Comprendre le processus de division cellulaire (expliqué avec le diagramme)

Lisez cet article pour en savoir plus sur le processus de division cellulaire (expliqué avec le diagramme)!

L'existence et la perpétuation de la vie dépendent du fonctionnement des cellules et de leurs divisions. Il existe deux processus importants de la division cellulaire qui sont inextricablement liés pour maintenir le progrès de la vie. Ces processus sont la mitose et la méiose.

Après la fécondation, lorsqu'un spermatozoïde et un ovule s'unissent pour former un nouvel organisme, il est prévu que le nombre de chromosomes soit double, car les deux parents fournissent leur nombre total de chromosomes correspondant aux espèces. Mais le processus de la méiose empêche le doublement des chromosomes.

Il réduit de moitié le nombre total de chromosomes, de sorte que la progéniture (cellule nouvellement formée) puisse conserver le même nombre de chromosomes que les parents identiques. D'autre part, la mitose facilite la formation de deux cellules filles à partir d'une seule cellule, chaque nouvelle cellule ressemblant à tous égards à la cellule mère. Contrairement à la méiose, la mitose implique la duplication de paires chromosomiques, ce qui est essentiel pour la reproduction cellulaire, en particulier pendant la croissance.

Le mécanisme de la mitose:

Un processus spécifique est requis pour former deux cellules filles à partir d'une cellule mère. Ce processus est connu sous le nom de mitose et est généralement divisé en quatre étapes: prophase, métaphase, anaphase et télophase. Dans certains cas, il est pratique de désigner la transition de prophase à métaphase sous le nom de premetaphase. Cependant, tout le processus du cycle de la mitose est continu.

1. Prophase:

Au début du stade de prophase, la cellule se prépare à diviser les chromosomes. C'est la phase de repos où le noyau devient un peu plus gros. Cela implique également la condensation des fils précédemment diffus, invisibles ou dispersés en chromosomes visibles.

Chaque chromosome est optiquement double et est composé de deux brins ou chromatides identiques et étroitement parallèles s'étendant sur toute leur longueur. Un chromosome porte une constriction ou une région étroite d’attachement au fuseau, appelée centromère.

Les restrictions autres que le centromère sont parfois appelées «restrictions secondaires». Au stade prophase, le centromère et les constrictions secondaires se ressemblent, mais par métaphase, cette distinction est claire, car ils développent des relations totalement différentes avec le fuseau.

À ce stade (prophase), les contours des chromatides présentent un aspect légèrement laineux ou poilu. En général, ils ne présentent pas une série de granules (chromo-mères) comme on le voit à la prophase méiotique et il s’agit probablement d’une différence réelle entre les deux. À la fin de la prophase, l'aspect laineux disparaît presque et un contour lisse est visible.

2. Prémétaphase:

À la fin de la prophase, la membrane nucléaire disparaît généralement et cette étape peut être définie comme la période de formation du fuseau. Pendant cette phase, les chromosomes donnent l’impression de se débattre et de se pousser pour atteindre l’équateur du fuseau en développement. Le fuseau est relativement un corps gélatineux solide. Apparemment, il est composé presque entièrement de protéines avec une très petite quantité d'ARN.

Le centrosome semble agir en tant qu'organisateur du fuseau. Le centrosome est la région différenciée du cytoplasme contenant le centriole, qui est un minuscule granule présent juste à l'extérieur de la membrane nucléaire. Après la disparition de la membrane nucléaire, le centriole est doublé et les deux centrioles se séparent pour former les pôles du fuseau.

Les fibres du fuseau sont probablement les faisceaux de molécules de protéines. Une distinction peut être faite entre les fibres continues et les fibres chromosomiques. Les fibres continues vont d'un pôle à l'autre tandis que les fibres chromosomiques relient les centromères aux pôles.

Dans le cas des broches bipolaires, le plan équatorial est situé perpendiculairement au grand axe situé à mi-distance des pôles. Au fur et à mesure que la prémétaphase progresse, les chromosomes se rangent avec leurs centromères, sur le plan équatorial du fuseau. C'est l'étape la plus dynamique qui donne lieu à une métaphase relativement statique.

3. Métaphase:

Le nucléole disparaît à la prémétaphase et à la fin de la prémétaphase, les chromosomes montrent le degré maximum de condensation. De plus, à ce stade, les chromosomes acquièrent des contours lisses. Les deux chromatides de chaque chromosome sont parallèles ou enroulés de manière lâche autour de l'autre et ne restent unis qu'au centromère.

Ils ressemblent presque à des chromosomes divisés mais sans aucune séparation des centromères filles. Ainsi, la métaphase est une étape au cours de laquelle peu ou pas de changement visible a lieu dans la cellule; c'est une phase statique et généralement une courte.

4. Anaphase:

L'anaphase est marquée par le début d'une séparation des centromères filles les uns des autres. Les centromères se séparent soudainement et leurs moitiés se repoussent activement. Au fur et à mesure que les centromères filles remontent le fuseau en direction des pôles opposés, ils éloignent les chromatides qui leur sont attachées.

En fait, les deux moitiés ou les ensembles identiques de chromatides se déplacent vers deux pôles opposés de la broche. Ce mouvement est autonome. Ainsi, la séparation mitotique des chromatides commence toujours au centromère et se poursuit le long des chromosomes dans les deux sens. Après une séparation complète des chromatides les unes des autres, elles sont appelées chromosomes filles.

À ce stade, les pôles du fuseau sont plus éloignés que ceux du fuseau métaphasé. Les centromères filles sont également séparés les uns des autres et la région équatoriale entre eux semble être plus allongée.

Au fur et à mesure que la partie équatoriale du fuseau s'allonge considérablement, les pôles se rétrécissent de manière correspondante et finissent par apparaître comme un fin faisceau de structures filiformes. Cette structure en forme de fil entre les deux groupes séparateurs de chromosomes filles s'appelle le corps de la tige.

5. Telophase:

En règle générale, les deux groupes de chromatides sont maintenant connus comme les deux groupes de chromosomes filles qui passent vers les pôles opposés du fuseau. Les calottes polaires du fuseau semblent disparaître au début de Telophase, mais le corps de la tige peut persister longtemps.

Les deux groupes de chromosomes filles perdent rapidement leurs contours lisses et subissent une condensation. Une nouvelle membrane nucléaire apparemment encerclant le chromosome se développe à ce stade et le nucléole réapparaît. Mais à ce stade de la télophase, le chromosome consiste en une seule chromatide au lieu de deux, et la moitié de la quantité d’ADN est suffisante, de sorte que l’apparition de noyaux prophase et télophase dans le même tissu est presque toujours différente. Cependant, finalement, deux cellules filles sont formées.

La division cellulaire mitotique est très importante car les constituants des chromosomes ne sont jamais modifiés et restent identiques dans toutes les cellules filles. Ainsi, les noyaux filles sont similaires au noyau mère. En conséquence, le processus de division cellulaire produit un grand nombre de cellules filles, qui commencent progressivement à assumer différentes fonctions, ce qui entraîne la formation des différentes parties du corps.

Le mécanisme de la méiose:

La connaissance de l'hérédité est essentielle pour comprendre le mécanisme de la méiose. En fait, la méiose est l'antithèse de la fécondation. Dans ce processus de division cellulaire, le nombre diploïde de chromosomes est réduit au nombre haploïde (demi). C'est un processus très important.

Puisque nous savons que la vie se produit sous forme d’incidence de fusion entre gamètes mâles et femelles, le nombre de chromosomes dans le zygote devrait être doublé car les deux gamètes fournissent leur nombre spécifique de chromosomes.

Ainsi, le nombre de chromosomes continuerait à se multiplier de génération en génération. La solution de la nature à ce problème est la méiose ou la division de réduction. Chez les animaux supérieurs, ce processus a lieu juste avant la formation des cellules germinales.

La méiose des gamètes mâles est appelée spermatogenèse, tandis que le même mécanisme chez les gamètes femelles est appelé oogenèse. Cependant, la méiose implique deux types de divisions, qui se produisent l'une après l'autre. En cas de première division, le nombre de chromosomes est réduit de moitié, mais dans la seconde division, le nombre est doublé.

La méiose est donc un mécanisme très complexe de division nucléaire, qui peut être discuté de la manière suivante:

Première division méiotique:

La première «division méiotique» commence toujours par un long stade de prophase, qui diffère beaucoup par rapport à une simple division mitotique. Cette "Prophase" présente un certain nombre de sous-étapes, appelées leptotène, zygotène, pachytène, diplotène et diakinésie. À côté de Prophase, il y a une courte pré-métaphase, suivie de la métaphase de la première «division méiotique». Cependant, nous devrions commencer par les sous-étapes de Prophase.

1. Leptotène:

Il s’agit généralement d’une brève étape au cours de laquelle les chromosomes semblent très allongés et minces. Ces chromosomes ont une orientation polarisée avec toutes leurs extrémités dirigées vers une petite zone d’un côté du noyau. Cette polarisation ne semble pas du tout affecter les centromères. Chaque chromosome porte un nombre défini de granules, qui forment une chaîne de perles de différentes tailles, appelées chromomères.

2. Zygotène:

À ce stade, les chromosomes homologues se rejoignent par paires et deviennent plus proches sur toute leur longueur. Ce phénomène s'appelle appariement ou synapsis. Ce processus de synapsis semble généralement commencer aux extrémités des chromosomes, puis se poursuivre jusqu’à son achèvement, à l’exception de certains chromosomes sexuels. Le processus d'appariement ou synaptique est sans aucun doute facilité par l'orientation polarisée des chromosomes, qui rapproche leurs extrémités.

3. Pachytène:

Pachytène commence lorsque la synapsis se termine et se termine lorsque les chromosomes homologues commencent à s'éloigner l'un de l'autre.

Les principaux événements qui se produisent au cours de cette étape sont les suivants:

a) les chromosomes se condensent davantage, de sorte que les paires de chromosomes deviennent plus courtes et plus épaisses,

b) En conséquence de la synapsis entre chromosomes homologues, le nombre de chromosomes observables ne représente que la moitié (c'est-à-dire n) du nombre de chromosomes somatiques. Dans la plupart des espèces, ces nombres haploïdes de paires de chromosomes sont appelés bivalents. Chaque bivalent présente quatre chromatides ou brins. Ces brins sont approximativement à égale distance les uns des autres, de sorte qu'ils forment un carré en coupe transversale.

c) Le croisement entre chromosomes homologues a lieu pendant cette étape. On pense qu'une petite quantité (0, 3%) de la synthèse de l'ADN qui se produit pendant le pachytène joue un rôle crucial dans le croisement. Cependant, Pachytène est généralement une longue étape.

4. Diplotene:

L'attraction synaptique entre les chromosomes homologues se termine soudainement et les chromosomes homologues de chaque bivalent commencent à s'écarter l'un de l'autre. Cela marque le début de l'étape Diplotene. Les deux homologues de chaque bivalent semblent être attachés l'un à l'autre en un ou plusieurs points, appelés Chaisma (pluriel: Chiasmata). On pense qu'initialement, les chiasmata sont situés aux points de croisement réel entre les chromosomes homologues.

Au fur et à mesure que le Diplotène progresse, les chiasmata se déplacent lentement vers les extrémités des chromosomes homologues. Ce mouvement est appelé terminalisation chiasma. Une condensation supplémentaire des chromosomes est également visible à ce stade, de sorte qu'ils deviennent progressivement plus courts et plus épais.

5. Diakinesis:

Il n'y a pas de différence essentielle entre diplotène tardif et diakinésie. En fait, les bivalents diplotènes minces se transforment progressivement en chromosomes épais et deviennent très courts. Ils restent peu répartis dans le noyau et toutes les boucles entre les chiasmata sont perpendiculaires les unes aux autres. La «rotation» est généralement terminée au début de la diakinésie, mais la «terminalalisation» peut continuer jusqu'à la première métaphase.

Premetaphase:

À ce stade, la membrane nucléaire disparaît et le fuseau se forme. On constate également que le nucléole disparaît et que les chromosomes bivalents se déplacent vers le plan équatorial, tandis que les deux centromères de chaque bivalent se trouvent sur des côtés opposés du plan.

1. Première métaphase:

À ce stade, les chromosomes se fixent fréquemment au fuseau entre l’équateur et le pôle. Le centromère est attaché aux fibres du fuseau à l'équateur.

2. Première Anaphase:

Les chromosomes sont maintenant séparés et déplacés vers les pôles opposés. Les centromères ne se divisent pas, mais chaque centromère se déplace dans la direction du pôle le plus proche, comme les centromères filles d'une division mitotique ordinaire.

3. Première Telophase:

Cette étape ne diffère pas essentiellement de celle d'une mitose somatique ordinaire. Ici, deux noyaux filles avec une paire de chromatides sont formés aux pôles. De cette manière, deux noyaux filles contiennent un nombre haploïde de chromosomes.

Deuxième division méiotique:

1. Deuxième Prophase:

Il présente une étape distincte, qui est toujours courte et ne comporte aucune complication. Les fuseaux s'organisent rapidement.

2. Deuxième métaphase:

Le nombre de chromosomes est égal à la moitié du nombre somatique et les chromatides divergent considérablement, étant maintenues ensemble aux centromères.

3. Deuxième Anaphase:

Les centromères se divisent et commencent à se déplacer vers les pôles car les chromatides sont très proches les unes des autres.

4. Deuxième telophase:

Cette étape ne diffère pas de celle d'une division somatique, à l'exception du nombre de chromosomes. Quatre noyaux filles sont formés, chacun avec un nombre haploïde de chromosomes. On peut en conclure que la première division méiotique entraîne la réduction du nombre de chromosomes mais que le centromère ne se divise pas. Lors de la deuxième division méiotique lors de la division des centromères, les chromatides ne se divisent pas.

Ils se séparent simplement et forment quatre cellules filles de nombre haploïde. L’importance de ce processus réside dans le maintien d’un nombre constant de chromosomes dans l’espèce. Dans tous les animaux et plantes à reproduction sexuelle, les gamètes sont haploïdes (X) dans le nombre de chromosomes. La reproduction sexuée est la fusion d'un gamète mâle (X) et d'un gamète femelle (X). Il en résulte la formation d'un zygote (2X) à partir duquel se développe une progéniture. Une autre importance de la méiose est d’aider à la ségrégation, à l’assortiment et à la recombinaison de gènes.