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Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 12 et 13 Campbell, 3 e édition LE CYCLE CELLULAIRE LA MÉIOSE ET LES.

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1 Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 12 et 13 Campbell, 3 e édition LE CYCLE CELLULAIRE LA MÉIOSE ET LES CYCLES SEXUÉS Cours 4 Campbell (3 e éd.) Figure 12.2 : 235

2 1.Introduction 2.Le matériel génétique (ADN et protéines) 3.Particularités du chromosome métaphasique 4.Le cycle cellulaire des Eucaryotes (interphase, mitose et cytocinèse) 5.La scissiparité des Procaryotes 6.Un mécanisme de régulation gouverne le cycle cellulaire Partie 1 : Le cycle cellulaire

3 1. Introduction A)La capacité de se reproduire est la caractéristique qui distingue le plus distinctement le vivant du non vivant B)Génération spontanée VS biogenèse Repose sur la réplication de lADN suivie de la division cellulaire ! Rudolf Virchow (1855) une cellule provient d'une autre cellule. La controverse sur lorigine des cellules perdure : on croit à la génération spontanée (genèse de la vie à partir de matière inanimée et dun principe actif). La célèbre expérience de Pasteur (1861), celle du ballon à col de cygne, sonne le glas de la génération spontanée et va dans le sens de Virchow : la vie vient de la vie (théorie de la biogenèse).

4 C)Deux types de division cellulaire contribuent à perpétuer la vie chez les Eucaryotes Division dune cellule qui produit deux cellules génétiquement identiques deux clones Double division dune cellule qui produit quatre cellules génétiquement réduites de moitié les gamètes. Humain La cellule «mère» disparaît MITOSEMÉIOSE

5 Quasi toutes les cellules du corps subissent la mitose ! Cellules somatiques : Cellules du corps en général comme les cellules épithéliales, rénales, musculaires, les neurones… Cellules germinales : Cellules dans les gonades qui se multiplient activement par mitose : les ovogonies et les spermatogonies Cellules concernées par la mitose et la méiose Ovogonies dans les ovaires fœtaux (mitose) ovocytes primaires (méiose) Spermatogonies dans les testicules (mitose) spermatocytes primaires (méiose) Les ovocytes 1 et les spermatocytes 1 subissent la méiose !

6 1.Reproduction asexuée des organismes unicellulaires (amibe) et pluricellulaires (plantes produites à partir de boutures, étoile de mer à partir de fragments). 2.Développement embryonnaire des organismes à reproduction sexuée à partir de l'oeuf fécondé ou zygote. 3.Renouvellement des cellules usées. 4.Réparation des tissus lésés. D)La mitose joue des rôles importants Développement de lembryon à partir de son zygote Deux amibes «identiques à la mère» Des cellules de la moelle osseuse se divisent et donnent dautres cellules sanguines. Campbell (3 e éd.) Figure 12.2 : 235

7 F)Terminologie utile (en rapport avec les eucaryotes animaux) E)La mitose fait partie du cycle cellulaire Cellules somatiquesCellules de l'organisme de façon générale (cellules de la peau, des poumons, les neurones, les cellules musculaires…). Cellules germinalesLignées cellulaires des ovaires et des testicules qui aboutissent à la formation des cellules reproductrices. Cellules reproductrices Les spermatozoïdes et les ovules. (Les gamètes) Cycle cellulaire vie d'une cellule, depuis sa naissance jusqu'à ce qu'elle se divise en deux cellules filles. Chaque cellule fille entre dans un nouveau cycle…etc. etc. etc. La notion de cycle ne sapplique pas à la méiose car les gamètes ne se redivisent jamais. Ils sont fécondés ou meurent.

8 2.Le matériel génétique (ADN = 1/3 et protéines = 2/3) A)Létat physique du matériel génétique varie au cours de la vie dune cellule Chromatine Euchrom atine (10%) Forme la moins compacte : ADN enroulé autour damas dhistones. Coloration très pâle au microscope photonique. Dispersée dans le nucléoplasme. Rôle : permet transcription /réplication car, accessible aux enzymes. Hétéroch romatine (90%) Forme plus compacte dADN. Coloration plus foncée au microscope photonique. En périphérie du nucléole et du noyau mais aussi, dispersée dans le nucléoplasme. Rôle : «range» le matériel génétique dans le petit noyau. Durant la période qui précède la division (durant l'interphase). État filamenteux (46) filaments chromatiniens chez lhumain.

9 AU MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE Euchromatine Granulations plus ou moins distinctes. (Hétéro : + coloré) (Eu : + clair) Noyau NucléoleChromatine AU MICROSCOPE OPTIQUE Cellule doignon en interphase Campbell (3 e éd.) p. 252 Hétérochromatine Noyau dun globule blanc Campbell (3 e éd.) Figure 6.14 : 111

10 Chromosomes Durant la division cellulaire (mitose mais aussi, méiose). Aspect de petits bâtonnets (46) chromosomes chez lhumain. Par condensation des filaments de chromatine. La condensation samorce dès le début de la division, atteint un maximum puis, diminue. Le chromosome a lair dun « X » parce que lADN dont il est constitué sest répliqué durant linterphase. Rôle : compacter suffisamment lADN afin de le répartir également permettre dans les cellules filles issues de la division. 1 filament de chromatine Réplication Chromosome

11 AU MICROSCOPE OPTIQUE Granulations plus définies avec des espaces clairs autour. Cellules doignon en diverses phases de la mitose Campbell (3 e éd.) p. 252 Chromosomes En métaphase (M), les chromosomes sont condensés au maximum. M En anaphase (A), les chromosomes commencent déjà à se décondenser. A En prophase (P), les chromosomes commencent à se condenser. P

12 B)Laspect physique «variable» du matériel génétique sexplique par ses divers niveaux de condensation Campbell (3 e éd.) Figure 19.2 : 393 Fibre de 10 nm LADN senroule, à intervalle régulier, autour de protéines. Structure du collier de perles. Fibre de 30 nm Enroulement de la fibre de 10 nm. Domaines en boucle de 300 nm Replis de la fibre de 30 nm (liés à la lamina nucléaire, une cage de protéines à lintérieur de lenveloppe nucléaire). Chromosome métaphasique (2 x 700 nm). Replis des domaines en boucle nm 700 nm Euchromatine NUCLÉOSOME ADN Cœur dhistones Hétérochromatine Chromosome 2 nm Hétérochromatine

13 1 chromatide (700 nm) Un chromosome métaphasique (1 400 nm) Une bobine = 30 rosettes (protéine «condensine» Une rosette = 6 boucles (autour dune protéine scaffold) Domaine en boucle de 300 nm Nucléosome Histone H1 Double hélice dADN de 2 nm Fibre de 10 nm Structure du collier de perles. Fibre de 30 nm Enroulement de la fibre nucléosomique Un modèle complexe de compaction de lADN ! La condensation du matériel génétique permet de loger environ 2,20 m dADN dans le noyau ! Chaque chromosome mesure en moyenne 4 cm. 6 nucléosomes par tour Pas à lexamen Source

14 Les histones, de charge positive, se lient solidement à lADN, de charge négative. Cependant, lorsque leurs extrémités amine sont acétylées (COCH 3 ) leurs charges ++ sont neutralisées et lADN se déroule. Le retrait des «acétyle» restaure leurs charges ++ et lADN se réenroule. La méthylation (CH 3 ) des histones joue également un rôle dans la condensation de lADN. L'euchromatine est déméthylée tandis que lhétérochromatine est méthylée. Campbell (3 e éd.) Figure 19.4 : 395 Les extrémités aminées des histones (queues) sont recouvertes de groupes acétyle. LIRE Euchromatine C)Enroulement et relâchement de lADN (explication partielle )

15 3. Particularités du chromosome métaphasique 1.Formé de deux chromatides sœurs. 2.Chaque chromatide contient une molécule dADN. 3.Condensation maximale. 4.Les deux chromatides sont reliées par le centromère, une région fortement condensée qui prend la forme d'un étranglement. 5.Les chromatides sœurs sont génétiquement identiques car elles sont issues de la réplication dune molécule dADN «mère». Centromère Source Chromatides soeurs Exemple Gènes yeux bleus

16 Vie dune cellule depuis sa formation, par division dune cellule mère, jusquau moment où cette cellule finit de se diviser en (2) cellules filles. Englobe la période qui précède la division cellulaire : l'interphase et la division cellulaire elle-même : la mitose (division du noyau) suivie de la cytocinèse (division du cytoplasme et de ses organites). 4.Le cycle cellulaire des Eucaryotes A)Définition B)La durée du cycle cellulaire Durée «relative» moyenne : 90% pour linterphase 10% pour la mitose et la cytocinèse La durée du cycle est semblable chez toutes les cellules d'un même type mais varie d'un type cellulaire à l'autre. Durée «absolue» moyenne : cellule animale : 18 à 24 h cellule végétale : 10 à 30 h

17 46 OvuleSpermatozoïde Zygote Cycle cellulaire (interphase et division) 23 Gonades (méiose) gamètes à 23 chromosomes C) Le cycle cellulaire dans le cycle sexué de lhumain Milliards de cellules à 46 chromosomes L'humain dérive du zygote, la première cellule somatique de l'individu, via de multiples cycles cellulaires !

18 CYTOCINÈSE Phase G1 Fonctionnement cellulaire Croissance par synthèse de protéines (la masse et le nombre des organites augmente) Les chromosomes sont non répliqués = chromosomes simples Début de réplication du centrosome et des centrioles Phase S Fonctionnement cellulaire Croissance par synthèse protéique Réplication de lADN = chromosomes doubles Phase M M I N T E R P H A S E I T O S E Phase G2 Fonctionnement cellulaire Croissance par synthèse protéique Fin de réplication du centrosome et des centrioles Synthèse de protéines pour mener la mitose à terme D)Événements clés du cycle cellulaire Phase M : phase mitotique = mitose (division du noyau) + cytocinèse (division du cytoplasme) Télophase Prométaphase Prophase Anaphase Métaphase

19 Aux points de contrôle (G1, G2 et M), le génome est vérifié et réparé au besoin avant létape suivante. Si le dommage est trop grand, la cellule se suicide (apoptose). E)Les trois points de contrôle du cycle cellulaire Caryocinèse = division du noyau Cytocinèse = division du cytoplasme PHASE M (~ 1h) (mitotique) INTERPHASE (~23h) Chromatine Chromosomes Phase G1 : 5 à 6h Phase S : 10 à 12h Phase G2 : 4 à 6h G1 G2 S Caryocinèse et cytocinèse T/C P M A PM Au point de contrôle G1 une cellule peut quitter le cycle et entrer dans un état de repos appelé phase G0. La majorité des cellules humaines se trouvent en phase G0. Ces cellules peuvent réintégrer le cycle cellulaire sous l'effet de facteurs de croissance à la suite d'une lésion. G0G0 G2 M G1

20 F)Description de la phase mitotique dune cellule animale à 4 chromosomes : mitose et cytocinèse 1.Centrosome, centrioles et chromosomes répliqués. 2.Matériel génétique sous forme de chromatine. 3.Enveloppe nucléaire et nucléole présents. Campbell (3 e éd.) Figure 12.6 : 240 FIN DE LNTERPHASE (phase G2) Cellule pulmonaire de Taricha granulosa un triton ayant 22 chromosomes Microfilaments (en rouge) Microtubules (en vert) Centrosomes et centrioles Centrosome Deux centrioles

21 1.La condensation de la chromatine samorce. 2.Le nucléole se dissout. 3.Les microtubules du cytosquelette se démantèlent en molécules de tubuline qui seront recyclés dans le fuseau de division. 4.Le fuseau se forme entre les centrosomes qui séloignent aux pôles. PROPHASE (2) centrosomes qui séloignent tandis que le fuseau se construit entre les deux. Fuseau de division en formation «appareil mitotique» Aster (et centrioles) des microtubules «rayonnants» issus des centrioles (au cœur du centrosome) Fuseau (et centrosome) des microtubules issus des centrosomes Un chromosome = (2) chromatides sœurs

22 PROMÉTAPHASE (2) kinétochores 1.La condensation de la chromatine se poursuit. 2.La membrane nucléaire se dissocie en de nombreuses vésicules. 3.Les fibres du fuseau envahissent le noyau. Microtubules kinétochoriens Les fibres kinétochoriennes saccrochent aux kinétochores des chromosomes. Microtubules polaires Les fibres polaires se chevauchent à léquateur de la cellule.

23 Figure 23-38, p. 1094, Molecular Cell Biology, 3rd ed., Lodish, et al. Couche externe Couche moyenne Couche interne ADN de la chromatide Centromère Kinétochore Microtubules du kinétochore Un chromosome possède deux kinétochores, un par chromatide. Kinétochore = (3) plaques de protéines associées à certaines portions dADN du centromère Structure générale dun kinétochore

24 MÉTAPHASE Campbell (3 e éd.) Figure 12.7 : 242 Kinétochore 1.Les microtubules des asters ont grossi et touchent à la membrane plasmique, le fuseau est complet. 2.Les chromosomes sont condensés au maximum. 3.Les fibres du fuseau alignent les chromosomes à la plaque équatoriale de la cellule. 4.Les microtubules polaires se chevauchent considérablement à l'équateur. Une fibre du fuseau est formée de 15 à 35 microtubules.

25 ANAPHASE 1.Toutes les chromatides sœurs se séparent simultanément au niveau des centromères. 2.Migration des chromatides Anaphase A Chaque chromatide, devenue un chromosome, migre vers son pôle en marchant sur son microtubule via une protéine motrice (1µm/ min). Ce même microtubule se démantèle près du kinétochore. 3.Allongement de la cellule Anaphase B La cellule sallonge grâce à ses fibres polaires : les fibres séloignent vers les pôles en glissant lune sur lautre (protéines motrices) mais aussi, s'allongent par ajout de tubuline. 4.Les chromosomes amorcent la décondensation.

26 Migration des chromatides Protéine motrice Microtubule Sous-unités de tubuline Kinétochore Chromosome Déplacement du chromosome Campbell (3 e éd.) Figure 12.8 : 242 Campbell (1 e éd.) Figure 11.9 : 229 Allongement de la cellule

27 1.Les noyaux se reforment : lenveloppe nucléaire se reconstitue à partir des fragments de la cellule mère et le nucléole réapparaît. 2.Les chromosomes reprennent létat de chromatine. TÉLOPHASE Chaque noyau contient un génome identique à celui qui se trouvait dans la cellule mère. La mitose ou caryocinèse vient de se terminer !

28 Division du cytoplasme et de ses organites en deux parties à peu près égales. De l'extérieur de la cellule vers le centre. Grâce à un anneau de microfilaments contractiles (actine et myosine) resserre la cellule et l'étrangle en deux (processus de segmentation). CYTOCINÈSE Sillon de division, à l'équateur de la cellule Anneau contractile de microfilaments d'actine et de myosine) Campbell (3 e éd.) Figure 12.9 : 243

29 G)Particularités de la phase mitotique de la cellule végétale Pas de centrioles ni daster dans la cellule végétale Campbell (3 e éd.) Figure : 243 Les animaux ont (2) centrioles au cœur de leur centrosome contrairement aux végétaux. Donc, les animaux ont un aster à chaque pôle cellulaire durant la division et les végétaux nen nont pas. Les cellules végétales ont tout de même un fuseau de division élaboré par leurs centrosomes. Campbell (1 e éd.) Aster Fuseau

30 La cytocinèse végétale est différente Des vésicules de sécrétion «golgiennes» avancent sur des microtubules jusqu'au milieu de la cellule où elles fusionnent en formant la plaque cellulaire. Elles contiennent les matériaux nécessaires à l'élaboration de la nouvelle paroi cellulaire (pectines et …). Vésicules venant de lappareil de Golgi Sens de la cytocinèse : extérieur vers intérieur cellule animale intérieur vers extérieur cellule végétale Processus de la cytocinèse : segmentation cellule animale formation dune plaque cellulaire végétale Pour en savoir plus ! Plaque cellulaire Nouvelle paroi cellulaire

31 H)Vue, au microscope optique, de cellules animales et végétales dans les diverses étapes du cycle cellulaire œufs de poisson racine doignon «Allium cepa»

32 5.La scissiparité des Procaryotes L'unique chromosome se réplique. Les deux chromosomes s'attachent, chacun, à un pôle bactérien. La bactérie s'allonge et se divise en deux. Les bactéries filles sont des clones. La scissiparité est léquivalent de la mitose chez les bactéries. Origine de réplication En conditions idéales (espace, température, nourriture), un bactérie se divise aux 20 minutes. Ainsi, une seule bactérie pourrait former une colonie pesant environ un million de kilogramme, en 24h. (extrait)extrait Temps de génération de E Coli 20 min in vitro et 3 heures in vivo Campbell (3 e éd.) Figure : 244

33 6. Un mécanisme de régulation gouverne le cycle cellulaire Les cellules épithéliales (peau, muqueuse intestinale) se divisent fréquemment, les cellules du foie se divisent environ une fois par année (sauf si une lésion exigeant réparation les fait se diviser tous les jours) et, les neurones, les cellules musculaires et les globules rouges ne se divisent pas lorsqu'ils sont matures. Le contrôle du cycle cellulaire repose sur l'interaction coordonnée de protéines «de contrôle» aux trois points de contrôle du cycle G1, G2 et M. A)La division cellulaire doit se produire au moment opportun et à un rythme approprié LIRE

34 Par exemple, pour passer de la phase G2 à la phase M, il faut la présence de MPF dans la cellule, un complexe de cycline et de kinase (cdk). PCG2 G1 S G2 MPF La portion cycline du MPF est dégradée La portion cdk du MPF est recyclée Accumula tion de cycline à partir de la fin de la période S. cdk cycline M Campbell (3 e éd.) Figure : 248

35 B)Les cellules tumorales n'obéissent pas aux mécanismes de régulation du cycle et se divisent de manière excessive en envahissant d'autres tissus. C)Différences entre tumeurs bénigne et maligne Une tumeur bénigne est une masse de cellules prolifératives encapsulée de tissu qui se développe lentement. Une tumeur maligne est une masse de cellules prolifératives non encapsulée de tissu qui se développe rapidement avec production de métastases. Campbell (3 e éd.) Figure : 250 Tumeur bénigne de 7 Kg Métastase

36 7.Introduction 8.Reproduction asexuée et sexuée 9.Le caryotype 10.Nombres haploïde et diploïde 11.Cycles de développement sexués 12.La méiose 13.Diversité génétique et méiose 14.La variation génétique est favorable à l'évolution des espèces. 15.Les rôles de la méiose 16.Comparaison de la mitose et de la méiose Partie 2 : Méiose et cycles de développements sexués

37 7.Introduction B)On ressemble à nos parents parce quon reçoit leurs gènes via les gamètes. A)Définitions Hérédité Transmission des caractères héréditaires (taches de rousseur, couleur des yeux...) d'une génération à la suivante. Génétique Science qui étudie l'hérédité et la variation chez les individus. Les gènes programment nos cellules afin qu'elles synthétisent les protéines dont les effets cumulatifs produisent les caractères «héréditaires» de lorganisme.

38 8. Reproduction asexuée et sexuée A)Définition La reproduction est l'apparition de nouveaux individus à partir des anciens : selon le mode asexué ou sexué. Deux parents Un parent

39 B)Caractéristiques de la reproduction asexuée 1.Un parent qui produit un ou plusieurs double(s) de lui-même. 2.Production de clones : descendants génétiquement identiques au parent. 3.Grâce à la mitose des Eucaryotes ou à la scissiparité des Procaryotes. Exemples ! Bourgeonnement de lHydre (règne Animal) par mitose Bourgeon Campbell (3 e éd.) Figure 13.2 : 256 Campbell (3 e éd.) Figure 12.2 : 235 Reproduction de lAmibe (règne des Protistes) par mitose Reproduction bactérienne par scissiparité Campbell (3 e éd.) Figure 27.2 : 578

40 1.Deux parents produisent des gamètes qui se fécondent. 2.Les descendants sont différents «génétiquement» de leurs parents puisque issus du mélange des gènes parentaux. 3.Grâce à la méiose (Eucaryotes seulement). C)Caractéristiques de la reproduction sexuée Source Photos C. Rolland 01/04/2006 © Exemples ! Reproduction du pommier suite à la fécondation des gamètes dans ses fleurs avec production de graines fait de la méiose Reproduction de la grenouille suite à la fécondation des gamètes avec production dœufs fécondés fait de la méiose

41 9.Le caryotype Le caryotype est, en quelque sorte, la formule de chromosomes dun organisme. Cette formule est déterminée à laide des chromosomes de la métaphase car, cest à cette étape quils sont le plus condensés. A) Chromosome métaphasique caractéristiques Une forme spécifique : grosseur, largeur… Une position définie du centromère. Un patron spécifique de bandes de coloration (si on ajoute des colorants). Campbell (3 e éd.) Figure 13.3 : 257

42 Des chromosomes semblables même longueur, même forme, même position du centromère, mêmes bandes colorées, etc. Deux chromosomes homologues B)Lobservation du lot de chromosomes des organismes montre quils contient très souvent des chromosomes homologues (3) homologues (2) homologues Images «hors-série» du chapitre 13 de Campbell De véritables chromosomes métaphasiques «homologues»

43 C) Caryotype définition Présentation ordonnée des chromosomes métaphasiques. Regroupement en «homologues». Le caryotype révèle que les animaux sont diploïdes : leurs homologues sont au nombre de deux dans presque tous les cas. Chez les végétaux, il n'est pas rare d'avoir des caryotypes montrant trois homologues (triploïdie) ou quatre homologues (tétraploïdie). Campbell (3 e éd.) Figure 13.3 : 257

44 D)Interprétation génétique des chromosomes homologues Yeux Cheveux Chromatides non sœurs ou homologues Portent, aux mêmes locus, des gènes qui déterminent les mêmes caractères. Ces gènes sont identiques ou non. Chromatides soeurs Chromatides d'un même chromosome. Génétiquement identiques. Locus : Lieu occupé par le gène, sur un chromosome. Habituellement, un chromosome vient du père et lautre, de la mère. 1a 1b 1c 1d 1a homologue d1c homologue d1d 1b homologue d1c homologue d1d

45 E)Un caryotype humain «normal» possède (23) paires homologues Les autosomes Vingt-deux (22) paires autosomes Complètement homologues chez les hommes et les femmes. Nommées à laide de numéros : paire 1 -1', paire 2 - 2, paire … Les hétérosomes Synonymes Chromosomes sexuels Hétérochromosomes Gonosomes Paire sexuelle Une (1) paire hétérosomes Complètement homologues chez les femmes mais partiellement homologue chez les hommes. Nommée à laide de lettres : XX femme XY homme

46 F)Signification génétique de la paire sexuelle Régions entre les PARs «portions différentielles» Contiennent des gènes propre à X (gène DAX1 féminisant, daltonisme, hémophilie…) ou propre à Y (gène SRY virilisant, homme couvert de longs poils, peau craquelée et écailleuse…). Il y a une différence dans l'expression des caractères déterminés par ces gènes selon que l'on est un homme ou que l'on est une femme. Les portions non homologues (portions différentielles) de la paire XY expliquent les différences sexuelles entre les hommes et les femmes. X Y Source Zones PARs «portions homologues» Permettent lappariement en paires lors de la méiose Contiennent des gènes homologues. Pas de différence dans lexpression de ces gènes entre les hommes et les femmes.

47 G)Caryotype établissement et utilité 1.On cultive des cellules. 2.On les bloque en métaphase via un poison du fuseau (colchicine). 3.On les fait éclater pour que les chromosomes sétalent et on colore les chromosomes. 4.On photographie (appareil numérique sur un microscope). 5.On découpe et on classe (vieille méthode) ou on fait faire le travail à un ordinateur (méthode du paresseux).

48 Cette personne possède combien : dautosomes ? de chromosomes sexuels ? dhétérosomes ? Homme ou femme ? Utilité du caryotype : déceler des anomalies génétiques. Images «hors-série» du chapitre 13 de Campbell

49 AnomalieConséquencesFréquence moyenne Trisomie 21Yeux en amandes, visage large, handicap mental plus ou moins important, santé fragile. 1/700 Trisomie 18Affecte l'ensemble des organes, meurt avant 1 an.1/5000 Trisomie 13Malformations du cerveau, des yeux, du système circulatoire jours d'espérance de vie 1/9000 Maladie du cri du chat (délétion du bras court du chromosome 5) Cri évoque le miaulement du chat ( hypoplasie du larynx). Retard du développement psychomoteur. Ces enfants vivent. 1/ à 1/ Super femelle 47 XXXPhénotype normal Léger déficit intellectuel possible 1 femme sur Super mâle 47 XYYPhénotype normal Léger déficit intellectuel possible 1 homme sur Syndrome de Turner 45 X(0) Femme de petite taille, cou élargi, stérile, Léger déficit cognitif 1/5000 Syndrome de Klinefelter 47 XXY Homme un peu plus grand, gynécomastie, stérile Léger déficit cognitif 1/1 000 LIRE Les Aberrations chromosomiquesgbourbonnais/genetique

50 10. Nombres haploïde (N) et diploïde (2N) Nos paires de chromosomes découlent de notre origine sexuée. Chaque parent nous transmet un chromosome de chaque paire de sorte que les 46 chromosomes de nos cellules proviennent de deux jeux de 23 chromosomes : un venant de notre père et l'autre, venant de notre mère. Gamètes (cellules reproductrices) Cellules haploïdes (un jeu de chromosomes) Le lot haploïde est 23 (n = 23) 22 autosomes 1 hétérosome X chez les femelles X ou Y chez les mâles Zygote et toutes les cellules somatiques Cellules diploïdes (deux jeux de chromosomes) Le lot diploïde est 46 (2n = 46) 44 autosomes 2 hétérosomes XX chez les femelles XY chez les mâles Spermatozoïde (23) Ovule (23) Zygote (23 paires = 46) +

51 Campbell (3 e éd.) Figure 15.9 : 306

52 11. Cycles de développement sexués A)Cycles de développement sexué Définition Un cycle de développement correspond à la vie dun organisme, de sa conception jusquà la production de ses descendants. Dans un cycle de développement sexué, il y a alternance entre la phase diploïde (issue de la fécondation des gamètes) et la phase haploïde (issue de la méiose). Trois types de cycles sexués selon la durée des deux phases haploïdes et diploïdes : Cycle diplonte : Animaux Cycle haplonte : Mycètes et Protistes Cycle diplo-haplonte : Végétaux et Protistes

53 La méiose produit des gamètes qui se fécondent ou meurent. Le zygote diploïde issu de la fécondation se divise ensuite par mitose et produit l'organisme multicellulaire diploïde. Campbell (3 e éd.) Figure 13.6 : 260 B)Cycle diplonte MÉIOSEFÉCONDATION Organisme diploïde Gamètes Zygote Organisme multicellulaire diploïde Période haploïde réduite aux gamètes Haploïde Diploïde 2n Mitose

54 Campbell (3 e éd.) Figure 13.5 : 259 Cycle diplonte de lhumain Complétez le cycle !

55 C)Cycle haplonte Reproduction sexuée L orsque les conditions deviennent difficiles, à la mauvaise saison, la reproduction sexuée entre en jeu. Deux organismes haploïdes fusionnent alors ensemble et forment un zygote diploïde résistant qui passe lhiver. Dès que les conditions le permettent, le zygote se divise par méiose en cellules haploïdes qui formeront les adultes haploïdes. Organisme haploïde Période diploïde réduite au zygote MÉIOSE (immédiate) FÉCONDATION Organisme haploïde Mitose Gamètes Haploïde Diploïde Zygote n Reproduction asexuée Quand les conditions sont bonnes, lorganisme se reproduit de façon asexuée, par mitose.

56 Mitose Reproduction sexuée Reproduction asexuée (plusieurs cycles) Cycle haplonte de lalgue unicellulaire Chlamydomonas n 2n Campbell (3 e éd.) Figure : 616 Complétez le cycle !

57 Génération du gamétophyte Organisme multicellulaire haploïde La génération du gamétophyte engendre la génération suivante du sporophyte, via les gamètes qui se fécondent. Deux organismes multicellulaires se reproduisent alternativement alternance des générations haploïde et diploïde D)Cycle haplo-diplonte ou diplo-haplonte HaploïdeDiploïde MÉIOSE FÉCONDATION Sporophyte Zygote Spores Gamètes Gamétophyte n 2n Mitose Génération du sporophyte Organisme multicellulaire diploïde La génération du sporophyte engendre la génération du gamétophyte comme descendant, via la méiose et les spores haploïdes qui en sont issues.

58 Fougère Sporophyte (2n) Mitose et développement Prothalle Gamétophyte (n) Mitose et développement Campbell (3 e éd.) Figure : 633 Cycle diplo-haplonte de la fougère Gamètes Complétez le cycle !

59 12. La méiose B)Le lieu de la méiose Dans les organes reproducteurs : gonades des Animaux, fleurs des Végétaux, … A) Méiose définition Deux divisions cellulaires consécutives (méiose I et méiose II) qui produisent (4) cellules ayant la moitié des chromosomes de la cellule mère passage du stade diploïde au stade haploïde. C)Le but général de la méiose Permettre la reproduction sexuée de lespèce. D)Préparation de la cellule pour la division de la méiose Comme pour la mitose : réplication des chromosomes, du centrosome et des centrioles en interphase.

60 E)Répartition des chromosomes homologues au cours de la méiose Méiose I Division réductionnelle. Séparation des paires homologues. Méiose II Division équationnelle. Séparation des chromatides sœurs. (4) cellules reproductrices : gamètes des Animaux et spores des Végétaux Campbell (3 e éd.) Figure 13.7 : 261 INTERPHASE MÉIOSE 1 MÉIOSE II Cellule diploïde dont les chromosomes sont répliqués. 2n n n (2) cellules haploïdes aux chromosomes répliqués. (4) cellules haploïdes aux chromosomes non répliqués

61 1.Centrosome, centrioles et chromosomes répliqués. 2.Matériel génétique sous forme de chromatine. 3.Enveloppe nucléaire et nucléole présents. Campbell (3 e éd.) Figure 13.8 : 262 FIN DE LNTERPHASE (phase G2) F)Description des phases de la méiose dune cellule animale à 6 chromosomes soit 3 paires MÉIOSE I ET MÉIOSE II Dans létamine (fleur mâle) dun Lys

62 Méiose I : prophase I métaphase I anaphase I télophase I Comme pour la mitose Condensation des chromosomes, installation du fuseau, dissolution de lenveloppe nucléaire et du nucléole. Spécifique à la méiose : Les homologues se reconnaissent et s'apparient en paires (synapsis). Les chromatides homologues se croisent (chiasmas) puis échangent des gènes (enjambements). À la fin de la prophase, chaque homologue est attaché au fuseau. Tétrade Chiasmas Fuseau Chromatides soeurs 2n=6

63 Méiose I : prophase I métaphase I anaphase I télophase I Les paires homologues (sous forme de tétrades de chromatides) s'alignent à la plaque équatoriale. Le hasard détermine lequel des homologues se place dun côté ou lautre de la plaque. Les chromatides sont retenues ensemble par des points de croisement où les enjambements ont eu lieu : les chiasmas. Microtubule fixé au kinétochore Plaque équatoriale

64 Méiose I : prophase I métaphase I anaphase I télophase I Les paires se séparent et chaque homologue migre vers son pôle. À la fin de l'anaphase, chaque extrémité possède un nombre haploïde de chromosomes «à létat répliqué». Séparation des paires homologues Chromatides sœurs liées et modifiées par enjambements

65 TÉLOPHASE 1 Chaque extrémité de la cellule en division possède maintenant un nombre haploïde de chromosomes (n) mais ceux-ci sont encore à létat répliqué. CYTOCINÈSE Lorsque la cytocinèse se produit, elle procède comme pour la mitose : un sillon de division (cellules animales) et une plaque cellulaire (cellules végétales). Méiose I : prophase I métaphase I anaphase I télophase I Reformation des noyaux et décondensation des chromosomes (certaines espèces seulement) n=3

66 Méiose II : prophase II métaphase II anaphase II télophase II Formation du fuseau. Accrochage des fibres aux kinétochores. Alignement des chromosomes à léquateur cellulaire. Séparation des chromatides. Migration vers les pôles. Allongement de la cellule. Formation des noyaux. Division du cytoplasme. Pas de réplication d'ADN, du centrosome ni des centrioles. n=3 Intercinèse chez certaines espèces seulement. Comme une mitose

67 Lys (U. Wisconsin)

68 13. Diversité génétique et méiose 1.Les enjambements 2.Les assortiments indépendants 3.La fécondation aléatoire des gamètes La source première de la diversité génétique est la mutation car cest elle qui produit de nouveaux gènes. Cependant, la diversité génétique résulte bien davantage de la méiose et des aléas de la fécondation. (3) processus permettent de redistribuer les gènes selon des combinaisons propre à chaque individu de l'espèce :

69 Campbell (3 e éd.) Figure : 266 Les homologues (paternel et maternel) s'apparient (synapse), se croisent (chiasma), se cassent puis échangent des gènes ; cest une recombinaison. Phénomène qui produit des chromosomes légèrement différents des chromosomes parentaux. Paternel Maternel Chiasma (site denjambement) Métaphase 1 Métaphase 2 Cellules filles Les chromosomes sont recombinés. En prophase 1, les enjambements mélangent les gènes parentaux

70 Campbell (3 e éd.) Figure : 265 Les homologues se disposent au hasard à la plaque équatoriale (indépendamment des autres paires). Une disposition des chromosomes = un assortiment indépendant = une méiose. Un assortiment produit deux types de gamètes. En métaphase 1, les assortiments indépendants mélangent les chromosomes parentaux Combinaisons génétiques possibles dans les gamètes ! 12 M I M II Une possibilité dassortiment des chromosomes en M I 34 Un autre assortiment possible

71 Nombre possible dassortiments indépendants pour une cellule = 2 n-1 Nombre possible de gamètes de type différent, issus de tous les assortiments possibles de cette cellule = 2 n n est le nombre haploïde de lespèce On peut facilement calculer le nombre possible dassortiments différents et le nombre de gamètes résultant ! Une cellule possède 8 chromosomes appariables en paires. a)Quel est son nombre haploïde ? b)Combien dassortiments sont possibles, à la métaphase I ? c)Combien de gamètes différents seront issus de tous ces assortiments ? d)Combien faudrait-il de méioses pour produire tous ces gamètes ? e)Combien de gamètes «différents» sont produits pour chaque assortiment ? f)Combien de gamètes sont produits pour chaque assortiment ? Exercice

72 La nature aléatoire de la fécondation ajoute à la variation génétique qui découle de la reproduction sexuée La fécondation des gamètes se fait au hasard et chaque gamète a théoriquement la même chance d'être fécondé. 1.Chaque gamète représente environ une combinaison sur une possibilité de 8 millions en raison des assortiments indépendants (2 n gamètes = 2 23 = environ 8 millions). 2.La combinaison génétique de lenfant équivaut à 1 chance sur 64 billons : 1/8 millions gamète mâle * 1/8 millions gamète femelle. 3.Un couple peut donc faire 64 billions denfants différents. Si l'on ajoute les gamètes différents produits à la suite des enjambements, il y a beaucoup plus de combinaisons possibles. Chaque être est unique ! Exemple d'un couple humain

73 14.La variation génétique est favorable à l'évolution des espèces. Avantages et désavantages de la reproduction asexuée ! 1.Rapide et productive : de nombreux organismes en peu de temps. 2.Favorable à la survie dans un milieu favorable et constant (par exemple, le milieu durant la saison estivale avec de bonnes conditions de température et de nourriture ) 3.Non favorable à lévolution de lespèce. Létude de la reproduction asexuée et sexuée permet de mettre cette notion en évidence. Dans la reproduction asexuée, les individus sont des clones des parents. Les individus ont tous les mêmes gènes les rendant aptes à survivre dans un certain milieu. Si ce milieu se modifie et quaucun individu ne possède les gènes nécessaires pour faire face, alors cest la mort pour tous. Reproduction asexuée

74 Avantages et désavantages de la reproduction sexuée ! 1.Favorable à la survie dans un milieu changeant et difficile ( par exemple, le milieu durant la saison hivernale où la température chute et où la nourriture est rare). 2.Favorable à l'évolution de lespèce. 3.Plus lente et moins productive que la reproduction asexuée. Les individus sont des recombinaisons «uniques» des gènes parentaux. Dans un milieu de vie, changeant, il y a plus de chances que certains individus aient les combinaisons de gènes leur permettant de faire face aux changements. Ces individus vont se reproduire et transmettre leurs gènes, plus adaptés à leurs descendants. La quantité de «bons» gènes augmente de génération en génération dans la population. L'espèce évolue. Reproduction sexuée

75 15.Les rôles de la méiose a)Produire les cellules haploïdes pour la reproduction de lespèce : gamètes des animaux qui se fécondent immédiatement ou spores des végétaux qui engendrent plus tard, les gamètes. b)Maintenir la constance du lot génétique de génération en génération en permettant la réduction génétique, restaurée ensuite par la fécondation. c)Produire une infinité de combinaisons génétiques dans les gamètes (ou les spores) engendrant ainsi des descendants génétiquement variés (favorable à lévolution de lespèce).. Campbell (1 e éd.) Figure 23.1 : 493

76 16. Comparaison de la mitose et de la méiose Campbell (3 e éd.) Figure 13.9 : 264

77 FIN Chapitre 12 Révision du chapitre : p. 251 Autoévaluations : 2 à 5 et 7 à 11 Retour sur les concepts : 12.1, 12.2 et 12.3 Chapitre 13 Révision du chapitre : p. 267 Autoévaluations : 1 à 12 Retour sur les concepts : 13.1, 13.2, 13.3 et 13.4 : 1


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