveaux entités porteuses de matériel génétique.
La télophase marque également la fin de la cytocinèse. La cellule se désagrège au niveau du sillon de clivage. C’est le point étroit au milieu de la cellule qui a commencé à se former pendant l’anaphase. La cellule se divise en deux cellules filles identiques, chacune avec son propre noyau et son cytoplasme.
La mitose dure entre 1 et 4 heures. La réplication de l’ADN se déroule pendant 10 à 12 heures contrairement au processus de division cellulaire qui dure 1 heure environ.
Division cellulaire – La méiose
La mitose et la méiose diffèrent sur un certain nombre de points, mais présentent également des similitudes (mécanismes de séparation des chromosomes, etc.).
- La mitose correspond à une reproduction asexuée des cellules
- La méiose est un prélude à la reproduction sexuée.
Par la méiose chaque parent produit des gamètes différents et destinés à se rencontrer. De nombreux types de cellules sont capables de mitose mais seules celles des organes reproducteurs, les gonades (ovaires et testicules) réalisent la méiose.
À partir d’une cellule, à la fin de la mitose, il y a deux cellules génétiquement identiques alors qu’à la fin de la méiose il y a quatre cellules le plus souvent génétiquement différentes et donc uniques.
Mitose ou méiose: quelle différence?
Chez les animaux et les humains, la méiose est un processus se déroulant durant la gamétogénèse (spermatogenèse ou ovogenèse), c’est-à-dire durant l’élaboration des gamètes (les spermatozoïdes chez le mâle et les ovules chez la femelle) chez les espèces dites diploïdes (les chromosomes sont présents en pairs).
Chez les végétaux, la méiose produit des spores, qui par mitose donneront une génération haploïde (les chromosomes sont présents en un seul exemplaire, comme le pollen, le pied feuillé des mousses, etc.
Durant la méiose, la quantité d’ADN au sein de la cellule évolue au cours du temps. Chaque cellule va donc séparer son patrimoine génétique (contenu dans des chromosomes) en deux afin de ne transmettre que la moitié de ses gènes aux cellules filles.
Les phases de la méiose ressemblent à celles de la mitose : prophase, métaphase, anaphase et télophase.
La réplication de l’ADN: une clé fondamentale de la division cellulaire
La réplication est le processus au cours duquel l’ADN est synthétisé grâce à l’ADN polymérase. Ce mécanisme permet d’obtenir, à partir d’une molécule d’ADN, deux molécules identiques à la molécule initiale.
L’ADN a l’importante propriété de pouvoir être reproduit à l’identique, ce qui permet à l’information génétique de se transmettre d’une cellule mère aux cellules filles lors de la division cellulaire. La molécule d’ADN s’ouvre comme une fermeture éclair libérant deux brins complémentaires. Chaque brin solitaire catalyse alors la synthèse de sa moitié manquante, intégrant, selon la règle de complémentarité des bases, des nucléotides qui sont dispersés dans le noyau. Ainsi, chaque nouvelle molécule est identique à la molécule d’ADN initiale.
L’ADN polymérase – Une enzyme essentielle
Les ADN polymérases sont une enzymes. Ce sont des éléments essentiels du processus de réplication de l’ADN, au cours duquel une molécule d’ADN à double brin est copiée en deux molécules d’ADN identiques.
Ces molécules font partie du complexe enzymatique qui est donc impliqué dans la réplication de l’ADN au cours du cycle cellulaire et donc de la division cellulaire. Mais on trouve cette famille d’enzymes également dans les processus de réparation et de recombinaison de l’ADN.
Toutes les ADN polymérases synthétisent l’ADN, chez tous les organismes vivants. Mais aucune de ces enzymes n’est capable de commencer à elle toute seule la création et la synthèse d’un nouveau brin.
Les ADN polymérases ne peuvent qu’ajouter des nucléotides ; elles ont besoin d’une amorce sur laquelle elles ajoutent de nouveaux désoxyribonucléotides. Cette amorce peut être formée d’ADN ou d’ARN ; elle est faite une autre enzyme appelée primase.
Les ADN polymérases peuvent ajouter jusqu’à 1000 nucléotides par seconde. Cela est dû à sa nature, c’est-à-dire au nombre de nucléotides capables d’ajouter chaque fois qu’ils sont associés à la matrice d’ADN qu’ils vont copier.
Les chromosomes : les porteurs des informations génétiques transmises lors de la division cellulaire
Un chromosome est un élément microscopique constitué de molécules d’ADN et de protéines. Il porte les gènes, supports des informations génétiques, transmis des cellules mères aux cellules filles lors de la division cellulaire.
Dans les cellules des eucaryotes (organismes possédant des cellules à noyau structuré), les chromosomes se trouvent dans le noyau. Dans les cellules procaryotes, les chromosomes se trouvent dans une région du cytoplasme appelée nucléoïde.
Entre deux divisions, les molécules d’ADN constituant les différents chromosomes d’une cellule sont ne sont pas visibles ; ADN, ARN et protéines forment un ensemble non structuré appelé chromatine. L’ADN se condense progressivement au cours de la division cellulaire pour prendre lors de la métaphase une apparence caractéristique en forme de bâtonnet, de X ou de V.
L’ensemble des chromosomes est représenté sur un caryotype, ou carte de chromosomes, où les chromosomes sont habituellement présentés par paires, en parallèle avec leur homologue.
Les gamètes qui sont les cellules sexuelles ne possèdent qu’un seul exemplaire de chaque chromosome, tandis que les autres cellules de l’organisme, dites cellules somatiques, possèdent deux exemplaires de chaque.
Les chromosomes humains
Le corps humain est constitué de milliards de cellules comportant chacune un noyau. Ce noyau renferme toute notre information génétique. Celle-ci est contenue dans nos chromosomes qui contiennent eux-mêmes notre ADN
Les chromosomes sont constitués d’ADN qui porte nos gènes (20 000 environ). Chaque cellule humaine possède 22 paires de chromosomes homologues, numérotés de 1 à 22, et une paire de chromosomes sexuels, soit un total de 23 paires (ou 46 chromosomes). L’information génétique est répartie sur ces 46 chromosomes.
Pour chaque paire, il y a un chromosome d’origine paternelle et un chromosome d’origine maternelle. Ainsi, pour une même paire, les deux chromosomes ne seront pas identiques. Les 22 premières paires sont appelées autosomes. La 23ème paire est celle qui détermine le sexe de la personne. Il s’agit des chromosomes X et Y. Les femmes possèdent deux chromosomes X, alors que les hommes possèdent un chromosome X et un chromosome Y.
Voici quelques chiffres intéressants :
- Nombre de paires de base: 245 522 847
- Il représente 8 % de l’ADN nucléaire.
- Nombre de gènes: 2 281
- Nombre de gènes connus: 1 988
- Nombre de pseudo gènes: 723
- Nombre de variations des nucléotides : 738 942
Chaque chromosome est différent. En cas de déformation, chaque chromosome est responsable pour d’autres maladies génétiques.
Les besoins de la cellule – Métabolisme cellulaire anabolisme et catabolisme
La cellule – Introduction et structure de la cellule – Vue scientifique et holistique
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Crédits Images:
- Division cellulaire : Flickr, CC BY-NC-ND 2.0, by Zeiss Microscopy
- Mitose : Wikimedia Commons, Domaine public, CCO
- Cellule en division : Creative Commons, CC BY-SA 3.0, by B. Laber
- Phases de la mitose : Creative Commons, CC BY-SA 4.0, by J. Osorio
- Métaphase : Creative Commons, Domaine public, by NIH
- Méiose : Creative Commons, CC BY-SA 4.0, by Pascal Combemorel
- Différence entre mitose – méiose : mabiologie.com
- Réplication de l’ADN : Creative Commons, GFDL (documentation libre de droits), by G. Bokiau
- Chromosome : Wikimedia Commons, Domaine public, CCO
