Le Cycle cellulaire

La cellule est l'unité de base vitale qui compose chaque organisme animal ou végétal. Notre corps est constitué de centaines de milliards de cellules. Ces cellules sont de différents types : cellules musculaire, cellules de la peau, cellules osseuses, cellules sanguines... 

Pour la grande partie de ces cellules, elles doivent se renouveler, se multiplier et enfin mourir. 

Le cycle cellulaire, la mitose et la méiose

I-  Description du cycle cellulaire

1.  Quelle est la définition simple du cycle cellulaire ?

Le cycle cellulaire englobe toutes les étapes de la vie d'une cellule, depuis sa formation jusqu'à sa division pour donner deux cellules filles.

2.  Quelles sont les étapes du cycle cellulaire ? 

Chez les cellules ayant un noyau (eucaryotes), le cycle cellulaire se compose de 2 étapes :

-   - l'interphase,  

-   - et la mitose (qu’on appelle aussi la phase M).

L’étape la plus longue est l’interphase durant laquelle la cellule subit plusieurs changements :

-  - d’abord elle se développe,

-  - puis elle duplique son ADN avant d'entrer dans la mitose.

3.  La durée du cycle cellulaire

Pour mesurer la durée des différentes phases du cycle cellulaire, on utilise des conditions optimales in vitro. 

3-1.  Chez les procaryotes (bactéries) 

La durée du cycle cellulaire est d'environ 20 minutes (par exemple, Escherichia coli a un cycle de 20 minutes).

3-2.  Chez les eucaryotes 

Par exemple : 
- Levure : 1h30 à 2 heures,
- Fibroblastes humains : entre 16 à 24 heures.

Les durées des phases varient en fonction des espèces et des types cellulaires. Les résultats sont les suivants :

- Phase G1 : ne dure en général que quelques heures mais parfois la durée peut atteindre plusieurs années.

- Phase S : de 360 à 1200 minutes, soit de 6 à 20 heures.

- Phase G2 : de 120 à 360 minutes, soit de 2 à 6 heures.

- Phase M : de 60 à 120 minutes, soit de 1 à 2 heures. 

II- L’interphase

L'interphase est une phase qui peut être très longue et qui se divise en trois étapes : G1, S et G2. 

Le cycle cellulaire

1.  La Phase G1 

C’est la première phase de croissance durant laquelle : 

• la cellule croit et grandit,
• et les organites sont répliqués.

2.  la Phase S 

C’est la phase de synthèse, car la cellule produit une copie complète de son ADN dans le noyau.

3.  La Phase G2 

C’est la deuxième phase de croissance durant laquelle la cellule continue de croître. Elle produit des protéines et des organites et commence à réorganiser son contenu pour se préparer à la mitose.

Dans ce stade, les cellules destinées à se diviser passent par la phase G2 avant d'entrer en mitose.

En revanche, certains types de cellules qui ne se divisent pas ou qui se divisent lentement peuvent quitter la phase G1 pour entrer dans un état de quiescence (non division) appelé G0.

Certaines de ces cellules peuvent rester dans cet état indéfiniment, tandis que d'autres peuvent reprendre la division si les conditions sont favorables et donc passer à la phase G2.

III-  Quelles sont les 4 étapes de la mitose (la phase M)? 

Le processus de la mitose ou la division cellulaire proprement dite est également connu sous le nom de : la phase M.

Le cycle cellulaire : la mitose

Le but ultime de cette phase est de créer deux nouvelles cellules filles identiques après la division de la cellule mère.

C’est à cette phase que la cellule mère divise :

- son ADN qui est déjà copié,

- et son cytoplasme qui comporte aussi des organites déjà dupliqués.

La mitose se compose de quatre phases successives : 

- la prophase,

- puis la métaphase,

- l'anaphase

- et enfin la télophase.

1.  La prophase 

Durant la prophase, la cellule subit les modifications suivantes :

- Les chromatides sœurs, qui étaient jusque-là visibles sous forme de filaments éparpillés dans le noyau, se condensent et s'organisent en paires de bâtonnets reliés au niveau du centromère.

- L'enveloppe nucléaire se dissout,

- les deux centrosomes (déjà répliqués dès la phase S) se positionnent aux niveau des deux pôles de la cellule,

- à partir de ces deux centrosomes, des microtubules partent vers le centre de la cellule formant ainsi : le fuseau mitotique,

- les microtubules se fixent sur les chromatides au niveau d’un site précis : les kinétochores.

 2.  La Métaphase

Sous l’action mécanique des microtubules, les chromosomes se positionnent et s’organisent sur le plan équatorial de la cellule.

Grâce à la grande condensation des chromosomes, ce stade est le meilleur moment pour réaliser et faire une étude du caryotype.

 3-  L'Anaphase 

Durant cette phase :

- les centromères se déchirent.

- Sous l'action des microtubules kinétochoriens, les chromatides sœurs se séparent et migrent en directions opposées vers les centrioles.

- Ainsi à chaque pôle cellulaire, on trouve des paires de chromosomes homologues.

- Un anneau contractile commence à se former au centre et les deux cellules filles commencent à se séparer, c’est : la cytodiérèse.

4.  La Télophase

C’est la dernière étape de la division cellulaire au cours de laquelle :

- Une enveloppe nucléaire se forme autour des chromosomes qui commencent à reprendre leur aspect filamenteux.

- Par la cytodiérèse, la cellule se divise pour donner naissance à deux cellules filles.

- Les chromosomes homologues se retrouvent alors dans l'une des deux cellules filles qui peuvent ensuite entrer de nouveau en phase G0 ou G1.

- La disparition progressive des microtubules kinétochoriens.

- La réapparition du nucléole et des autres organites cellulaires qui sont repartis en deux quantités égales dans les deux cellules filles. 

Donc, le résultat final de la mitose c’est la naissance de deux cellules filles identiques entre elles et avec la cellule mère. 

IV-  La méiose

La méiose est l’autre processus de division cellulaire qui est responsable de la production des gamètes. 

Ces cellules sexuelles (les spermatozoïdes mâles et les ovules femelles) sont indispensables à la reproduction sexuée et à la formation de nouveaux individus génétiquement distincts de leurs parents.

Contrairement à la mitose, la méiose ce produit en deux divisions cellulaires successives. C’est un processus plus long qui se déroule en plusieurs étapes. 

Le cycle cellulaire : la méiose

1.  Méiose I

Comporte les phases suivantes : 

• Prophase I, 
• Métaphase I,
• Anaphase I,
• Télophase I. 

2.  Méiose II 

V-  Quels sont les points de contrôle du cycle cellulaire ?

Pour assurer un déroulement normal, le cycle cellulaire subit des contrôles à trois endroits appelés : points de contrôle. Ces points sont :

- le point G₁,

- le point M,

- et le point G₂.

Ce contrôle se fait par un certain nombre de signaux externes et internes qui indiquent si les principaux processus du cycle cellulaire se sont déroulés de façon exacte et correcte aux niveau des points de contrôle.

Donc il existe deux possibilité :

- soit que tout le processus s’est déroulé en ordre et sans aucune anomalie : alors la cellule passe à la phase suivante de son cycle ;

- soit qu’il y a un problème : alors la cellule quitte le cycle cellulaire et entre directement dans la phase de non-division : c’est la phase G_0.

1.  Le point de contrôle G₁

Appelé également le point de restriction. C’est le premier point de contrôle du cycle cellulaire. Il se produit directement à la fin de la phase G1, c’est-à-dire lorsque la cellule commence à dupliquer ses chromosomes et à entrer dans le cycle cellulaire.

La cellule subit des stimulations par un ensemble de facteurs de croissances externes, ce qui lui permet de passer ce premier point de contrôle.

2.  Le point de contrôle G₂

L’objectif principal de ce 2éme point de contrôle est de vérifier si l'ADN est endommagé après sa réplication.

3.  Le point de contrôle M

Ce 3éme point de contrôle se déroule au moment de la métaphase (M) et il permet de vérifier si le fuseau mitotique et les microtubules sont fixés au kinétochore correctement.

Les chromatides sœurs ne commencent à se séparer que si la cellule passe avec succès ce point de contrôle, ce qui aboutit à la fin de la mitose et de la cytokinése.

VI-  Quelles sont les principales différences entre la mitose et la méiose

Plusieurs différences existent entre la mitose et la méiose. 

1.  Le type de division de la mitose et de la méiose 

- La mitose est une division qui concerne les cellules somatiques ;

- alors que la méiose est une division sexuelle qui concerne les gamètes seulement.

2.  Le nombre de divisions de la mitose et de la méiose

- La mitose se déroule en une seule division cellulaire ; 

- alors que la méiose se déroule en deux divisions cellulaires successives (méiose I et méiose II).

3.  Les résultats de la mitose et de la méiose

- La mitose donne naissance à deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère et qui sont des cellules diploïdes ; 

- mais la méiose produit quatre cellules filles haploïdes différentes génétiquement.

4.  Les fonctions de la mitose et de la méiose

- Les principales fonctions de la mitose sont surtout la croissance, la réparation des tissus et la reproduction asexuée chez certaines espèces ; 

- alors que celles de la méiose est la formation des gamètes pour la reproduction sexuée (spermatozoïdes chez le male et les ovules chez la femelle).

5.  Les échange génétique lors de la mitose et de la méiose

- Durant la mitose il n’y a pas d’échange de matériel génétique entre les chromosomes homologues ; 

- contrairement à la méiose où il y a un échange de matériel génétique entre les chromosomes homologues ce qui permet d’augmenter la diversité génétique.

Conclusion

Le cycle cellulaire est un processus fondamental qui régule la croissance, la division et le développement des cellules. 

La mitose permet surtout la croissance des tissus mais aussi la reproduction asexuée chez certaines espèces, tandis que la méiose contribue à la diversité génétique au sein de la même population par la formation de gamètes.

Une régulation précise du cycle cellulaire est essentielle pour le maintien de l'intégrité cellulaire, d’un équilibre génétique et d'une prévention contre certaines maladies d’origine génétique telles que les malformations et le cancer.

Ainsi, bien comprendre ce cycle est la clé pour réaliser de grandes avancées en biologie, en médecine et en biotechnologie.