La division cellulaire est le mécanisme de reproduction par lequel les organismes vivants grandissent, se développent et produisent une progéniture. À la fin de la mitose, une cellule se divise en deux cellules filles. Une cellule mère en méiose produit quatre cellules filles.

Alors que la mitose est commune aux organismes procaryotes et eucaryotes, la méiose se produit chez les animaux, les plantes et les champignons.

Cellules filles en mitose

La mitose est une étape du cycle cellulaire qui implique la division et la séparation des chromosomes. Le processus de division se termine par la cytokinèse, lorsque deux cellules filles différentes se divisent et se forment. Avant la mitose, la cellule se prépare à se diviser en répliquant l'ADN, augmentant ainsi sa masse et sa quantité. La mitose comprend plusieurs phases : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Au cours de ces phases, les chromosomes se séparent, se déplacent vers les pôles opposés de la cellule et sont incorporés dans les noyaux nouvellement formés. À la fin du processus de division, les chromosomes dupliqués sont répartis à parts égales entre les deux cellules. Ces cellules filles sont génétiquement identiques et possèdent le même nombre et le même type de chromosomes.

Les cellules somatiques sont des exemples de cellules qui se divisent par mitose. Ceux-ci incluent tout sauf les cellules germinales.

Les cellules cancéreuses qui se divisent par mitose sont capables de produire trois cellules filles ou plus. Ces cellules ont soit trop, soit pas assez de chromosomes en raison d’une division irrégulière.

Cellules filles en méiose

Dans les organismes capables de , les cellules filles sont produites par méiose. La méiose est un processus composé de deux étapes qui produisent. Une cellule en division passe deux fois par prophase, métaphase, anaphase et télophase. A la fin de la méiose et de la cytokinèse, quatre sont produites à partir d'une seule cellule diploïde. Ces cellules filles haploïdes possèdent la moitié du nombre de chromosomes de la cellule mère et ne lui sont pas génétiquement identiques. Lors de la reproduction sexuée, les gamètes haploïdes s'unissent et deviennent un zygote diploïde. Le zygote continue de se diviser par mitose et se développe pour devenir un organisme pleinement fonctionnel.

Cellules filles et mouvement chromosomique

Comment les enfants complètent-ils la division avec le numéro correspondant ? La réponse à cette question concerne la structure du fuseau, composée de microtubules et de protéines qui manipulent les chromosomes lors de la division cellulaire. Les fibres du fuseau s'attachent aux chromosomes répliqués, les déplaçant et les séparant si nécessaire.

Les fuseaux mitotiques et méiotiques déplacent les chromosomes vers les pôles opposés des cellules, garantissant ainsi que chaque cellule fille reçoit le nombre correct de chromosomes. Le fuseau détermine également l’emplacement de la plaque métaphasique, le plan sur lequel la cellule se divise finalement.

Cellules filles et cytokinèse

La dernière étape de la division cellulaire se produit lors de la cytokinèse. Ce processus commence pendant l'anaphase et se termine après la télophase. Au cours de la cytokinèse, une cellule en division est divisée en deux cellules filles à l'aide d'un fuseau. La disposition du fuseau localise une structure importante lors de la division cellulaire appelée anneau contractile. L'anneau contractile est formé de filaments, de protéines d'actine et de microtubules, dont la protéine motrice, la myosine. La myosine comprime l'anneau de filaments d'actine, formant un sillon profond appelé sillon de clivage. Au fur et à mesure que l'anneau contractile continue de se contracter, il divise le cytoplasme et divise la cellule en deux le long du sillon de clivage.

Le processus de cytokinèse diffère. Les cellules végétales ne contiennent pas d'asters, des microtubules en forme d'étoile qui aident à localiser le sillon de clivage. En fait, dans la cytokinèse des cellules végétales, aucun sillon commissural ne se forme. Au lieu de cela, les cellules filles sont séparées par une plaque cellulaire formée de vésicules libérées par les organites des chromatides sœurs, qui se produisent à l'anaphase de la mitose et à l'anaphase II de la méiose. Les chromosomes filles se développent à partir de la réplication de chromosomes simple brin pendant la phase de synthèse (phase S) du cycle cellulaire.

Les chromosomes simple brin deviennent des chromosomes double brin, qui sont maintenus ensemble dans une région appelée . Les chromosomes double brin sont appelés chromosomes frères. Les chromatides sœurs finissent par se séparer et sont divisées entre les cellules filles nouvellement formées. Chaque chromatide individuelle est appelée chromosome fille.

La reproduction sexuée des animaux, des plantes et des champignons est associée à la formation de cellules germinales spécialisées - les gamètes, qui fusionnent lors de la fécondation, combinant leurs noyaux. Naturellement, dans ce cas, le zygote contient deux fois plus de chromosomes que chacun des gamètes. Les cellules de tout l’organisme qui poussent à partir du zygote auront le même double jeu de chromosomes. En effet, les cellules somatiques non sexuelles (du grec « soma » - corps), de la plupart des organismes multicellulaires, possèdent un double ensemble diploïde (2n) de chromosomes, où chaque chromosome possède un chromosome homologue apparié. Les gamètes ont un seul ensemble de chromosomes haploïdes (n), dans lequel tous les chromosomes sont uniques et n'ont pas de paires homologues. Un type particulier de division cellulaire, qui aboutit à la formation de cellules sexuelles, est appelé méiose (Fig. 30). Contrairement à la mitose, dans laquelle le nombre de chromosomes reçus par les cellules filles est maintenu, lors de la méiose, le nombre de chromosomes dans les cellules filles est réduit de moitié.

Riz. 30. Schéma de la méiose

Le processus de méiose comprend deux divisions cellulaires successives : la méiose I (première division) et la méiose II (deuxième division). La duplication de l'ADN et des chromosomes ne se produit qu'avant la méiose I.

À la suite de la première division de la méiose, appelée réduction, des cellules se forment avec le nombre de chromosomes réduit de moitié. Après la deuxième division, suit la formation de cellules germinales matures.

Phases de la méiose. Au cours de la prophase I de la méiose, les chromosomes doubles sont clairement visibles au microscope optique. Chaque chromosome est constitué de deux chromatides reliées entre elles par un seul centromère. Au cours du processus de spiralisation, les chromosomes doubles sont raccourcis. Les chromosomes homologues sont étroitement liés les uns aux autres longitudinalement (chromatide à chromatide) ou, comme on dit, conjugués. Dans ce cas, les chromatides se croisent ou s’enroulent souvent les unes autour des autres. Ensuite, les chromosomes homologues commencent à s’éloigner les uns des autres. Aux endroits où les chromatides se croisent, des cassures transversales se produisent et les chromatides échangent des sections. Ce phénomène est appelé croisement de chromosomes (Fig. 31). Dans le même temps, comme lors de la mitose, la membrane nucléaire se désintègre, le nucléole disparaît et des filaments fusiformes se forment. La différence entre la prophase I de la méiose et la prophase de la mitose réside dans la conjugaison de chromosomes homologues et l'échange mutuel de sections au cours du processus de croisement des chromosomes.

Riz. 31. Croisement des chromosomes en méiose

Un trait caractéristique de la métaphase I est la disposition dans le plan équatorial de la cellule de chromosomes homologues disposés par paires. Vient ensuite l'anaphase I, au cours de laquelle des chromosomes homologues entiers (chacun constitué de deux chromatides) se déplacent vers les pôles opposés de la cellule. (À noter que lors de la mitose, les chromatides ont divergé vers les pôles de division.) Il est très important de souligner une caractéristique de la divergence chromosomique à ce stade de la méiose : les chromosomes homologues de chaque paire divergent de manière aléatoire, quels que soient les chromosomes des autres paires. Chaque pôle possède la moitié du nombre de chromosomes qu’il y avait dans la cellule au début de la division. Vient ensuite la télophase I, au cours de laquelle deux cellules se forment avec le nombre de chromosomes divisé par deux.

L'interphase est courte car la synthèse de l'ADN ne se produit pas. Vient ensuite la deuxième division méiotique (méiose II). Elle diffère de la mitose uniquement en ce que le nombre de chromosomes en métaphase II est deux fois moins grand que le nombre de chromosomes en métaphase de mitose dans le même organisme. Étant donné que chaque chromosome est constitué de deux chromatides, dans la métaphase II, les centromères des chromosomes se divisent et les chromatides divergent vers les pôles, qui deviennent des chromosomes filles. Ce n’est que maintenant que commence la véritable interphase. De chaque cellule initiale naissent quatre cellules avec un ensemble haploïde de chromosomes.

Diversité des gamètes. Considérons la méiose d'une cellule comportant 3 paires de chromosomes (2n=6). Après deux divisions méiotiques, 4 cellules avec un ensemble haploïde de chromosomes se forment (n=3). Étant donné que les chromosomes de chaque paire se dispersent dans les cellules filles indépendamment des chromosomes des autres paires, la formation de huit types de gamètes avec différentes combinaisons de chromosomes présents dans la cellule mère est également probable.

Une variété encore plus grande de gamètes est fournie par la conjugaison et le croisement de chromosomes homologues au cours de la prophase de la méiose.

Signification biologique de la méiose. S'il n'y avait pas de diminution du nombre de chromosomes au cours du processus de méiose, alors à chaque génération suivante, avec la fusion des noyaux de l'ovule et du spermatozoïde, le nombre de chromosomes augmenterait indéfiniment. Grâce à la méiose, les cellules germinales matures reçoivent un nombre haploïde (n) de chromosomes, mais lors de la fécondation, le nombre diploïde (2n) caractéristique de cette espèce est restauré. Pendant la méiose, les chromosomes homologues se retrouvent dans différentes cellules germinales et pendant la fécondation, l'appariement des chromosomes homologues est restauré. Par conséquent, un ensemble diploïde complet de chromosomes et une quantité constante d’ADN sont assurés pour chaque espèce.

Le croisement de chromosomes qui se produit lors de la méiose, l'échange de sections ainsi que la divergence indépendante de chaque paire de chromosomes homologues déterminent les modèles de transmission héréditaire d'un trait des parents à la progéniture. De chaque paire de deux chromosomes homologues (maternels et paternels) qui faisaient partie de l'ensemble chromosomique des organismes diploïdes, l'ensemble haploïde d'un ovule ou d'un spermatozoïde ne contient qu'un seul chromosome. Cela pourrait être :

1. chromosome paternel;
2. chromosome maternel;
3. paternel avec zone maternelle;
4. maternelle avec l'intrigue paternelle.

Ces processus d'émergence d'un grand nombre de cellules germinales qualitativement différentes contribuent à la variabilité héréditaire.

Dans certains cas, en raison d'une perturbation du processus de méiose, avec non-disjonction des chromosomes homologues, les cellules germinales peuvent ne pas avoir de chromosome homologue ou, au contraire, avoir les deux chromosomes homologues. Cela conduit à de graves perturbations dans le développement de l'organisme ou à sa mort.

1. Comparez la mitose et la méiose, mettez en évidence les similitudes et les différences.
2. Décrire les concepts : méiose, ensemble diploïde de chromosomes, ensemble haploïde de chromosomes, conjugaison.
3. Quelle est l’importance de la ségrégation indépendante des chromosomes homologues lors de la première division de la méiose ?
4. Quelle est la signification biologique de la méiose ?

Rappelez-vous de votre cours de zoologie comment se produit la fécondation chez les animaux.

1. Dans quels cas survient la méiose ?

Répondre. Les cellules germinales animales se forment à la suite d’un type particulier de division, dans lequel le nombre de chromosomes dans les cellules nouvellement formées est la moitié de celui de la cellule mère d’origine. Ainsi, les cellules haploïdes sont formées à partir d'une cellule diploïde. Cela est nécessaire pour maintenir un ensemble constant de chromosomes dans les organismes pendant la reproduction sexuée. Ce type de division cellulaire est appelé méiose. La méiose (du grec méiose - réduction) est une division de réduction dans laquelle l'ensemble des chromosomes d'une cellule est réduit de moitié. La méiose est caractérisée par les mêmes étapes que la mitose, mais le processus consiste en deux divisions successives : la division I et la division II de la méiose. En conséquence, non pas deux, mais quatre cellules avec un ensemble haploïde de chromosomes sont formées.

2. Quel ensemble de chromosomes est appelé diploïde ?

Répondre. Ensemble diploïde de chromosomes - (autres noms - double ensemble de chromosomes, ensemble zygotique de chromosomes, ensemble complet de chromosomes, ensemble somatique de chromosomes) un ensemble de chromosomes inhérents aux cellules somatiques, dans lequel tous les chromosomes caractéristiques d'une espèce biologique donnée sont présentés en paires; Chez l'homme, l'ensemble diploïde de chromosomes contient 44 autosomes et 2 chromosomes sexuels.

Questions après §30

1. Quelle est la différence entre la méiose et la mitose ?

Répondre. Principales différences :

1. la méiose réduit de moitié le nombre de chromosomes dans les cellules filles, la mitose maintient le nombre de chromosomes à un niveau stable, comme dans la cellule mère

2. dans la méiose, il y a 2 divisions d'affilée, et avant la seconde il n'y a pas d'interphase

3. dans la prophase 1 de la méiose, il y a conjugaison et le croisement est possible

4. Dans l'anaphase 1 de la méiose, des chromosomes entiers divergent vers les pôles. pendant la mitose-chromatides

5. dans la métaphase 1 de la méiose, les chromosomes bivalents s'alignent le long de l'équateur de la cellule, lors de la mitose, tous les chromosomes s'alignent sur une seule ligne ;

6. À la suite de la méiose, 4 cellules filles se forment, en mitose - 2 cellules.

2. Quelle est la signification biologique de la méiose ?

Répondre. Chez les animaux et les humains, la méiose conduit à la formation de cellules germinales haploïdes - les gamètes. Au cours du processus ultérieur de fécondation (fusion des gamètes), l'organisme de la nouvelle génération reçoit un ensemble diploïde de chromosomes, ce qui signifie qu'il conserve le caryotype inhérent à ce type d'organisme. Par conséquent, la méiose empêche le nombre de chromosomes d’augmenter lors de la reproduction sexuée. Sans un tel mécanisme de division, les ensembles de chromosomes doubleraient à chaque génération suivante.

Chez les plantes, les champignons et certains protistes, les spores se forment par méiose. Les processus se produisant au cours de la méiose servent de base à la variabilité combinatoire des organismes. Ainsi, la méiose :

1) est l'étape principale de la gamétogenèse ;

2) assure le transfert de l'information génétique d'un organisme à l'autre lors de la reproduction sexuée ;

3) les cellules filles ne sont pas génétiquement identiques à la mère ni entre elles.

3. Dans quelle phase de la méiose se produit le croisement ?

Répondre. La prophase I de la méiose est la plus longue. Dans cette phase, en plus du processus d'hélixation de l'ADN et de formation de fuseaux typiques de la prophase de la mitose, deux processus très importants sur le plan biologique se produisent : la conjugaison (appariement) et le croisement (crossover) de chromosomes homologues.

Le croisement se produit lorsque des sections identiques de chromosomes homologues sont échangées. Pensez à l’importance que pourrait avoir ce phénomène.

Répondre. En raison de l’héritage lié, les combinaisons réussies d’allèles sont relativement stables. En conséquence, des groupes de gènes sont formés, chacun fonctionnant comme un supergène unique contrôlant plusieurs traits. Dans le même temps, lors du croisement, des recombinaisons se produisent, c'est-à-dire de nouvelles combinaisons d'allèles. Ainsi, le croisement augmente la variabilité combinatoire des organismes.

Cela signifie que :

a) au cours de la sélection naturelle, les allèles « utiles » s'accumulent dans certains chromosomes (et les porteurs de ces chromosomes obtiennent un avantage dans la lutte pour l'existence), tandis que les allèles indésirables s'accumulent dans d'autres chromosomes (et les porteurs de ces chromosomes disparaissent du gibier - sont éliminés des populations) ;

b) lors de la sélection artificielle, des allèles de traits économiquement précieux s'accumulent dans certains chromosomes (et les porteurs de ces chromosomes sont conservés par l'éleveur), tandis que les allèles indésirables s'accumulent dans d'autres chromosomes (et les porteurs de ces chromosomes sont rejetés).

À la suite du croisement, les allèles défavorables, initialement liés aux allèles favorables, peuvent se déplacer vers un autre chromosome. De nouvelles combinaisons apparaissent alors qui ne contiennent pas d'allèles défavorables, et ces allèles défavorables sont éliminés de la population.

1. Donnez des définitions de concepts.
Œuf- gamète femelle.
Gamètes– les cellules reproductrices qui possèdent un ensemble haploïde de chromosomes et participent à la reproduction sexuée.
Gamétogenèse – le processus de maturation des cellules sexuelles, ou gamètes.
Méiose– division du noyau d'une cellule eucaryote avec réduction de moitié du nombre de chromosomes.

2. Dessinez un diagramme des cellules sexuelles et étiquetez leurs parties principales.

3. Quelle est la différence fondamentale dans la structure de l’ovule et du sperme ?
Les œufs sont gros, immobiles, riches en nutriments, et les spermatozoïdes sont petits, mobiles et contiennent des mitochondries.

4. Complétez le schéma « Gamétogenèse chez l’humain ».

5. En quoi les processus de gamétogenèse diffèrent-ils dans le corps féminin et masculin ?
Dans la spermatogenèse, outre les étapes de reproduction, de croissance et de maturation, il existe également une étape de formation au cours de laquelle un flagelle apparaît dans le sperme.

6. A l'aide de la figure 59 du § 3.6, remplissez le tableau.

7. Indiquez les similitudes et les différences entre la mitose et la méiose.

8. Regardez la figure 60 à la p. 118 manuel. Quelle est l’importance du croisement de chromosomes et de l’échange de régions homologues ? A quelle phase de la méiose se produit-elle ?
Dans la prophase 1, la conjugaison se produit - le processus de rapprochement des chromosomes homologues et de croisement - l'échange de régions homologues pendant la conjugaison. Ce processus fournit une variabilité génotypique combinatoire de l'espèce.

9. Quel est le rôle biologique de la méiose ?
1) est l'étape principale de la gamétogenèse ;
2) assure le transfert de l'information génétique d'un organisme à l'autre lors de la reproduction sexuée ;
3) les cellules filles ne sont pas génétiquement identiques à la mère et entre elles (variabilité génotypique combinatoire des espèces).
4) grâce à la méiose, les cellules sexuelles sont haploïdes, et lors de la fécondation, l'ensemble diploïde de chromosomes est restauré chez le zygote.

10. Quelle est la signification biologique de la division inégale du cytoplasme et de la mort de l'un desdes cellules filles à chaque étape de la méiose lors de la formation d'un ovule ?
Au cours de l'ovogenèse, 4 cellules haploïdes se forment à partir d'une cellule diploïde. Mais un seul (l'œuf) reçoit la totalité de l'apport de nutriments, et les 3 autres ne jouent aucun rôle et meurent (ce sont des corps polaires ou directionnels).
L'œuf a besoin d'un apport de nutriments, car... c'est à partir de lui que se développe l'embryon après la fécondation. Les corps polaires servent uniquement à éliminer l’excès de matériel génétique.

11. Établir une correspondance entre les cellules germinales et leurs caractéristiques.
Signes
1. Grande quantité de cytoplasme
2. Mobilité
3. Emballage très dense d'ADN dans le noyau
4. Forme ronde
5. Contient un apport de nutriments
6. De nombreux organites typiques manquent
7. Tailles relativement grandes
8. La tête contient un acrosome - un organite contenant des enzymes permettant de dissoudre la coquille du gamète du sexe opposé
Cellules sexuelles
A. Ovule

B. Sperme

12. Choisissez les bons jugements.
1. Dans la zone de croissance, l'ensemble de cellules chromosomiques est 2p.
2. Dans la zone de maturation, se produit la division méiotique.
5. La prophase de la première division méiotique (prophase I) est beaucoup plus longue que la prophase de la mitose.
7. Chez une femme, la formation des cellules germinales primaires s'achève au cours de la période embryonnaire.

13. Expliquez l'origine et le sens général du mot (terme), en vous basant sur le sens des racines qui le composent.

14. Sélectionnez un terme et expliquez comment son sens moderne correspond au sens original de ses racines.
Le terme choisi est sperme.
Correspondance - non seulement les cellules reproductrices mâles, mais aussi femelles ont le droit d'être appelées «graines», car elles contiennent du matériel génétique inconnu dans les temps anciens.

15. Formuler et noter les idées principales du § 3.6.
La gamétogenèse est le processus de formation de cellules germinales (gamètes). Les gamètes sont haploïdes, contrairement aux cellules somatiques, qui sont assurées par la méiose au stade de leur maturation. Le processus de formation des spermatozoïdes est la spermatogenèse, celui des ovules est l’ovogenèse. Il y a 4 étapes dans la spermatogenèse, la dernière (formation) est absente lors de l'ovogenèse.
Les étapes de la méiose sont similaires aux étapes de la mitose, les différences sont que lors de la méiose 2 il y a des divisions successives, sans interphase entre elles, une conjugaison est observée, 4 cellules germinales haploïdes se forment à partir de 1 diploïde.
Le rôle de la gamétogenèse et de la méiose est le développement des cellules germinales, le transfert de l'information génétique d'un organisme à l'autre, assurant la variabilité génotypique combinatoire de l'espèce. De plus, grâce à la méiose, les cellules sexuelles sont haploïdes et lors de la fécondation, l'ensemble diploïde de chromosomes est restauré chez le zygote.