Les Chromosomes - Holy Trinity Academy
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Chapitre 16: La Reproduction Cellulaire • la cellule peut atteindre une taille maximum car le montant de cytoplasme augmente plus rapidement que l'aire de la membrane cellulaire • les cellules doivent venir d'autres cellules (i.e. la génération spontanée n'est pas possible) • une cellule mère transmet son information à une cellule fille (2 ou 4) • l'ADN existe dans chaque chromosome d'une cellule, et pendant la plupart de la vie de la cellule apparait comme une masse de longs brins ­ la chromatine, formée grâce à des protéines histones • L'étranglement du chromosome condensé s'appelle le centromère Voir Figure 16.2, p. 552 Les Chromosomes • les cellules humaines on 46 chromsomes: • 22 paires de chromsomes homologues (semblables) qu'on appelle des autosomes • deux chromosomes sexuels (XX ou XY) • les chromosomes homologues portent les mêmes gènes au même endroit (locus), mais de différentes variations (allèles) • une cellule qui contient des paires de chromosomes homologues est dite diploïde (2n = 46) • une cellule qui contient des chromosomes non­appariés est dite haploïde ex: les gamètes (n = 23) • 'n' varie selon les espèces • certains organismes sont polyploïdes (3n, 4n ou même 8n) • les chromosomes varient selon: (1) la longueur, (2) l'emplacement du centromère, et (3) leur capacité à fixé un colorant • ces trois caractéristiques sont identiques dans les chromosomes homologues • la représentation de l'ensemble des chromosomes est le caryotype Activité des caryotypes: http://pedagogie.ac­ amiens.fr/svt/info/logiciels/g enetic/caryot/index.htm 1 Le cycle cellulaire explique la vie des cellules somatiques • il y a deux sections majeures: INTERPHASE (croissance) et DIVISION CELLULIARE (MITOSE) • la partie majeure est l'interphase G1: "growth 1" ou "gap 1": croissance de la cellule et synthèse de protéines; 11 heures S: "synthèse": la réplication de l'ADN; 7 heures. Les chromatides soeurs sont rattachés par le centromère G2: croissance, synthèse de protéines et refaire les réserves d'énergie; 4 heures La Division Cellulaire 1. la MITOSE: la division du matériel génétique et du contenu du noyau en 2 ensembles complètes et distinctes 2. la CYTOCINÈSE: la division du cytoplasme et des organites en deux cellules distinctes Trois fonctions: 1. la croissance 2. l'entretien 3. la réparation Toutes les cellules ne se divisent pas (ex: cellules nerveuses). Un stimulus est nécessaire pour la division (dommages, hormones ­ GH ou thyroxine, gènes). On devient 'âgé' lorsque nos cellules ne peuvent plus se diviser. De plus, les chromsomes ont des sections répétés ­ les télomères qui rapetissent à chaque division. Certaines cellules (ovules/spermatozoïdes) contiennt un enzyme télomérase qui répare les télomères, donc ils peuvent se diviser de façon indéfini. Phases de la mitose: Prophase Métaphase Anaphase Télophase "PMAT" 2 Prophase La chromatine se condense pour former des chromosomes serrés. La membrane nucléaire se décompose, ainsi libérant les chromsomes dans le cytoplasme. Les centrioles se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Un réseau de fibres appellés le fuseau se forme entre eux. Chaque fibre est fait de microtubules et facilite le mouvement des chromosomes dans la cellule. Métaphase Les fibres du fuseau conduisent les chromsomes vers l'équateur (centre) de la cellule. Les fibres du fuseau de pôles opposés se fixent au centromère de chaque paire de chromosomes afin qu'une des chromatides soeurs soit tournée vers un pôle et l'autre vers le pôle opposé. 3 Anaphase Chaque centromère se divise, et les chromatides soeurs se séparent. Les fibres du fuseau raccourcissent, et tirent les chromatides soeurs vers les pôles opposés. À la fin de cette phase, il y a un ensemble diploïde complete de chromsomes à chaque pôle de la cellule allongée. Télophase Lorsque les chromatides ont atteint les pôles, ils commencent à se dérouler en longs brins de chromatine. Les fibres du fuseau se décomposent et une membrane nucléaire se forme autour de chaque nouvel ensembe de chromsomes, et un nucléole se forme dans chaque nouvel noyau. Animation: http://www.dailymotion.com/video/xc5ccd_mitose­petite­animation­en­3d_tech 4 La Cytocinèse La division du cytoplasme. Un renforcement se forme le long de l'équateur jusqu'à­ce que la cellule soit divisée. Les cellules filles sont maintenant dans la phase G1 du cycle cellulaire. Les cellules végétales • Pas de centrioles, mais forment un fuseau. • la paroi cellulaire est plus résistante, donc une membrane ­ la plaque cellulaire ­ se forme entre les deux noyaux fils en premier. La régulation du cycle cellulaire Les cellules souches : les cellules qui ont la capacité de diviser encore et encore pour former les cellules spécialisées, les tissus et les organes qui composent notre corps. Ils ont des ensembles complets, identiques des chromosomes. Cellules souches totipotentes : les cellules qui ont la capacité de développer dans l'une des 210 cellules incluant les membranes extraembryonnaires. Ils ne sont pas encore spécialisées. Ils sont des cellules souches indifférenciées. Après le stade de cellule de 16­32 chez les humains, les cellules ne sont plus totipotentes, ils commencent à se spécialiser. Cellules souches pluripotentes, les cellules souches embryonnaires : les cellules qui ont la capacité de former toutes les cellules, les tissus et les organes du corps sauf les membranes extraembryonnaires. Cellules souches adultes : sont des cellules spécialisées telles que des cellules nerveuses du cerveau ou de cellules sanguines dans la moelle osseuse, qui sont uniques à l'orgue et peut seulement se développer en cellules plus spécialisées de cet même organe. Certaines cellules souches adultes en laboratoire ont été faites à se différencier en un plus large éventail de types de cellules qu'ils font normalement dans l'organisme. Cancer ­ est un groupe de troubles qui se produisent lorsque la division cellulaire devient incontrôlable. Cela aboutit souvent à la formation de nombreuses cellules immatures (jeunes) et qui ont trop de chromosomes et sont donc non fonctionnels. Si les cellules continuent à diviser au plus vite que le taux normales, ils forment une région d'un tissu dense ou une forfaitaire/tumeur. La tumeur peut être maligne ou bénigne. Les tumeurs malignes sont les tumeurs « cancéreuses » réels qui sont composés de cellules non fonctionnels et peuvent s'étendre à d'autres zones du corps, appelé métastase. Les tumeurs bénignes ont des cellules fonctionnelles et sont donc classés comme porteuses. 5 La Formation des Gamètes ­ La Méiose * par les cellules germinales (qui font les gamètes) Produit les deux résultats suivants: 1. la division réductionnelle: produit des cellules filles qui comportent moins de chromosomes que les cellules mères 2. la recombinaison: renferment des différentes combinaison de gènes ­­> produit des enfants qui sont génétiquement distincts les uns des autres ainsi que de leurs parents Les phases de la méiose 6 Prophase I: les paires de chromosomes homologues se placent côté à côté et forment un synapse (n.b.: ils ne sont pas identiques ­­ ils ont de différents allèles). Une paire de chromosomes (qui est composé de 2 chromatides) s'appelle une tétrade. Au milei d'une tétrade, deux chromatides homologues mais non­identiques (chromatides non­ soeurs) sont placés côté à côté. C'est pendant cette phase que l'enjambement se passe. Lorsque les chromatides non­soeurs sont côté à côté, ils peuvent échanger des éléments de chromosomes ­ des centaines ou des milliers de gènes. Métaphase I: une fibre du fuseau se relie à chaque centromère et guident les tétrades vers l'équateur. Les chromosomes ne forment pas une seule ligne ­ mais ils s'alignent par paires homologues. Dans chaque paire, le chromosome d'origine paternelle est sur un côté et le chromosome d'origine maternelle sur l'autre. Cette orientation de chaque paire est indépendante des autres paires ­ l'assortiment indépendant. 7 Anaphase I: Les fibres du fuseau raccourcissent et les chromosomes homologues se séparent et se déplacent vers les pôles. Les chromatides soeurs sont encore attachés (les centromères ne se divisent pas comme dans la mitose) ­­> un chromosome simple se déplace vers chaque côté. La non­disjonction peut se passer pendant l'anaphase I ou II. C'est lorsque les chromatides ou chromosomes ne se séparent pas correctement. La conséquence? Des gamètes qui ont trop ou trop peu de chromosomes. • monosomie: la perte d'un chromosome. Ex: Syndrome de Turner • trisomie: un chromosome supplémentaire Ex: syndrome de Down (trisomie 21) 8 Télophase I: Certaines cellules passent directement de l'anaphase I à la méiose II, et d'autres traversent la télophase I. Le cytoplasme se divise, les chromosomes homologues se déroulent, une membrane nucléaire se forme, et deux cellules se forment. Chacun des nouvelles cellules filles est halpoïde. La réplication des chromosomes n'aura pas lieu avant la phase suivante de la méiose. Méiose II: les étapes sont semblables à celles de la mitose ­ chaque cellule subit prophase II, métaphase II, anaphase II, télophase II. Chaque cellule qui entre est haploïde avec des chromosomes répliqués, donc les cellules filles sont toujours haploïdes. 9 Comparer la mitose et la méiose Mitose Méiose Produit des cellules somatiques Chromosomes homologues s'alignent indépendamment pendant la métaphase Se passe partout dans le corps (cellules somatiques) Une division nucléaire par cycle Paires de chromosomes font la réplication ** Deux cellules filles identiques d'une cellule mère Cellules diploïdes produites par parents diploïdes Cellules filles peuvent faire plus de divisions Contenu génétique est identique La formation des gamètes chez les animaux A. la spermatogenèse • Dans les testicules • une cellule germinale (spermatogonie) diploïde se divise par mitose pour former deux cellules filles. Une reconstitue la population de spermatogonies, l'autre devient une spermatocyte de 1er ordre • il subit la méiose pour former deux spermatocytes de 2e ordre • ceux­ci subissent la méiose II pour former des spermatides • les spermatides développent en spermatozoïdes matures: le noyau et certains enzymes deviennent la tête; la partie milieu renferme des mitochondries; un long flagelle se développe 10 B. L'ovogenèse • Dans les ovaires • une cellule germinale diploïde (ovogonie) subit la mitose pour former deux ovocytes de 1er ordre • ils sont immobilisés en prophase I jusqu'à la puberté • ensuite, ils subissent la méiose • la cytocinèse asymétrique a eu lieu ­ le cytoplasme ne se divise pas également • celui qui reçoit plus = ovocyte de 2e ordre; l'autre = globule polaire • l'ovocyte de 2e ordre subit la méiose II, et le cytoplasme est encore inégalement distribué • celui qui reçoit le plus = l'ovule; l'autre = le second globule polaire • le partage inégal signifie qu'un seul ovule est produit par la division de l'ovocyte de 2e ordre, mais cet ovule contient une grande quantité d'éléments nutritifs que le zygote pourra utiliser avant l'implantation • les ovocytes de 1er ordre lancent la méiose I avant la naissance • à la puberté, un signal hormonal indique à un ovocyte de 1er ordre de reprendre la méiose • l'ovocyte de 2e ordre s'immobilise en métaphase II jusqu'à ce qu'il ait la fécondation. S'il n'entre pas en contact avec un spermatozoïde, il ne subira pas une 2e division méiotique • l'être humain femelle produit environ 400 gamètes au cours de sa vie La conception de jumeaux jumeaux dizygotes: ne se ressemblent pas plus que d'autres frères et soeurs. Si deux ovocytes sont libérés et fécondés. jumeaux monozygotes: sont génétiquement identiques l'un à l'autre. Si un seul zygote ou blastocyste se divise en 2 corps distincts pendant les premiers jours de développement embryonnaire. 11 Stratégies de Reproduction La reproduction asexuée permet d’obtenir plusieurs descendants en peu de temps. C’est un processus avantageux lorsque le milieu de vie est stable et propice à ce type de reproduction. Seuls les génotypes qui sont fructueux se perpétuent par ce type de reproduction. La reproduction sexuée augmente la variabilité génétique des descendants parce qu'elle forme des combinaisons uniques à partir des gènes provenant de deux parents. Les descendants ont donc des phénotypes variés ce qui favorise le succès de ce type de reproduction. Sexuée la méiose et les gamètes produisent des descendants génétiquement distincts vs. Asexuée la mitose produit des descendants identiques Fission binaire: dans les bactéries qui possèdent un seul chromosome circulaire et pas de noyau (procaryotes) ­ à chaque 20 minutes! Conjugaison: le transfert du matériel génétique par le pilus dans les bactéries (procaryotes) qui peut créer de nouvelles combinaison génétiques 12 La Reproduction Asexuée des Eucaryotes • Bourgeonnement: une version complète mais miniature de l'organisme parental ex: un hydre • Multiplication végétative: chez les plantes; comparable au bourgeonnement ex: le fraisiers avec des stolons • La fragmentation: créer des nouvelles plantes à parti d'un fragment ou morceau de la plante mère ou la régénération des étoiles de mer • La parthénogenèse: un oeuf non­fécondé se développe et devient un organisme adulte ex: les abeilles ­ deviennent des ouvriers (stériles) • Les Spores: permet de disperser les descendants au loin. La spore est une structure qui contient du matériel génétique et du cytoplasme dans un paroi; avec des conditions favorables la spore s'ouvre ex: champignons L'alternance des générations • la génération diploïde d'une plante s'appelle la sporophyte (celui qui produit des spores) qui produit des spores hapolïdes par la méiose. Ces spores se développent sans la fécondation. • chaque spore hapolïde s'appelle gamétophyte (celui qui produit les gamètes). Ces gamètes fusionnent à la fécondation pour produire un autre sporophyte. 13 Cycle de vie d'un conifère du genre Pinus. Les structures haploïdes sont dessinées en rouge. 14 L'alternance des cycles sexuels • chez les animaux • des phases de reproduction sexuée et des phases asexuées • ex: les cnidaires 15
