Fiche de révision : Division cellulaire et mitose

📋 Plan du Cours

1. Structure des microtubules et tubuline
2. Dynamique et stabilisation des microtubules
3. Transport et rôles des microtubules
4. COMT et structure des centrioles
5. Centrioles et dynamique des microtubules
6. Formation et contrôle du fuseau mitotique
7. Anaphase et séparation des chromatides
8. Cytocinèse des cellules animales
9. Étapes de la méiose

📖 1. Structure des microtubules et tubuline

🔑 Notions clés & Définitions

• Microtubule : Élément du cytosquelette formé par l’assemblage de dimères de tubuline en un tubule creux d’environ 25 nm de diamètre.
• Dimère de tubuline : Unité fondamentale des microtubules, composée d’une sous-unité de tubuline alpha et d’une sous-unité de tubuline bêta.

📝 Points essentiels

• Les microtubules contribuent à la stabilité structurelle de la cellule et au maintien de sa forme.

📖 2. Dynamique et stabilisation des microtubules

★ À maîtriser

• La polymérisation des microtubules se déroule par assemblage des dimères de tubuline alpha et bêta liés au GTP en protofilaments, puis par association longitudinale de ces protofilaments.

• Lors de la formation des microtubules, les dimères de tubuline liés au GTP s’assemblent principalement à l’extrémité (+), où la sous-unité bêta est exposée, tandis que la sous-unité alpha est orientée vers l’extrémité (−).

• Après l’incorporation du dimère au microtubule, le GTP lié à la sous-unité bêta est hydrolysé en GDP, tandis que le GTP lié à la sous-unité alpha reste intact.

Compléments

📌 Le GTP lié à la sous-unité bêta est hydrolysé après l’incorporation dans le microtubule, alors que le GTP lié à la sous-unité alpha n’est jamais hydrolysé.

• Les microtubules sont dynamiques et polymérisent ou dépolymérisent en permanence.

• Les protéines MAP1, MAP2 et MAP4 se lient aux microtubules polymérisés, renforcent leur structure et favorisent leur assemblage et leur croissance.

💡 Astuce mémo

Tubuline liée au GTP → assemblage ; hydrolyse du GTP de la β-tubuline → instabilité

📖 3. Transport et rôles des microtubules

★ À maîtriser

• Les protéines motrices associées aux microtubules utilisent l’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer et transporter des cargaisons le long des microtubules.

📌 La kinésine assure le transport antérograde vers l’extrémité (+) des microtubules, tandis que la dynéine assure le transport rétrograde vers l’extrémité (−).

• Les microtubules participent aux fonctions suivantes :
  • Positionnement du Golgi.
  • Transport des mitochondries et des vésicules.
  • Transport de complexes ARNm-protéines.
  • Ségrégation des chromatides sœurs.
  • Mouvements des cils et des flagelles.

Compléments

• La kinésine est un homodimère constitué de deux monomères et se déplace le long des sous-unités bêta.

• Une extrémité de la protéine motrice se lie au microtubule et l’autre se fixe à la cargaison transportée.

• 🔄 L’exocytose suit les étapes suivantes :

  1. La kinésine transporte une vésicule le long des microtubules.
  2. Le cortex cellulaire se désagrège localement.
  3. La myosine I transporte la vésicule le long des microfilaments d’actine jusqu’à la membrane plasmique.
  4. Les membranes fusionnent et l’exocytose a lieu.

💡 Astuce mémo

Kinésine vers (+), dynéine vers (−)

📖 4. COMT et structure des centrioles

🔑 Notions clés & Définitions

• COMT : Structure des cellules eucaryotes d’où émergent les microtubules et qui contribue à l’architecture et à l’orientation cellulaires ainsi qu’à l’origine des cils et des flagelles.
• Centriole : Structure cytoplasmique composée de neuf triplets de microtubules inclinés, entourés de protéines formant la matrice péricentriolaire.

★ À maîtriser

• Dans les cellules animales, le COMT comprend le centrosome, constitué de deux centrioles, et le matériel péricentriolaire amorphe qui les entoure.

Compléments

• Le centrosome nucléé les microtubules pendant l’interphase et se duplique pendant la phase de synthèse.

• Lors de la mitose, les centrosomes forment les deux pôles du fuseau mitotique et les microtubules du fuseau sont nucléés à partir du matériel péricentriolaire qui entoure les paires de centrioles appelées diplosomes.

• Dans la cellule animale, les deux centrioles sont perpendiculaires l’un à l’autre et ne se touchent pas.

• 🔄 La formation de l’appareil mitotique suit les étapes suivantes :

  1. Chaque paire de centrioles migre vers un pôle de la cellule.
  2. Un aster se forme à chaque pôle.
  3. Les microtubules s’organisent entre les deux pôles en fuseau mitotique.
  4. Le fuseau permet le déplacement des chromosomes pendant la métaphase et l’anaphase.

📖 5. Centrioles et dynamique des microtubules

📝 Points essentiels

• À la fin de G1, les deux centrioles se dupliquent et commencent à s’écarter pendant S ; en G2, le centrosome possède quatre centrioles, puis les paires s’écartent à la fin de la prophase pour former deux pôles et leurs asters.

• La demi-vie d’un microtubule est de 5 à 10 min en interphase et de 15 à 30 sec en phase M.

📖 6. Formation et contrôle du fuseau mitotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Kinétochore : Structure trilaminaire composée de protéines spécifiques, située au niveau du centromère du chromosome.

★ À maîtriser

• Les deux cellules filles possèdent chacune quantitativement et qualitativement la même information génétique que la cellule mère.

• La condensation des chromosomes et la réorganisation du cytosquelette en fuseau mitotique sont indispensables à la mitose ; le fuseau est bipolaire et sa formation débute à la fin de la prophase.

• 🔄 La prométaphase conduit à l’alignement des chromosomes :

  1. L’enveloppe nucléaire se désassemble.
  2. Les microtubules kinétochoriens s’attachent aux chromosomes par leur extrémité positive.
  3. Les chromosomes s’alignent sur la plaque équatoriale.

📌 Le point de contrôle de la métaphase vérifie l’attachement correct de tous les chromosomes ; si cet attachement n’est pas complet, l’anaphase ne peut pas commencer et le cycle cellulaire est interrompu.

Compléments

📌 Le chromosome métacentrique possède un centromère qui le partage en deux bras de longueurs égales, tandis que le chromosome télocentrique a son centromère à une extrémité et que le cours décrit le chromosome acrocentrique comme une situation intermédiaire donnant des bras de longueurs différentes.

💡 Astuce mémo

Prophase, prométaphase, métaphase : le fuseau se forme, s’attache, puis aligne les chromosomes.

📖 7. Anaphase et séparation des chromatides

★ À maîtriser

• En anaphase A, les chromatides se déplacent vers les pôles le long de microtubules kinétochoriens qui se raccourcissent par dépolymérisation ; des moteurs moléculaires, principalement des dynéines, utilisent l’ATP pour tracter les chromatides tandis que les microtubules restent fixes.

• En anaphase B, les microtubules polaires glissent les uns sur les autres sous l’action de protéines motrices et éloignent les centrosomes, tandis que des moteurs associés aux microtubules astraux tirent les pôles vers la périphérie en interagissant avec le cortex cellulaire.

📌 Le point de contrôle métaphase-anaphase autorise le clivage des centromères et le passage en anaphase seulement après vérification de l’attachement correct de tous les chromosomes à leurs microtubules.

• Pendant la métaphase, la cohésine maintient ensemble les deux chromatides d’un chromosome ; en anaphase, sa dégradation permet leur séparation.

Compléments

• 🔄 La levée de l’inhibition déclenche la séparation des chromatides :
  1. MAD2 inhibe le complexe APC + CDC20 pendant la métaphase.
  2. APC + CDC20 détruit la sécurine lorsque l’inhibition est levée.
  3. La séparase est libérée.
  4. La séparase dégrade la cohésine, permettant la séparation des chromatides.

📖 8. Cytocinèse des cellules animales

★ À maîtriser

• Lors de la cytocinèse animale, un sillon se forme perpendiculairement à l’axe du fuseau et sépare la cellule grâce à un anneau contractile principalement constitué d’actine et de myosine.

• Les interactions entre l’actine et la myosine contractent l’anneau de manière centripète, étranglent le cytoplasme parental et resserrent progressivement le sillon jusqu’à former un corps intermédiaire qui renferme le reste du fuseau mitotique.

Compléments

• L’anneau contractile contient des filaments d’actine de 5 à 7 nm de diamètre disposés de manière concentrique.

• À la fin de la cytocinèse, les cellules filles restent temporairement reliées par un pont contenant un corps central ; l’héritage de ce corps central ne détermine pas à lui seul si une cellule continue de se diviser ou se différencie en un type cellulaire spécifique.

💡 Astuce mémo

Un anneau contractile resserre la cellule comme une ceinture jusqu’au pont entre les deux cellules filles.

📖 9. Étapes de la méiose

★ À maîtriser

• En prophase I, les chromosomes homologues se reconnaissent et échangent des segments d’ADN par recombinaison génétique ; en métaphase I, leurs kinétochores de chromatides sœurs fusionnent et les homologues sont attachés aux pôles opposés, maintenus ensemble par les chiasmas.

• En anaphase I, la dissolution des chiasmas permet la répartition aléatoire des chromosomes homologues vers les pôles, tandis que les chromatides sœurs restent liées par la protéine Mam I ; en télophase I, chaque cellule fille possède un nombre haploïde de chromosomes (1n) et des chromatides sœurs non identiques à la suite de la recombinaison.

• Après la cytocinèse de télophase II, la méiose forme quatre cellules haploïdes, chacune ayant une combinaison génétique unique.

Compléments

• La prophase II, plus courte que la prophase I, ne comporte pas de synthèse d’ADN et les chromosomes s’y décondensent légèrement.

• En métaphase II, chaque chromatide sœur possède un kinétochore attaché aux microtubules des pôles opposés.

• En anaphase II, la disparition de la protéine Mam I permet la séparation des chromatides sœurs, qui sont tirées vers les pôles opposés.