Fiche de révision : Cycle cellulaire, mitose et méiose

📋 Plan du Cours

1. Structure et propriétés de l’ADN
2. Chromatine et compaction de l’ADN
3. Phases et mesure du cycle cellulaire
4. Régulation et points de contrôle
5. MPF et régulation de son activité
6. Étapes de la mitose
7. Méiose et prophase I

📖 1. Structure et propriétés de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Support de l’information génétique contenant les informations nécessaires à la synthèse des protéines structurales et enzymatiques.

★ À maîtriser

• L’ADN est une molécule bicaténaire organisée en double hélice dextre, c’est-à-dire tournant vers la droite, constituée de deux chaînes hélicoïdales antiparallèles.

• Chaque nucléotide comprend un pentose à 5 carbones, une base azotée et un groupement phosphate ; seule la base varie d’un nucléotide à l’autre.

📌 L’adénine s’apparie uniquement avec la thymine par deux liaisons, tandis que la cytosine s’apparie uniquement avec la guanine par trois liaisons.

Compléments

• Les quatre bases de l’ADN sont :

  • l’adénine (A)
  • la thymine (T)
  • la cytosine (C)
  • la guanine (G)

• Les deux brins d’ADN sont antiparallèles : l’un est orienté de 5’ vers 3’ et l’autre de 3’ vers 5’.

• Le pas de l’hélice d’ADN mesure 3,4 nm et comprend 10 paires de désoxyribonucléotides espacées de 0,34 nm.

💡 Astuce mémo

A–T s’apparient à deux liaisons, C–G à trois

📖 2. Chromatine et compaction de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléosome : Assemblage dans lequel l’ADN s’enroule autour d’un octamère d’histones composé de deux exemplaires de H2A, H2B, H3 et H4.

★ À maîtriser

• L’ADN s’associe de manière quasi permanente à des protéines spécifiques appelées histones, formant la chromatine, qui contribue à sa protection et à sa condensation dans le noyau.

📌 Sous forme de fibre nucléosomique en chapelet de perles, l’ADN est actif et accessible à la transcription, tandis que sous forme de fibre de 30 nm, il est inaccessible à la machinerie de transcription.

Compléments

• L’histone H1, appelée histone linker, permet le regroupement des nucléosomes en une fibre de 30 nm de diamètre, augmentant la compaction par rapport à l’ADN de 2 nm de diamètre.

• Pendant la transcription, la machinerie cellulaire déroule temporairement l’ADN et le détache des histones afin de lire la molécule et de former des ARN messagers.

💡 Astuce mémo

Un fil d’ADN s’enroule autour de bobines d’histones, puis se compacte en fibre

📖 3. Phases et mesure du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Ensemble des événements qui se déroulent entre la formation d’une cellule après une division et sa division suivante en cellules filles.

★ À maîtriser

📌 Chez les eucaryotes, le cycle cellulaire comprend l’interphase, composée de G1, S et G2, puis la phase M correspondant à la mitose.

• La phase S est la phase de synthèse de l’ADN, au cours de laquelle la quantité d’ADN de la cellule double.

Compléments

• La quantité d’ADN par cellule permet de distinguer les phases du cycle : elle est doublée en G2 et au début de M, avant la séparation de l’ADN dans les cellules filles.

• Pour mesurer le contenu en ADN, on marque les cellules avec une molécule fluorescente qui se lie à l’ADN, puis on mesure la fluorescence de chaque cellule par cytométrie en flux.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 4. Régulation et points de contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Facteur universel des cellules eucaryotes qui permet à une cellule en G2 d’entrer en phase M.
• Cdki : Inhibiteurs endogènes des complexes cycline-Cdk qui bloquent ou ralentissent le cycle cellulaire.

★ À maîtriser

• Lors de la fusion d’une cellule en G2 avec une cellule en mitose, l’enveloppe nucléaire de la cellule en G2 commence à disparaître, indiquant que l’état mitotique induit son entrée en mitose.

• Le MPF est un complexe formé de la protéine kinase Cdk1, sous-unité catalytique normalement inactive, et de la cycline B, sous-unité régulatrice.

• Les cyclines et les Cdk contrôlent différents points du cycle cellulaire, et les inhibiteurs de Cdk, appelés Cdki, peuvent bloquer ou ralentir ce cycle.

Compléments

• Lors de la fusion d’une cellule en phase S avec une cellule en G1, la cellule en G1 entre en phase S sous l’effet d’un facteur présent dans la cellule en phase S.

📌 Lorsqu’une cellule en phase S est fusionnée avec une cellule en G2, la cellule en G2 ne réplique pas une seconde fois son ADN, ce qui indique l’existence d’un mécanisme empêchant une nouvelle réplication.

📌 Les points de contrôle du cycle cellulaire empêchent le passage à la phase suivante tant que la cellule n’est pas prête.

• En G1, la poursuite du cycle nécessite des facteurs de croissance extérieurs, et certaines cellules peuvent quitter le cycle pour entrer en quiescence en phase G0.

• Avant le passage de G1 en S, un point de contrôle vérifie que la cellule est suffisamment volumineuse et que l’environnement est favorable.

• Pendant la phase S, des mécanismes de contrôle vérifient que l’ADN est correctement répliqué et identique à la molécule parentale, et des systèmes de correction interviennent en cas d’erreur.

📌 Si les systèmes de réparation de l’ADN sont débordés, la cellule déclenche l’apoptose plutôt que de transmettre une information génétique erronée.

• En G2, les contrôles vérifient que tout l’ADN est répliqué et intact, que l’environnement est favorable, que la cellule est assez volumineuse et que les éléments nécessaires à la division, notamment ceux du cytosquelette, sont présents.

• Au point de contrôle de la mitose, la cellule vérifie que tous les chromosomes sont alignés sur le fuseau mitotique afin que chaque cellule fille reçoive le même nombre de chromosomes qu’en G2, mais la moitié de la quantité d’ADN présente en G2.

• P21 intervient en phase S du cycle cellulaire.

💡 Astuce mémo

ADN endommagé non réparé → apoptose

📖 5. MPF et régulation de son activité

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Complexe formé par l’association de Cdk1 et de la cycline B.

★ À maîtriser

• Cdk1 est exprimée de manière permanente, tandis que l’expression de la cycline B est temporaire et cyclique ; lorsque la cycline B est suffisamment abondante, elle s’associe à Cdk1 pour former un MPF actif, puis sa dégradation rend le MPF inactif.

Compléments

• Le MPF phosphoryle les histones H1, ce qui contribue à la condensation des chromosomes et à leur ségrégation équitable dans les deux cellules filles.

• Le MPF désorganise les lamines, ce qui entraîne la désorganisation de l’enveloppe nucléaire.

• Le MPF provoque la désorganisation du réticulum endoplasmique et de l’appareil de Golgi, facilitant leur répartition dans les deux cellules filles.

• Le MPF agit sur les microtubules et l’actine, favorisant le réarrangement du système microtubulaire et la formation du fuseau de division.

• Le MPF active le système protéolytique de l’ubiquitine, qui provoque la dégradation de la cycline B et contribue ainsi à l’inactivation du MPF.

💡 Astuce mémo

La cycline B s’accumule → le MPF s’active ; sa dégradation → le MPF s’inactive.

📖 6. Étapes de la mitose

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitose : Division cellulaire qui répartit équitablement le cytoplasme et son contenu entre deux cellules filles identiques.
• Kinétochore : Assemblage protéique en forme de lamelle multicouche situé sur un chromosome et permettant la liaison avec les microtubules.

★ À maîtriser

• La mitose comprend successivement : la prophase, la prométaphase, la métaphase, l’anaphase, la télophase, la cytocinèse, qui sépare physiquement les deux cellules filles

• En prométaphase, les microtubules kinétochoriens s’attachent d’abord à un côté du chromosome (attachement unipolaire), puis à partir des deux pôles (attachement bipolaire), et déplacent ensuite les chromosomes vers le plan médian par polymérisation et dépolymérisation.

• En métaphase, les centromères s’alignent sur le plan équatorial de la cellule, tandis que les centrosomes se trouvent aux deux pôles opposés.

• En anaphase A, la rupture des cohésines sépare les chromatides sœurs, puis le raccourcissement des microtubules kinétochoriens entraîne les chromosomes vers les pôles, où chacun est constitué d’une chromatide.

• La cytocinèse est l’étape de séparation définitive des deux cellules filles ; leur chromatine est alors complètement décondensée, la transcription redevient possible et elles entrent en phase G1.

Compléments

• Avant la mitose, la phase S a permis de dupliquer les chromosomes et le centrosome, à l’origine du fuseau de division.

• La prophase est la phase la plus longue de la mitose et dure au moins la moitié de sa durée totale.

• En prophase, la chromatine se condense en chromosomes, l’accessibilité de l’ADN diminue et la transcription s’atténue progressivement jusqu’à s’arrêter.

• En prophase, les centrosomes qui se sont dédoublés en phase S se séparent et s’éloignent ; les microtubules rayonnent depuis eux, et les microtubules polaires conduisent les centrosomes vers les deux pôles de la cellule.

• En fin de prophase, le MPF fragmente l’enveloppe nucléaire en petites vésicules.

• Le point de contrôle de la métaphase vérifie l’attachement et l’alignement des chromosomes afin d’assurer leur répartition équitable entre les deux cellules filles.

• En anaphase B, la cellule s’allonge et des protéines contractiles d’actine et de myosine forment un sphincter au plan médian, provoquant son étranglement.

• En télophase, les protéines contractiles poursuivent le resserrement médian, les membranes fusionnent et la cellule mère est clivée en deux cellules filles qui restent d’abord liées l’une à l’autre.

• En télophase, la chromatine se décondense et une nouvelle enveloppe nucléaire se forme autour du matériel génétique à partir de vésicules de l’enveloppe nucléaire de la cellule mère.

💡 Astuce mémo

Prophase → prométaphase → métaphase → anaphase → télophase → cytocinèse.

📖 7. Méiose et prophase I

🔑 Notions clés & Définitions

• Méiose : Division particulière des cellules à l’origine des gamètes, qui produit des gamètes mâles et femelles haploïdes avant la fécondation.
• Complexe synaptonémal : Complexe protéique non histone qui lie les chromosomes homologues sur la quasi-totalité de leur longueur au zygotène.

★ À maîtriser

📌 La mitose comprend une division et produit deux cellules diploïdes identiques, tandis que la méiose comprend deux divisions successives après une seule réplication et produit quatre cellules haploïdes différentes.

• Lors de la méiose I, ou division réductionnelle, les chromosomes homologues sont séparés après leur duplication en phase S, faisant passer les cellules de 2N à N chromosomes tout en conservant deux chromatides par chromosome.

• Les crossing-over sont des échanges de segments entre chromosomes homologues qui peuvent se produire en prophase I et contribuent à la diversité génétique des cellules issues de la méiose.

• La prophase I comprend cinq sous-phases successives :
  • le leptotène
  • le zygotène
  • le pachytène
  • le diplotène
  • la diacinèse

Compléments

• Lors de la méiose II, ou division équationnelle, les cellules haploïdes passent de chromosomes à deux chromatides à des chromosomes à une chromatide, sans réplication intermédiaire.

• Au leptotène, les chromosomes homologues se rapprochent.

• Au pachytène, les chromosomes se condensent et se raccourcissent ; les crossing-over peuvent survenir à ce stade et les chromosomes prennent le nom de tétrades.

• Au diplotène, le complexe synaptonémal se désagrège et les chromosomes homologues se séparent, mais les chromatides peuvent rester attachées en un ou plusieurs chiasmas correspondant aux zones d’enjambement survenues au pachytène.

📌 En anaphase I, les chromosomes homologues se séparent tandis que leurs deux chromatides restent associées, contrairement à la mitose où les chromatides sœurs se séparent.

• La méiose aboutit à quatre cellules haploïdes différentes, chacune contenant un chromosome à une chromatide, ce qui permet de rétablir un nombre diploïde de chromosomes lors de la fécondation.

💡 Astuce mémo

LZPDD : Leptotène, Zygotène, Pachytène, Diplotène, Diacinèse.

📊 Tableaux de synthèse

Résultat de la mitose et de la méiose