Division cellulaire: Notes utiles sur la division cellulaire chez les animaux (2071 mots)

Lisez cet article pour en savoir plus sur le processus de division cellulaire chez les animaux!

Une cellule unique augmente progressivement en taille et se nourrit de l'environnement par diffusion et autres processus physico-chimiques. Lorsque la cellule est suffisamment grossie, la distance entre la membrane cellulaire et le noyau est augmentée à un point tel que la nutrition de la cellule par diffusion en souffre. Par conséquent, la division de la cellule en deux petites cellules filles est une nécessité biologique pour fournir une nutrition équitable à la cellule.

Courtoisie d'image: edupic.net/Images/Mitosis/telophase_3D.png

Le stimulus de la division cellulaire est dérivé des gènes de l'ADN nucléaire qui organise la synthèse de macromolécules protéiques via l'ARN. Un composé chimique appelé chalone est détecté localement dans les tissus normaux, ce qui inhibe la division cellulaire à un certain stade. Lorsque le tissu est partiellement endommagé, le niveau de chalone diminue et les cellules se divisent jusqu'à ce que la population cellulaire normale du tissu soit restaurée.

La division cellulaire peut être directe ou indirecte.

Division directe (amitose):

Le processus est très rapide, terminé en quelques minutes. Au début, le noyau se contracte au milieu, puis se divise, suivi de la division du cytoplasme de la cellule (Fig 3-1)

Il est possible que la division amitotique ne se produise pas chez les espèces de mammifères, à moins que les cellules ne soient pathologiques.

Division indirecte:

Il présente deux types-mitose et méiose. Dans les deux types de division cellulaire, deux processus sont impliqués: la caryocinèse ou division nucléaire et la cytokinèse ou division cytoplasmique.

Mitose:

Il s’agit de la méthode de division cellulaire la plus courante. Elle se produit dans toutes les cellules somatiques et dans les cellules germinales immatures. Les deux cellules filles sont identiques en nombre de chromosomes et en distribution des gènes comme dans la cellule mère. Par conséquent, la mitose est appelée division homotypique ou équivalente.

Le processus prend environ 1 à 2 _1/2 heures à compléter. La mitose peut être symétrique ou asymétrique. Dans la mitose symétrique, les potentialités fonctionnelles des cellules filles sont similaires. Dans la mitose asymétrique, cependant, une cellule fille est plus différenciée que l'autre.

C’est la base de la différenciation cellulaire par rapport aux cellules souches indifférentes.Avant que la cellule se divise, il existe une période appelée interphase dans laquelle les chromosomes individuels ne sont pas visibles car ils se déroulent dans de très longues structures étroites, de sorte qu’elles se trouvent en dessous des limites. de résolution du microscope optique. Pendant l'interphase, le noyau de la cellule possède une enveloppe nucléaire et contient un réseau de fils ou de granules de chromatine et un nucléole. La réplication de l'ADN a lieu dans les chromosomes. En dehors de l'enveloppe nucléaire, deux centrioles appariés sont situés dans le cytophasme.

La mitose implique quatre processus successifs: prophase, métaphase, anaphase et télophase. (Fig. 3-2)

Prophase:

Il se caractérise par les caractéristiques suivantes

(i) Les chromosomes individuels sont d'abord visualisés au microscope sous la forme de longs fils minces, car ils sont étroitement enroulés sur toute la longueur. Chaque chromosome se scinde longitudinalement en deux chromatides, sauf au centromère.

(ii) Les deux paires de centrioles sont séparées l'une de l'autre par allongement des microtubules continus du fuseau achromatique et occupent les pôles opposés du noyau. Les microtubules continus sont organisés par les centrioles.

(iii) Par la suite, la membrane nucléaire et le nucléole disparaissent. Les chromosomes sont maintenant empêtrés dans un réseau de microtubules continus. Cette étape peut être appelée la pro-métaphase. La prophase prend environ 1 heure et demie à compléter.

Métaphase:

Pendant ce temps, la région centromère de chaque chromosome présente un kinétochore bilatéral en forme de disque. À partir des kinétochores, un ensemble de microtubules chromosomiques sont organisés et s'étendent bilatéralement vers les centrioles opposés. La croissance des microtubules chromosomiques permet aux centromères des chromosomes individuels avec leurs chromatides appariées d’occuper le plan équatorial du fuseau. Ceci représente l'image classique de la formation d'aster en métaphase. La métaphase persiste environ 20 minutes.

La colchicine interrompt la division cellulaire à la métaphase, car elle empêche la formation de microtubules du fuseau et se combine de manière organique avec la protéine tubuline. Dans la métaphase traitée par la colchicine (C-métaphase), on constate que les chromosomes s’assemblent autour des centrioles. L'application de la colchicine en culture cellulaire constitue un outil important dans les études sur le caryotype.

Anaphase:

Ici, les centromères sont renversés longitudinalement et les deux chromatides se séparent pour former deux nouveaux chromosomes. Lorsque les fibres du fuseau se contractent, chaque paire de chromosomes nouvellement formés se sépare et migre vers le pôle opposé du fuseau. Finalement, deux compléments chromosomiques identiques et complets sont formés. La séparation des chromatides pour former deux nouveaux chromosomes s'effectue par la contraction des microtubules chromosomiques, qui exercent des forces centrifuges sur la région centromère des chromosomes des centrioles opposés. Simultanément, les microtubules continus des centrioles opposés se déplacent vers l’intérieur, formant le corps médian dans la région centrale de la cellule en division, où apparaît le sillon de clivage.

Telophase:

C'est une période de réorganisation. Les chromosomes filles sont enveloppés par une nouvelle membrane nucléaire et le nucléole réapparaît. Les chromosomes se déroulent et leur identité individuelle est perdue. Enfin, le cytoplasme se divise et deux cellules complètes sont formées.

Au cours du processus de cytokinèse, le sillon de clivage se développe autour de l'ancien plan équatorial du fuseau achromatique qui est maintenant occupé par le corps central. La contraction des composants fibrillaires du cytoplasme peut éventuellement contribuer à la constriction du clivage en sablier. Parfois, des restes de la moitié du corps se retrouvent sous la forme d'une petite condensation cytoplasmique sous la membrane cellulaire de chaque cellule fille après une séparation complète.

Cycle cellulaire:

Lorsque des cellules du même type sont cultivées en culture cellulaire, elles se multiplient continuellement par mitose répétée. De tels changements cycliques d'une cellule, impliquant interphase et mitose, sont connus sous le nom de cycle cellulaire. L’interphase se compose de trois étapes (Fig. 3-3) -

(a) le stade G ₁ (Gap 1), dans lequel la cellule entre immédiatement après l’achèvement de la mitose et devient métaboliquement active pour synthétiser des enzymes, des protéines structurelles et d’autres organites;

(b) Stade S (synthèse) au cours duquel la réplication de l'ADN a lieu pour transmettre toutes les informations génétiques de l'espèce. Cela couvre une période d'environ 7 heures et conduit à la formation de deux chromatides qui donnent à chaque chromosome la configuration caractéristique en forme de x. Une fois qu'une cellule entre dans la phase S, elle s'engage à achever la mitose.

(c) Le stade G2 (intervalle 2) apparaît avant le début de la mitose suivante. L'appareil à broche est synthétisé à ce stade.

Certaines cellules du corps, en train de se différencier pour remplir une fonction spécialisée, quittent le cycle cellulaire et n'entrent pas dans la phase S. On dit que de telles cellules sont au stade G _O.

Catégories de cellules du corps:

Les cellules du corps appartiennent à trois catégories générales.

Catégorie 1:

Cela inclut les cellules du corps qui ne se divisent pas dans la vie post-natale. Les cellules nerveuses sont l'exemple classique de cette catégorie. Avec l'âge, leur nombre diminue progressivement. Par conséquent, les cellules nerveuses ne traversent pas le cycle cellulaire.

Catégorie 2:

Certaines cellules du corps spécialisées, telles que l'épithélium intestinal et l'épiderme de la peau, sont continuellement perdues de la surface du corps par l'usure et la mort cellulaire. Pour reconstituer la perte, de nouvelles cellules du même type sont continuellement reproduites par mitose à partir de certaines cellules souches ou cellules précurseurs. Ainsi, dans la deuxième catégorie, un état stable de la population cellulaire est maintenu par un processus de renouvellement cellulaire.

Catégorie 3:

Certaines des cellules du corps appartenant à cette catégorie sont hautement spécialisées et ne se divisent généralement pas. Ils possèdent une longue durée de vie. Les cellules du foie sont des exemples de cette catégorie. Lorsque les deux tiers du foie sont retirés, les cellules hépatiques spécialisées subissent une mitose dans des conditions modifiées jusqu'à ce que le volume original du foie soit rétabli.

Méiose:

La méiose est le processus de division cellulaire qui donne des cellules filles haploïdes à partir d'une cellule mère diploïde. C'est ce qu'on appelle la division hétérotypique et ne se produit que dans les cellules sexuelles lors de la maturation des gamètes. Il se compose de deux divisions consécutives (Fig. 3-4)

Première division méiotique

Prophase:

Il est prolongé et comprend les cinq étapes suivantes:

Leptotène:

Les chromosomes individuels sont visibles sous forme de longs fils minces et de chromomères perlés caractéristiques apparaissent le long de leur longueur. Une extrémité de chaque chromosome est attachée à la membrane nucléaire.

Zygotène:

Les chromosomes homologues sont disposés par paires dans le sens de la longueur, établissant une relation point à point. Ce processus s'appelle synapsis. Un membre du couple est d'origine maternelle et l'autre d'origine paternelle.

Pachytène:

Chaque chromosome se scinde longitudinalement en deux chromatides, sauf au centromère. Par conséquent, quatre chromatides sont assemblés par endroits. Ce phénomène est connu sous le nom de formation de tétrade. Tout au long du processus de prophase, les chromosomes subissent une spirale
leur longueur; de ce fait, ils sont progressivement raccourcis et épaissis.

Diplotène:

Au cours de cette étape, les chromatides non soeurs d'un tétrade se croisent en un ou plusieurs points formant le chasma. Au point de croisement, les chromatides se cassent à l'aide d'une enzyme endonucléase, puis s'unissent avec un segment de chromatides non-soeurs de chromosomes homologues, catalysées par une autre enzyme, la ligase. Ce phénomène est connu sous le nom de cross-over. Le croisement permet un remaniement continu des gènes, de sorte que des combinaisons nouvelles et parfois avantageuses puissent avoir lieu. Ceci constitue la base structurelle de la diversité héréditaire entre individus issus d'une même filiation.

Diakinesis:

Maintenant, les centromères homologues se séparent et les chromosomes sont séparés après dévidage. Pendant ce temps, la membrane nucléaire et le nucléole disparaissent.

Métaphase I:

Après la traversée, les paires homologues de chromosomes s’alignent dans le plan équatorial du fuseau.

Anaphase I:

Les centomères ne se divisent pas et les paires homologues de chromosomes se séparent et migrent vers les pôles opposés du fuseau portant leur paire de chromatides.

Telophase I:

(i) Chacune des deux cellules filles présente la moitié du nombre initial de chromosomes (haploïdes). La première division méiotique est parfois appelée division de réduction;

(ii) Il y a une redistribution du matériel génétique due à un croisement.

Deuxième division méiotique:

Chacune des cellules filles de la première division entre directement dans la métaphase II et les chromosomes s'alignent dans les nouveaux plans équatoriaux du fuseau. La réplication de l'ADN n'a pas lieu entre la première et la deuxième division méiotique.

Anaphase II:

Les centromères se divisent et les chromatides se séparent pour former de nouveaux chromosomes migrant vers les pôles opposés du fuseau.

Telophase II:

Quatre gamètes sont formés à partir des deux cellules de la première division méiotique, chacune avec un nombre haploïde de chromosomes. Ceci est associé à la synthèse d'un brin polynucléotidique pour restaurer le modèle typique à double hélice de la molécule d'ADN. La deuxième division méiotique est une division d’équation de la première déjà réduite.

Particularités de la méiose:

(a) Contrairement à la mitose, l'apparition des chromomères et l'appariement des chromosomes homologues sous la forme de synapsis sont observés dans la prophase précoce de la première division méiotique.

(b) Le croisement de segments homologues entre les quatre chromatides, en fin de phase, est une nouveauté. Le croisement permet un remaniement continu des gènes afin que des combinaisons nouvelles et parfois avantageuses puissent se produire.

(c) À Anaphase I, les centromères ne se divisent pas, ce qui aboutit à la division par réduction de la première méiose avec le nombre haploïde de chromosomes.

(d) Dans Anaphase II, les centromères se divisent, ce qui maintient le nombre haploïde de chromosomes. Quatre cellules haploïdes sont formées à partir d'une cellule grand-mère diplod. Ces produits méiotiques sont ensuite transformés en gamètes, spermatozoïdes et ovules fonctionnels.

(e) La division de la réduction de la méiose est une nécessité, car lorsque l'ovule est fécondé par le sperme, le zygote résultant présente un nombre diploïde de chromosomes, qui est constant pour l'espèce.

(f) Dans l'oogenèse, la méiose I débute dans l'ovocyte primaire au cours de la vie intra-utérine et est complète juste avant l'ovulation. Après l'ovulation, l'ovocyte secondaire complète la méiose II pour former un ovule mature, uniquement au moment de la fécondation. Ce n’est qu’un exemple parmi l’humanité dans laquelle l’achèvement de la méiose I nécessite environ 15 à 45 ans. Une telle période prolongée de méiose chez la femme âgée pourrait constituer un facteur de non-disjonction dans la gamétogenèse.

Un ovocyte primaire (diploïde) donne généralement lieu à un ovule mature (haploïde) après deux divisions consécutives. Les autres cellules filles haploïdes de deux ou trois corps polaires qui sont biologiquement inertes car elles possèdent une quantité minimale de cytoplasme.

(g) La spermatogenèse a lieu à la puberté et un spermatocyte primaire (diploïde) donne naissance à quatre spermatozoïdes haploïdes actifs après deux divisions méiotiques consécutives.

h) Les principales caractéristiques de la méiose sont les suivantes:

je. Il n'y a pas de réplication de l'ADN entre Meiosis I et Meiosis II.

ii. L'échange de matériel génétique entre chromosomes homologues a lieu lors de la méiose I.

iii. L'ensemble du processus de la méiose peut prendre des années, au lieu de plusieurs heures.