CHAPITRE N 1: Reproduction conforme de la cellule et réplication de l ADN. Introduction La cellule est élément de base de tout être vivant( uni ou pluricellulaire ); elle assure les même fonction que l organisme: - elle s alimente - elle respire - elle meurt - elle se reproduit Le cycle cellulaire décrit un moment de la vie d une cellule; chaque cycle est entrecoupé de la phase G0 plus ou moins longue. Le cycle cellulaire se constitue donc de plusieurs phases. BUT DE LA LECON: Comprendre les mécanismes permettant à une cellule de donner 2 cellules- filles identiques.
Du caractère héréditaire à l ADN
I- le cycle cellulaire, les chromosomes et l ADN. 1) une succession de cycles cellulaires. Fiche d activité n 2. - la nécessité du renouvellement cellulaire ou création de nouvelles cellules. - le temps de génération variable
Conventionnellement, on distingue dans le cycle cellulaire plusieurs phases. G1 +S +G2 = INTERPHASE. Mitose G = gap ( intervalle) Que se passe t-il dans chacune des phases? Quels changements s opèrent dans la cellule?
2) Les chromosomes, éléments permanents de la vie cellulaire. doc n 1 p16 L ADN est la molécule localisée dans le noyau et porteur des infos génétiques; elle présente en permanence mais sous forme différente. Durant l interphase : elle occupe tout le volume cellulaire mais on distingue des parties distinctes état DECONDENSE Durant la mitose : l ADN est visible sous forme de. état CONDENSE Faire schéma du chr métaphasique.
3) Condensation de l ADN L ADN est une très fine molécule( 2 nm d épaisseur) qui a la capacité de s enrouler autour de protéines de structure: les HISTONES
II- La division cellulaire: une reproduction conforme 1) la phase de préparation à la mitose. Lors de sa division, une cellule transmet l ensemble de son patrimoine génétique à 2 cellules filles, il est indispensable que la mitose soit préparée. C est au cours de cette étape préparatoire que les chrs sont copiés = L INTERPHASE Ce phénomène de copie se nomme la REPLICATION DE L ADN.
a A chromosome à 1 chromatide 1 2 2 1 S A 1 a A a 2 2 1 2n = 4 interphase prophase 1 2 1 2 A a 1 1 2 A A a a 2 2 1 A 2 1 a métaphas e 1 2 1 A anaphase 2n= 4 1 a 2 1 2 A télophase 2n= 4 a 2
2) Étude de la division cellulaire ou mitose Conventionnellement la mitose se divise en 4 phases Kinétochores:Kinétochores : en fin de prophase, des structures spécialisées à trois couches appelées kinétochores, formés de complexes protéiques spécialisés, se développent et s'attachent dans la région du centromère. Il y a un kinétochore pour chaque chromatide. Ils vont jouer un rôle primordial au moment de la séparation des chromatides. Les microtubules kinétochoriens, insérés dans le kinétochore se développent progressivement et, dans la prophase tardive (entre prophase et prométaphase), ils vont progressivement s'attacher aux microtubules du fuseau ou microtubules polaires.
2. La prométaphase : * méta : du grec meta exprimant la succession, le changement, signifiant également plus loin, à côté de, entre, avec.
L'anaphase : * ana : du grec ana qui a de nombreux sens : de nouveau, en sens contraire, en haut, en arrière, à l'écart
La télophase : * télo : du grec teleos [téléo-, télo-], fin (comme fini).
La cytodiérèse ou cytocinèse : * cyto : du grec kutos [cyt(o)-, -cyte, -cytie], cellule ; * diérèse : du grec diairesis, action de séparer.
Doc 3 : Photos des phases de la mitose Schéma d interprétation cellule à 2n=4 Commentaire sur chaque phase de la mitose Membrane cellulaire Prophase : Condensation des molécules d ADN sous forme de chromosomes à 2 chromatides Membrane nucléaire Métaphase : Alignement des chromosomes à 2 chromatides sur le plan équatorial de la cellule Anaphase : Cassure du centromère et migration des chromatides de chaque chromosome à un pôle opposé de la cellule Télophase : Séparation de la cellule mère en 2 cellules filles au même programme génétique (2n=4). Décondensation du programme génétique
Conclusion Chaque cellule fille reçoit une copie complète des informations génétiques: Conservation du nombre de chrs Conservation des paires La mitose est une reproduction dite conforme. Pour assurer cette répartition, il a fallu qu à un moment la cellule mère contienne 2 fois les infos. Comment s effectue cette duplication?
III -LA REPLICATION DE L ADN 1) Un préalable à la division cellulaire Puisque, au cours de sa division, une cellule transmet son information génétique à deux cellules-filles, il est indispensable que la mitose soit préparée par une étape au cours de laquelle l'ensemble des chromosomes sont copiés. Cette étape, qui se déroule au cours de l'interphase (plus précisément en phase S) précédant toute mitose, est la réplication de l'adn.
2) Un mécanisme semiconservatif À la suite de leur découverte concernant l'architecture de la molécule d'adn (1953), Crick et Watson proposèrent un modèle de réplication. Dans cette hypothèse, chacun des deux brins sert de modèle à la fabrication d'un nouveau brin. Hypothèse retenue
Une molécule d'adn donne ainsi naissance à deux molécules d'adn-filles constituées d'un brin «nouveau» et d'un brin «ancien». Comme la moitié de la molécule initiale est conservée, le mécanisme de réplication de l'adn est dit semi-conservatif.
3) Les validations expérimentales de la réplication de l ADN Différentes études expérimentales, utilisant des nucléotides «marqués» qui permettent de «suivre» l'adn au cours des générations cellulaires successives, ont confirmé la réalité de ce mécanisme.
Expérience de Taylor 1 chromatide nouvellement synthétisée contenant de l isotope radioactif Nouveau cycle: la chromatide synthétisée ne contient plus d isotope radiactif
4) Le mécanisme de la réplication L'écartement des deux brins de la molécule initiale d'adn ainsi que l'insertion de nouveaux nucléotides sont assurés par un complexe enzymatique, l'adnpolymérase. Tout en progressant le long de la molécule, l'adn-polymérase insère un par un de nouveaux nucléotides en face de chacun des deux brins. Cette fabrication de nouveaux brins d'adn s'effectue en respectant la complémentarité des nucléotides : -un nucléotide A (Adénine) est associé à un nucléotide T (Thymine) - un nucléotide C (Cytosine) est associé à un nucléotide G (Guanine).
L ADN polymérase est un complexe enzymatique capable de relecture et de correction.
Observation et modélisation de la réplication Les molécules d'adn en cours de réplication peuvent être observées au microscope électronique : il est alors possible de voir des zones appelées «yeux de réplication» où la molécule d'adn est dédoublée. Chaque œil comporte en fait deux «fourches de réplication», figures en forme de Y, où une ADN-polymérase effectue la réplication. Ces fourches progressent en sens inverse, assurant la réplication de l'ensemble de, la molécule d'adn. Les deux «copies» restent néanmoins solidaires au niveau d'une zone qui forme le centromère du chromosome. ADN polymé rase
Réplication au cours de la phase s
5) conclusion Ainsi, un chromosome à deux chromatides, tel qu'il apparaît au début de la mitose, est constitué de deux molécules d'adn identiques, portant la même information génétique, c'est-à-dire la même série d'allèles. (revoir gène et allèle) A l'issue de la mitose, chaque cellule-fille a bien hérité d'un exemplaire de l'intégralité du programme génétique de la cellule-mère: conservation du même nombre de chromosomes ( à un chromatide) La mitose est une reproduction dite conforme, c'est-àdire qu'elle conserve le caryotype au cours des divisons successives.
IV- LE CYCLE CELLULAIRE : DES PHASES QUI SE REPETENT 1) Les phases d'un cycle cellulaire La durée d'un cycle cellulaire est très variable suivant le type cellulaire : certaines cellules se divisent activement, alors que d'autres peuvent rester très longtemps sans se diviser. Cependant, quel que soit le type cellulaire, on retrouve les mêmes phases caractéristiques: - L'interphase peut être découpée en trois phases. La phase Gl pendant laquelle la quantité d'adn par cellule reste constante et peut être qualifiée de simple (quantité = q). Pendant cette étape, la cellule utilise son information génétique, peut croître et exercer ses fonctions. La phase S (S comme synthèse) est marquée par un doublement progressif de la quantité d'adn. C'est donc au cours de la phase S, qui dure plusieurs heures, que s'effectue la réplication de l'adn. la phase G2, la cellule se prépare à la mitose. La quantité d'adn pendant cette phase est stable, elle est le double de celle de la phase G1 (quantité = 2q). - La mitose est la période pendant laquelle les chromosomes, bien visibles, sont équitablement répartis entre deux cellules-filles : elle dure une heure environ.
2) Un contrôle du cycle cellulaire Pour assurer le développement et le bon fonctionnement de l'organisme, les cycles cellulaires doivent être contrôlés : ils existent en effet des signaux qui déterminent les moments où une cellule entre en division et le passage d'une phase à une autre. Un tel contrôle s'avère particulièrement important : en effet, si une cellule échappe à cette régulation, elle peut être à l'origine du développement incontrôlé d'un massif cellulaire : c'est le processus de cancérisation
IV les dérèglements du cycle cellulaires 1) Le cancer, une modification du génome. La technique de FISH (Fluorescent In Situ Hybridization) permet de colorer les chromosomes en fonction de leur séquence grâce à des sondes fluorescentes. Le mélange des longueurs d onde sur une même région chromosomique entraîne une coloration particulière et typique de chaque chromosome. Cette technique permet de détecter facilement des délétions et des translocations de morceaux de chromosomes lors de la réalisation de caryotypes humains (voir doc.1a p.326). Une cellule devient cancéreuse suite à l accumulation de mutations qui augmentent à la fois ses capacités de prolifération, l instabilité de son génome et son aptitude à échapper aux systèmes de contrôle. Les cellules mutées transmettent leurs mutations à leurs descendance ( clone cellulaire). Leur multiplication conduit à la formation d une tumeur.
2) Une division anarchique des cellules. Ces altérations de la cellule constituent la base même de tous les cancers. La cellule n'arrête plus de se multiplier ( prolifération excessive) et reste en vie (immortalité) dans un organe où habituellement les cellules meurent et se renouvellent rapidement. Cette prolifération va aboutir à la formation de la tumeur, qui, en se développant arrive à détruire les cellules normales avoisinantes. Certaines des ces cellules gagnent la circulation sanguine et migrent dans tou t l organisme : ce sont les métastases. Cellules invasives se propageant dans un tissu
3) Perturbation du génome et cancérisation. Les cancers naissent de mutations variées, qui s accumulent et se combinent au fil du temps et qui touchent : les proto-oncogènes, ces mutations transformant ces gènes en leurs versions oncogènes, responsables d une stimulation incontrôlée des divisions cellulaires. Plus de 100 protooncogènes étaient déjà identifiés en février 2005. La mutation des ces gènes augmentent la sensibilité des cellules aux facteurs qui stimulent la prolifération cellulaire Qu est ce qu un gène proto oncogène? les gènes proto-oncogènes sont des gènes normaux et indispensables. Ils codent pour des effecteurs du cycle cellulaire : facteur de croissance, récepteurs des facteurs de croissance ou toute autre molécule qui va transmettre au noyau de la cellule un message de division (signal mitotique). Ils ont un rôle d activateur du cycle cellulaire dans un tissu donné, à un moment précis de la différenciation et du développement
les gènes suppresseurs de tumeur ou anti-oncogènes ont pour fonction de freiner le déclenchement de la division cellulaire. 174 gènes déjà découverts en 2003 L un des gènes les plus fréquemment mutés dans les cancers humains (p53) code pour une protéine qui bloque la cellule en phase G1nou induit la mort de la cellule si son ADN est trop endommagé. Qu est ce que ces gènes? Ce sont des gènes capables d inhiber la prolifération cellulaire en bloquant le cycle cellulaire. Un seul allèle du gène normal est nécessaire pour assurer sa fonction. Lorsque les deux allèles sont altérés (mutations, délétions, insertions ), la protéine perd son activité. Dans ce cas il y a un risque de développer une tumeur car les cellules prolifèrent de manière excessive, sans contrôle.
Individu ayant le gène p53 actif Une cellule saine subit des lésions de l ADN sous l effet d agents mutagènes Individu ayant le gène p53 non actif Détection des lésions lors du point de contrôle en fin de phase G1 Détection des lésions lors du point de contrôle en fin de phase G1 Gène p53 inactif Pas de réparation des lésions de l ADN. Reprise de la division Gène p53 inactif Suicide cellulaire impossible (apoptose) Activation du gène p53. Réparation des lésions de l ADN. Reprise de la division cellulaire Activation du gène p53. Suicide cellulaire (apoptose) Elimination de la cellule endommagée Instabilité cellulaire et génétique. Cellule immortelle, transformée et qui prolifère Stabilité cellulaire et génétique Multiplication de la cellule porteuse d anomalies génétiques. Clones de cellules cancéreuses = Tumeur Gène p53 suppresseur des tumeurs. Pas de cancer Irrigation de la tumeur et développement des métastases = Cancer généralisé Le rôle d un gène suppresseur ou anti-oncogène, le gène p53 sur le développement d un cancer
4) conclusion.