ATTENTES

Cette section t'amsnera it :• decnre le cycle cellulaire et le

phenornene de la mitose, etexpliquer leur importance;

• effectuer des experiences delaboratoire pour etudier leprocessus de la mitose;

• classer des donnees sur lenombre de chromosomescontenus dans des cellules.

Figure 5.1 Le nombre de cel-lules de ces embryons degrenouille doublera a chaquenouvelle division des cellules.

Recemment, des chercheurs de Pennsylvanie ontdecouvert qu'un compose chimique present dans l'ailcru avait un effet sur la reproduction de certaines cel-lules somatiques. Les etudes prelirninaires demontrentque ce compose chimique, connu.sous le nom de « sul-fure de diallyle », peut ralentir la multiplication descellules cancereuses, On ne sait trop comment, lesulfure de diallyle bloque les composes qui causent lecancer et inhibe, par le fait meme, la croissance destumeurs cancereuses. Pour comprendre l'effet de cescomposes chimiques sur les cellules, il faut savoircomment les cellules se reproduisent. La figure 5.1montre le noyau de deux cellules aux premiers stadesdu developpement de l'embryon chez la grenouille.Comment se forment les cellules somatiques? Toutesles cellules somatiques se forment-elles de la memefacon ?

Etape G1Croissance rapide etactivite metabolique

Figure 5.2 Le cycle cellulaire.

152 * La continulte genetique

Le cycle cellulaireLes cellules se reproduisent grace El. un processuscontinu de croissance et de division: c'est le cyclecellulaire. Le cycle cellulaire comporte deux stadesprincipaux, la croissance et la division (voir la figure5.2). Pendant I'etape de croissance, ou interphase, lacellule fabrique de nouvelles molecules qui aug-mentent son volume et sa masse. Au cours de l'inter-phase, la molecule qui fournit la trame genetique dela cellule, l' ADN (acide desoxyribonucleiquel, sereplique. Tu en apprendras davantage sur la replica-tion de l'ADN au chapitre 6.

On divise l'interphase en trois etapes. Durant lapremiere, G1, les activites metaboliques prepatent lacellule El. la synthase (etape S) ; c'est pendant I'etapeS que l'ADN est replique. Une fois l'etape G1 ter-minee, la cellule passe El. l'etape S, ou entre dans uneperiods de repos. Les cellules au repos peuvent con-tinuer El. fonctionner, mais elles ne termineront pas lecycle cellulaire et ne produiront done aucune nou-velle cellule. Si l'etape S se realise, les cellulese~trent ensuite dans la derniere etape de I'inter-phase, G2. C'est El. ce moment que les cellules se pre-parent El. la division.

Deux processus caracterisent le stade de la divi-sion: la mitose (la division du noyau de la cellule) etla division cellulaire; ce sont les deux etapes lesplus courtes du cycle cellulaire. Au cours de la divi-sion cellulaire, le cytoplasme de la cellule se divisepour former deux nouvelles cellules.

Le cycle cellulaire varie selon les types de cellules :la duree du cycle cellulaire et de chacune de ses etapesdepend du type de cellule et de l'environnement.Observe la figure 5.3. Le cycle cellulaire de deux typesde cellules distincts y est represents. Que peux-tu con-clure sur le role que joue chacune de ces cellules?Pense aux differents types de cellules qui constituentle corps d'un oiseau, par exemple. Certaines cellulessont des cellules cutanees, tandis que d'autres formentles os, les muscles ou les organes. Pourquoi le cycle decertains types de cellules est-il plus rapide?

\nterphase

Total: 22 heures

Total: 48 heures

Figure 5.3 La duree de chaque etape du cycle cellulairevarie selon les types de cellules.

A quoi sert la mitose?La citrouille geante de la figure 5.4 a une masse deplusieurs centaines de kilos. Au depart, ce ri'etaitqu'une simple cellule; elle se compose maintenantde milliards de cellules. Qu'est-ce qui a permis Etcette citrouille d'atteindre cette taille? Pour qu'unorganisme puis se croitre, maintenir ses fonctions oules retablir, il doit produire de nouvelles cellules.Au cours de la mitose, une cellule « se prepare» Et sediviser pour former deux nouvelles cellules. Amesure que le nombre de cellules augmente, un etre

La duree de vie d'une cellule de la couche protectrice deI'estomac n'est que de deux jours. Par contre, une cellulenerveuse peut vivre de 30 a 50 ans.

vivant (comme la citrouille) se developpe, La mitoseet la division cellulaire permettent aussi de regenererles tissus endommages, Chaque fois que tu te coupesun doigt, par exemple, de nouvelles cellules cutaneesse forment pour remplacer la peau endommagee,Dans certains cas, des organismes peuvent msmeremplacer toute une partie. Par exemple, le bras d'uneetoile de mer qui a ete sectionne peut « repousser »grace Et la mitose et Et la division cellulaire (voir lafigure 5.5). La mitose et la division cellulaire sontnecessaires, puisque certaines cellules doivent etreremplacees lorsqu'elles ne peuvent plus fonctionnernormalement. Chez l'etre humain, par exemple, desmillions de globules rouges meurent chaque jour; cescellules sont remplacees par de nouveaux globulesrouges produits grace Et la mitose et Et la divisioncellulaire.

Figure 5.4 Cette citrouille n'a mis que quatre mois pouratteindre cette taille impressionnante.

Figure 5.5 Cette etoile de mer avait perdu trois bras. Gracea la mitose et a la division cellulaire, trois nouveaux bras sesont formes.

La reproductioncellulaireet les chromosomes ., 153

·~Des chercheurs de l'universlte Wisconsin-Madison ontdecouvert une souche de cellules cutanees qui peuvent avoirune duree de vie illimitee. On pourrait utiliser ces cellulespour traiter les grands brules, ou encore dans la recherchesur les maladies de la peau.

IN FO

La mitose et la division cellulaire se produisentdans toutes les cellules somatiques. Les nouvellescellules qui en resultant sont identiques aux cellulesd'origine. Par exemple, si des cellules cutanees sontendommagees, elles seront remplacees par de nou-velles cellules cutanees ... et non par un autre typede cellules. Les instructions servant a fabriquerchaque nouvelle cellule sont contenues dans lenoyau de la cellule d'origine. Ce sont les chromo-somes, dans le noyau, qui portent l'informationgenetiquo necessaire au maintien de la cellule et a saduplication. La figure 5.6 montre un chromosometypique d'une cellule somatique. Chaque chromo-some se compose de deux chromatides soeurs, rat-tachees l'une a l'autre par le centromere. Les chro-matides SCBurSsont des exemplaires genetiques:autrement dit, l'ADN de l'une est identique a l'ADNde l'autre. Pourquoi est-ce ainsi? Comment cetteinformation se transmet-elle d'une cellule a uneautre? Tu etudieras ces questions plus loin dans lelabo reflexion.

Grossissement: 97 875 fois

Figure 5.6 Un chromosome se compose de deux chro-matides sosurs liees par le centromere.

Grace a la mitose, le nombre de chromosomes estmaintenu d'une cellule a une autre au moment de lareproduction. Pendant la division cellulaire, la cel-lule initiale, la cellule mere (ou cellule parentale),

154 if La continuite genetique

produit deux nouvelles cellules filles identiques.Les cellules filles contiennent le msme nombre dechromosomes et la meme information genetique quela cellule mere. Une cellule somatique contient deuxexemplaires de chaque chromosome. Les cellulescutanees du corps humain, par exemple, portentchacune 46 chromosomes (deux exemplaires dechaque chromosome). Au debut de la mitose, la cel-lule cutanee mere possede 46 chromosomes; a la finde la mitose, on compte 46 chromosomes dans cha-cune des deux nouvelles cellules qui ont ete for-mees. Cela est important parce que chaque nouvellecellule doit contenir toute l'information genetiquenecessaire pour vivre et produire a son tour de nou-velles cellules cutanees.

TERMINOLOGIQUELien

Le terme «sornatique » est tire du grec soma, qui signifie«corps ". .............................................................

~ REMBOBINAGE

Relis la section 2.1 du chapitre 2. Cela te permettra derevoir la structure et la fonction des organites de la cellule.

Les etapes de la mitosePlusieurs evenements doivent se produire au coursde la mitose pour que le nombre de chromosomesdes cellules fines soit le meme que le nombre dechromosomes de la cellule mere. On peut observerfacilement les differentes etapes de la mitose sur desparties de tissus vegetaux ou animaux qui croissentrapidement. La pointe d'une racine d'oignon en estun exemple: elle est formes de cellules qui subis-sent des mitoses frequentes. La mitose est un proces-sus continu. Cependant, pour I'etudier, on la diviseen quatre etapes principales: la prophase, lametaphase, l'anaphase et la telophase. Chaque etape

__s_e caracterise par un agencement distinct deschromosomes dans la cellule et par l'apparition oula disparition d'autres structures cellulaires. Lafigure 5.7 (page 156) t'aidera a comprendre les dif-ferentes etapes de la mitose.

La prophaseLa mitose debuts avec la prophase. Au cours de cetteetape, la chromatine, qui se compose d'ADN et de pro-teines, se condense et s'epaissit pour creer des exem-plaires de chromosomes. A ce stade, chaque chromo-some qui a Me duplique (copie) pendant la phase S del'interphase a la forme d'un X. Chaque moitie de ce X

est un exemplaire du chromosome initial. Comme lesdeux moities sont liees par le centrometre, on consi-dere qu'elles constituent toujours un seul chromo-some. Chacun des chromosomes etant forme de deuxchromatides identiques, _chaque cellule fille recevraun ensemble corn let de enes issus de 1 celluh

~ i a duplication des chromosomes n'avait pasheu, chacune des cellules filles ne recevrait, pendant

la mitose, que la moitie des genes de la cellule mere,apres la division des chromosomes. Les autres struc-

tures de la cellule changent aussi lors de la prophase.La membrane nucleaire et le nucleole disparaissent.Les centrioles faites de microtubules migrent vers lespoles opposes de la cellule. Des filaments du fuseau,aussi faits de microtubules commencent a se formerentre les deux centrioles.

REFLEXION

Comment la mitose permet-elle deproduire de nouvelles cellules?ContexteLes schernas ci-dessous montrent des cellules provenant dela pointe de racines d'oignon avant et apres la mitose. Audebut de la mitose, une cellule contient 16 chromosomesdupliques, c'est-a-dire composes de 2 chromatides chacun.Au terme de la mitose, les deux cellules filles comptent, ellesaussi, 16 chromosomes chacune. (Rappelle-toi qu'une chro-matide, c'est la rnoitie d'un chromosome duplique, Lorsqueles chromatides se separent dans des cellules distinctes, onles appelle de nouveau «chromosomes »].

Ce que tu dois faireEtudie les schernas de cellules de pointes de racinesd'oignon ci-dessous. Compare le nombre de chromosomesde la cellule 1 et le nombre de chromosomes des cellules 2et 3, puis reponds aux questions suivantes.

1. Qu'observes-tu apropos du nombre de chromosomesdans les cellules 1, 2 et 3? Comment est-il possible, a

Cellule 1

partir des 16 chromosomes de la cellule 1, d'obtenir 16chromosomes dans chacune des cellules 2 et 3?Explique brievement ce qui s'est passe.

2. Que peux-tu dire des caracteristlques de chaque chro-mosome dans les cellules 1, 2 et 3 ?

3. Penses-tu qu'il existe d'autres structures cellulaires(qu'on ne peut pas voir au microscope optique) qui par-ticipent au processus de repartition, dans les cellules 2et 3, des chromosomes de la cellule 1 ? Si tel est le cas,formule une hypothese sur le role de ces structures pen-dant la mitose.

4. Indique tous les changements dans I'organisation deschromosomes qui doivent se produire entre la cellulemere (1) et la formation des deux cellules filles (2 et 3).Dessine au moins cinq cellules distinctes pour illustrerces changements. (Indice: si les cellules 2 et 3 contien-nent la rnerne information qenetique, comment les chro-mosomes devront -ils etre aqences pour se repartireqalernent entre les cellules 2 et 3 ?)

Cellule 2 Cellule 3

\-, \I', J/I' )I~ -I' ,~ membraner "n nucleaire

, \\ ~ ~ " -' rnembrane++r-, r J .•___ ~ ~ cellulaire

"..~-- paroi ---'-cellulaire

16 chromosomes 16 chromosomes 16 chromosomes

nouvelles membranes cellulaires

La reproduction cellulaire et les chromosomes • 155