DAEU- Cours Sciences de la Nature & de la Vie- Marc Cantaloube

Partie 1 : notions

de biologie

cellulaire Chapitre 3 : La division

cellulaire ou mitose

- A partir de la cellule œuf issue de la fécondation, un individu se construit et forme un organisme

souvent constitué de milliards de cellules pour les êtres les plus évolués.

- La cellule œuf s’est donc divisée un très grand nombre de fois selon un processus appelé mitose

- Les questions que nous pouvons nous poser dans ce chapitre sont :

Quelles sont les étapes de cette division cellulaire ?

Quelles sont les structures cellulaires modifiées au cours de la mitose ?

Comment se fait la répartition de l’information génétique entre les

cellules issues des divisions ?

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I- les étapes de la division cellulaire

Lorsque la cellule ne se divise pas, elle est dite en

interphase, avec un noyau de structure « classique »,

bien délimité par une enveloppe nucléaire, et un matériel

génétique relativement homogène sous forme de

chomatine.

Enfin, les deux lots de chromosomes se décondensent et

reviennent à l’état de chromatine pour former deux

noyaux dans les deux futures cellules filles au cours de

la télophase.

La cellule se scinde alors en deux : c’est la cytodiérèse

Lorsque la cellule entre en division, les principales

modifications sont observables au niveau de son noyau :

l’enveloppe nucléaire s’estompe et la chromatine

commence à se condenser sous forme de filaments plus

ou moins épais. A cette étape, la cellule est en prophase

Au cours de la phase suivante, appelée métaphase, le

matériel génétique est condensé au maximum sous

forme de « bâtonnets ». Ces structures sont les

chromosomes et sont, à ce stade, alignés sur un axe qui

correspond à l’équateur de la cellule.

Puis les chromosomes se scindent en deux lots

identiques qui migrent vers les pôles opposés de la

cellule : c’est l’anaphase

Ainsi, à l’issue de la division cellulaire ou mitose, les deux cellules

filles possèdent le même équipement chromosomique qui est , comme

nous le verrons dans la troisième partie de ce chapitre, le même que

celui de la cellule mère.

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II- Evolution des structures cellulaires au cours de la mitose

Comme nous l’avons constaté dans la partie précédente, l’organisation de la cellule se modifie au cours de

la mitose. Les deux principales structures qui changent sont le noyau et le cytosquelette.

Modification des structures nucléaires

Au cours de la division cellulaire, l’enveloppe nucléaire disparaît au cours de la prophase et se reforme en

fin de télophase. L’absence d’enveloppe permet le déplacement et la séparation des chromosomes en deux

lots répartis aux deux pôles de la cellule.

Le matériel génétique passe de l’état de chromatine à l’état de chromosome. En début de mitose, les

chromosomes sont formés de deux chromatides unies au niveau des centromères. Lors de l’anaphase, les

deux chromatides de chaque chromosomes se séparent et forment les deux lots de chromosomes désormais

à une chromatide chacun.

Modification du cytosquelette

Nous avons vu, au cours de l’étude de la cellule que celle-ci possède un squelette cytoplasmique formé

essentiellement de microtubules dispersés dans la cellule. Au cours de la mitose, ces tubules s’organisent

de manière particulière : les deux centrioles ( structures à partir desquelles s’organisent les microtubules) se

disposent près du noyau puis l’un deux migre du côté opposé. Chaque centriole forme alors un réseau de

microtubules qui se dispose en fuseau au niveau du noyau : c’est le fuseau de division. Les microtubules de

ce fuseau permettent le déplacement orienté des chromosomes au cours de la mitose. La colchicine, une

drogue cellulaire, empêche la formation du fuseau et entraîne une répartition anarchique des chromosomes

entre les deux cellules filles.

Afin de mettre en évidence l’évolution du cytosquelette au cours de la mitose, il est possible de marquer

les microtubules à l’aide d’un composé fluorescent vert (voir document ci-dessous).

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III- répartition de l’information génétique – la réplication de l’ADN

Dans la première partie de ce chapitre, nous avons observé que les chromosomes se répartissaient de

manière égale entre les deux cellules filles. Or les chromosomes sont le support de l’information génétique

matérialisée par la molécule d’ADN. Nous pouvons dès lors nous demander comment les molécules d’ADN

se « comportent » au cours de la mitose ?

L’évolution de la quantité d’ADN avant, pendant et après la mitose (courbe ci-dessous) nous donne des

indications : nous constatons que la quantité d’ADN contenue dans une cellule double avant le début de la

division cellulaire (phase S) puis est réduite par deux en fin de mitose (cytodiérèse)

Le cycle de vie d’une cellule est donc une succession d’interphase et de mitose. Mais l’interphase n’est donc

pas une phase génétiquement « passive » puisque elle comporte trois phases distinctes, G1, S , G2, et que c’est

au cours de la phase S que la quantité d’ADN se multiplie par deux. La mitose qui suit, permet, avec l’agencement de l’ADN sur des chromosomes, de répartir cette quantité double

d’ADN entre les deux cellules filles avec une molécule par chromatide.

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La question qui se pose désormais est de savoir comment la molécule d’ADN se duplique ?

Interprétation des résultats : Les tubes 1 et 2 sont des tubes témoins qui permettent de repérer la localisation dans les tubes soit de

l’ADN léger avec uniquement de l’azote 14 (tube 1), soit de l’ADN lourd avec de l’azote 15 (tube 2)

Il faut maintenant expliquer la disposition des bandes d’ADN dans les tubes 3 et 4.

Ces résultats expérimentaux s’expliquent par une réplication de l’ADN selon un modèle dit « semi-

conservatif » : la molécule d’ADN s’ouvre, formant des « yeux de réplication » au sein desquels de

nouveaux nucléotides se disposent de manière complémentaire sur les brins écartés. Lorsque la totalité de la

molécule a été copiée, les deux molécules issues de cette réplication possèdent chacune un brin provenant

Réplication de l’ADN : modèle semi-conservatif démontré par l’expérience de Meselson et

Stahl (1958) :

- Meselson et Stahl ont effectué des cultures de bactéries sur des milieux contenant soit de

l’azote normal 14

N, soit de l’azote lourd 15

N

- Les molécules d’ADN, au cours de leur formation, intègrent de l’azote dans leurs bases

azotées.

- Ainsi, selon le milieu de culture des bactéries, l’azote incorporé sera donc soit léger, soit

lourd.

- Après extraction puis centrifugation de l’ADN de ces bactéries, il est techniquement

possible de localiser l’ADN dans les tubes de centrifugation.

- Les résultats obtenus pour différentes cultures sont représentés ci-dessous.

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de la molécule mère et un brin néoformé avec des nucléotides nouveaux. D’où le terme employé de modèle

semi-conservatif pour cette réplication.

Schémas explicatifs (les brins légers sont représentés en noir, les brins lourds en rouge)

AT

TA

CG

GC

GC

AT

CG

CG

TA

AT

TA

CG

GC

GC

AT

CG

CG

TA

AT AT

TA TA

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG CG

TA TA

AT

T A

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG

TA

AT AT

TA TA

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG CG

TA TA

AT AT

TA TA

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG CG

TA TA

AT AT

TA TA

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG CG

TA TA

AT

T A

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG

TA

AT

T A

C G C G

GC G C

GC GC

AT AT

CG CG

CG

TA

ADN tube1 ADN tube2 ADN tube 3, 100%

d’ADN de densité

intermédiaire

Réplication

dans milieu

avec azote

léger

ADN tube 3, 100%

d’ADN de densité

intermédiaire

ADN tube 4, 50% d’ADN

de densité intermédiaire et

50% d’ADN léger

Réplication

dans milieu

avec azote

léger

De plus, ce modèle montre que les deux molécules d’ADN nouvelles ont exactement la même séquence

que la molécule d’ADN mère qui leur a servie de modèle : ainsi, par mitose, les deux cellules filles

sont génétiquement semblables entre elles et semblables à la cellule mère . En cela, la mitose est

qualifiée de reproduction conforme, toutes les cellules qui se forment sont donc des clones.

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IV)- Bilan : la mitose est une division cellulaire qui conserve l’information

génétique

Cellule mère en interphase G1 puis S puis G2

Prophase

métaphase

anaphase

télophase

2 cellules filles en interphase avec un équipement

génétique identique à celui de la cellule mère.

Pour résumer la mitose nous pouvons schématiser les différentes étapes dans le cas théorique d’une

cellule avec 2 paires de chromosomes donc 4 molécules d’ADN (les cellules humaines possèdent 23

paires de chromosomes).

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-Exercices-