Il y a deux approches complémentaires pour définir la vie. L’approche microscopique et la macroscopique.
Approche microscopique ou unicellulaire
Pour comprendre le point de vue microscopique, il faut remonter au tout début.
Il y a 4.280 Ma (millions d’années).
A cette époque, un processus chimique, incomplètement connu, parvient à fabriquer une gouttelette de liquide identique à une autre gouttelette.
Les deux gouttelettes contiennent en elles tout ce qu'il faut pour continuer le processus.
Le nombre de gouttelettes s’accroît et passe de une à deux, de deux à quatre, de quatre à huit, etc...
Plus tard, par le même processus chimique, une membrane protectrice apparaît et protège une des gouttelettes. Ce qui a commencé se poursuit et la gouttelette
suivante a, elle-même, une membrane protectrice. Le nombre de gouttelettes "protégées" s’accroît et passe de une à deux, de deux à quatre, de quatre à huit,
etc...
Fig. 1 : chaque cellule vivante se duplique.
La gouttelette protégée a été baptisée cellule, le processus chimique a été baptisé vie et la duplication a été baptisée reproduction.
Pour que les filles soient identiques à la mère et, en plus, capables d’avoir des filles, elles-mêmes, identiques, ce processus chimique doit comprendre la
transmission du «mode d’emploi» (qui reçoit le nom de génotype).
A ce stade, nous savons donc que des cellules se reproduisent (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ...) selon une méthode transmise par le génotype.
Fig. 2 : cellule.
A l'intérieur de la membrane, la gouttelette est composée du génotype, contenu dans le génome, et du reste, le cytoplasme .
Pour qu’une réaction chimique réussisse, il faut disposer à la fois d’une recette (le génotype) et des ingrédients nécessaires. Le contenu de la cellule et ce qui
se trouve autour d'elle sont censés fournir le nécessaire.
Si, pour une raison quelconque, la recette ou les ingrédients sont modifiés, il arrive lors de la reproduction que l’une des cellules filles ne soit pas identique
à sa mère. Il y a dans ce cas ce qu’on appelle une mutation.
En cas de mutation positive, la reproduction de la lignée continue et la nouvelle caractéristique est conservée dans la descendance de la fille mutante.
Dans le cas contraire, la lignée s’éteint et la caractéristique disparaît.
Après une mutation, on peut être en présence de cellules identiques à l’aïeule commune et d’autres identiques à la fille mutante.
Fig. 3 : mutations.
Récapitulation des faits
La vie est un processus chimique de reproduction permettant à une cellule de fabriquer deux cellules identiques.
Les mutations font apparaître de nouvelles caractéristiques qui, si elles favorisent la reproduction sont conservées. Dans les cas contraires, elles
disparaissent avec les lignées défavorisées.
Le fond de ma pensée
La vie n’est qu’un processus chimique à la capacité de se reproduire, d’enregistrer et transmettre les informations sur son déroulement.
La vie n’évolue pas. Ce sont les organismes vivants qui le font.
De ce fait, le processus chimique est plus complexe et l’enregistrement (génotype) plus riche d’informations dans certaines lignées que dans d’autres (1).
Il y trois conditions pour que le processus chimique réussisse. Deux internes et une externe.
En se reproduisant, la cellule fabrique deux répliques d’elle-même. Les deux ont un contenu identique. La cellule fournit à sa descendance le génotype et
la partie des réactifs nécessaires qu’elle contenait déjà. Le troisième élément indispensable est le reste des réactifs qui sont censés être à proximité immédiate.
L’absence de cet élément peut tuer la cellule, suspendre sa reproduction ou provoquer une mutation.
Il n’y a rien dans le processus chimique pour provoquer des modifications ou des améliorations. C’est le hasard qui engendre des mutations et c’est l’épreuve des
circonstances et du temps qui détermine les mutations positives et élimine les négatives.
Par exemple, il ne faut pas écrire «Pour protéger son précieux contenu, la cellule s’entoure d’une membrane». Il faut écrire «Une mutation positive provoque
l’apparition d’une membrane protégeant le précieux contenu de la cellule».
Enfin, une mutation fait apparaître une bifurcation à partir de laquelle l'ancienne lignée continue et une nouvelle commence.
En d'autres termes, l’apparition d’une nouvelle lignée ne fait qu’augmenter leur nombre.
La nouvelle venue n’a pas d’impact direct sur la survie d’aucune autre. Seuls les circonstances et le temps déterminent cette survie.
(1) Il est, à priori, plus complexe de fabriquer un homme qu’une algue unicellulaire.
Fig. 4 : arbre de l'évolution.
APPROCHE MACROSCOPIQUE OU MULTICELLULAIRE
Le premier organisme vivant est composé d'une seule cellule (unicellulaire).
Petit à petit, des cellules "rudimentaires" donnent naissance à des cellules de plus en plus complexes.
Arrivées à un certain stade, des mutations permettent à des cellules de collaborer entre elles. Imaginons des cellules identiques formant des espèces de filets
permettant de capturer la nourriture du groupe.
D'autres mutations permettent une spécialisation de plus en plus poussée des cellules (différenciation cellulaire).
Imaginons que certaines cellules du groupe sont équipées d'une espèce de queue permettant de déplacer le filet ou de pousser la nourriture à l'intérieur en
brassant l'eau.
Un jour, des mutations particulièrement positives amènent des cellules à ne pas se séparer tout en se différenciant. Les premiers organismes multicellulaires
apparaissent.
Imaginons un organisme avec des cellules nerveuses déclenchant les mouvements des cellules musculaires et permettant ainsi de détecter et capturer la nourriture.
Dans l'approche macroscopique, une cellule fabrique deux cellules identiques qui à leur tour en fabriquent deux autres. Et ainsi de suite.
La population de cellules s’accroît et passe de une à deux, de deux à quatre, de quatre à huit MAIS TOUTES CES CELLULES FORMENT UN SEUL ORGANISME VIVANT.
Pour réaliser ce prodige, la cellule initiale contient un génotype qui est transmis intégralement à toutes les cellules de l'organisme.
TOUTES LES CELLULES D'UN ORGANISME VIVANT ONT LE MÊME GENOTYPE.
Si chaque cellule dispose du même "manuel", cela implique qu'elles ne lisent pas toutes le même "chapitre".
Prenons l'exemple de la fabrication du chêne par le gland. Imaginons les chapitres : racine, tronc, branche, feuille. Imaginons que la fabrication commence par
les racines.
Comme vu dans l'approche microscopique, la cellule de racine donne naissance à deux cellules identiques. Comment, si c'est le cas, un arbre peut-il avoir un tronc ?
Une cellule de racine lisant le chapitre racine, il ne devrait y avoir que des racines.
Ce qui change c'est l'environnement. Lorsque les racines arrivent à l'air libre, les réactions chimiques changent, le chapitre consulté change et le contenu de la cellule change.
Les filles de la cellule contiennent le génotype commun ET le nouveau cytoplasme (contenu de la cellule, hors génotype).
C'est son cytoplasme et l'environnement (cellules ou autre) qui détermine le "chapitre" à consulter.
Contrairement aux idées communes, il n'y a donc pas de programme régissant le développement des organismes multicellulaires. Il y a, en fait, une interaction de trois facteurs plus
ou moins susceptibles d'aléas. En d'autres termes, c'est l'interaction de ces trois facteurs qui indique à la cellule qui elle est, à quoi elle sert et comment elle doit fonctionner.
C'est en changeant le cytoplasme en fonction de l'environnement et du génotype que la cellule se différencie des autres et participe au développement de l'organisme.
Même si le résultat est malgré tout d'une précision impressionnante, il n'en demeure pas moins susceptible de variations.
C'est ainsi qu'il peut y avoir des différences entre de vrais jumeaux. Surtout s'ils sont élevés séparément dans des environnements différents. C'est ainsi aussi
qu'il y a quelques années des enfants sont nés sans bras parce que leur mère avait absorbé un médicament toxique pendant sa grossesse.
Récapitulation des faits
Un organisme multicellulaire est composé de cellules différentes qui descendent toutes d'une seule cellule et qui ont toutes le même génotype.
C'est l'interaction chimique du génotype, du cytoplasme et de l'environnement (cellules ou autre) qui indique à la cellule qui elle est, à quoi elle sert et
comment elle doit fonctionner.
C'est en changeant le cytoplasme en fonction de l'environnement et du génotype que la cellule se différencie des autres et participe au développement de
l'organisme.
Le fond de ma pensée
Je n'imaginais pas qu'un nombre astronomique de réactions chimiques aléatoires et d'une extrême complexité puisse aboutir à un résultat aussi prévisible.
En changeant la composition chimique du cytoplasme et de l'environnement, la science pourrait utiliser le génotype à sa guise. Elle pourrait ainsi, par exemple
faire repousser des organes ou des membres.
En y réfléchissant, les antidouleurs, les anti-inflammatoires, les calmants, les somnifères, l'alcool, la nicotine, la caféine et tant d'autres changent la
composition chimique du cytoplasme et de l'environnement et utilisent le génotype avec des résultats bien connus.
Fig. 5 : exemple de mutation lors de la réplication de l'ADN.
Les détails sont au chapitre suivant.
EVOLUTION
Comme expliqué précédemment, la vie est la fabrication chimique de matière fille par la matière mère.
La vie est aussi une "maladie" sans vaccin. Depuis 4.280 Ma (millions d’années) qu’elle existe elle n’a jamais été éradiquée. Elle est sortie de tous les pièges
et de toutes les impasses. Elle a proliféré et occupé le moindre endroit possible de Terre.
Pour y arriver, la vie bénéficie de l’imperfection de la reproduction qui provoque des mutations. Il arrive, en effet, que la matière fille ne soit pas l’exacte
héritière de ses parents. Une différence (une mutation) apparaît. Par la force des choses, les mutations positives perdurent tandis que les négatives
disparaissent.
L’évolution est la succession de ces mutations.
N.B. : une mutation est positive si elle augmente la capacité de l’organisme à se reproduire.
ADN ACIDE DÉSOXYRIBONUCLÉIQUE
DÉFINITION
La vie n’est pas un savant fou. Au contraire, c’est un exécutant zélé. Elle suit scrupuleusement les recettes écrites dans le manuel qu’on appelle le génotype.
Comme le manuel est écrit à l'encre et au papier, le génotype est écrit à l'ADN.
L'acide désoxyribonucléique (ADN) est une substance qui est présente dans tout ce qui vit.
Des mutations, parmi les premières, ont fait apparaître dans des cellules une seconde membrane, interne. Elle protége les éléments principaux, qu'elle
entoure, et délimite un corpuscule, le noyau.
Cette mutation s'est avérée particulièrement positive.
Dans les cellules à noyau (eucaryotes), l’essentiel de l'ADN est contenu dans le noyau. Dans les cellules sans noyau (procaryotes), l'ADN fait partie du contenu
cellulaire.
La science qui étudie le génotype, ainsi que sa transmission, s'appelle la génétique. L'ensemble de toutes les substances d'une cellule
qui contiennent cette information s'appelle le génome. L'ADN constitue l'essentiel du génome. Il n'est pas le seul.
Fig. 6 : cellule eucaryote. L’essentiel de l'ADN est dans le noyau.
Fig. 7 : cellule procaryote. L’ADN constitue l'essentiel du génome.
STRUCTURE
Une molécule d’ADN a la forme de deux hélices liées par des barreaux. Elle fait penser à une échelle aux montants tordus.
Les montants s’appellent des brins.
Chaque brin est constitué d'un enchaînement de molécules (nucléotides, 3,2 milliards, image de droite).
Les « barreaux » qui réunissent les deux brins sont des liaisons entre deux nucléotides qui sont face à face (paire de base).
On trouve quatre nucléotides différents dans l'ADN (A (adénine), C (cytosine) et G (guanine), T (thymine)) ainsi que quatre paires dans les liaisons
(A-T, T-A, C-G, G-C (aucune autre paire n'est possible)).
Cette organisation implique qu’un enchaînement de nucléotides d’un brin détermine exactement celui de l’autre (ex. : ATC dans l’un donne TAG dans l’autre,
image de gauche). Cette conséquence est importante pour la suite.
Dans le schéma ci-dessus, le premier brin contient les nucléotides GGTAGTAGTACTA et le second contient, à coup sûr, CCATCATCATGAT. La description d’un brin
suffit pour décrire complètement le génome.
GÉNOTYPE
ORGANISATION
Comme écrit plus haut, le génotype est l’ensemble de toutes les recettes nécessaires à la vie et à leur transmission (l’hérédité). C’est le mode d’emploi,
sans lui rien n’est possible.
En d’autres termes, c’est l’ensemble des informations génétiques d’un organisme vivant.
L’exemple qui suit représente un génotype imaginaire complet dans lequel les lettres symbolisent les nucléotides d’un seul brin d’ADN (voir remarque supra).
Grâce à des méthodes scientifiques précises, il est possible de faire apparaître la structure du génotype.
Voici ce que ça donnerait avec cet exemple. Pour faciliter la compréhension, je commente le résultat comme s’il s’agissait d’un texte.
En observant cette structure, il est possible, sans connaître leur signification, de distinguer certaines caractéristiques qui se retrouvent réellement dans
tous les véritables génotypes.
1- Tous les mots contiennent trois lettres.
2- Les mots composent des phrases. Quatorze dans cet exemple.
3- Les phrases sont regroupées en paragraphes. Six dans cet exemple.
4- Les paragraphes vont par paire. Trois, dans cet exemple.
Le premier et le deuxième paragraphe ont la même longueur et la même structure et ils sont les seuls à avoir cette structure particulière
(1°.3, 2°.4, 3°.4 –rang de la phrase dans le paragraphe. nombre de mots de cette phrase-).
Il en est de même pour le troisième et le cinquième (1.7, 2.5).
Ainsi que pour le quatrième et le sixième (1.2, 2.2).
Il y a donc bien, dans cet exemple, trois paires de paragraphes.
Voici ce que ça donne, transposé en termes de génétique.
N.B. : rien que des noms pour l’instant. Les rôles seront précisés plus tard.
0- Chaque lettre s'appelle un nucléotide.
1- Chaque mot de trois nucléotides (molécules) s’appelle un codon.
2- Une phrase s’appelle un allèle.
3- Un paragraphe s’appelle un chromosome.
4- Les chromosomes d’une paire (1 et 2, 3 et 5, 4 et 6) sont dits homologues.
Revoici l’exemple mais avec les termes exacts. Les surlignages indiquent les chromosomes homologues.
Ce qui suit ne peut être imaginé par la simple observation de la structure mais est scientifiquement prouvé et est valable pour tous les véritables
génotypes.
Dans une paire de chromosomes, l’un vient d’un parent et le second de l’autre.
La moitié des chromosomes vient du père et l’autre moitié de la mère.
La structure génotypique est commune à tous les individus d'une espèce. Dans notre exemple, pour tout le monde, le chromosome 3 a 2 allèles.
Le premier, de 7 codons, et le second, de 5 codons.
Chaque allèle contient la réponse à une question, invisible, précise.
Seul l’allèle occupant la même position dans le chromosome homologue répond à la même question.
Supposons que le premier allèle du troisième chromosome soit la réponse à la question «quel est le groupe sanguin ?».
Supposons aussi que le troisième chromosome provienne du père.
Dans ce cas, systématiquement, le premier allèle du chromosome homologue, le cinquième dans l’exemple, contiendra le groupe sanguin de la mère.
Les 2 sections du génotype qui contiennent la réponse à une question précise s'appelle les gènes de cette question.
Compte tenu de ce qui précède, les 2 gènes du groupe sanguin, dans notre exemple, sont le 1er allèle du 3ème chromosome et le 1er allèle du 5ème.
Chaque gène se trouve toujours au même emplacement, dans tous les génotypes de tous les organismes de l’espèce.
Pour pouvoir référencer les gènes, les généticiens utilisent une méthode valable pour tous les organismes vivants.
Une fois la structure apparue, les chromosomes sont triés par longueur décroissante et par structure puis rassemblés par paire. Les paires ainsi définies sont
les paires d’homologues.
Voici ce que ça donne dans notre exemple.
Les chromosomes 3 et 5 sont les plus longs et ont la même structure. Ils forment la paire n° 1.
Les chromosomes 1 et 2 forment la paire n° 2.
Les chromosomes 4 et 6, les plus courts avec la même structure forment la paire n° 3.
Peu importe la position réelle des chromosomes dans la cellule. Une fois triés, les paires seront toujours au même endroit.
Grâce à cette méthode, le gène de l’exemple (groupe sanguin) est référencé comme le premier de la première paire chez tous
les organismes de l’espèce.
Chez l’Homme, il y a 46 chromosomes.
Classés par longueur décroissante et par structure, il apparaît 23 paires d’homologues. Ces paires sont identifiées par un numéro d’ordre et sont représentées
à l’aide d’un caryotype.
Ce caryotype montre, grâce aux couleurs, que les chromosomes homologues ont la même structure. On constate aussi un renfoncement (centromère) qui divise chaque
chromosome en deux parties de longueur souvent inégale (chromatides).
Les extrémités des chromatides s’appellent des télomères.
Voici, par exemple, la représentation de la structure d’un chromosome de la paire 16.
Cette structure est identique pour tous les Humains.
Les références sont conventionnelles (paire, chromatide –petit ou grand-, emplacement) et indiquent les emplacements des gènes.
Elles permettent de localiser parfaitement les allèles.
Par exemple, chez un humain, pour analyser les allèles du groupe sanguin, il suffit d’analyser le contenu q21 des deux chromosomes de la paire 16.
N.B. : cet exemple est imaginaire. Il y a un gène en 16q21 mais sans doute pas celui du groupe sanguin.
N.B. : l’un des buts de la génétique est d’établir un tableau des gènes et de leur emplacement pour les organismes vivants et pour l’homme en particulier.
Autrement dit, trouver le gène correspondant à chaque emplacement.
N.B. : il y a 20.000 gènes humains. Ces gènes représentent 1,1 % des nucléotides d'un brin, parmi 3,2 milliards. Le surplus est destiné à des contrôles internes
à l'ADN, ou inutilisé.
RÔLE
Sans entrer dans les innombrables détails, la vie, c’est surtout un nombre incroyable de réactions chimiques (1) entre des substances extrêmement complexes et
variées appelées protéines (2).
Or, les protéines ne sont pas originaires de l’organisme et ne peuvent y être introduites telles quelles. Elles sont donc fabriquées au besoin par l’organisme.
Une protéine est assemblée comme un collier de perles et l’ordre des perles est fourni par le génotype.
En termes génétiques, les cellules fabriquent les protéines nécessaires en assemblant des substances appelées acides aminés. L’ordre des acides aminés est fourni
par les allèles. En effet, à chaque codon correspond un acide aminé (la table de correspondance codon-acide aminé s’appelle code génétique).
Le processus de fabrication (synthèse) des protéines comprend quatre étapes.
1) Des signaux chimiques indiquant un besoin de protéines parviennent dans le noyau cellulaire.
2) Les facteurs de transcription (protéines présentes dans le noyaux) réagissent en sélectionnant le gène à transcrire (la recette).
3) Une autre réaction (transcription) «recopie la recette » en synthétisant une molécule d’ARN (acide ribonucléique, ARN messager).
4) Le ribosome (organite de la cellule) réagit à la présence d’ARNm en synthétisant les protéines (traduction) grâce aux codons contenus dans l’ARN.
N.B. : L’ARN ressemble à ½ échelle d’ADN obtenue en sciant les barreaux au milieu. Un brin d’ARN est constitué de nucléotides. Les nucléotides sont de quatre
types dont un seul diffère de ceux de l’ADN.
N.B. : L’ARN pourrait convenir comme support du génotype mais est moins stable.
N.B. : Tous les nucléotides de l’ADN ne participent pas au génotype. Il y a, entre autres, des séquences répétées, des détériorées et des abandonnées.
Par exemple, la séquence permettant la synthèse de la vitamine C est abandonnée et, pour cette raison, les hommes sont obligés de manger des
aliments qui en contiennent.
TRANSMISSION
Il y a deux modes de transmission du génotype.
Soit tel quel (mitose), soit par ½ (méiose).
La mitose est la réplication de cellule pour les besoins de l’organisme.
Exemple de mitose. Les os fabriquent des cellules identiques pour pouvoir grandir. La croissance n’est pas due aux cellules qui grossissent mais à leur nombre
qui augmente.
La méiose est la préparation du génotype en vue de la reproduction sexuée.
Lors de la fécondation, le père et la mère apportent chacun ½ génotype.
NOTES
(1) Exemple de la respiration. L’organisme absorbe de l’oxygène (O2, inspiration). Les globules rouges transportent l’O2 dans les cellules. Celles-ci l’utilisent
pour produire l’énergie dont elles ont besoin. Cette réaction produit un résidu (CO2) qui est transporté à son tour par les globules rouges. Enfin, l’organisme
rejette le CO2 (expiration).
(2) Les protéines remplissent des fonctions très diverses au sein de la cellule et de l'organisme.
Les protéines de structure permettent à la cellule de maintenir son organisation dans l'espace et constituent le cytosquelette.
Les protéines de transport assurent le transfert des différentes molécules dans et en dehors des cellules.
Les protéines régulatrices modulent l'activité d'autres protéines ou contrôlent l'expression des gènes.
Les protéines de signalisation (ex. : hormones) captent les signaux extérieurs et assurent leur transmission dans la cellule ou l'organisme.
Les protéines réceptrices détectent les molécules messagères et les autres signaux pour que la cellule agisse en conséquence.
Les protéines sensorielles détectent les signaux environnementaux (ex. : lumière) et répondent en émettant des signaux dans la cellule.
Les récepteurs d'hormone détectent les hormones et envoient des signaux à la cellule pour qu'elle agisse en conséquence (ex. : l'insuline est une hormone qui
lorsqu'elle va être captée, va signaler à la cellule d'absorber et d'utiliser le sucre).
Les protéines motrices permettent aux cellules ou organismes ou à certains éléments (cils) de se mouvoir ou se déformer (ex. : l'actine et la myosine permettent
au muscle de se contracter).
Les protéines de défense protègent la cellule contre les virus (ex. : les anticorps).
Les protéines de stockage permettent la mise en réserve d'acides aminés pour pouvoir créer d'autres protéines (ex. : l'ovalbumine, la principale protéine du
blanc d’œuf sert de stockage pour le développement des embryons de poulet).
Les enzymes modifient la vitesse de réactions chimiques dans la cellule sans être transformées par ces réactions.
MITOSE OU RÉPLICATION CELLULAIRE ASEXUÉE
DÉFINITION
Les besoins de l’organisme nécessitent la reproduction de cellules à l’identique (ex. : pousse des cheveux). Ces cellules dupliquent leur contenu avant de se
scinder en deux.
Les cellules peuvent se diviser un nombre limité de fois. Seules certaines très importantes (cellules germinales -reproductrices-, sanguines, épithéliales
–épithélium (peau, muqueuses)-), échappent à cette règle.
N.B. : cette limite à la régénérescence des cellules limite la durée de la vie des organismes.
LE CYCLE CELLULAIRE LOGIQUE
Les phases sont exposées ici dans un ordre logique, contrairement au cycle académique exposé plus loin. Les causes de cette différence sont aussi exposées
plus loin.
N.B. : cette présentation « logique » est une création personnelle.
LA PHASE G1 (FIN)
N.B. : G vient de Gap (vide) parce que, faute de moyen d'observation, les scientifiques pensaient qu’il ne se passait rien.
La cellule commence la duplication du cytoplasme et en particulier des organites.
N.B. : Le cytoplasme est le contenu de la cellule hors du noyau. Le cytoplasme contient les organites qui sont les « organes » de la cellule. Nous connaissons déjà
le rybosome qui "fabrique" les protéines. Nous allons faire la connaissance du centrosome, essentiel lors de la duplication.
LA PHASE S
N.B. : S vient de synthèse.
C'est la phase pendant laquelle la cellule duplique son ADN.
La réplication se déroule en 2 temps.
D’abord, les barreaux sont cassés en leur milieu et les deux brins séparés.
Ensuite, pour chaque brin, un nouveau brin et des nouveaux barreaux sont fabriqués.
N.B. : n'oublions pas les paires de base qui déterminent précisément la composition des brins (CG, GC, TA, AT).
LA PHASE G2
Fin de duplication du cytoplasme, organites compris.
À ce stade, il y a deux centrosomes et, entre autres, deux rybosomes. Les chromosomes ne sont pas individualisés.
N.B. : en noir et blanc, les deux centrosomes. En vert le génotype d'origine paternelle. En rouge le génotype d'origine maternelle.
LA PHASE M OU MITOSE
C'est la phase de division proprement dite.
Elle est constituée de la caryocinèse ou division du noyau et de la cytocinèse ou division du cytoplasme.
La caryocinèse est constituée de 4 étapes : la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase.
La prophase.
Toutes les cellules ne sont pas sphériques. Celles de la rétine, par exemple, bâtonnets et cônes, sont très étonnantes.
Lors de la prophase, le cytosquelette se déforme. Toutes les cellules deviennent sphériques et se détachent de leur support éventuel.
Les chromosomes s'individualisent, s'épaississent et se raccourcissent.
Les chromosomes homologues sont liés par leurs centromères collés l'un à l'autre.
N.B. : le schéma représente 4 paires de chromosomes identiques liés 2 à 2 par leur centromère.
Les organites dédoublés se séparent et migrent de part et d'autre du noyau.
Les centrosomes, organites majeurs de la mitose, pendant leur migration, tissent
derrière eux un faisceau de microtubules : le fuseau mitotique. Les microtubules coulissent les unes sur les autres et poussent les centrosomes vers
les pôles. En même temps, elles constituent une espèce de cage enfermant le noyau.
L'enveloppe nucléaire se résorbe et les chromosomes restent enfermés dans la cage.
La métaphase.
Les centrosomes émettent des microtubules, espèces de lignes de pêche, afin de capturer les chromosomes.
Les centromères sont équipés de « crochets d’amarrage », les kinétochores, auxquels s'accrochent des microtubules.
Une paire de chromosomes est capturée lorsque chaque centromère est accroché à un centrosome différent.
Une paire capturée est amenée au plan équateur du fuseau.
La métaphase se termine lorsque tous les chromosomes sont à l'équateur.
Les chromosomes sont disposés dans un plan équatorial, perpendiculaire au fuseau mitotique qui relie les centrosomes. Chaque chromosome est attaché à un seul
centrosome.
N.B. : le déplacement des chromosomes est réalisé par raccourcissement des microtubules mais aussi à l'aide de protéines de transport.
L'anaphase.
Les centromères se décollent les chromosomes migrent le long de leur demi-fuseau qui disparaît au fur et à mesure.
La télophase.
Les chromosomes sont à leur place. Les enveloppes se reconstituent autour de deux nouveaux noyaux bien séparés.
La cytocinèse commence au cours de la télophase, peu avant la fin de la caryocinèse.
Les chromosomes perdent leur individualisation.
La cellule se contracte entre les deux jeunes noyaux jusqu'à couper le cytoplasme et à séparer les deux cellules filles.
LA PHASE G1 (DÉBUT)
Définition du type cellulaire. Le cytosquelette se reforme, les cellules reprennent contact avec leur support.
La cellule prend la morphologie caractéristique de son type.
Croissance de la cellule.
Quand elle a atteint sa taille nominale, la cellule peut rester dans cet état, entrer en mitose ou mourir.
ANIMATIONS
Dans cette animation, la métaphase est découpée en prométaphase et métaphase.
LE CYCLE CELLULAIRE ACADÉMIQUE
Avant, la science ne pouvait distinguer que deux phases au cours de la reproduction des cellules.
Soit elles se divisent –mitose, en bleu-, soit elles ne se divisent pas –quiescence ou interphase ou phase G, en vert-.
Au cours de l’interphase, rien n’était censé se passer.
N.B. : le schéma représente aussi, dans le deuxième cercle, la quantité d'ADN dans la cellule. En jaune Qadn = 1, en vert clair phase de synthèse d'ADN et en
rouge Qadn=2.
PHASE G
La phase G comprend les trois phases G1, S et G2.
Les phases S et G2 ont des durées constantes, mais la phase G1 a une durée variable, de quelques minutes chez les cellules en division rapide à des décennies comme
les neurones qui ont arrêté de se diviser (on dit qu'ils sont sortis du cycle).
Certains mécanismes qui vont déclencher la division cellulaire se produisent en fin de phase G1.
VARIATIONS DE LA MITOSE
Le type décrit ci-dessus est celui des animaux. Il existe des variantes (y compris chez les animaux).
CERTAINS VÉGÉTAUX
Ils établissent leur fuseau mitotique sans avoir de centrosome et la séparation des deux cellules filles s'effectue par une membrane qui s'initie du centre de la
cellule et se propage vers les bords.
AUTRES MODALITÉS
On trouve d’abord la persistance de l'enveloppe nucléaire. Les chromatides vont se séparer dans le noyau qui va ensuite se diviser d'une manière très similaire au
cytoplasme. Ce mode est assez fréquent chez certains eucaryotes unicellulaires.
On trouve aussi la caryocinèse non suivie d'une cytocinèse. On obtient donc des cellules à plusieurs noyaux nommées apocyties.
MÉIOSE OU PRÉPARATION DE LA REPRODUCTION SEXUÉE
DÉFINITION
La méiose est la préparation du génotype qui sera transporté par les cellules reproductrices ou gamètes.
N.B. : les cellules qui ne sont pas reproductrices sont qualifiées de somatiques.
Lors de la fécondation, chaque parent apporte la moitié du génotype.
L'homme possède 46 chromosomes. 23 chromosomes proviennent donc du père et 23 de la mère.
Sachant que, par exemple, la mère possède 46 chromosomes (23 provenant de sa mère et 23 de son père), la méiose opère donc une espèce de sélection des chromosomes
transmis (23 sur 46).
S’agit-il de tous ceux du père, de ceux de la mère, d’un contrôle qualité pointu qui ne sélectionne que les meilleurs ?
CYCLE
La méiose comprend deux divisions cellulaires, successives.
Chacune comporte les quatre phases de toute division cellulaire mais avec des particularités.
DIVISION RÉDUCTIONNELLE
Elle fait suite à la réplication de l'ADN (phase S).
A ce moment, le noyau contient quatre séries de chromosomes (le chromosome, sa réplique, son homologue, la réplique de son homologue -92 chromosomes chez l’homme-).
Prophase I
Au lieu de rassembler, comme dans la mitose, les chromosomes identiques en collant leur centromère, cette phase rassemble les identiques et leurs homologues.
Les groupes de quatre ainsi constitués s’appellent tétrades (4 chromosomes) ou bivalents (2 chromosomes doubles et homologues).
Chaque chromosome serré étroitement à son homologue échange avec lui des allèles au cours de ce qui s’appelle l’enjambement ou le brassage intra-chromosomique.
Le résultat de cet échange est l’obtention de quatre chromosomes tous différents et contenant des allèles paternels et maternels. La notion de chromosomes
homologues n'a plus de sens.
Une fois cet échange terminé, les liaisons se relâchent. Les deux chromosomes doubles restent attachés.
Dans l'exemple à gauche, nous voyons une tétrade avec les chromosomes (1) (2) (3) et (4).
(1) chromosome d'origine paternelle, (4) réplique de (1), (2) homologue
de (1) et (3) réplique de (2).
Les paternels en bleu et les maternels en rose ;-)
Les 4 chromosomes ont la même structure avec 8 emplacements donc 8 allèles.
(1) échange avec (2) et (3) échange avec (4).
Les quatre chromosomes résultants sont différents. Au hasard des enjambements.
Métaphase I
Les chromosomes doubles de chaque bivalent sont disposés de part et d'autre et à égale distance d’un plan équatorial, perpendiculaire au fuseau mitotique qui relie
les centrosomes. Chaque centromère est attaché à un seul centrosome.
Le placement d’un chromosome double d’un côté ou de l’autre du plan équatorial est aléatoire. On appelle ce phénomène la « ségrégation indépendante » ou le brassage
inter-chromosomique.
Anaphase I
Les chromosomes doubles se décollent et migrent le long de leur demi-fuseau qui disparaît au fur et à mesure.Télophase I et cytocinèse
Deux enveloppes nucléaires réapparaissent dans chaque cellule puis la cellule se divise en deux.
N.B. : il y a formation de deux cellules à n chromosomes doubles (n chromosomes doubles, 2n ADN). Dans la mesure où il n’y a plus d’homologues ni de paires et
malgré à la quantité double d’ADN qu’elle contient, la cellule est considérée comme haploïde. C’est ce passage d’une cellule diploïde à deux « haploïdes » qui
est à l’origine des termes « méiose réductionnelle ».
DIVISION ÉQUATIONNELLE
La seconde division est dite équationnelle car elle « conserve » le nombre de chromosomes : on passe de n chromosomes doubles dans 2 cellules à n chromosomes
simples dans 4 cellules.
L’ADN présent étant suffisant, il n'y a pas de réplication de l'ADN et la division commence immédiatement. Il s’agit d’une mitose classique : pour chaque cellule,
on passe de n chromosomes doubles à deux cellules à n chromosomes simples.
Prophase II
L'enveloppe nucléaire se résorbe.
Les centromères sont équipés de « crochets d’amarrage », les kinétochores. Des microtubules s’y accrochent.
Métaphase II
Les chromosomes sont disposés dans un plan équatorial, perpendiculaire au fuseau mitotique qui relie les centrosomes. Chaque chromosome est attaché à un seul
centrosome.
Anaphase II
Les centromères se décollent les chromosomes migrent le long de leur demi-fuseau qui disparaît au fur et à mesure. Télophase II
Les chromosomes sont à leur place. Les enveloppes se reconstituent autour de deux nouveaux noyaux bien séparés.
Cytocinèse
La cellule se contracte entre les deux jeunes noyaux jusqu'à couper le cytoplasme et à séparer les deux cellules filles.
Les quatre cellules haploïdes issues de la méiose possèdent n chromosomes simples.
LA DIVERSITÉ DES GAMÈTES
Les gamètes créés par la méiose sont différents bien qu'ils descendent de la même cellule.
La superposition des deux brassages engendre une diversité considérable des gamètes. Dans ces circonstances, il est quasiment impossible que deux descendants de
mêmes parents aient le même génotype.
La méiose qui s’est affinée pendant des milliards d’années utilise l’évolution afin de sélectionner les meilleurs génotypes. En effet, ce sont les organismes au
bon génotype qui se reproduiront et qui transmettront leurs caractéristiques.
??? La sélection aléatoire des allèles lors de la méiose ressemble pour moi à une recherche de l’imperfection. Ne faudrait-il pas dans ces circonstances écrire
« la vie provoque l’imperfection de la reproduction » ?
La cellule qui contient des paires de chromosomes est diploïde.
A l’exclusion des cellules reproductrices (gamètes), chaque cellule d’un organisme contient un exemplaire complet et identique du génotype.
N.B. : le cas des gamètes est décrit plus loin.
LA DIFFÉRENCIATION CELLULAIRE
Cellules de peau (noyau vert).
Cellule conique de vision des couleurs.
Toutes les cellules ne sont pas identiques. Elles présentent des différences importantes de morphologie et de fonction.
C'est la différence de contenu protéique qui cause ces différences.
La cellule prend la morphologie caractéristique de son type au début de la phase G1 de la mitose.
La différenciation cellulaire est le processus biologique qui, au départ d'une cellule unique (zygote) conduit sa descendance vers un type et une spécialisation.
