volution et Diversit du Vivant 101NYA05

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Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

• Cours 4
• La reproduction des cellules

Bernadette Féry (automne 2003)
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Première partie

• La division cellulaire des cellules procaryotes
  scissiparité
• Les divisions cellulaires des cellules eucaryotes
  mitose et méiose (aperçu)
• Le matériel génétique chromatine versus
  chromosomes
• Le cycle cellulaire

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La scissiparité est le mode de division habituel
des cellules procaryotes

• Les cellules procaryotes (souvent des bactéries)
  se divisent par scissiparité.
• L'unique chromosome (circulaire) s'attache à la
  membrane bactérienne et se réplique (se double),
  puis, la bactérie s'allonge et se divise en deux.
• Mode de reproduction qui n'introduit pas de
  variabilité génétique chez les bactéries filles.
• Celles-ci sont des clones des bactéries
  génétiquement identiques à la bactérie mère.

Figure 11.3 223
4
La mitose est le mode de division le plus courant
chez les cellules eucaryotes

• Les chromosomes se doublent puis se répartissent
  dans 2 cellules filles.
• Les cellules filles sont des clones de la cellule
  mère.
• Rôles de la mitose
• Unicellulaires
• Reproduction
• Pluricellulaires
• Développement embryonnaire
• Croissance et réparation des tissus

5
Exemples de mitoses
Reproduction d'une amibe, un unicellulaire
Première division d'un embryon (Dollar des sables)
Production de globules rouges dans la moelle
osseuse
Figure 11.2 222
6
La méiose est le mode de division des cellules
eucaryotes en vue de la reproduction de l'espèce

• Les chromosomes se doublent puis se répartissent
  dans 4 cellules filles.
• Les cellules filles sont génétiquement réduites
  de moitié par rapport à la cellule mère.
• Rôles de la méiose
• Produire les cellules reproductrices pour la
  reproduction de l'espèce.
• ? Gamètes des animaux
• ? Spores des végétaux

7
Les gamètes mâles sont produits dans les
testicules
Figure 42.14 944
8
Les gamètes femelles sont produits dans les
ovaires
Figure 42.16 946
9
Le matériel génétique chromatine versus
chromosomes

• Matériel génétique
• ADN et protéines
• Nucléosome
• Organisation de base du matériel génétique
• ADN enroulé autour d'un petit paquet de
  protéines (histones)
• Chromatine
• Matériel génétique légèrement condensé
• Entre les périodes de division cellulaire
• Visible au microscope électronique
• Chromosome
• Matériel génétique fortement condensé
• Durant les périodes de division cellulaire
• Visible au microscope optique

Figure 18.2 374
10
Cycle cellulaire d'une cellule animale

• Ensemble des étapes par lesquelles passe une
  cellule qui se divise
• 2 étapes du cycle
• interphase (90)
• division cellulaire (10)
• Concept qui s'applique aux cellules qui subissent
  la mitose car elles peuvent se diviser à
  nouveau.
• La méiose produit des gamètes appelés à être
  fécondés ou à mourir et qui ne peuvent donc faire
  partie du cycle cellulaire.

Figure 11.5 224
11
La condensation des chromosomes varie au cours du
cycle cellulaire

• Durant l'interphase, les chromosomes se
  présentent sous forme de chromatine
• Durant la mitose, les chromosomes se présentent
  sous forme de chromosomes

12
Deuxième partie

• La réplication de l'ADN
• Le caryotype
• Établissement du caryotype
• Caryotype humain
• Utilité d'établir le caryotype
• Lots haploïde et diploïde

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La réplication de l'ADN-1

• Copie de chaque molécule d'ADN (et de ses
  protéines associées) en 1 paire de chromatides
  surs génétiquement identiques
• Les chromatides soeurs restent unies par le
  centromère, une portion d'ADN non répliquée
• Humain
• 46 ADN? 46 paires de chromatides surs
• Rôle de la réplication
• Doubler les gènes afin de les transmettre dans 2
  cellules filles

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La réplication de l'ADN-2(Concept de base)

• Chaque molécule mère d'ADN se déroule et se
  sépare en 2 brins (bris des liens H)
• Les nucléosides tri-P d'ADN s'apparient aux bases
  ADN complémentaires par des liens H
• Les nucléosides sont polymérisés en un brin ADN
  par l'ADN polymérase
• Les 2 nouvelles molécules d'ADN senroulent.
• Chaque molécule fille contient un ancien brin et
  un nouveau brin.
• Modèle semi-conservatif

Figure 15.7 307
15
La réplication de l'ADN-3(Rappel du lien
phosphodiester)
Figure 15.11 310
16
La réplication de l'ADN-4(Quelques détails)

• La synthèse de l'ADN commence à plusieurs
  endroits en même temps aux yeux de réplication
• La synthèse de l'ADN dure plusieurs heures.

Figure 15.10 309
17
La réplication de l'ADN-5(Quelques détails)

• L'ajout des nucléotides se fait du côté 3' des
  brins en formation.
• Brin directeur
• Un des 2 brins est synthétisé de façon continue,
  au fur et à mesure que l'ADN s'ouvre.
• Brin discontinu
• Un des 2 brins est synthétisé par fragments, un
  fragment nouveau chaque fois que l'ADN s'ouvre un
  peu.
• L'ADN s'allonge dans le sens 5' vers 3'.

Figure 15.16 312
18
Le caryotype-1(Technique)

• Définitions
• Présentation ordonnée des chromosomes
• Présentation des chromosomes en paires
  homologues
• Chromosomes homologues
• Semblables physiquement
• (même longueur, même forme, même position du
  centromère, mêmes bandes colorées, etc.
• Portent les mêmes types de gènes.

Encadré 247
19
Le caryotype-2(Le caryotype humain)

• 22 paires autosomes
• Identiques chez les 2 sexes
• Paire 1 et 1', 2 et 2', etc.
• 1 paire hétérosomes
• Différente chez les 2 sexes
• Paire 23 et 23'
• XX ? Femmes
• XY ? Hommes
• Total de 23 paires homologues
• Chromatides surs ? mêmes gènes
• Chromatides homologues ? même type de gènes

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Le caryotype-3

• Étude du caryotype
• Étude de la forme des chromosomes et de leur
  nombre
• Utilité
• Permet de déceler les anomalies génétiques
• Exemple
• Les individus souffrant du syndrome de Down ont
  3 chromosomes 21

Figure 14.15 293
21
Lot diploïde (abrégé 2n)

• Lot complet de chromosomes
• Dans chaque noyau cellulaire
• Issu de la fusion des gamètes des parents qui
  fournissent, chacun, un lot haploïde
• Exemples
• Lot diploïde humain 46
• (2n 46)
• Lot diploïde drosophile 8
• (2n 8)

Figure 14.10 289
22
Lot haploïde (abrégé n)

• Demi lot de chromosomes
• Dans les gamètes des animaux
• Dans les spores des végétaux
• Issu de la méiose
• Équivaut au nombre de paires de chromosomes de
  lespèce
• Exemples
• Lot haploïde humain 23 (n 23) ? 23 paires
• Lot haploïde drosophile 4 (n 4) ? 4 paires

Cellules haploïdes
Testicules
Ovaires
23
Troisième partie

• La mitose

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Définition de la mitoseDivision d'une cellule en
deux cellules filles génétiquement identiques à
la premièreRôles de la mitoseUnicellulaires As
surer leur reproductionPluricellulaires
Développement embryonnaire Croissance Réparati
on des tissusProcessusSe déroule en 4 phases
Prophase, métaphase, anaphase, télophase et
cytocinèseCellules qui subissent la
mitoseCellules somatiques cellules du corps en
généralCellules germinales cellules qui
bordent la paroi des gonades (spermatogonies
et ovogonies)
25
Aperçu de la mitose animale
Mitose animale dune cellule à 6 chromosomes (3
paires homologues) 1 et 1 2 et 2 X et Y
1
2 cellules filles génétiquement identiques à la
cellule mère
26
Avant la mitose animale fin de
linterphase(Oeuf de poisson)

• Chaque chromosome est dupliqué ? 2 chromatides
  soeurs
• Létat de condensation ? chromatine
• Le centrosome et ses 2 centrioles se sont
  répliqués ? 2 centrosomes et 4 centrioles

Figure 11.6 226
27
Quest-ce que le centrosome ?Un organite des
cellules animales et des cellules végétales

• Constitué dune masse dense de microtubules

• Situé près du noyau
• Rôle général
• Centre organisateur des microtubules

Figure 7.27 139
28
Quels sont les rôles du centrosome en rapport
avec la mitose ?

• Le centrosome se duplique avant la division
  cellulaire
• Le centrosome élabore le fuseau de division au
  début de la division

Figure 11.1 221
29
Que sont les centrioles ?Un organite paire
situé au cur du centrosome des cellules animales

• Chaque centriole est constitué de 9 triplets de
  microtubules
• Formule 9

Figure 7.28 139
30
Quels sont les rôles des centrioles en rapport
avec la mitose ?

• ? Les centrioles se dupliquent avant la division
  cellulaire
• ? Les centrioles élaborent les asters durant la
  division cellulaire

Autre rôle des centrioles Être à l'origine des
cils et du flagelle d'une cellule animale
Figure 11.1 221
31
La mitose dune cellule contenu dans un oeuf de
poisson(Prophase)
Figure 11.6 226
32
La mitose dune cellule contenu dans un oeuf de
poisson(Métaphase)
Figure 11.6 227
33
Durant la métaphase, les chromosomes sont alignés
à la plaque équatoriale de la cellule grâce aux
fibres du fuseau de division qui se sont
attachées aux chromosomes les fibres
chromosomiques (kinétochoriennes)
Figure 11.7 228
34
À quel endroit, exactement, les fibres
chromosomiques sont-elles attachées à leurs
chromosomes respectifs?Au niveau du
kinétochore, une région particulière du
centromère.
Figure 11.7 228
35
La mitose dune cellule contenu dans un oeuf de
poisson(Anaphase)
Figure 11.6 227
36
Les microtubules attachés aux chromosomes se
démantèlent et font migrer ceux-ci
Durant lanaphase, les chromosomes migrent vers
leurs pôles respectifs
Figure 11.8 229
37
Durant lanaphase, la cellule sallonge
Les microtubules polaires qui se chevauchent à
léquateur séloignent lun de lautre et
allongent la cellule
Figure 11.9 229
38
La mitose dune cellule contenu dans un oeuf de
poisson(Télophase et Cytocinèse)
Figure 11.6 226
39
Durant la cytocinèse animale, le cytoplasme
sétrangle du pourtour vers le centre de la
cellule
Figure 11.10 230
40
Durant la cytocinèse végétale, le cytoplasme
sétrangle du centre vers le pourtour de la
cellule
Figure 11.6 226
41
Différences entre la mitose animale et la mitose
végétale

• Les animaux ont 2 centrioles au cur de leur
  centrosome
• Les végétaux n'ont pas de centrioles
• Les végétaux ont quand même un centrosome et un
  fuseau de division mais ils nont pas dasters
  puisquils sont issus des centrioles
• La cytocinèse animale commence autour de la
  cellule et s'étend vers le centre.
• La cytocinèse des végétaux commence au centre de
  la cellule et s'étend vers l'extérieur

42
Quatrième partie

• La méiose

43
Définition de la méioseDouble division d'une
cellule en 4 cellules génétiquement réduites de
moitié par rapport à la première Rôles de la
méioseMaintenir la constance du lot génétique de
génération en générationMélanger les gènes des
parents afin de produire des descendants
génétiquement variés ProcessusSe déroule en 8
phases et en 2 divisionsPremière division
méiotique P-1, M-1, A-1, T-1 et C-1 Courte
interphase (intercynèse)Deuxième division
méiotique P-2, M-2, A-2, T-2 et C-2Cellules
qui subissent la méiose chez les animauxLes
cellules issues de la lignée germinale
spermatocytes primaires et ovocytes primaires
situées dans les gonadesCellules qui subissent
la méiose chez les végétauxLes cellules mères
des spores situées dans les sporanges des
végétaux
44
Aperçu de la méiose animale
Méiose 1
Méiose 2
1 cellule diploïde (2n) Spermatocyte
primaire (testicule) Ovocyte primaire (ovaire)
2 gamètes
2 gamètes
4 cellules haploïdes (n)
45
Avant la méiose animale fin de linterphase

• Chaque chromosome est dupliqué ? 2 chromatides
  soeurs
• Létat de condensation ? chromatine
• Le centrosome et ses 2 centrioles se sont
  répliqués ? 2 centrosomes et 4 centrioles

Figure 12.7 250
46
La première division de la méiose dune cellule
animaleProphase 1
Figure 12.7 250
47
Durant la prophase 1Il se produit des
enjambements
Figure 12.10 254
48
La première division de la méiose dune cellule
animaleMétaphase 1
Figure 12.7 250
49
Durant la métaphase 1, il se produit un
assortiment indépendant des chromosomesUne
cellule qui se méiose ne subit quun seul
assortiment à la fois.
Nombre dassortiments des chromosomes, possible
Nombre de gamètes différents possibles (issus des
assortiments)
Figure 12.9 253
50
La première division de la méiose dune cellule
animaleAnaphase 1
La séparation des paires à la première division
méiotique est la clé de la réduction génétique
Figure 12.7 250
51
La première division de la méiose dune cellule
animale Télophase 1etCytocinèse
Figure 12.7 251
52
Il peut y avoir une courte interphase entre la
première et la deuxième division méiotiqueCest
lintercynèse
53
La deuxième division de la méiose dune cellule
animaleSemblable à une mitoseProphase 2
Figure 12.7 250
54
La deuxième division de la méiose dune cellule
animaleSemblable à une mitose Métaphase 2
Figure 12.7 250
55
La deuxième division de la méiose dune cellule
animaleSemblable à une mitose Anaphase 2
Figure 12.7 250
56
La deuxième division de la méiose dune cellule
animale Semblable à une mitoseTélophase
2etCytocinèse
Figure 12.7 251
57
La nature aléatoire de la fécondation contribue à
faire de nombreux descendants génétiquement
variés

• 3 phénomènes contribuent à la variabilité
  génétique des descendants
• Les enjambements de la prophase 1
• Lassortiment indépendant de la métaphase 1
• La nature aléatoire de la fécondation

Figure 12.11 255 (Coccinelles asiatiques)
58
La nature aléatoire de la fécondation contribue à
faire de nombreux descendants génétiquement
variés

• Chez lhumain
• Lhomme a une possibilité de 2 23 gamètes
  différents
• La femme a une possibilité de 2 23 gamètes
  différents
• Quel est le nombre denfants différents quils
  peuvent, théoriquement, faire ?
• 2 23 x 2 23
• 2 46 enfants génétiquements différents
• 70 368 744 177 664
• 70 billions

59
Quatrième partie

• Résumé de la mitose et de la méiose

60
(No Transcript)
61

• FIN DU COURS 4