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La division cellulaire : la mitose - Notes de cours de biologie, Lecture notes of Biology

İstanbul Medipol ÜniversitesiBiology

Ce document présente une analyse approfondie de la division cellulaire par mitose, un processus fondamental de la biologie. Il explore les différentes phases du cycle cellulaire, notamment l'interphase et la phase mitotique, en détaillant les mécanismes de réplication de l'ADN, la formation du fuseau mitotique et la séparation des chromosomes. Le document met également en lumière les différences entre la division cellulaire chez les eucaryotes et les procaryotes.

Typology: Lecture notes

2021/2022

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04-18/11/19
DE LA MOLECULE A LA CELLULE
La division cellulaire : la mitose
Division cellulaire :
-Capacité à se reproduire = une des caractéristiques des êtres-vivants
-Pas seulement la capacité à produire plus de cellules
-La base de la reproduction des organismes
Deux types de division cellulaire chez les eucaryotes :
Mitose : production de cellules filles identiques à la cellule mère
oOrganismes unicellulaires
oOrganismes pluricellulaires : essentiellement cellules somatiques = non
reproductrices (SOMA)
Méiose : production des gamètes haploïdes (reproduction sexuée)
oUniquement cellules germinales (GERMEN) situées
dans les organes reproducteurs (gonades/ fleurs)
Rôles de la division cellulaires par mitose :
Organismes unicellulaires : reproduction de l’individu entier
Organismes pluricellulaires :
oMultiplication asexuée (= végétative chez végétaux)
oPassage zygote (cellule œuf) à l’individu (organisme complexe)
oRenouvellement cellulaire (= remplacement de cellules âgées/mortes)
Mitose : étape du cycle cellulaire
I - Le cycle cellulaire
Cycle cellulaire : processus correspondant à vie d’une cellule, depuis sa formation à partir de cellule
mère → sa propre division en 2 cellules filles
Cycle cellulaire = alternance
-De période de croissance/synthèse → interphase (90%)
-De division cellulaire → phase mitotique (10%) : caryocinèse, cytodiérèse (cinèse ou diérèse)
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DE LA MOLECULE A LA CELLULE

La division cellulaire : la mitose

Division cellulaire :

  • Capacité à se reproduire = une des caractéristiques des êtres-vivants
  • Pas seulement la capacité à produire plus de cellules
  • La base de la reproduction des organismes Deux types de division cellulaire chez les eucaryotes :  Mitose : production de cellules filles identiques à la cellule mère o Organismes unicellulaires o Organismes pluricellulaires : essentiellement cellules somatiques = non reproductrices (SOMA)  Méiose : production des gamètes haploïdes (reproduction sexuée) o Uniquement cellules germinales (GERMEN) situées dans les organes reproducteurs (gonades/ fleurs) Rôles de la division cellulaires par mitose :  Organismes unicellulaires : reproduction de l’individu entier  Organismes pluricellulaires : o Multiplication asexuée (= végétative chez végétaux) o Passage zygote (cellule œuf) à l’individu (organisme complexe) o Renouvellement cellulaire (= remplacement de cellules âgées/mortes) Mitose : étape du cycle cellulaire I - Le cycle cellulaire Cycle cellulaire : processus correspondant à vie d’une cellule, depuis sa formation à partir de cellule mère → sa propre division en 2 cellules filles Cycle cellulaire = alternance - De période de croissance /synthèse → interphase (90%) - De division cellulaire → phase mitotique (10%) : caryocinèse, cytodiérèse (cinèse ou diérèse)

Interphase :G1 : croissance de la cellule → métabolisme normal, duplication des organites  S : réplication de l’ADN → phase de synthèse Réplication de l’ADN = duplication du matériel génétique  Assure le maintien et la stabilité de l’information génétique  Se produit avant chaque division cellulaire  La cellule mère donne deux cellules filles génétiquement identiques (Nombre d’erreurs de ≈ 1/10 milliards de nucléotides) Réplication = synthèse d’ADN à partir de l’ADN parental La réplication est semi-conservatrice :

  • Chaque brin d’ADN sert de matrice (« modèle »)
  • A partir des 2 brins parentaux → synthèse de 2 nouveaux brins d’ADN (conservation d’un brin parental)  Duplication du génome (chromosome : passage d’1 à 2 chromatides)  G2 : croissance et préparation à la mitose La phase M :  Mitose = séparation des chromosomes entre les 2 noyaux fils  Cytodiérèse = division « physique » de la cellule en 2 cellules filles o Cytocinèse = cytokinèse La faculté de croître et de se diviser distingue ≠ type de cellules :
  • Cellules très spécialisées ont perdu la capacité de se diviser Ex : neurones , érythrocytes …
  • Cellules qui ne se divisent qu’après un stimulus approprié Ex : hépatocytes (foie) avec 1 division/an mais suite à une lésion/chirurgie 1 division/jour Lymphocytes (induite par l’Ag) prolifération des lymphocytes induite par l’antigène …  Cellules qui se divisent souvent Réplication 1 : Réplication de → Nouvelle double hélice : conservation du brin parental associé à un nouveau brin 1 chromatide = ADNdb Réplication de l’ADN (« copie ») 2 chromatides sœurs = 2ADNdb identiques

o Les molécules d’ADN sont ≠ chromosomes ± condensés (grâce aux protéines associées) et sont enchevêtrées o Aucune organisation discontinue  Chromosomes : o Chaque espèce possède un nombre caractéristique de chromosomes o Les chromosomes sont dupliqués pendant l’interphase (phase S)  Le centre organisateur des microtubules (MTOC) : o Centrosome = paire de centrioles (9 triplets de microtubules) dans les cellules animales (moins bien défini dans cellules végétales) o Centrosome dupliqué pendant l’interphase (phase S) : Un centriole fils orthogonal au centriole parental s’est dupliqué, les centrioles fils grandissent En G1 : 2 centrosomes avec chacun une paire de centrioles (parental et 1 fils) qui sont séparés pendant la division des cellules En G2 : 4 centrosomes Le MTOC des cellules des végétaux ne possèdent pas de centrosomes et ceux supérieurs il n’y a pas de centrioles B - Les étapes de la division cellulaire Caryocinèse = division du noyau, processus continu 5 phases :

  • Prophase
  • Prométaphase
  • Métaphase
  • Anaphases
  • Télophase Cytodiérèse = division de la cellule La prophase :
  • 1 ère^ phase de la mitose : o Les chromosomes dupliqués préparent leur ségrégation o L’appareil mitotique s’assemble Formation du chromosome mitotique :
  • Condensation de la chromatine Structures compactes, visibles au microscope optique, séparation aisée des chromatides  Une disparition du/des nucléoles
  • Chromatides sœurs : o Unies au niveau du centromère o Sur toute la longueur (+ lâche) Rôle de la cohésine (« colle » protéique) o Formation du kinétochore au niveau du centromère (structure protéique en forme de plaque située à la face externe du centromère) Formation du fuseau mitotique : (ensemble complexe formé de microtubules regroupés en faisceaux et associés à des protéines qui favorisent la migration des centrosomes → séparation des pôles)
  • Désorganisation du cytosquelette
  • Séparation et migration des 2 centrosomes → deux pôles du fuseau Fuseau = ensemble complexe formé de microtubules, regroupés en faisceaux
  • Organisation des fibres de microtubules à partir des centrosomes Les protéines motrices favorisent la migration des centrosomes Kinétochore :

La métaphase :

  • Débute quand les chromosomes sont alignés à l’équateur du fuseau o Chromosomes dans un plan : plaque métaphasique (ou équatoriale → un plan orthogonal à l’axe polaire qui le coupe en son centre)
  • Point de contrôle : point de contrôle fusorial o Contrôle du fuseau : alignement de tous les centromères dans la plaque métaphasique o Mécanisme de contrôle retarde le début de l’anaphase = débute quand tous les chromosomes occupent une position correcte Bilan :
  • Les chromosomes se regroupent sous l’action du fuseau mitotique au niveau de la plaque équatoriale pendant la prométaphase
  • A la fin de la métaphase, les centromères se retrouvent tous parfaitement alignés dans la plaque métaphasique L’anaphase : débute avec la séparation des chromatides sœurs  Répartition égale (et identique) du matériel génétique Deux processus identiques indépendants :
  1. Déplacement des chromosomes vers les pôles ( anaphase A ) Raccourcissement des microtubules kinétochoriens Déplacement des chromatides vers les pôles Dépolymérisation plus rapide lié au chromatide et 2 hypothèses : → Rôle des microtubules kinétochoriens

Bilan : Les chromatides se rapprochent des centrosomes Déplacement de la chromatide grâce à des protéines motrices

  1. Eloignement des pôles ( anaphase B ) par glissement des microtubules polaires  Mouvement qui écarte les 2 pôles Allongement des microtubules polaires via un ajout de tubulines au niveau de zone de chevauchement (extrémité +) Bilan :
  • Les chromatides se rapprochent des centrosomes
  • Les 2 centrosomes s’éloignent vers les 2 pôles ce qui provoque l’allongement progressif de la cellule
  • Elongation du fuseau mitotique  Un chromatide de la cellule qui se divise = un chromosome fils La télophase : débute quand la migration des chromatides est terminée  2 jeux de chromosomes identiques rassemblés à chacun des 2 pôles  Retour à l’état interphasique (inverse de la prophase) : o Décondensation des chromosomes o Formation de l’enveloppe nucléaire (+ RE et Golgi) o Réapparition du ou des nucléole(s) o Disparition du fuseau mitotique La cytodiérèse : cytocinèse = division de la cellule  Partage des constituants cytoplasmiques  Chaque cellule fille hérite : o D’organites (mitochondrie, RE, Golgi, plastes…) o De ribosomes o D’un centrosome (cellule animale) o De différentes molécules présentes dans le cytoplasme  Elle débute dès la fin de l’anaphase, pendant la télophase : o Cellules animales : cytodiérèse par étranglement → sillon de division , invagination de la surface cellulaire de façon perpendiculaire à l’axe du fuseau = plaque métaphasique → anneau contractile se met en place sous la surface cytoplasmique du sillon (microfilaments d’actine + molécules myosine), apparition du sillon de clivage pour donner deux cellules filles réalisé par cytodiérèse par étranglement o Cellules végétales : (paroi extracellulaire) construction d’un précurseur

« Hypothèse : évolution de la scissiparité vers la mitose »