Définition de la division cellulaire
La division cellulaire est le processus par lequel les cellules se divisent. Il existe plusieurs types de division cellulaire, selon le type d’organisme qui se divise. Les organismes ont évolué au fil du temps pour avoir des formes différentes et plus complexes de division cellulaire. La plupart des procaryotes, ou bactéries, utilisent la fission binaire pour diviser la cellule. Les eucaryotes de toutes tailles utilisent la mitose pour se diviser. Les eucaryotes qui se reproduisent sexuellement utilisent une forme spéciale de division cellulaire appelée méiose pour réduire le contenu génétique de la cellule. Cela est nécessaire dans la reproduction sexuée car chaque parent ne doit donner que la moitié du matériel génétique requis, sinon la progéniture aurait trop d’ADN, ce qui peut poser problème. Ces différents types de division cellulaire sont abordés ci-dessous.
Types de division cellulaire
Division cellulaire procaryote
Les procaryotes se répliquent par un type de division cellulaire appelé fission binaire. Les procaryotes sont des organismes simples, avec une seule membrane et sans division interne. Ainsi, lorsqu’un procaryote se divise, il réplique simplement l’ADN et se divise en deux. Le processus est un peu plus compliqué que cela, car l’ADN doit d’abord être déroulé par des protéines spéciales. Bien que l’ADN des procaryotes se présente généralement sous la forme d’un anneau, il peut s’emmêler lorsqu’il est utilisé par la cellule. Pour copier efficacement l’ADN, il faut l’étirer. Cela permet également de séparer les deux nouveaux anneaux d’ADN créés après leur production. Les deux brins d’ADN se séparent en deux parties différentes de la cellule procaryote. La cellule s’allonge alors et se divise en son milieu. Le processus peut être vu dans l’image ci-dessous.
L’ADN est la ligne emmêlée. Les autres composants sont étiquetés. Les plasmides sont de petits anneaux d’ADN qui sont également copiés lors de la fission binaire et peuvent être ramassés dans l’environnement, sur des cellules mortes qui se brisent. Ces plasmides peuvent ensuite être répliqués. Si un plasmide est bénéfique, il va augmenter dans une population. C’est en partie ainsi que se produit la résistance aux antibiotiques chez les bactéries. Les ribosomes sont de petites structures protéiques qui aident à produire des protéines. Ils sont également répliqués afin que chaque cellule puisse en avoir suffisamment pour fonctionner.
Division cellulaire eucaryote : Mitose
Les organismes eucaryotes ont des organelles liées à une membrane et un ADN qui existe sur des chromosomes, ce qui rend la division cellulaire plus difficile. Les eucaryotes doivent répliquer leur ADN, leurs organites et leurs mécanismes cellulaires avant de se diviser. Beaucoup d’organites se divisent en utilisant un processus qui est essentiellement la fission binaire, ce qui conduit les scientifiques à croire que les eucaryotes ont été formés par des procaryotes vivant à l’intérieur d’autres procaryotes.
Après la réplication de l’ADN et des organites pendant l’interphase du cycle cellulaire, l’eucaryote peut commencer le processus de mitose. Ce processus commence pendant la prophase, lorsque les chromosomes se condensent. Si la mitose se déroulait sans que les chromosomes se condensent, l’ADN s’emmêlerait et se briserait. L’ADN eucaryote est associé à de nombreuses protéines qui peuvent le plier en structures complexes. Lorsque la mitose passe en métaphase, les chromosomes sont alignés au milieu de la cellule. Chaque moitié de chromosome, appelée chromatide sœur parce qu’elle est une copie répliquée de l’autre, se sépare dans chaque moitié de la cellule au fur et à mesure de la mitose. A la fin de la mitose, un autre processus appelé cytokinèse divise la cellule en deux nouvelles cellules filles.
Tous les organismes eucaryotes utilisent la mitose pour diviser leurs cellules. Cependant, seuls les organismes unicellulaires utilisent la mitose comme forme de reproduction. La plupart des organismes multicellulaires se reproduisent sexuellement et combinent leur ADN avec celui d’un autre organisme pour se reproduire. Dans ce cas, les organismes ont besoin d’une autre méthode de division cellulaire. La mitose donne des cellules identiques, mais la méiose produit des cellules avec la moitié de l’information génétique d’une cellule ordinaire, permettant à deux cellules de différents organismes de la même espèce de se combiner.
Division cellulaire eucaryote : La méiose
Chez les animaux à reproduction sexuée, il est généralement nécessaire de réduire l’information génétique avant la fécondation. Certaines plantes peuvent exister avec un trop grand nombre de copies du code génétique, mais dans la plupart des organismes, il est très préjudiciable d’avoir trop de copies. Les humains qui possèdent ne serait-ce qu’une copie supplémentaire d’un chromosome peuvent subir des modifications préjudiciables à leur organisme. Pour contrer ce phénomène, les organismes qui se reproduisent sexuellement subissent un type de division cellulaire appelé méiose. Comme avant la mitose, l’ADN et les organites sont répliqués. Le processus de méiose comprend deux divisions cellulaires différentes, qui se produisent l’une après l’autre. La première méiose, la méiose I, sépare les chromosomes homologues. Les chromosomes homologues présents dans une cellule représentent les deux allèles de chaque gène que possède un organisme. Ces allèles sont recombinés et séparés, de sorte que les cellules filles résultantes n’ont qu’un seul allèle pour chaque gène, et aucune paire de chromosomes homologues. La deuxième division, la méiose II, sépare les deux copies d’ADN, comme dans la mitose. Le résultat final de la méiose dans une cellule est 4 cellules, chacune avec une seule copie du génome, ce qui est la moitié du nombre normal.
Les organismes emballent généralement ces cellules en gamètes, qui peuvent voyager dans l’environnement pour trouver d’autres gamètes. Lorsque deux gamètes du bon type se rencontrent, l’un féconde l’autre et produit un zygote. Le zygote est une cellule unique qui subira une mitose pour produire les millions de cellules nécessaires à un grand organisme. Ainsi, la plupart des eucaryotes utilisent à la fois la mitose et la méiose, mais à différentes étapes de leur cycle de vie.
Étapes de la division cellulaire
Selon le type de division cellulaire qu’un organisme utilise, les étapes peuvent être légèrement différentes.
Étapes de la mitose
La mitose commence par la prophase au cours de laquelle le chromosome est condensé. La cellule passe en métaphase où les chromosomes sont alignés sur la plaque de métaphase. Ensuite, les chromosomes sont séparés en anaphase et le cytoplasme de la cellule est pincé au cours de la télophase. La cytokinèse est le processus final qui brise la membrane cellulaire et divise la cellule en deux.
Étapes de la méiose
Les étapes de la méiose sont similaires à celles de la mitose, mais les chromosomes agissent différemment. La méiose comporte deux phases, qui comprennent deux divisions cellulaires distinctes sans que l’ADN ne se réplique entre elles. La méiose I et la méiose II comportent les mêmes 4 étapes que la mitose : prophase, métaphase, anaphase et télophase. La cytokinèse conclut les deux cycles de la méiose.
En prophase I, les chromosomes sont condensés. En métaphase I, les chromosomes s’alignent en travers de leurs paires homologues. Lorsqu’ils sont séparés en anaphase I et en télophase I, il n’y a qu’une seule forme de chaque gène dans chaque cellule, ce que l’on appelle une division réductrice. La méiose II se déroule de la même manière que la mitose, les chromatides sœurs se divisant sur la plaque de métaphase. À la télophase II, il y a 4 cellules, chacune possédant la moitié des allèles de la cellule mère et une seule copie du génome. Les cellules peuvent maintenant devenir des gamètes et fusionner ensemble pour créer de nouveaux organismes.
Quiz
1. Les cellules somatiques sont des cellules qui remplissent le corps, et doivent se reproduire pour réparer les dommages. Les cellules gamétiques sont des cellules qui produisent des gamètes. Quel type de division cellulaire subit chaque type de cellule ?
A. Somatique= mitose ; Gametic= méiose
B. Somatique= mitose ; Gametic= méiose et mitose
C. Somatique= mitose et méiose ; Gametic= méiose et mitose
2. Les mitochondries sont des organelles dans les cellules qui créent l’ATP, une molécule utilisée pour l’énergie. Les mitochondries doivent se répliquer à l’intérieur de la cellule, séparément de la mitose ou de la méiose, pour réguler la quantité d’énergie délivrée. Dans les mitochondries, il y a un anneau d’ADN qui contrôle le métabolisme mitochondrial. Cet ADNmt est répliqué, la mitochondrie s’allonge et se divise en deux. De quel type de division cellulaire s’agit-il ?
A. La fission binaire
B. Mitose
C. Méiose
3. L’évolution dépend de la réplication réussie de l’ADN. En fait, tout l’ADN sur Terre provient d’une ou deux cellules originales seulement, et la plupart des organismes sont apparentés les uns aux autres. Qu’est-ce qui est responsable des différentes formes de vie ?
A. Mutation
B. La recombinaison génétique
C. Les deux