La mitose : division cellulaire

La Mitose : Guide Essentiel

La mitose est le processus fondamental de division cellulaire permettant à une cellule mère de générer deux cellules filles génétiquement identiques.

Chaque cellule d'un organisme supérieur dérive de la division d'une cellule préexistante. La mitose assure la répartition égale des chromosomes dans les deux cellules filles.

Elle est cruciale pour le développement et la croissance, comme chez l'œuf des animaux, la graine des plantes et la spore des champignons.

Cycle Cellulaire : Préparation à la Mitose

Avant la mitose, la cellule mère traverse des étapes préparatoires appelées interphase, qui comprend :

• G1 : Croissance et activités métaboliques.
• S : Duplication des chromosomes (l'ADN est synthétisé).
• G2 : Maturation et duplication des centrosomes.

La mitose constitue la quatrième étape (phase M) du cycle.

Organisation du Centrosome

Le centrosome est le centre organisateur des microtubules (MTOC) de la cellule. Il est essentiel pour la division cellulaire.

• Il est composé d'une matrice protéique et d'une paire de centrioles.
• Chaque centriole est une structure cylindrique, formée de 9 triplets de microtubules.

Duplication du Centrosome

1. Fin de la phase G1 : Les deux centrioles se séparent mais restent connectés.
2. Phase S : Un centriole fille apparaît à la base de chaque centriole mère, s'allonge et se positionne à angle droit, formant deux nouveaux centrosomes.
3. Fin de la phase G2 : Les centrioles filles continuent de s'allonger et les centrosomes mûrissent. Les deux centrosomes restent appariés.

Au début de la mitose, les centrosomes s'éloignent pour former les asters, points d'ancrage des microtubules, qui définiront les pôles du fuseau mitotique.

Étapes de la Mitose (Caryocinèse)

La caryocinèse (division du noyau) se déroule en 4 ou 5 étapes successives :

1. Prophase

Étape clé : Condensation des chromosomes, formation des kinétochores et début de l'organisation du fuseau mitotique.

Au niveau nucléaire :

• La chromatine se condense, rendant les chromosomes visibles.
• Les chromosomes, déjà dupliqués en phase S, apparaissent sous forme de deux chromatides sœurs reliées.
• Mise en place des kinétochores au niveau des centromères.
• Le nucléole disparaît.
• L'enveloppe nucléaire reste présente mais est fragilisée.

Le kinétochore est un complexe protéique formé sur le centromère des chromosomes, servant de point d'ancrage pour les microtubules.

Au niveau cytoplasmique :

• Réorganisation du cytosquelette et du système endomembranaire (RE, Golgi).
• Les centrosomes dupliqués (asters) se positionnent aux pôles du futur fuseau mitotique.
• Le fuseau mitotique se forme à l'extérieur du noyau, constitué de microtubules.

2. Prométaphase

Étape clé : Disparition de l'enveloppe nucléaire et capture des chromosomes par le fuseau mitotique.

• L'enveloppe nucléaire disparaît.
• Les chromosomes bichromatidiens sont libérés dans le cytoplasme.
• Les microtubules envahissent la région nucléaire et se différencient :
  • Microtubules kinétochoriens : relient les pôles aux kinétochores.
  • Microtubules polaires : relient les pôles entre eux.
  • Microtubules astraux : relient les pôles à la membrane plasmique.
• Les microtubules du fuseau capturent les chromosomes via les kinétochores.

3. Métaphase

Étape clé : Alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale.

• Les microtubules kinétochoriens alignent les chromosomes sur un plan médian, la plaque équatoriale.
• Chaque chromosome est maintenu en place par la tension exercée par les microtubules kinétochoriens de chaque pôle.

4. Anaphase

Étape clé : Séparation des chromatides sœurs et migration vers les pôles.

• Début de la séparation des chromatides sœurs. Chaque chromatide devient un chromosome à part entière (monochromatidien).
• Ces nouveaux chromosomes sont tirés vers les pôles opposés du fuseau.
• C'est une phase très rapide (quelques minutes).

5. Télophase

Étape clé : Reconstitution des noyaux filles et début de la cytocinèse.

• Les chromosomes fils atteignent les pôles du fuseau.
• Les microtubules kinétochoriens disparaissent, et les microtubules polaires s'allongent pour séparer davantage les centrosomes.
• Une nouvelle enveloppe nucléaire se reconstitue autour de chaque ensemble de chromosomes.
• La chromatine se décondense.
• Le nucléole réapparaît.
• Début de la formation de l'anneau contractile pour la cytocinèse.

Cytocinèse (Cytodiérèse)

La cytocinèse est la division du cytoplasme, elle commence pendant la télophase et finalise la division cellulaire.

• Clivage ou segmentation du cytoplasme.
• Invagination de la membrane plasmique au milieu de la cellule, formant un sillon de division perpendiculaire au fuseau mitotique.
• Contraction d'un anneau d'actine entraînant l'étranglement du cytoplasme.
• Formation d'un corps intermédiaire (reste du fuseau mitotique).
• Abcission : rupture du pont cytoplasmique, donnant naissance à deux cellules filles distinctes.

Différences Mitose Animale vs. Végétale

Le phragmoplaste (nouvelle paroi) se développe à partir de vésicules golgiennes et forme la lamelle moyenne entre les cellules filles.

Durée des Phases de la Mitose (Exemple pour fibroblastes humains)

Points Clés à Retenir

• La mitose produit deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère.
• Elle est précédée par l'interphase (G1, S, G2) où l'ADN et les centrosomes sont dupliqués.
• Le centrosome est essentiel pour l'organisation du fuseau mitotique.
• Les étapes sont : Prophase, Prométaphase, Métaphase, Anaphase, Télophase, suivies de la Cytocinèse.
• Des différences notables existent entre les mitoses animale et végétale, notamment l'absence de centrioles et le mode de cytodiérèse chez les plantes.

La Mitose : Division Cellulaire et Duplication

La mitose est un mécanisme fondamental de division cellulaire qui permet à une cellule mère unique de donner naissance à deux cellules filles. Ces cellules filles sont non seulement identiques entre elles mais possèdent également la même information génétique que la cellule mère d'origine. Chaque cellule d'un organisme supérieur provient de la multiplication d'une cellule préexistante par mitose.

Origine des Cellules par Mitose

• Chez les animaux, toutes les cellules sont issues d'un œuf initial par mitose.

• Chez les plantes, elles sont issues de la graine.

• Chez les champignons, elles proviennent de la spore.

Place de la Mitose dans le Cycle Cellulaire

Avant d'entamer la mitose, une cellule subit des étapes de croissance, de maturation et de duplication des chromosomes et des centrosomes. Ces étapes se déroulent durant l'interphase, qui comprend les phases G1, S et G2 du cycle cellulaire. La mitose elle-même constitue la quatrième étape du cycle (phase M).

La durée des différentes phases de la mitose peut varier, par exemple, pour des fibroblastes humains cultivés in vitro :

Préparation à la Mitose : Duplication du Centrosome

La duplication cellulaire est précédée par la duplication du centrosome, le centre organisateur des microtubules de la cellule.

Structure et Fonction du Centrosome

• Le centrosome est constitué d'une matrice protéique englobant une paire de centrioles.

• Un centriole est une structure cylindrique composée de 9 triplets de microtubules.

• Pendant la division cellulaire, les centrosomes s'éloignent pour former les pôles du fuseau mitotique.

• Ils constituent les points d'ancrage des faisceaux de microtubules (asters) qui irradient autour de chaque centrosome.

Étapes de la Duplication des Centrosomes

1. Séparation des centrioles : À la fin de la phase G1, les deux centrioles se séparent légèrement tout en restant connectés.

2. Duplication des centrioles : Un centriole fille apparaît à la base de chaque centriole mère et s'allonge à angle droit, formant ainsi deux nouveaux centrosomes.

3. Maturation des centrosomes : L'élongation des centrioles filles et la maturation des centrosomes se poursuivent. Les deux centrosomes restent appariés jusqu'à la fin de la phase G2.

4. Éloignement lors de la mitose : En début de mitose (prophase), les centrosomes dupliqués s'éloignent l'un de l'autre pour former les pôles du futur fuseau mitotique.

Les Phases de la Mitose

La mitose se compose de la caryocinèse (division du noyau) en 4 ou 5 étapes, et de la cytocinèse (division de la cellule) qui commence pendant la caryocinèse et se termine à la fin de la phase M.

1. Prophase

La prophase est le début de la division nucléaire.

Au niveau nucléaire :

• Début de la condensation de la chromatine, rendant les chromosomes visibles.

• Les chromosomes, déjà dupliqués en phase S, apparaissent sous forme de deux chromatides sœurs associées sur toute leur longueur.

• Mise en place des kinétochores sur les centromères.

• Désassemblage et disparition progressive du nucléole.

• L'enveloppe nucléaire est fragilisée mais toujours présente.

Au niveau cytoplasmique :

• Réarrangement total du cytosquelette et du système endomembranaire (RE et Golgi).

• Les centrosomes dupliqués (asters) se positionnent aux pôles du futur fuseau mitotique.

• Le fuseau mitotique, de structure bipolaire, commence à se former à l'extérieur du noyau. Il est constitué de microtubules et de protéines associées.

Le centromère est la région de l'ADN où se forme le kinétochore. Le kinétochore est un ensemble de protéines qui s'organisent sur le centromère et sert de point d'ancrage pour 30 à 40 microtubules kinétochoriens.

2. Prométaphase

La prométaphase est une phase transitoire cruciale.

• Disparition de l'enveloppe nucléaire.

• Les chromosomes bichromatidiens très condensés sont libérés dans le cytoplasme.

• Les microtubules entrent dans la région nucléaire et se différencient en trois types :

  • Microtubules kinétochoriens : reliant les pôles aux kinétochores des chromosomes.

  • Microtubules polaires : reliant les deux pôles du fuseau.

  • Microtubules astraux : reliant les pôles à la membrane plasmique.

• Réorganisation du Golgi et du réticulum endoplasmique.

• Capture des chromosomes par les microtubules du fuseau.

3. Métaphase

La métaphase se caractérise par l'alignement des chromosomes.

• Les microtubules kinétochoriens alignent les chromosomes sur un plan au milieu du fuseau, appelé plaque équatoriale ou plaque métaphasique.

• Chaque chromosome est maintenu à cette position grâce à la tension exercée par les microtubules kinétochoriens provenant des deux pôles, assurant un attachement bipolaire.

4. Anaphase

L'anaphase est une phase rapide de séparation.

• Débute par la séparation des chromatides sœurs de chaque chromosome.

• Chaque chromatide devient un chromosome monochromatidien et est tirée vers un pôle opposé.

• L'anaphase est une phase de courte durée (environ 2 minutes).

5. Télophase

La télophase marque la fin de la division nucléaire.

• Les chromosomes fils atteignent chaque pôle du fuseau.

• Les microtubules kinétochoriens disparaissent.

• Les microtubules polaires s'allongent pour éloigner davantage les centrosomes.

• Une nouvelle enveloppe nucléaire se reconstitue autour de chaque ensemble de chromosomes.

• La chromatine se décondense.

• Le nucléole réapparaît.

• Mise en place de l'anneau contractile pour la cytocinèse.

Cytocinèse (Cytokinèse ou Cytodiérèse)

La cytocinèse est la division du cytoplasme, qui débute pendant l'anaphase et se termine à la fin de la phase M.

• Le cytoplasme se divise par un processus appelé clivage ou segmentation.

• Une invagination de la membrane cytoplasmique se forme au milieu de la cellule, créant un sillon de division perpendiculaire au fuseau mitotique.

• La contraction d'un anneau d'actine provoque l'étranglement du cytoplasme.

• Un corps intermédiaire (pont cytoplasmique contenant les restes du fuseau mitotique) subsiste temporairement.

• La rupture de ce corps intermédiaire (abcission) donne naissance aux deux cellules filles, marquant la fin de la division cellulaire.

Comparaison : Mitose Cellules Animales vs. Végétales

La mitose assure une répartition égale des chromosomes dans les cellules filles, et les principes de synthèse d'ADN et de répartition chromosomique sont similaires chez les animaux et les végétaux. Cependant, des différences clés existent :

La paroi rigide autour des cellules végétales rend la cytodiérèse par constriction impossible, d'où la nécessité de construire une nouvelle paroi pour séparer les cellules filles.

Points Clés à Retenir

• La mitose est une division cellulaire conservatrice, produisant deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère.

• Elle est précédée par la duplication des chromosomes et des centrosomes durant l'interphase (G1, S, G2).

• La mitose comprend la prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase.

• La cytocinèse, la division du cytoplasme, se déroule en parallèle avec les dernières phases de la mitose.

• Les cellules végétales se distinguent par l'absence de centrioles et une cytocinèse impliquant la formation d'un phragmoplaste et d'une nouvelle paroi.