td DE BIOLOGIE CELLULAIRE : LA DIVISION CELLULAIRE (MITOSe
INTRODUCTION : Il est actuellement admis par la très grande majorité des biologistes, que
toute cellule provient d’une cellule préexistante (Omnis cellula e cellulla ), a écrit Rudolf
Virchow dès 1850. Ce qui veut dire qu’une cellule est capable de se reproduire à l’identique
par division cellulaire. Cette phase particulière de sa vie est précédée d’une duplication des
éléments importants de la cellule (entre autre le matériel génétique) ; elle est réalisée par la
répartition des duplicata en deux ensembles séparés, identiques entre eux et identique à la
cellule initiale.
Le passage d’un état unicellulaire à un ensemble de cellules issues de la division de cette
cellule est donc rendu possible par la répétition d’un processus cyclique : le cycle cellulaire.
I- LE CYCLE CELLULAIRE
Le cycle cellulaire comprend la mitose,
durant laquelle les chromosomes sont
séparés et le cytoplasme est divisé, et
l'interphase, durant laquelle la majorité de
la croissance cellulaire, des activités
métaboliques et la réplication des
chromosomes se fait.
La durée typique du cycle pour une cellule
animale typique est de 18-24 heures, pour
une cellule végétale environ 10-30 heures.
L'interphase représente environ 90% de la
durée du cycle. Le cycle cellulaire
comprend donc :
1- L'INTERPHASE : C’est une phase de
croissance cellulaire continue on y distingue :
- La phase G1 (environ 12 heures) correspond à la phase de croissance optimale. Les
organites sont répartis dans le cytoplasme, et exploités au mieux de leurs capacités.
- La phase S (environ 8 heures) correspond à la période de duplication de l’ADN. C’est
également pendant cette phase que se dupliquent les centrioles du centrosome, ce qui permet
la formation de deux asters (centrosome entouré de microtubules rayonnants).
- La phase G2 : (environ 3 heures) correspond à la période qui sépare la fin de la duplication
de l’ADN et la division cellulaire.
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2- LA MITOSE : La mitose représente l'étape du cycle cellulaire durant laquelle les
chromosomes et la cellule se divisent. Elle dure environ 1 heure. La mitose (M) qui comprend
les étapes suivantes : Prophase – Métaphase – Anaphase – Télophase.
A- PROPHASE : Au début de la mitose, dans le noyau légèrement gonflé apparaissent les 2n
chromosomes, qui deviennent de plus en plus colorables. Ils sont séparés en deux chromatides
en même temps le nucléole rentre en résorption.
Dans le cytoplasme, le début de la prophase se caractérise par la duplication du diplosome.
Puis, les deux paires de centrioles s’écarte l’une de l’autre et migrent vers les deux pôles de la
cellule. Pendant ce déplacement, le hyaloplasme qui les entoure (centrosome) acquière une
structure fibreuse. Il apparaît des fibres rayonnants autour de chaque diplosome (les fibres
astériens ) dont l’ensemble constitue l’aster et des fibres reliant les deux diplosomes l’un à
l’autre (les fibres continues). A la fin de la prophase, la membrane nucléaire se déforme en
face de chaque paire de centrioles, puis se fragmente. On note également le début de la
disparition du nucléole.
A ce moment, il apparaît au niveau du centromère de chaque chromosome dédoublé des fibres
formées de faisceau de microtubules constituant les fibres chromosomiques ( chromatiques),
reliant les centromères aux asters. Alors que la membrane nucléaire continue à se fragmenter
et finalement disparaître, les centromères migrent dans le plan équatorial perpendiculaire à
l’axe formé par les deux diplosomes et les kinétochores se forment aux centromères de
chaque chromosome, et se dirigent vers les microtubules du fuseau achromatique.
B- ****PHASE : Cette phase est marquée par la disparition totale de la membrane
nucléaire et les chromosomes ont pris la forme d’un V avec un degré de compaction maximal.
Les kinétochores des centromères de chaque chromosome à deux chromatides se joignent aux
microtubules du fuseau mitotique viennent se placer dans le plan équatorial du faisceau et
forment ce qu’on appelle la plaque équatorial.
C- ANAPHASE : son début se caractérise par la séparation complète des chromatides. Les
deux chromatides de chaque chromosome sont ainsi libérées et s’écartent aussitôt l’une de
l’autre pour migrer respectivement vers un pôle du faisceau.
D- TELOPHASE : A la télophase, les deux lots identiques de chromosomes atteignent les
pôles du faisceau de division. Les fibres chromosomiques se raccourcissent de plus en plus,
puis disparaissent, de même que les fibres astériennes, alors que les fibres interzonales
subsistent dans la région équatoriale. Les chromosomes se déspiralisent et des membranes du
réticulum endoplasmique viennent s’accoler à eux. En se soudant les unes aux autres, ces
membranes engendrent une nouvelle membrane nucléaire. Les nucléoles se reforment et dans
la région équatoriale de la cellule, un étranglement apparaît qui sera de plus en plus net c’est
le sillon de division et finalement les deux cellules filles se séparent. Cette dernière étape de la
mitose est nommée cytodièrese. Les deux cellues filles qui en résultent ont un noyau à 2n
chromosomes qui ne sont plus visibles, ce qui correspond à l’état inter phasique en possédant
chacune un diplosome.
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Le schéma suivant démontre les étapes de la mitose animale. Remarquez en particulier
la forme et la position des chromosomes.
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II- Les chromosomes :
Un chromosome (du grec chroma, couleur et soma, corps),est une structure
microscopique représentant le support physique des gènes. Il est constitué essentiellement
d'ADN et de protéines, le tout constituant la chromatine.
Ils ont la forme d'un bâtonnet chez la plupart des espèces animales et végétales et peuvent se
présenter sous forme de V à branches plus au moins égales. Leur longueur pouvant varier de
0,2μ à 50μ et leur diamètre de 0,2 à 2μ. Le plus souvent, ils montrent deux bras formant entre
eux un angle et séparés par une construction primaire qui porte le centromère. C’est par son
centromère qu’au cours de la division le chromosome se fixera sur les fibres du fuseau le long
desquelles il pourra se déplacer. C’est en fonction de la disposition du centromère que nous
distinguons les différents types de chromosomes. La position du centromère est définie par le
rapport de la longueur du bras court P sur la somme de la longueur du bras court et du bras
long Q . Indice centromérique = P/P+Q.
L'ADN des chromosomes constitue le matériel héréditaire de la cellule et est transmis de
génération en génération de cellule, il est donc le support de l'information génétique. Les
chromosomes se trouvent dans les cellules de tous les êtres vivants, en nombre variable et
spécifique à chaque espèce. L'espèce humaine en compte 46.
Dans les cellules de l’organisme (diploides), les chromosomes vont toujours par paire de taille
et de forme identique sauf dans les cellules reproductrices, ou gamètes qui sont des cellules
haploïdes et ne possèdent qu'un exemplaire de chaque paire de chromosomes.
Chez l'homme, chaque cellule (exception faite des cellules reproductrices) compte 23 paires
de chromosomes dont 22 sont des autosomes ou chromosomes homologues, c'est-à-dire que
les deux chromosomes d'une paire sont semblables morphologiquement. Ces paires sont
différenciées et numérotées sur des caryotypes, de 1 à 22.
Les chromosomes de la vingt-troisième paire sont les chromosomes sexuels,ou
hétérochromosome ou également appelés gonosomes. Ils se présentent d'une manière
différente selon le sexe de l'individu. Chez la femme, ils sont tous les deux identiques et
appelés X, tandis que chez l'homme, ils sont dissemblables : l'un est le chromosome X et
l'autre, plus petit est le chromosome Y et porte le gène TDF, responsable entre autre, d'un
phénotype masculin. C'est la même chose pour la majorité des espèces animales. Mais parfois
c’est le mâle qui présente les deux chromosomes identiques, c’est le cas des oiseaux, le mâle
porte la paire ZZ et la femelle ZW.
Dans chaque paire de chromosome, un chromosome est d’origine paternelle et son homologue
d’origine maternelle. Ils sont réunis dans la même cellule lors de la fécondation de l’ovule par
le spermatozoïde. Ces deux cellules reproductrices ne contiennent que (n) chromosomes,
parmi lesquels, il y a un représentant de chaque paire. Le nombre (n)est dit haploïde. A la
fécondation, le gamète mâle et le gamète femelle apportent chacun leur (n)chromosomes :
l’oeuf possédera (2n) chromosomes. Le symbole (2n) représente le nombre diploïde ou ce
qu’on appelle caryotype c'est-à-dire l’ensemble des chromosomes de l’individu.
Les gamètes femelles contiennent tous un chromosome X, tandis que les gamètes mâles
possèdent aléatoirement un chromosome X ou Y. Lors de la fécondation du gamète femelle
par le gamète mâle, la cellule oeuf reçoit un lot de chromosomes paternels et un lot de
chromosomes maternels, c'est donc la nature du chromosome sexuel d'origine paternelle qui
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déterminera le sexe de l'embryon. La présence chez un individu, d'un chromosome en trop ou
en moins engendre des dysfonctionnements de l'organisme. C'est le cas chez l'Homme dans la
trisomie 21, où l'on observe un troisième chromosome 21, ou dans le syndrome de Turner qui
est une monosomie X, c'est-à-dire l'absence d'un second chromosome sexuel.
Espèce Nombre de chromosomes Espèce Nombre de chromosomes
Drosophile 8 Homme 46
Seigle 14 Chimpanzé 48
Cobaye 64 Mouton 54
Pigeon 16 Cheval domestique 64
Escargot 24 Poule 78
Ver de terre 36 Carpe 104
Porc 38 Lépidoptère 380
Blé 42 Fougère 1200
Chat 38 Grenouille 24
Oignon 16 Crocus 6
Tabac sauvage 24 Tabac cultivé 48
Pomme de terre 48 Pois 14
Chien 78 Tomate 36
Mouche 10 Betterave 18, 27 ou 36
Zèbre 38 Colombe 16
Souris 40 Rat 42
Lièvre 46 Ray Grass 14 ou 28
Vache 60 Hamster 22
Remarque : Au cours de la mitose on constate trois choses : une division, une
multiplication et un statu quo
1- Si on considère le volume du cytoplasme, il y a eu division car le volume de la cellule mère est
répartie ou divisé en deux volumes dans les deux cellules filles.
2- Considérant le nombre de cellules, il est évident qu’il s’agit d’une multiplication car en
démarrant d’une cellule on obtient deux cellules filles.
3- Il y a aussi, une constance du nombre de chromosomes puisque la mitose conserve toutes les
caractéristiques héréditaires de la cellule mère ; on pourrait caractériser cet aspect de statu quo.
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Exercice N°1 : une cellule mère ayant subit 7 mitoses successive aura donnée naissance à
combien de cellules filles.
Exercice N°2:: un chromosome possédant un indice centromérique de 0,25 et un bras court
mesurant 0,2 μm. Quelle est a longueur de son bras long ?
Exercice N°3: Un certain nombre d’expériences ont été menu sur un poisson adulte.
A) La quantité d’ADN contenue dans les cellules d’un poisson adulte a été mesurée dans
différents tissus :- Foie : 1,38 mg d’ADN pour 4,3 x 108 cellules.
- Spermatozoïdes : 1,16 mg d’ADN pour 7,1 x 108 cellules.
1) quelle est la teneure d’ADN exprimée en mg d’ADN par cellule pour chaque type
cellulaire ?
2) Comment expliquez vous les différences observées entre les 02 types cellulaires ?
B) Voici une représentation des
chromosomes de ce poisson.
1) Appariez les chromosomes 2 à 2 en
les désignant par leurs lettres.
2) pouvez vous dire s’il s’agit d’une
cellule provenant d’un mâle ou
d’une femelle.
Exercice N°3 : La lignée de cellules CCL 39 se divise toutes les 24h en culture. A
l’observation, la proportion de cellules en mitose d’une culture asynchrone (dont toutes les
cellules se divisent pas en même temps) semble toujours constante de l’ordre de 4,2%, on peut
à l’aide d’un cytomètre et d’un colorant de l’ADN, estimer la proportion de cellules ayant une
quantité donnée d’ ADN : on trouve 50% des cellules ont une quantité 2C ADN, 16,7% une
quantité 4C ADN et 33% une quantité intermédiaire entre 2C et 4C ADN.
En admettant que la chance d’observation d’une phase du cycle cellulaire sont
proportionnelles à la longueur de cette phase, estimez la durée des différentes phases du cycle
de ces cellules.