Chapitre 2: La division cellulaire

Chapitre 2: La division cellulaire.
Un cycle cellulaire est constitué d'une division cellulaire ou mitose et d'une période située entre deux divisions appelée interphase.
Toutes les cellules d'un être vivant possèdent la même information génétique et elles proviennent de la même cellule œuf par des
mitoses successives.
pb: quels sont les mécanismes qui permettent la transmission de l'information génétique au cours d'une mitose?
I Les différentes étapes de la mitose.
TP2 Réalisation de préparations et observation microscopique de cellules en mitose.
vidéo mitose
La mitose est un processus commun à toutes les cellules eucaryotes qui dure entre 1/2 heure et 3 heures.
aspect de la cellule
chromosomes
principaux événements
interphase
non visibles
Les chromosomes sont décondensés et forment la
chromatine. Chaque chromosome est formé
d'ADN associé à des protéines.
M
I
T
O
S
E
prophase
bichromatidiens
chromatide
centromère
Les nucléofilaments qui constituent la chromatine
s'organisent en chromosomes comportant
2 chromatides identiques reliées au niveau du
centromère. Chaque chromatide contient une
molécule d'ADN. L'enveloppe nucléaire disparaît.
C'est la phase la plus longue
métaphase
bichromatidiens
Les chromosomes se regroupent dans le plan
médian de la cellule et forment une figure appelée
plaque équatoriale.
Pas très longue.
anaphase
monochromatidiens
A la suite d'une coupure du centromère, les 2
chromatides de chaque chromosome se séparent
et migrent vers chacun des 2 pôles de la cellule.
Très courte: 2 à 3 mn.
télophase
monochromatidiens
Le cytoplasme se divise par étranglement, on
obtient deux cellules filles. Les chromosomes se
désorganisent et reforment la chromatine.
Durée variable.
les différentes étapes du cycle cellulaire (avec 2 paires de chromosomes homologues)
bilan: les différentes étapes de la mitose permettent la transmission à chaque cellule fille d'un lot de chromosomes identiques à celui
de la cellule mère. La mitose permet ainsi le maintien de l'information génétique d'une génération cellulaire à l'autre, c'est une
reproduction conforme.
pb: comment fabriquer des chromosomes à deux chromatides identiques à partir de chromosomes monochromatidiens?

II L'évolution du matériel génétique au cours de l'interphase.
Exploitation de données sur les taux d'ADN à différents moments de la vie cellulaire.
Analyse de l'expérience de Meselson et Stahl.
A. Evolution de la quantité d'ADN dans une cellule pendant un cycle cellulaire.
A partir d'une culture de cellules qui se divisent toutes en même temps, on dose la quantité d'ADN contenue dans le noyau d'une seule
cellule. On obtient les résultats suivants:
temps (h)
0
4
8
9
11
14
16
19
20
22
27
quantité d'ADN
(unités arbitraires)
3,2
3,3
3,3
4
5,1
6,5
6,6
6,6
3,2
3,3
3,2
1. Représentez sur un graphique la quantité d'ADN en fonction du temps (reliez les points par des segments).
2. Indiquez sur ce graphique la mitose et l'interphase.
L' interphase peut être divisée en 3 parties: 2 phases où la quantité d'ADN reste stable (G1 et G2) entourant une phase où elle est
doublée (S). La phase S correspond à la réplication de l'ADN. Au niveau des chromosomes, elle correspond au passage de
chromosomes à 1 chromatide à des chromosomes à 2 chromatides.
rq: pendant la plus grande partie du cycle cellulaire, les chromosomes ont une seule chromatide.
B. La réplication.
1. étude expérimentale de la réplication.
Bordas p99 doc5
schéma d'interprétation: œil de chromosome chromosome
réplication à 1 chromatide à 2 chromatides
(chaque filament est formé
d'une double hélice d'ADN)
observation au microscope électronique d'un chromosome en cours de réplication
Tous les fragments du filament d'ADN vont être progressivement doublés, il y a ainsi formation de la deuxième chromatide.
2 hyp: 1 - la molécule initiale reste intacte et une copie entièrement nouvelle est créée: modèle conservatif
2 - chaque brin de la molécule initiale sert de matrice à la synthèse d'un nouveau brin complémentaire: modèle semi
conservatif
+ +
évolution de la quantité d'ADN en fonction du temps
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30
temps (heures)
quantité
d'ADN (ua)
G1
M
G2
S
INTERPHASE
1
2

comment trouver la bonne hypothèse? marquer les brins.
expérience de Meselson et Stahl
Les résultats sont en accord avec l'hypothèse 2, la réplication se fait selon le mode semi-conservatif.
2. mécanismes de la réplication.
La réplication de l'ADN est fondée sur la complémentarité des bases.
1. la réplication commence en plusieurs points du nucléofilament qu'on
appelle yeux de réplication. Les 2 brins de la molécule s'écartent
2. chaque brin sert de matrice pour la formation d'un brin
complémentaire. Les nouveaux brins sont assemblés par des ADN
polymérases à une vitesse d'environ 50 nucléotides/s.
3. on obtient 2 exemplaires rigoureusement identiques correspondant aux
deux chromatides qui restent reliées en un seul point au niveau du
centromère.
bilan: la réplication de l'ADN permet de doubler la quantité d'ADN mais elle permet surtout de recopier fidèlement l'information
génétique, c'est pourquoi on parle de duplication.
conclusion:
La réplication de l'ADN pendant l'interphase permet de former des chromosomes à deux chromatides à partir de chromosomes à une
chromatide. La complémentarité des bases permet de recopier la séquence de nucléotides donc les deux chromatides portent la
même information génétique. Les différentes étapes de la mitose et en particulier la séparation des chromatides à l'anaphase
permettent ensuite la transmission d'une de ces copies à chaque cellule fille qui contient le même patrimoine génétique que la cellule
initiale.
G1
1 chromatide
MITOSE
2 chromatides G2
S DUPLICATION DE L'ADN
le cycle cellulaire
Limites : le contrôle du cycle cellulaire n'est pas au programme.
A - T
A - T
T -A
C G
G C
C G
A - T
A - T
T -A
C -G C-G
G-C G-C
C-G C-G
A - T A - T
A - T A - T
T - A A - T
C - G C - G
G - C G - C
C - G C - G

A partir d'une culture de cellules qui se divisent toutes en même temps, on dose la quantité d'ADN contenue dans le noyau d'une seule
cellule. On obtient les résultats suivants:
temps (h)
0
4
8
9
11
14
16
19
20
22
27
quantité d'ADN
(unités arbitraires)
3,2
3,3
3,3
4
5,1
6,5
6,6
6,6
3,2
3,3
3,2
Représentez sur un graphe la quantité d'ADN en fonction du temps (reliez les points par des segments).
EXPERIENCE DE MARQUAGE DE L'ADN (MESELSON ET STAHL, FIN DES ANNEES 50).
- des bactéries sont cultivées pendant plusieurs générations sur un milieu où le seul azote disponible est de l'azote lourd 15N, elles
utilisent donc cet azote lourd pour fabriquer leur ADN. Ces bactéries correspondent à la génération G0.
- elles sont ensuite transférées sur un milieu contenant uniquement de l'azote normal 14N et subissent plusieurs divisions successives.
- pour chacune des générations bactériennes (G0, G1 et G2), on mesure par centrifugation la densité de leur ADN et on peut ainsi
connaître sa composition en azote (l'ADN formé d'azote lourd tombe au fond du tube).
résultats:
bactéries
témoin cultivé sur 14N
G0 cultivée sur 15N
G1 cultivée sur 14N
G2 cultivée sur 14N
aspect du tube
après 14N
centrifugation hybride
15N
100%
100%
100%
50%
50%
1. Décrivez sous forme de schémas les résultats attendus pour chacune des hypothèses: dessinez pour G1 et G2 les molécules
d'ADN et l'aspect des tubes après centrifugation ( utilisez une couleur différente pour les brins lourds et les brins légers).
2. Confrontez vos prévisions avec les résultats réels et concluez.
3. Prévoyez l'aspect du tube de la génération G3.
A partir d'une culture de cellules qui se divisent toutes en même temps, on dose la quantité d'ADN contenue dans le noyau d'une seule
cellule. On obtient les résultats suivants:
temps (h)
0
4
8
9
11
14
16
19
20
22
27
quantité d'ADN
(unités arbitraires)
3,2
3,3
3,3
4
5,1
6,5
6,6
6,6
3,2
3,3
3,2
Représentez sur un graphe la quantité d'ADN en fonction du temps (reliez les points par des segments).
EXPERIENCE DE MARQUAGE DE L'ADN (MESELSON ET STAHL, FIN DES ANNEES 50).
- des bactéries sont cultivées pendant plusieurs générations sur un milieu où le seul azote disponible est de l'azote lourd 15N, elles
utilisent donc cet azote lourd pour fabriquer leur ADN. Ces bactéries correspondent à la génération G0.
- elles sont ensuite transférées sur un milieu contenant uniquement de l'azote normal 14N et subissent plusieurs divisions successives.
- pour chacune des générations bactériennes (G0, G1 et G2), on mesure par centrifugation la densité de leur ADN et on peut ainsi
connaître sa composition en azote (l'ADN formé d'azote lourd tombe au fond du tube).
résultats:
bactéries
témoin cultivé sur 14N
G0 cultivée sur 15N
G1 cultivée sur 14N
G2 cultivée sur 14N
aspect du tube
après 14N
centrifugation hybride
15N
100%
100%
100%
50%
50%
1. Décrivez sous forme de schémas les résultats attendus pour chacune des hypothèses: dessinez pour G1 et G2 les molécules
d'ADN et l'aspect des tubes après centrifugation ( utilisez une couleur différente pour les brins lourds et les brins légers).
2. Confrontez vos prévisions avec les résultats réels et concluez.
3. Prévoyez l'aspect du tube de la génération G3.