Pourquoi une cellule se divise-t-elle ?
La mitose va
assurer - parfois malheureusement - le bon accomplissement de plusieurs
phénomènes :
<blockquote>
1.
le développement embryonnaire,
2.
la croissance générale des organismes depuis la naissance jusqu'à la taille
adulte,
3.
la croissance continue de certains organismes et/ou organes ; par exemple les
arbres, les cheveux, les dents chez les ruminants, les ongles, ...
4. pour
renouveler les cellules mortes
; par exemple les cellules cutanées, les globules rouges, ...
5. pour
assurer la cicatrisation,
6. pour
conserver l'identité
cellulaire lors du développement et du renouvellement des cellules appartenant
aux mêmes organes, tissus, ...
7. conséquemment à des
dérèglements : les cancers
</blockquote>
Qu'est-ce qui déclenche le mécanisme ?
Diverses
hypothèses font l'objet d'étude et de controverses :
<blockquote>
1.
un facteur héréditaire de taille : chaque type de cellule
aurait une taille héréditaire qui, une fois atteinte - et dépassée -
provoquerait la "division",
2.
le rapport nucléocytoplasmique : le noyau ne pourrait
contrôler efficacement qu'une quantité limitée de cytoplasme ; la
réduction de moitié du volume cytoplasmique rétablirait un contrôle
efficace en ramenant le rapport en faveur du noyau - inchangé quant au nombre
de chromosomes -,
3.
le rapport membranocytoplasmique : la surface de la membrane
cytoplasmique ne pourrait assurer des échanges efficaces que pour une
quantité limitée de cytoplasme ; la réduction de moitié du cytoplasme
ramènerait le rapport en faveur de la membrane cytoplasmique,
4.
l'existence de signaux cytoplasmiques : on a montré qu'un noyau,
normalement appelé à se diviser, transplanté dans un autre cytoplasme ne se
divisait plus.
</blockquote>
Description du phénomène
0
- Les phases
Les films en accéléré montrant des
cellules en cours de division révèlent que la mitose et la cytocinèse
représentent un ensemble de modifications continues. Mais, pour la
facilité de l'apprentissage et pour en retenir les faits essentiels, toutefois, on subdivise
le phénomène en 1 phase préparatoire - qui est aussi une phase de repos -, invisible en microscopie
optique, d'une durée variant entre 10 et 20 heures, l'interphase et 4 phases fonctionnelles et visibles en microscopie optique : la
prophase, la métaphase,
l´anaphase et la télophase d'une durée approximative de 1 heure.
Durant ce phénomène, noyau et cytoplasme seront divisés, on parlera
respectivement de caryocinèse et de cytocinèse. L'essentiel de l'étude de la
mitose porte sur la caryocinèse et, de là, sur les modifications que subiront
les chromosomes.
1 -
L'interphase
et l'ADN
Pendant longtemps on a cru qu'il ne se passait rien dans la cellule durant cette période mais, dans les cellules qui se divisent souvent, on a constaté, par analyse chimique de l'acidité nucléaire, que la quantité d'ADN doublait rapidement peu avant les phases visibles. On découvrit que la duplication de l'ADN était semi-conservative. Sous l'action d'une enzyme, l'ADN-polymérase, la double hélice s'ouvre et chaque demi-brin parental - ou originel - reconstitue le brin qui lui est complémentaire en respectant la complémentarité adénine-thymine et cytosine-guanine ; deux nouvelles structures d'ADN prennent ainsi naissance, constituée pour moitié d'un brin originel et, pour l'autre moitié, d'un nouveau brin. À la fin de l´interphase, le noyau contenant un ou plusieurs nucléoles est bien défini et entouré de l´enveloppe nucléaire. Le centrosome, unique, s'est répliqué et les microtubules rayonnent des centrosomes en une formation étoilée appelée aster. Chaque chaîne d'ADN, s'étant répliquée - ou dupliquée - a donc fabriqué son homologue. | | |
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2 -
La prophase
C'est une phase d'organisation. La membrane
cytoplasmique de la cellule modifie sa perméabilité ; les échanges diminuent.
Le noyau et le cytoplasme subissent
tous deux des changements pendant la prophase. Dans le noyau, les nucléoles
se déplacent à la périphérie du noyau et disparaissent. Les fibres de chromatine
se condensent en spirale - il existe 3 niveaux de condensation - pour
former des chromosomes visibles au microscope photonique. Chaque
chromosome dupliqué prend la forme de deux chromatides soeurs
identiques réunies par le centromère. Photo
: observez la disparition de la membrane nucléaire et l'épaississement de la
chromatine ainsi que les centrosomes.
Dans le cytoplasme, le fuseau de
division se forme ; il se compose de microtubules et de protéines s´étirant
entre les deux centrosomes. Pendant la prophase les deux centrosomes s´éloignent
l´un de l´autre et les microtubules forment un fuseau qui entoure le
noyau à partir d'une position polaire.
L´enveloppe nucléaire se fragmente.
Les microtubules du fuseau peuvent alors se fixer aux chromosomes par le
centromère.
3
- La métaphase
L'enveloppe nucléaire est entièrement détruite,
l'ergastoplasme est désorganisé et les centrosomes se trouvent aux pôles
de la cellule. Les chromosomes s´alignent sur la plaque équatoriale -
imaginaire - qui, comme son nom l´indique, est à égale distance des deux pôles du
fuseau. Tous les centrosomes y sont alignés. Étant donné
sa forme, l´ensemble formé par les microtubules polaires et par les
microtubules reliés aux chromosomes s´appelle fuseau achromatique -
car dépourvu de couleur -. Photo : les
chromosomes dupliqués ont formé des chromatides qui se retrouvent au niveau de
la plaque équatoriale (la photographie est prise du "dessus" (d'un
pôle cellulaire).
4
- L'anaphase
L´anaphase commence quand le centromère
dédoublé de chaque chromosome se sépare en deux, libérant ainsi les
chromatides soeurs. Chaque chromatide devient dès cet instant un chromosome à
part entière, conduit par le fuseau vers les pôles de la cellule. Les
chromosomes sont alors attirés, via leur centromère, par contraction des
microtubules vers les pôles. Les mitochondries se concentrent au niveau de la
plaque éaquatoriale. En même temps, les pôles s´éloignent l´un de l´autre. À la fin de
l´anaphase, les deux pôles possèdent des jeux équivalents et
complets de chromosomes ; la télophase commence. Photo
: les chromatides se séparent et se dirigent vers les pôles.
5
- La télophase
Pendant la télophase, les microtubules
polaires allongent encore la cellule, et les noyaux fils commencent à
se former aux pôles. Les enveloppes nucléaires se constituent à
partir des fragments de l´enveloppe nucléaire de la cellule mère et
de portions de membrane fournies par le réticulum endoplasmique. Les
nucléoles réapparaissent, chaque chromosome perd son organisation
spatiale compacte et redevient la chromatine initiale et les
mitochondries - ainsi que les nombreux autres organites - sont réparties. La mitose, c´est-à-dire
la division d´un noyau en deux noyaux génétiquement identiques, vient
de se terminer. La cytocinèse, ou division du cytoplasme, est déjà
bien amorcée en général, de sorte que les deux cellules filles
distinctes apparaissent peu de temps après la mitose. Photo
: les chromatides atteignent les pôles, remarquez la séparation naissante des
2 cellules par disparition du "pont" de cytoplasme.
6 -
La cytocinèse
Dans les
cellules animales, la cytocinèse débute pendant la télophase, avec l´apparition
du sillon de division, une invagination de la surface cellulaire à l´endroit
occupé précédemment pas la plaque équatoriale ; la cellule semble
subir un étranglement centripète duquel naîtront deux nouvelles cellules
complètes et séparées.
Dans les cellules
végétales, dotées d'une paroi cellulosique, la cytocinèse apparaît
comme un mécanisme centrifuge. Une double structure appelée plaque
cellulaire se constitue pendant la télophase à l´équateur de la
cellule mère, à partir du centre et rejoint la paroi de la
cellule-mère originelle avec laquelle elle fusionne ; les deux nouvelles
cellules végétales sont nées.
Division, multiplication ou ...
statu-quo ?
<blockquote>
1. Si on considère le
volume du cytoplasme, il y
a eu division ; le volume de la cellule-mère est réparti - et donc diminué,
divisé - en deux volumes-fils plus petits,
2. Considérant le
nombre de cellules, il est
évident qu'il s'agit d'une multiplication répondant à la formule 2n
où n est égal au nombre de mitoses successives. Une cellule-mère ayant, par
exemple, subi 7
mitoses consécutives aura donné naissance à 27 soit 128
cellules-filles,
3. Il y a aussi, enfin, une
constance du nombre de
chromosomes puisque la mitose conserve toutes les caractéristiques
héréditaires de la cellule-mère ; on pourrait caractériser cet aspect de
"statu-quo".</blockquote>