La mitose et la réplication de l'ADN

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1. Qu'est-ce que le cycle cellulaire ?
• La vie des cellules eucaryotes se déroule de manière cyclique. Au cours de leur vie, les cellules grandissent puis se divisent en deux cellules filles, identiques à la cellule mère comme entre elles. On appelle « cycle cellulaire » l'intervalle qui sépare la naissance d'une nouvelle cellule de sa disparition lors de sa division.
• Ce cycle est divisé en deux phases : l'interphase et la mitose. Au cours de l'interphase, la cellule grandit et exprime ses gènes caractéristiques selon sa spécialisation éventuelle. Lors de la mitose, de profonds changements se produisent et la cellule consacre toute son activité à la division. Après la mitose, un nouveau cycle recommence.
Au cours de sa vie, une cellule se divise de nombreuses fois. Chez les animaux où la croissance est définie, le nombre de divisions cellulaires est génétiquement déterminé. Dans les organes végétaux à croissance indéfinie, des cellules indifférenciées conservent la capacité de se multiplier quasi indéfiniment.
• Au cours du cycle cellulaire, la quantité d'ADN contenu dans le noyau varie : elle double pendant l'interphase, permettant aux cellules filles d'en recevoir une quantité égale à celle initialement présente dans la cellule mère. Au cours de la mitose, les cellules filles reçoivent ainsi le même nombre de chromosomes, qui est égal à celui de la cellule mère. La mitose est un mode de reproduction conforme. Le nombre de chromosomes, qui est caractéristique de l'espèce (46 dans l'espèce humaine, soit 23 paires), est donc maintenu constant au cours des cycles cellulaires successifs.
2. Quelles transformations les cellules subissent-elles au cours de la mitose ?
• La mitose est un processus continu dont la durée – quelques heures en général – est variable selon les cellules. Elle se divise en différentes phases, liées notamment au comportement des chromosomes, semblable chez toutes les cellules eucaryotes.
• La prophase (1) se caractérise par :
  • l'individualisation des chromosomes dont la chromatine se condense ;
  • la disparition de l'enveloppe nucléaire et des nucléoles ;
  • l'élaboration d'un fuseau de division formé de microtubules protéiques.
• Lors de la métaphase (2 et 3), les chromosomes présentent leur état de condensation maximum et se regroupent au centre de la cellule (plaque équatoriale).
• Depuis l'interphase durant laquelle l'ADN est répliqué (cf. question suivante), les chromosomes sont formés de deux sous-unités identiques, les chromatides, reliées au niveau du centromère. Pendant l'anaphase (4 et 5), les chromatides de chaque chromosome se séparent ; chacune est entraînée par son centromère vers un pôle de la cellule (ascension polaire). C'est ainsi que chaque cellule fille recevra autant de chromosomes qu'il y en avait dans la cellule mère.
• Lors de la télophase (6), l'enveloppe nucléaire et les nucléoles se reconstituent tandis que les chromosomes se décondensent et deviennent de nouveau invisibles au microscope optique. Une nouvelle membrane se forme, séparant les deux jeunes cellules filles.
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Différentes phases du cycle cellulaire
Différentes phases du cycle cellulaire
3. Quels sont les mécanismes de réplication de l'ADN ?
• La structure de l'ADN en double hélice rend possible un mode de réplication utilisant chacun des deux brins comme matrice pour la mise en place des nucléotides complémentaires. La réplication est dite semi-conservative car, une fois terminée, la double hélice de chaque nouvelle molécule d'ADN comporte toujours un brin ancien et un brin nouvellement formé.
• Lors de la réplication, la double hélice d'ADN s'ouvre sous l'action d'une enzyme et les brins simples s'écartent. Chaque brin sert alors de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin ; les nucléotides du nouveau brin se mettent en place selon la loi de complémentarité des bases (A = T, G = C).
• La biosynthèse des hélices complémentaires utilise des nucléosides triphosphates (ATP, GTP, CTP, TTP) qui sont présents dans le nucléoplasme. Leur hydrolyse en nucléosides monophosphates apporte l'énergie nécessaire, tandis que l'enchaînement des nucléotides se produit sous l'action d'un complexe enzymatique, l'ADN polymérase. Il en résulte la formation de deux molécules filles ayant la même séquence, identique à celle de la molécule mère. Le mécanisme de réplication de l'ADN assure donc la transmission de la même information génétique entre la cellule mère et les deux cellules filles, soit quelque 3 milliards de paires de nucléotides dans les cellules humaines.
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Principes de la réplication de l'ADN
Principes de la réplication de l'ADN
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