Chapitre 2: La division cellulaire
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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 interphase chromosomes principaux événements non visibles Les chromosomes sont décondensés et forment la chromatine. Chaque chromosome est formé d'ADN associé à des protéines. bichromatidiens chromatide prophase 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 bichromatidiens Les chromosomes se regroupent dans le plan médian de la cellule et forment une figure appelée plaque équatoriale. Pas très longue. métaphase M I T O S E 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. anaphase monochromatidiens télophase 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) quantité d'ADN (unités arbitraires) 0 4 8 9 11 14 16 19 20 22 27 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. quantité d'ADN (ua) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 G1 S G2 INTERPHASE 0 5 10 M 15 20 25 30 temps (heures) évolution de la quantité d'ADN en fonction du temps 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 réplication chromosome à 1 chromatide chromosome 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 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. A-T A-T T -A C G G C C 1. la réplication commence en plusieurs points du nucléofilament qu'on appelle yeux de réplication. Les 2 brins de la molécule s'écartent G A-T A-T T -A C -G C-G G-C G-C C-G C-G A-T A-T T-A C-G G-C C-G 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. A-T A-T A-T C-G G-C C-G 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 le cycle cellulaire Limites : le contrôle du cycle cellulaire n'est pas au programme. DUPLICATION DE L'ADN 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) quantité d'ADN (unités arbitraires) 0 4 8 9 11 14 16 19 20 22 27 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 aspect du tube après centrifugation témoin cultivé sur 14N 14 G0 cultivée sur 15N G1 cultivée sur 14N G2 cultivée sur 14N 100% N hybride 50% 100% 15 N 50% 100% 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) quantité d'ADN (unités arbitraires) 0 4 8 9 11 14 16 19 20 22 27 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 aspect du tube après centrifugation témoin cultivé sur 14N 14 N hybride 15 N G0 cultivée sur 15N G1 cultivée sur 14N 100% G2 cultivée sur 14N 50% 100% 100% 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.
