Le cycle cellulaire et la réplication de l'ADN
Cours · SVT (première), chapitre 1 · première, spécialité sciences de la vie et de la Terre · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Tout organisme vivant, de la bactérie à l'être humain, est constitué de cellules, et toute cellule provient de la division d'une cellule préexistante. Cette idée, formulée par Rudolf Virchow en 1858 sous la forme « omnis cellula e cellula » (toute cellule provient d'une cellule), pose une exigence fondamentale : lorsqu'une cellule se divise, chacune des deux cellules filles doit recevoir la même information génétique que la cellule mère. Comment une cellule parvient-elle à transmettre fidèlement, division après division, l'intégralité de son programme génétique ? La réponse tient en deux processus étroitement coordonnés : le cycle cellulaire, qui organise dans le temps la croissance et la division, et la réplication de l'ADN, qui produit une copie conforme de la molécule support de l'information héréditaire. Ce chapitre étudie le déroulement du cycle cellulaire, le mécanisme moléculaire de la réplication et l'expérience historique de Meselson et Stahl qui en a établi le modèle.
1.1 L'ADN, support de l'information génétique
1.1.1 Chromosomes, chromatides et gènes
L'information génétique d'une cellule est portée par l'ADN (acide désoxyribonucléique), une molécule constituée de deux brins complémentaires enroulés en double hélice. Chaque brin est une succession de nucléotides différant par leur base azotée : adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C). Les deux brins s'apparient selon une règle stricte de complémentarité : A face à T, G face à C.
L'ADN est la molécule qui porte l'information génétique sous forme d'une séquence de nucléotides. Un gène est un segment d'ADN portant l'information nécessaire à un caractère héréditaire. Un chromosome est une molécule d'ADN associée à des protéines. Chaque chromosome peut exister sous forme d'une ou de deux chromatides : une chromatide correspond à une molécule d'ADN.
1.1.2 Caryotype et conservation entre cellules
L'ensemble des chromosomes d'une cellule, classés par paires et par taille, constitue le caryotype. Chez l'être humain, les cellules somatiques possèdent 46 chromosomes (23 paires) : on dit qu'elles sont diploïdes (2n = 46). Toutes les cellules d'un même organisme, issues par divisions successives d'une unique cellule-œuf, possèdent le même caryotype et la même information génétique. C'est précisément cette conservation que le cycle cellulaire doit garantir à chaque division.
Toute cellule provient de la division d'une cellule préexistante. La continuité du vivant repose donc sur une succession de divisions au cours desquelles l'information génétique est copiée puis répartie à l'identique.
1.2 Le cycle cellulaire
1.2.1 Interphase et mitose
Entre deux divisions, une cellule ne reste pas inactive : elle croît, exerce ses fonctions et prépare sa future division. Le cycle cellulaire est l'ensemble des étapes comprises entre la formation d'une cellule et sa propre division en deux cellules filles. Il se décompose en deux grandes phases : l'interphase (longue) et la mitose (courte).
Le cycle cellulaire comprend :
- l'interphase, subdivisée en trois sous-phases :
- G1 (gap 1) : croissance de la cellule, synthèse de protéines et d'organites ;
- S (synthèse) : réplication de l'ADN — chaque chromosome passe de une à deux chromatides ;
- G2 (gap 2) : poursuite de la croissance et préparation de la division ;
- la mitose (phase M), au cours de laquelle les chromosomes sont répartis à l'identique dans les deux cellules filles, suivie de la cytocinèse (division du cytoplasme).
Figure 1.1 — Le cycle cellulaire. Les points rouges indiquent deux points de contrôle majeurs.}
1.2.2 Les étapes de la mitose
La mitose est une division qui, à partir d'une cellule mère, produit deux cellules filles génétiquement identiques entre elles et à la cellule mère. Elle se déroule en quatre étapes continues.
- Prophase : les chromosomes (à deux chromatides) se condensent et deviennent visibles ; l'enveloppe nucléaire se désorganise.
- Métaphase : les chromosomes s'alignent au centre de la cellule, formant la plaque équatoriale.
- Anaphase : les deux chromatides de chaque chromosome se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule.
- Télophase : les chromosomes (à une seule chromatide) se décondensent ; deux nouvelles enveloppes nucléaires se forment.
Puis la cytocinèse sépare le cytoplasme en deux cellules filles.