- Qu'est-ce que la division cellulaire ?
- Types de division cellulaire
- La division cellulaire chez les procaryotes
- Division cellulaire chez les eucaryotes
- Chromosomes et chromatides
- Étapes de la division cellulaire
- Prophase
- Métaphase
- Anaphase
- Télophase
- Cytokinèse
- Division cellulaire mitotique
- Division cellulaire méiotique
Qu'est-ce que la division cellulaire ?
Ladivision cellulaire est le processus biologique par lequel une cellule (cellule mère) se divise pour produire au moins deux cellules filles. La cellule mère peut produire deux cellules filles identiques(mitose ou fission binaire) ou quatre cellules filles avec un matériel génétique différent(méiose).
Ladivision cellulaire est un processus essentiel pour la croissance, la santé et la reproduction d'un organisme. Dans les organismes multicellulaires comme l'homme, la mitose sert à rétablir la santé des tissus en produisant davantage de cellules pour remplacer les cellules anciennes ou endommagées (bien que tous les tissus ne puissent pas le faire : les neurones se régénèrent à un rythme et dans une région très limités du cerveau). La méiose, quant à elle, sert à créer des gamètes génétiquement variables (spermatozoïdes ou ovules) pour maintenir la variabilité dans la population lorsque les individus se reproduisent par voie sexuelle.
Types de division cellulaire
Il existe trois types de division cellulaire: la mitose, la méiose et la fission binaire .Cependant, la plupart du temps, lorsqu'on parle de division cellulaire, on fait référence à la mitose. La fission binaire est l'apanage des procaryotes, tandis que la mitose est caractéristique des eucaryotes, et la méiose des eucaryotes qui se reproduisent sexuellement (et non asexuellement).
La division cellulaire chez les procaryotes
Il n'existe qu'un seul type de division cellulaire chez les procaryotes : la fission binaire.
Lafission b inaire est le processus par lequel les bactéries se reproduisent de manière asexuée. La fission binaire consiste en la duplication du matériel génétique de la bactérie et en la division de la cellule mère en deux cellules filles, chacune possédant une copie de l'ADN de la bactérie.
Même si la mitose et la fission binaire peuvent sembler similaires, il s'agit de processus différents :
- Lafission b inaire est une forme de reproduction asexuée, tandis que la mitose est une forme de division cellulaire utilisée pour la croissance et la réparation d'un seul organisme/tissu.
- La fissionbinaire se produit chez les procaryotes et la mitose chez les eucaryotes.
- Dans la fission binaire, il n'y a pas de fuseau mitotique et la duplication du matériel génétique se produit en même temps que la séparation de ce matériel génétique dans les deux cellules filles. En revanche, dans la mitose, la duplication du matériel génétique fait l'objet d'une phase distincte (phase S) et les chromosomes sont séparés dans les cellules filles par le fuseau mitotique.
| Fission binaire | Mitose | |
| Type d'organisme | Procaryotes (bactéries) | Eucaryotes |
| Intention | Reproduction asexuée | Croissance et réparation d'un organisme |
| Phase S (phase de réplication de l'ADN) | Absente | Présente |
| Fuseau mitotique | Absent | Présente |
Les étapes de la fission binaire sont :
Réplication de l'ADN (1-2 dans la figure 1)
Séparation du cytoplasme : les éléments cellulaires de la bactérie commencent à se répartir dans deux compartiments qui seront les deux cellules filles à la fin du processus de division (3-4).
Formation du septum : un mur de séparation se forme entre les deux compartiments, séparant le cytoplasme et son contenu.
Constriction de la cellule : le septum se resserre, pinçant la cellule mère jusqu'à ce qu'elle se divise en deux cellules filles (5-7).
Division cellulaire eucaryote
Ilexiste deux types de division cellulaire dans lescellules eucaryotes - la mitose et la méiose.
- Lamitose produit deux cellules filles génétiquement identiques et c'est le type de division cellulaire le plus courant. La mitose est fondamentale pour garantir que les cellules d'un même organisme portent la même information génétique (sans tenir compte des mutations qui se produisent spontanément).
- Laméiose produit quatre cellules filles génétiquement différentes, appelées cellules reproductrices ou gamètes comme les spermatozoïdes ou les ovules. La méiose assure la variabilité de la descendance, de sorte qu'une espèce n'est pas constituée de clones les uns des autres. La méiose est un processus crucial pour les organismes à reproduction sexuée.
Chromosomes et chromatides
Pour bien comprendre les différences entre la mitose et la méiose, il faut comprendre la différence entre les chromosomes, les chromatides et les chromatides sœurs.
Leschromosomes sont des structures en forme de x qui contiennent de l'ADN, c'est-à-dire l'information héréditaire transmise de la cellule mère aux cellules filles lors de la division cellulaire. Les chromosomes apparaissent lorsque l'ADN dans la structure de la chromatine (qui est moins condensée et à laquelle on peut accéder pour la transcription) devient plus compact. Ils sont présents dans le noyau des organismes eucaryotes.
Les procaryotes n'ont pas de noyau, et il n'est pas non plus correct de dire qu'ils ont des chromosomes. Ils ont plutôt ungénophore en forme d'anneau (qui contient de l'ADN).
Fig. 4 - Voici à quoi ressemble un chromosome. Les télomères sont les extrémités des chromosomes et jouent un rôle crucial en maintenant les chromosomes "en bonne santé"
Une chromatide est l'un des brins d'ADN qui constituent un chromosome. Un chromosome possède donc deux chromatides, appelées chromatides sœurs. Les chromatides sœurs sont maintenues ensemble au niveau du centromère. Le nom de"chromatide sœur" vient du fait que chaque brin d'un chromosome (c'est-à-dire chacune des deux chromatides) contient exactement la même information génétique car elles sont des copies exactes l'une de l'autre.
Il est important de noter que les chromatides sœurs sont celles qui se trouvent sur le même chromosome et ne doivent pas être confondues avec les chromatides qui se trouvent sur le chromosome homologue. Les chromosomes homologues sont ceux qui portent les mêmes gènes mais pas les mêmes allèles.
Les humains sont diploïdes, ce qui signifie que nous avons deux copies de chaque gène, une de notre mère et une de notre père (c'est-à-dire une de l'ovule original et une du spermatozoïde original qui nous a créés). Ces deux copies, même si elles portent l'information des mêmes gènes (à l'exception des chromosomes sexuels X et Y, dont la composition génétique est différente), n'ont pas forcément la même séquence. En d'autres termes, elles peuvent coder pour des allèles différents d'un même gène. Les chromosomes qui codent pour les mêmes gènes sont appelés chromosomes homologues. Il s'agit d'un concept crucial dans la méiose.
Par conséquent, chaque allèle est porté par un seul chromosome. La combinaison unique d'allèles que chacun d'entre nous possède est ce qui rend tous les humains différents.
Lorsque la division cellulaire est sur le point de se produire, l'ADN existant se duplique, de sorte que nous avons maintenant deux copies de chaque allèle : les chromatides sœurs. Au cours de la division cellulaire, les chromatides sœurs seront écartées l'une de l'autre pour diviser le matériel génétique entre les cellules filles.
Les étapes de la division cellulaire
En général, lorsqu'on s'interroge sur les étapes de la division cellulaire, il s'agit des étapes de la mitose et/ou de la méiose (et non de la fission binaire). Ces étapes sont plus ou moins les mêmes dans les deux types de division cellulaire eucaryote et portent les mêmes noms, mais elles diffèrent sur certains détails. Nous allons passer en revue ici les noms et les fonctions de base de chaque étape, puis nous entrerons dans les détails dans les sections suivantes de l'article.
En dehors de la division cellulaire, les cellules ont un cycle cellulaire complet, dont la mitose ou la méiose ne sont qu'une partie. L'étape qui précède la division cellulaire est appelée interphase et comporte elle aussi des phases. Les cellules n'ont pas besoin de se diviser constamment et passent en fait la majeure partie de leur temps en interphase, bien que cela varie selon le type de cellule.
L'ordre des étapes de la division cellulaire est le suivant :
- Prophase
- métaphase
- anaphase
- Télophase
- Cytokinèse
Étapes de la division cellulaire - Prophase
Pendant la prophase, l'enveloppe nucléaire se dissout et les chromosomes commencent à se condenser et à devenir visibles. Les centrioles (microtubules situés près de la membrane nucléaire) commencent à se déplacer vers les pôles opposés de la cellule. Les fibres du fuseau commencent également à se former, ce qui permettra plus tard de séparer les chromosomes (méiose I) ou les chromatides sœurs (mitose et méiose II).
Lesfibres du fuseau sont une structure spécialisée du cytosquelette qui se forme pendant la division cellulaire pour tirer les chromosomes ou les chromatides vers les côtés opposés de la cellule.
Il est important de noter quec'est au cours de lamétaphase que se produit la recombinaison homologue, caractéristique de la méiose I.
Stades de la division cellulaire - Métaphase
À ce stade, les chromosomes s'alignent le long du milieu de la cellule, appelé plaque métaphasique, et les fibres du fuseau s'attachent aux chromosomes au niveau des kinétochores/centrosomes.
Leskinétochores sont des structures protéiques qui se forment là où les chromatides sœurs s'unissent (les chromatides sœurs sont des copies parfaites les unes des autres) et où les fibres du fuseau s'attachent pendant la division cellulaire pour séparer les chromatides sœurs ou les chromosomes homologues. Les kinétochores s'attachent aux chromosomes dans une région spécifique appelée centromère.
Stades de la division cellulaire - Anaphase
Au cours de l'anaphase, les chromatides sœurs (méiose II et mitose) ou les chromosomes homologues (méiose I) sont entraînés vers les extrémités opposées de la cellule mère par les fibres du fuseau.
Stades de la division cellulaire - Télophase
Au cours de cette étape, les chromatides ou chromosomes atteignent les pôles opposés de la cellule. L'ADN commence à se dérouler (de la structure du chromosome, il retourne à la structure de la chromatine) et une nouvelle enveloppe nucléaire se forme pour l'entourer et reconstruire le noyau des cellules.
Étapes de la division cellulaire - Cytokinèse
C'est l'étape finale de la division cellulaire, où les deux cellules filles sont réellement formées : le cytoplasme et la membrane cellulaire se divisent en deux pour générer les nouvelles cellules. Dans les cellules végétales, outre le cytoplasme et la membrane cellulaire, la cellule devra générer une nouvelle paroi cellulaire pour diviser les cellules filles. Si le processus de division cellulaire est la méiose, un nouveau cycle de division cellulaire devra avoir lieu : la méiose II.
Bien que la cytokinèse soit considérée comme faisant partie de la division cellulaire, elle ne fait pas strictement partie de la mitose ou de la méiose. De plus, bien qu'elle soit expliquée comme une partie différente de la division cellulaire, elle se produit généralement en même temps que la télophase.
Division cellulaire mitotique
La mitose est la division des cellules somatiques (du corps). La mitose n'intervient pas dans la production des cellules sexuelles (gamètes). Bien qu'il s'agisse d'un processus continu, la mitose peut, pour simplifier, être divisée en quatre étapes principales que nous avons mentionnées plus haut (prophase, métaphase, anaphase et télophase), plus la cytokinèse à la fin.
Fig. 5 - Vue d'ensemble de la mitose. 2n - une cellule diploïde (deux jeux de chromosomes)
Ce qu'il faut retenir du processus de division mitotique, c'est que le produit final est constitué de deux cellules filles génétiquement identiques, et que la division cellulaire ne se produit qu'une seule fois. Pour ce faire, au cours de la métaphase, tous les chromosomes, homologues et non homologues, sont alignés sur la plaque métaphasique. Pendant l'anaphase, les chromatides sœurs sont tirées vers les côtés opposés de la cellule.
Division cellulaire méiotique
La méiose et la mitose sont des processus différents. Cependant, les phases générales sont les mêmes : prophase, métaphase, anaphase, télophase et, à la fin, cytokinèse. Il est important de noter qu'au cours de la méiose, l'enchaînement de ces phases se produit deux fois : la méiose I et la méiose II.
La méiose se produit dans les cellules sexuelles. Le développement des spermatozoïdes est appelé spermatogenèse, et le développement d'un ovule est l'ovogenèse. La spermatogenèse chez les mâles se poursuivra tout au long de leur vie, tandis que l'ovogenèse chez les femelles ne se produira que jusqu'à la ménopause.
La plupart des autres animaux ne connaîtront pas la ménopause comme les femmes humaines. Seuls les orques et les globicéphales ont été observés comme tels. Les organes reproducteurs des autres animaux dureront à peu près aussi longtemps qu'elles.
| Mitose | Méiose | |
| Intention | Croissance et réparation des tissus | Reproduction sexuelle (production de gamètes) |
| Types de cellules mères | Cellules somatiques | Cellules sexuelles, précurseurs des gamètes |
| Nombre de cellules filles | Deux, génétiquement identiques | Quatre, génétiquement variables |
| Ploïdie des cellules filles | Diploïde, comme la cellule mère (2n) | Haploïde, moitié moins de matériel génétique que la cellule mère (n) |
| Variabilité génétique | Pas de variabilité | La variabilité génétique est le but recherché. Elle est obtenue par le processus derecombinaison et de ségrégation aléatoire des chromatides sœurs. |
| Étapes de la division cellulaire | Une seule division cellulaire | Deux divisions cellulaires : méiose I et méiose II |
Méiose I
La première fois que la cellule se divise pour la méiose, les cellules filles auront deux ensembles de chromosomes (diploïdes), comme dans la mitose. Unique à la méiose I, les chromosomes homologues appariés(bivalents) subiront une recombinaison homologue (également connue sous le nom de crossing over) au cours de laquelle ils échangeront des informations génétiques l'un avec l'autre. Les chromosomes homologues (même information génétique) s'alignent et échangent des segments au cours de la prophase I.
Ensuite, au cours de l'anaphase I, au lieu que les chromatides sœurs soient tirées vers les côtés opposés des cellules, ce seront des chromosomes homologues entiers qui seront séparés. En d'autres termes, pour chaque chromosome, une cellule fille aura deux copies des mêmes allèles (deux chromatides sœurs) et l'autre cellule fille aura les deux autres copies (les deux autres chromatides sœurs). Par conséquent, après la cytokinèse, la méiose I produit deux cellules filles haploïdes, avec un seul chromosome pour chacune.
Cependant, en raison de la recombinaison homologue de la prophase I, les chromatides sœurs peuvent ne pas être identiques à 100 %: des informations génétiques (segments d'ADN) ont été échangées au cours de ce processus, ce qui augmente la variabilité dans la descendance, car les allèles sont échangés et les chromosomes ne sont plus exactement les mêmes que ceux hérités par la personne de sa mère et de son père.
Méiose II
La deuxième fois que la cellule se divise, les chromatides sœurs des deux cellules filles se séparent et chacune d'elles forme deux cellules haploïdes (un seul jeu de chromosomes) (également appelées cellules petites-filles).
Il est important que les ovules et les spermatozoïdes soient haploïdes. Les gamètes mâle et femelle se rencontrent et les spermatozoïdes fécondent l'ovule. L'embryon contiendra deux jeux de chromosomes pendant la fécondation, devenant ainsi diploïde. Si les gamètes étaient déjà diploïdes, l'embryon serait tétraploïde, il est donc important que la charge d'ADN soit réduite de moitié pendant la méiose pour éviter les mutations chromosomiques dans l'embryon.
Le principe de la méiose II est presque identique à celui de la méiose I. Les deux différences sont :
La méiose I produira deux cellules haploïdes, et la méiose II produira quatre cellules haploïdes.
Larecombinaison génétique ne se produit qu'au cours de la méiose I.
Au cours de l'anaphase II, les chromatides "sœurs" (n'oublie pas qu'elles peuvent ne pas être identiques en raison de la recombinaison en prophase I) sont tirées vers les côtés opposés de la cellule, comme lors de la mitose. Dans la méiose I, ce sont les chromosomes homologues qui sont attirés vers chaque pôle de la cellule.
Fig. 8 - Vue d'ensemble de la méiose II. Note comment, à partir d'une cellule mère diploïde, on obtient deux cellules filles haploïdes.
Tu trouveras ci-dessous un tableau présentant les différences fondamentales entre la mitose et la méiose. Pour approfondir ces processus de division cellulaire, tu peux consulter nos articles sur le sujet : Mitose, méiose, méiose I et méiose II.
| Méiose I | Méiose II | |
| Cellule mère | Diploïde (2n) | Haploïde (n) |
| Cellules filles | Haploïde (n) | Haploïde (n) |
| Recombinaison homologue | Oui, en prophase I | Non |
| Anaphase I | Leschromosomes homologues sont tirés vers les côtés opposés de la cellule. | Leschromatides sœurs sont tirées vers les côtés opposés de la cellule. |
Division cellulaire - Principaux enseignements
La division cellulaire des cellules eucaryotes est soit mitotique (cellules somatiques), soit méiotique (cellules sexuelles). Les divisions cellulaires unicellulaires sont destinées à la reproduction, comme le bourgeonnement chez la levure et la fission binaire chez les bactéries.
La mitose comporte quatre étapes principales : la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase. La cellule se sépare ensuite physiquement par cytokinèse. La mitose produit deux cellules génétiquement identiques.
La méiose comporte deux parties : la méiose I et la méiose II.
Les deux parties de la méiose comportent les mêmes étapes que la mitose. Cependant, la méiose produit quatre cellules haploïdes génétiquement différentes.
Références
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4163524/
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