Première spé _ chapitre 5_Divisions cellulaires

Chapitre 5 Le cycle cellulaire et les divisions chez les Eucaryotes

RAPPEL INTRODUCTION PARTIE 1 : Le cycle cellulaire

• Cours I. 1 : Les phases du cycle

• Cours I. 2 : La notion d'interphase

• Cours I. 3 : L'état du matériel génétique

PARTIE 2 : La réplication de l'ADN

• Cours II. 1 : Un peu d'histoire

• Cours II. 2 : Mécanisme moléculaire

• Cours II.3 : Réplication et biotechnologies

PARTIE 3 : La mitose : une division conforme

• Cours III. 1 : Phases de la mitose

• Cours III. 2 : Maintien du patrimoine génétique

• Schéma-bilan

PARTIE 4 : La méiose et la production de celules haploïdes

• Cours IV.1 : Phases de la méiose

• Cours IV.2 : Diversité génétique

• Schéma-bilan

• VIDEO BILAN

• REVISION

RAPPEL

Exercice rappel des acquis

Correction

Plan chapitre

Introduction du chapitre = Introduction sous forme sujet de type 1

Après la fécondation, on observe la formation d’une cellule-œuf appelé zygote. Cette cellule se divise très rapidement un très grand nombre de fois pour obtenir un individu. Chaque cellule qui est produite contient l’intégralité du patrimoine génétique de l’individu. Le cycle cellulaire correspond aux phases de la vie d’une cellule. En effet, les cellules doivent subir plusieurs processus, en particulier une phase de copie de l’ADN puis une phase de division pour répartir équitablement le matériel génétique. Comment obtient-on un organisme pluricellulaire à partir d’une cellule unique tout en conservant son patrimoine génétique ? Dans un premier temps, nous décrirons les différentes phases du cycle cellulaire puis nous préciserons les modalités de la réplication qui permet de copier l’ADN. Dans une troisième partie, nous démontrerons comment la mitose (une division cellulaire) répartit l’ADN dans les 2 cycles filles. Enfin, nous discuterons d’une autre division cellulaire qui interrompt le cycle cellulaire : la méiose, qui permet la formation des gamètes.

Plan chapitre

Le phases du cycle cellulaire

Constat : Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est localisé dans le noyau. Il est capable de se compacter en étant associé à des protéines formant la chromatine. Selon le moment de la vie de la cellule, des techniques de coloration spécifique de l'ADN permettent de mettre en évidence différents états de compaction de l'ADN. Problème : Quelles sont les différentes phases de la vie d'une cellule? Sous quel nom regroupe-t-on les différentes phases de la vie d'une cellule? I. Le cycle cellulaire 1. Les phases du cycle cellulaire

Exercice 1

Correction - Exercice 1

Bilan 1

Définition cycle cellulaire

Plan chapitre

Correction Exercice 1

Plan chapitre

BILAN 1

L'analyse de la quantité d'ADN au cours du temps montre que celle-ci varie au cours du cycle qui est formé de 4 phases distinctes. Ce cycle de 4 étapes est appelé cycle cellulaire. Les 4 phases se répètent de manière cyclique : -La phase G1 qui est la plus longue et correspond à la vie "classique" de la cellule durant laquelle la quantité d'ADN est égale à 1. -La phase S (synthèse) durant laquelle la quantité d'ADN est doublée (on parle aussi de duplication). -La phase G2 qui est plus courte que la phase G1 et durant laquelle la quantité d'ADN est constante et égale à 2. -La phase M (mitose) durant laquelle la quantité d'ADN est divisée par 2. Il s'agit d'une division cellulaire.

Plan chapitre

La notion d'interphase

2. La notion d'interphase

Structure de l'ADN au cours de la mitose

Structure de l'ADN au cours de l'interphase

Bilan 2

Plan chapitre

BILAN 2

Grâce à l’aspect de l’ADN au cours du cycle cellulaire, on oppose l’interphase durant lesquelles le matériel génétique a un aspect filamenteux très fin (ADN décondensé) et la phase M durant laquelle l’ADN est condensé sous forme de chromosome nettement visibles au microscope. On regroupe les phases G1, S et G2 au sein d’une phase appelée INTERPHASE. Le cycle cellulaire alterne donc entre interphase et mitose.

Plan chapitre

L'état du matériel génétique au cours du cycle cellulaire

Constat : Au début de la mitose, la chromatine (ADN + protéine) atteint un stade de condensation maximale et forme alors des chromosomes visibles au microscope. Chaque molécule d'ADN est alors sous la forme d'une structure appelée chromatide. Le chromosome peut être simple (une chromatide) ou double (deux chromatides unies entre elles) selon le moment de la mitose. Probléme : Sous quelle forme se trouve l'information génétique au cours du cycle cellulaire? 3. L'état du matériel génétique au cours du cycle cellulaire

BILAN 3

Bilan sous forme de schéma

Photo : "yeux de réplication"

Plan chapitre

Bilan 3

-La phase G1 correspond à la principale phase du cycle cellulaire qui permet la croissance et l'expression des gènes. L'ADN est sous la forme d'un seul filament très fin et décondensé = 1 chromatide. -La phase S correspond au doublement progressif de la quantité d'ADN = réplication de l'ADN. On observe des structurese en forme d'ellipses appelées "yeux de réplication" dans lesquels a lieu la réplication. A la fin de la phase S, l’ADN comporte de 2 chromatides = chromosome bichromatidien. -La phase G2 correspond à la préparation la division cellulaire. De plus, on observe pendant cette phase la réparation des erreurs de réplication. L’ADN est sous forme de 2 filaments = 2 chromatides. -Lors de la mitose ou phase M, l’ADN est condensé sous la forme d’un chromosome mitotique. Ce chromosome est en forme de X : il comprend 2 chromatides. Au moment de la division cellulaire : le chromosome se sépare et chaque cellule reçoit un chromosome monochromatidien.

Plan chapitre

Bilan sous forme de schéma

Plan chapitre

Un peu d'histoire : expériences de Meselson et Stahl

Constat : Depuis Watson et Crick (1953), on sait que l'ADN est une molécule formée de 2 brins complémentaires, formant une double hélice. La duplication de l'ADN permet de passer de chromosomes à une chromatide à des chromosomes possédant 2 chromatides identiques, portant la même information génétique. Probléme : Selon quelles modalités passe-t-on d'une molécule d'ADN formée de 2 brins à 2 molécules d'ADN bicaténaires (= double brin) identiques? II. La réplication de l'ADN 1. Un peu d'histoire : expériences de Meselson et Stahl

Les hypothèses

Les résultats attendus en fonction des hypothèses

Description de l'expérience et résultats

Interprétation des résultats

BILAN 4

Vers le genially de l'activité

Plan chapitre

Les hypothèses de Meselson et Stahl

Pour expliquer la duplication de l'ADN bicaténaire, trois modèles ont été proposés. Ces modèles se basent tous sur l'utilisation de la molécule d'ADN "mère" comme matrice pour sa réplication, mais elon des modalités différentes. On distingue 3 modèles hypothétiques : -Hypothése conservative : une nouvelle molécule d'ADN est formée à partir de l'ancienne. -Hypothése semi-conservative : une nouvelle molécule d'ADN est formée, elle contient un brin ancien (brin parental) et un brin nouvellement formé (brin néoformé). -Hypothése dispersive : les constituants parentaux sont distribués dans toutes les molécules d'ADN formées.

Plan chapitre

Les résultats attendus sur deux générations

Plan chapitre

Description de l'expérience et résultats

Des bactéries cultivées depuis longtemps en présence de molécules azotées 15N (plus lourd) sont repiquées sur un milieu contenant des molécules azotées 14N (plus léger). L'ADN marqué au 15N correspondra ainsi à de l'ADN de type parental alors que de l'ADN marqué au 14N à de l'ADN nouvellement synthétisé. Des fractions sont prélevées après différents temps correspondant à plusieurs générations. L'ADN extrait est placé dans une solution et centrifugé 24h à très grande vitesse. La position des bandes d'ADN est repérée par une mesure de densité.

Plan chapitre

Interprétation des résultats

Après 1 génération, tout l'ADN est hybride (du point de vue de sa densité). On peut donc, dès cette première observation, rejeter le modèle conservatif. En effet, dans le cadre d'un modèle conservatif, nous aurions obtenu une bande constituée d'ADN 15N et d'une bande d'ADN 14N. Au bout de 2 générations cellulaires, Meselson et Stahl observent la présence d'ADN hybride et d'ADN léger. Ceci permet de conclure quant aux deux modèles restants : dispersif et semi-conservatif. Dans le cadre du modèle dispersif, on obtiendrait exclusivelent des bandes hybrides, alors que dans un modèle semi-conservatif, on peut observer des bandes hybrides et des bandes 14N comme le prévoyaient les résultats attendus. Le modèle dispersif est donc rejeté.

Plan chapitre

BILAN 4

L'expérience de Meselson et Stahl permet donc de mettre en évidence le fait que la réplication se réalise selon un modèle semi-conservatif. Au fil des générations, on obtiendra de plus en plus d'ADN léger et de moins en moins d'ADN hybride.

Plan chapitre

Mécanisme moléculaire de la réplication

2. Mécanisme moléculaire de la réplication

Oeil de réplication

BILAN 5

SCHEMA-BILAN

Une enzyme de la réplication de l'ADN

Plan chapitre

Accueil

Plan chapitre

RAPPEL : Une enzyme est un catalyseur biologique qui accélère une réaction chimique.

Découverte de l'ADN polymérase

Modèle moléculaire implicant ADN et ADN polymérase

Représentation d'une fourche de réplication

Vidéo fourche de réplication

Plan chapitre

BILAN 5

La réplication a lieu au niveau de l'oeil de réplication (= fourche de réplication) que l'on peut observer au microscope électronique à transmission. Au niveau de la fourche de réplication, les deux brins de la molécules d'ADN sont séparés par une enzyme : l'hélicase. Après ouverture de la molécule, des enzymes appelées ADN polymérases associent à chaque nucéotide de l'ADN ouvert des nucléotides libres du noyau en respectant la complémentarité des bases azotées. Pour rappel : l'adénine s'associe toujours avec la thymine et la guanine s'associe toujours avec la cytosine. Ainsi, l'ADN polymérase permet la création d'un nouveau brin ADN. Ainsi, en absence d'erreur, on obtient, à la fin de la phase S, un chromosome double (constitué de 2 chromatides = chromosomes bichromatidiens) constitués de 2 molécules d'ADN rigoureusement identiques associées au niveau du centromère.

Plan chapitre

Plan chapitre

PCR

3. Réplication et biotechnologies

Rôle et principe d'une PCR

La PCR en schéma

TP PCR

Plan chapitre

Rôle et principe de la PCR

L'ADN polymérase est aussi utilisée en laboratoire pour copier de l'ADN utile à la recherche. Pour cela, on réalise une expérience appellée PCR (Polymerase Chain Reaction). On utilise une machine (thermocycleur) qui suit 3 phases qu'il reproduit entre 25 et 45 fois (on parle de cycles de PCR) : -La phase de dénaturation ou d'ouverture de la molécule d'ADN (95°C) -La phase d'hybridation des amorces d'ADN (50 à 65°C) : ces amorces sont définies par le chercheur pour copier une zone particulière de l'ADN (située entre 2 amorces). -La phase d'élongation de l'ADN réalisée par une ADN polymérase (72°C). Cette phase est faite par une ADN polymérase particulière : la Taq polymérase. C'est une enzyme extraite d'une bactérie (Thermus aquaticus) qui vit dans des sources chaudes. Ses enzymes fonctionnent donc à haute température et survivent au passage à 95°C.

Plan chapitre

Schéma de la PCR

Plan chapitre

La mitose : une division conforme

Constat : Les organismes à reproduction sexuée possèdent 2 lignées de cellules : les cellules somatiques, qui constituent l'essentiel de leur corps, et les cellules germinales, engagées dans la production des gamètes. Chaque lignée se caractérise par ses divisions cellulaires. Probléme : Quelles sont les 2 types de divisions cellulaires? III. La mitose : une division conforme 1. Les phases de la mitose

Les phases de la mitose

Schéma-bilan mitose

Informations complémentaires

La place de la mitose

Observation de la mitose au microscope

Plan chapitre

Plan chapitre

Plan chapitre

Plan chapitre

Les phases de la mitose

Les phases de la mitose sont identifiables par les variations de morphologie et de comportement des chromosomes. La mitose comprend 4 phases : -la prophase : les chromosomes se condensent progressivement et deviennent distinguable au microscope. L'enveloppe nucléaire (membrane double délimitant le noyau) se désorganise. -la métaphase : les chromosomes sont condensés. Les deux chromatides sont fixées l'une à l'autre au niveau du centromère. Les chromosomes se déplacent pour former la plaque équatoriale au centre de la cellule mère. -l'anaphase : les 2 chromatides de chaque chromosome se séparent au niveau du centromère de part et d'autre de la celule. Il y a un partage égal de l'information génétique en deux lots. -la télophase : les chromosomes de chaque lot se condensent et les 2 cellules filles commencent à s'individualiser. Remarque : la télophase est suivie de la séparation des cellules au niveau des membranes : on parle de cytodiérèse.

Plan chapitre

RAPPEL

Plan chapitre

Informations complémentaires ... mais à connaître!

Fibre du fuseau mitotique

Microtubule

Que signifie 2n = 46?

Haploïde et diploïde

Chromosomes homologues

Plan chapitre

Fibres du fuseau mitotique

Un autre document sur le fuseau mitotique

Plan chapitre

Plan chapitre

Le maintien du patrimoine génétique

2. Le maintien du patrimoine génétique

Le maintien du patrimoine génétique est assuré par la présence d'une réplication de l'ADN (=phase S) avant chaque mitose qui permet d'obtenir des chromosomes doubles qui seront ensuite séparés (= anaphase) pour donner une chromatide à chaque cellule-fille. Cette chromatide correspond alors a un chromosome simple. Les phases de la mitose sont adaptées pour permettre la séparation des chromosomes sans erreur : -la prophase permet de condenser les chromosomes, ce qui évite les cassures et/ou mélanges au niveau du matériel génétique. -la métaphase permet d'aligner les chromosomes pour éviter les erreurs de séparation. -la disparition et la réapparition du noyau permet aussi une séparation facilitée du matériel génétique. CONCLUSION : la mitose est une division cellulaire qui produit des cellules identiques, ce qui préserve l'intégrité de chaque individu.

Plan chapitre

Schéma-bilan

Plan chapitre

Plan chapitre

Plan chapitre

Les phases de la méiose

IV. La méiose et la production de cellules haploïdes 1. Les phases de la méiose

La place de la méiose

Les phases de la méiose

La méiose en animation

Plan chapitre

La fécondation correspond à la rencontre entre un gamète mâle et un gamète femelle. A l'issue de la fécondation, la première cellule de l'organisme, la cellule-oeuf (ou zygote) est formée. La cellule-oeuf (comme l'ensemble des cellules de notre organisme) subit de nombreuses divisions appelées mitoses. Cela permet la formation et le maintien d'un organisme pluricellulaire. Au cours du développement d'une espèce, on observe une alternance de phase diploïde et haploïde. En effet, la méiose permet le passage à l'haploïdie alors que la fécondation de deux gamètes haploïdes restaure la diploïdie. Cette succession permet donc la stabilité du caryotype d'une espèce donnée mais aussi sa diversification.

Plan chapitre

On retrouve des phases similaires à celles de la mitose mais il y a deux divisions : la division réductionnelle (première division de méiose) et la division équationnelle (deuxième division de méiose). 1. La division réductionnelle La 1er division de méiose permet l'individualisation et la condensation des chromosomes (Prophase 1). Les chromosomes homologues de chaque paire se placent sur la plaque équatoriale (Métaphase 1) puis se séparent (Anaphase 1) et se répartissent dans 2 cellules-filles (Télophase 1 et Cytosinèse). C'est lors de cette 1er division que l'on passe de 2n chromosomes à 2 chromatides à n chromosomes à 2 chromatides. C'est pourquoi la division est dite réductionnelle (elle diminue de moitié le nombre de chromosomes). Cette division implique une diversité génétique. En effet, les paires de chromosomes portent les mêmes gènes mais pas forcément les mêmes allèles. Il y a donc une séparation de ces allèles dans 2 cellules-filles différentes. Malgré tout, un représentaion de chaque chromosome est bien présent, ce qui permet la stabilité du caryotype. 2. La division équationnelle La méiose II assure la séparation des chromatides de chaque chromosome. Les chromosomes subissent une nouvelle prophase (Prophase 2) puis se placent sur 2 plaques métaphasiques distinctes (Métaphase 2). Les chromatides soeurs des chromosomes sont alors séparées (Anaphase 2) puis les chromosomes se répartissent dans les 4 cellules filles (gamètes haploïdes). Ainsi, on passe de n chromosomes à 2 chromatides à n chromosomes à une chromatide. Cette division est dite équationnelle.

Plan chapitre

Diversité génétique

2. La méiose et la diversité génétique

La méiose est une division cellulaire qui permet la formation des gamètes à partir de cellules germinales qui sont localisées dans les gonades (testicules et ovaires chez les animaux ; étamines et ovaires chez les végétaux). La méiose produit 4 cellules-filles haploïdes à partir d'une cellule-mère diploïde. Comme lors de la mitose, la méiose nécessite une étape préalable de réplication de l'ADN qui forme des chromosomes doubles. Néanmoins, la méiose ne s'intègre pas dans le cycle cellulaire. En effet, elle est suivie par une étape de fécondation qui ramène la quantité d'ADN à la normale (Q=1). Ensuite, la cellule-oeuf reprends le cycle cellulaire. Lors de l'anaphase 1, la séparation des chromosomes permet d'obtenir 2 cellules-filles différentes. Ainsi, chaque gamète sera différent, ce qui permet d'obtenir des descendants différents. CONCLUSION : la méiose est donc une double division cellulaire qui sépare les paires de chromosomes puis les chromatides soeurs de chaque chromosome. Elle produit 4 cellules-filles haploïdes (gamètes) à partir d'une cellule-mère diploïde. Chacun de ces gamètes est génétiquement différent, ce qui assure la diversification des individus issus de la reproduction sexuée.

Plan chapitre

Plan chapitre

Plan chapitre

Exercices facultatifs

S.V.T

Chapitre 5 : Le cycle cellulaire et les divisions chez les Eucaryotes

SOMMAIRE

Clique sur un numéro d'exercice pour y avoir accès. Le bouton "SOMMAIRE" te permettra de revenir ici pour faire d'autres exercices.

1. Tester vos connaissances

1E1

1E6

1E8

1E9

1E10

1E13

1E14

1E15

1E7

1E5

1E4

1E3

1E2

1E11

1E12

1E1

1E17

1E18

1E16

2. Pratiquer des langages

2E7

2E 6

2E1

2E2

2E3

2E4

2E5

Exercice 1E1 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E1 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E1 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E2 Tester vos connaissances

La réplication de l'ADN au niveau d'un oeil de réplication

Exercice 1E3 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E3 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E3 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E3 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E5 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E3 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E4 Tester vos connaissances

Cycle cellulaire

Exercice 1E5 Tester vos connaissances

Vrai ou Faux?

Repérer les affirmations inexactes et corriger-les.

1. La mitose est constituée de 5 phases : l'interphase, la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase. 2. Au cours de la mitose, la division du matériel génétique pécède la division cellulaire. 3. Au cours d'une mitose, chaque cellule-fille hérite de la moitié de l'information détenue par la cellule-mère. 4. Au cours de l'anaphase, les chromosomes se dédoublent. 5. En fin de phase S d'interphase, les chromosomes possèdent 2 brins identiques. 6. En prophase, la chromatine se condense pour doubler les chromatides des chromosomes.

correction

1. Faux : l'interphase ne fait pas partie de la mitose qui ne comporte donc que 4 phases. 2. Vrai. 3. Faux : l'intégralité de l'information détenue par la cellule-mère est héritée par les cellules-filles. 4. Faux : ils se clivent ou se séparent. Eviter le terme ambigu de "dédoublement". 5. Faux : les chromosomes possèdent 2 chromatides identiques. Ne pas confondre les brins de l'ADN et les chromatides des chromosomes. 6. Faux : en prophase, la chromatine se condense mais les chromosomes sont déjà dupliqués depuis la fin de la phase S d'interphase.

Exercice 1E6 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E6 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E6 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E6 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E6 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E6 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir l'UNIQUE réponse exacte

Exercice 1E7 Tester vos connaissances

Vocabulaire autour de la réplication

Exercice 1E8 Tester vos connaissances

La réplication de l'ADN

Exercice 1E9 Tester vos connaissances

Vrai ou Faux ?

Parmi les propositions suivantes, identifier celles qui sont fausses et rectifier-les :

1. Lors de la mitose, chaque cellule-fille reçoit la moitié des informations génétiques de la cellule-mère. 2. Le cycle cellulaire comprend 3 phases : la phase G1, la phase S et la phase G2. 3. La mitose nécessite au préalable la réplication de l'ADN dans la cellule. 4. La première division de la méiose se déroule de la même manière que la mitose.

correction

1. Faux. Lors de la mitose, chaque cellule fille reçoit l'intégralité de l'information génétique de la cellule mère. 2. Faux. Le cycle cellulaire comprend quatre phase : G1, S, G2 et M. 3. Vrai. 4. Faux. Lors de la première division de méiose, chaque cellule fille reçoit, pour chaque chromosome, un chromosome à 2 chromatides. Lors de la première division de mitose, chaque cellule fille reçoit une chromatide issue de chaque chromosome à 2 chromatides.

Exercice 1E10 Tester vos connaissances

Légender un schéma

correction

1 : Cellule diploïde 2 : Cellule haploïde

A : Première division B : Seconde division C : Prophase I (Métaphase I) D : Anaphase I E : Télophase I F : Anaphase II G : Télophase II

Exercice 1E11 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E11 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E11 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E11 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E11 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E11 Tester vos connaissances

QCM

Pour chaque affirmation, choisir la ou les réponses exactes

Exercice 1E12 Tester vos connaissances

La mitose

Exercice 1E13 Tester vos connaissances

La méiose

Exercice 1E14 Tester vos connaissances

Qui suis-je?

1. Je suis un phénomène biologique entraînant le passage d'une cellule-mère diploïde à 4 cellules-filles haploïdes. 2. Je suis une phase du cycle cellulaire où les chromosomes simples se dupliquent. 3. Je suis une technique de laboratoire permettant l'amplification de séquences d'ADN pour les étudier.

correction

1. La méiose 2. La phase S 3. La PCR (Polymerase Chain Reaction)

Exercice 1E15 Tester vos connaissances

Question de synthèse

Sujet de type 1 possible sur le thème des enzymes : pas de correction, vous pouvez m'envoyer vos plans / rédactions

1. Comparer les mécanismes de la mitose et de la méiose à partir de l'exemple d'une cellule de formule chromosomique 2n = 4. Votre réponse doit comporter un plan explicite et des schémas illustrant les étapes des divisions cellulaires sont exigées. 2. Montrer comment la réplication de l'ADN permet de transmettre l'information génétique responsable des caractères aux descendants d'un organisme. Vous êtes invité à fournir une réponse avec un plan explicite et un schéma. 3. La mitose et la méiose sont 2 mécanismes permettant la division d'une cellule-mère en cellules-filles. Comparer ces 2 processus à l'aide d'un tableau. 4. Toutes les cellules d'un clone possèdent le même caryotype, c'est à dire des chromosomes identiques en nombre et en forme. Ces caractéristiques se conservent également d'une génération à l'autre. Exposer comment 2 mécanismes cellulaires permettent cette conservation des caractéristiques du caryotype de génération en génération. Votre réponse prendra la forme d'un texte structuré et illustré de schémas.

Exercice 1E16 Tester vos connaissances

Un graphique

A l'aide de vos connaissances, compléter le graphique ci-dessous en ajoutant les différentes étapes du cycle cellulaire.

correction

Exercice 1E17 Tester vos connaissances

Chromosome et mitose

Déterminer à quelle étape ou phase sont associées les photos et justifier votre réponse.

correction

Photo 1 : cette photo permet d'observer des chromosomes condensés, répartis sur le plan équatorial de la cellule; il s'agit d'une métaphase de mitose. Photo 2 : sur cette photo, 2 cellules végétales présentant le même aspect sont visibles. La chromatine y est partiellement condensée et des chromosomes sont (encore) visibles dans une structure arrondie qui préfigure le noyau. La structure que l'on peut voir entre les 2 noyaux est composée d'éléments de membrane et de paroi en cours de formation. Le stade du cycle cellulaire observé est donc une télophase de mitose, au moment où se séparent les 2 cellules-filles. Photo 3 : on y observe un noyau dont la chromatine hétérogène est en cours de condensation. Cette photo a donc été prise au début d'une prophase de mitose. Photo 4 : la cellule visible sur cette photo présente un noyau dont la chromatine est décondensée; aucun chromosome n'y est donc visible. Cette cellule a donc été photographiée en interphase. Photo 5 : sur cette photo, on peut observer 2 lots de chromosomes situés aux 2 pôles opposés de la cellule. Cette figure de mitose est une anaphase; stade auquel les 2 lots de chromatides migrent vers les pôles opposés de la cellule.

Exercice 1E18 Tester vos connaissances

Allèle et cycle cellulaire

On cherche à représenter les 2 allèles A et a d'un gène sur les chromosomes hérités par un individu de ses 2 parents. Parmi les schémas ci-dessous, sélectionner la ou les représentations qui vous semblent exactes en précisant à quel moment du cycle cellulaire elles correspondent.

correction

Les seules représentations correctes sont la n°3 pour une cellule en phase G1 d'interphase, en anaphase ou en télophase de mitose et la n°5 pour une cellule en phase G2 d'interphase, en prophase ou en métaphase de mitose.

RAPPEL : Un gène a une position constante sur un chromosome : c'est un locus. Les allèles du gène ont donc le même locus (a et A ne peuvent, par exemple, être en 2 endroits différents sur un chromosome comme dans le cas des numéros 1 et 2). La duplication d'une chromatide recopie fidèlement l'information génétique. En conséquence, un chromosome mitotique à 2 chromatides possède les mêmes allèles aux mêmes loci sur 2 chromatides (ce qui n'est pas le cas pour le numéro 4).

Exercice 2E1 Pratiquer des langages

L'action d'un antibiotique

Réponds à la consigne sur une feuille de brouillon puis vérifie ta réponse à l'ide de la correction.

L'ADN gyrase ou gyrase est une protéine qui intervient dans la réplication du chromosome circulaire des bactéries. Elle permet la réplication en induisant un surenloulement négatif dans l'ADN, permettant à l'ADN polymérase de jouer son rôle de réplication. Un certain nombre d'antibiotiques ont pour cible la gyrase des bactéries, comme les quinolones ou les fluoroquinolones. La quinone, par exemple, vient se loger sur la gyrase précisément au niveau du site destiné à fixer et dérouler l'ADN.

Consigne : Expliquer comment de tels antibiotiques peuvent stopper une infection bactérienne.

correction

Dans l'exercice proposé, on nous indique que des antibiotiques, tels que la quinone, viennent se placer au niveau du site de la gyrase destiné à fixer et dérouler l'ADN. En se fixant sur ce site, on peut supposer que cette molécule empêche l'action de la gyrase, ce qui entraîne un non déroulement de l'ADN. L'ADN polymérase ne pourra donc pas répliquer son ADN et donc assurer une copie de l'information génétique, nécessaire au bon déroulement du cycle cellulaire. La gyrase étant spécifique des bactéries, agir sur cette protéine revient à bloquer la multiplication cellulaire, donc l'infection bactérienne.

Exercice 2E2 Pratiquer des langages

Réplication et mitose

Lorsq'une cellule est cultivée dans un milieu contenant de la bromodésoxyuridine (BrdU), cette molécule est incorporée lors de la synthèse de l'ADN à la place de la thymine. A chaque réplication de l'ADN dans ce milieu, les nouveaux brins contiennent de la BrdU. Si on traite les chromosomes mitotiques par le colorant de Giemsa, les chromatides sont très peu colorées si leur ADN a incorporé la BrdU sur les 2 brins. Elles sont normalement colorées si un seul de leur brin a incorporé la BrdU ou si aucun n'en contient. Des cellules de Cobaye, cultivées jusque là sur un milieu normal, sont prélevées en début d'interphase et placées dans un milieu de culture avec BrdU. Au cours d'un des cycles cellulaires suivants, on colore les chromosomes au Giemsa et on les observe

Consignes : 1. D'après vos connaissances, schématisez la structure d'une portion de molécule d'ADN à six paires de bases azotées (remarque : une base azotée est un des 3 constituants d'un nuléotide) au début de l'expérience en y plaçant au moins 2 adénines. 2. En suivant le devenir de cette portion de molécule d'ADN, indiquez à quel moment du cycle et au cours de quel cycle cellulaire l'obseration a été réalisée.

correction

1. Les cellules étant cultivées sur milieu normal, les chromosomes prélevés au début d'interphase (G1) auront, d'après les indications de l'exercice la structure moléculaire suivante :

2. On observe sur le document que les chromosomes présentent tous une chromatide normalement colorée et une chromatide peu colorée. Ces chromosomes ayant 2 chromatides, ils ont été photographiés au début de mitose (vraisemblablement en anaphase). Comment au cours des cycles cellulaires, compte tenu de la composition du milieu de culture, de tels chromosomes ont-ils pu être observés? Les cellules étant placées en milieu contenant de la BrdU (notée B sur le schéma), elles réaliseront leur 1er phase S en intégrant la BrdU à la place de la thymine. La réplication étant semi-consevrtaive, l'association des brins parentaux et néosynthétisés se fera de la façon suivante :

Au moment de la métaphase de la mitose suivant le premier cycle de réplication, les chromatides étant constituées d'un seul brin contenant de la BrdU, elles apparaîtront normalement colorées. Les chromosomes observés dans l'espérience ne correspondent pas à ce cas de figure. Envisageons donc ce qui se passera après un 2ème cycle de réplication de l'ADN en présence de BrdU. Les cellules-filles issues de la mitose du 1er cycle cellulaire auront des chromosomes dont la chromatide aura (en phase G1) un brin d'ADN contenant de la BrdU et un brin n'en contenant pas. Après une phase S, en présence de BrdU, la structure moléculaire des 2 chromatides sera la suivante :

Le schéma ci-dessus montre que les chromosomes à 2 chromatides issus du 2ème cycle de réplication de l'ADN en présence de BrdU possèdent une chromatide composée de 2 brins avec BrdU qui apparaîtra faiblement colorée en métaphase et une chromatide constituée d'un seul brin d'ADN avec BrdU associé à un brin sans BrdU. Ce cas de figure correspond exactement aux chromosomes observés expérimentalement. L'obseration réalisée a donc été faite sur des cellules ayant été cultivées pendant 2 cycles cellulaires sur un milieu avec BrdU.

Exercice 2E3 Pratiquer des langages

Le déroulement de la mitose

A partir du document ci-contre, répondre aux questions suivantes : 1. Classer ces cellules dans l'ordre chronologique en utilisant les lettres indiquées. Justifier votre choix à l'aide d'un bref commentaire. 2. A partir du dessin de la cellule C, réaliser un schéma annoté en prenant 2n = 6 chromosomes (utiliser des couleurs pour faciliter la compréhension des processus).

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1. Classement des cellules en mitose par ordre chronologique :

• la cellule A montre des chomosomes alignés ; il s'agit d'une métaphase de mitose (2ème phase par ordre chronologique).
• la cellule B présente des chromosomes dont la chromatine n'est pas complètement condensée et regroupés dans une forme arrondie qui correspond au noyau. Cette cellule est donc en début de mitose, en propahse.
• la cellule C contient 2 lots de chromosomes situés à 2 pôles opposés de la cellule, ce qui correspond à l'étape d'ascension polaire ; il s'agit donc d'une anaphase (3ème phase de la mitose).
• la cellule D montre 2 noyaux et la présence d'inclusions cytoplasmiques dans le plan médian de la cellule (plan équatorial). Ces dernières préfigurent la division de la cellule qui se produit en télophase, dernière étape de la mitose.

L'ordre des différentes figues de mitose est donc : B, A, C et D. 2. Schéma annoté d'une cellule à 2n = 6 chromosomes au stade C.

Exercice 2E4 Pratiquer des langages

Le cycle cellulaire du colibacille

Exercice 2E4 Pratiquer des langages

Exercice 2E5 Pratiquer des langages

Cytodiérèse et cancer

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Exercice 2E6 Pratiquer des langages

Les expériences historiques de Meselson et Stahl

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Exercice 2E6 Pratiquer des langages

Le cycle cellulaire des cellules humaines

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Exercice 2E7 Pratiquer des langages

Les chromosomes géants de larves de chironome

Les chironomes sont des insectes de la famille des diptères comme la mouche et le moustique commun. Leurs larves aquatiques ont connues sous le nom de vers de vase. Les glandes salivaires de ces larves renferment des chromosomes géants qui peuvent contenir jusqu'à 1000 molécules d'ADN collées les unes des autres.

En vous appuyant sur les informations apportées par le schéma ci-dessus, répondre aux questions suivantes : 1. Expliquer à quoi correspondent les nombreuses molécules d'ADN qui constituent les chromosomes géants. 2. Considérant une cellule de glande salivaire de larve de Chironome en phase G1, qui contient initialement une paire de chromosomes normaux, représenter schématiquement les chromosomes géants obtenus après 2 cycles cellulaires.

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1. Le schéma du cycle cellulaire des glandes salivaires de Chironome montre des phases nommées G1, S et G2 qui sont les 3 phases de l'interphase. Au cours de la phase S (de synthèse), se produit une réplication de l'information génétique et une duplication des chromatides des chromosomes. Dans un cycle cellulaire normal, l'interphase est suivie d'une mitose qui répartit les chromatides dupliquées dans les cellules-filles. Dans le cas particulier des cellules de glandes salivaires de Chironome, on observe que la mitose, phase notée "M" est "court-circuitée". Cela revient à dire que les chromatides se dupliquent plusieurs fois (autant de fois que se produit une phase S) sans se séparer. Les nombreuses molécules d'ADN qui constituent un chromosomes géant sont des copies juxtaposées d'une même molécule d'ADN. 2. Si l'on considère une cellule de glande salivaire de larve de Chironome contenant initialement une paire de chromosomes à 1 chromatide (en phase G1), celle-ci qura subi, après 2 cycles cellulaires, 2 phases de duplication. Chaque chromosome sera donc constitué de 4 chromatides juxtaposées. Les chromosomes pourront donc être schématisés de la façon suivante :

REMARQUES

La réplication commence à plusieurs endroits de l'ADN en même temps et progresse dans les 2 sens. Les fourches de réplication deviennent de plus en plus larges.

Place de la mitose

La mitose est une division cellulaire correspondant à une reproduction conforme qui conserve toutes les caractéristiques du caryotype (nombre et morphologie des chromosomes). La cellule-mère va se diviser en 2 cellules-filles. Ses deux rôles principaux sont la croissance et le renouvellement des tissus. Au sein du cyle cellulaire, la mitose intervient après le processus de réplication de l'ADN.

Définition : cycle cellulaire

Le cycle cellulaire correspond à l'ensemble des événements qui se déroulent dans une cellule, depuis sa création jusqu'à ce qu'elle se divise en deux cellules filles.

Les deux chromosomes d'une même paire sont appelés chromosomes homologues. Deux chromosomes homologues possèdent les mêmes gènes mais peuvent avoir des allèles (version de gènes) différents sur les deux chromosomes.

Les yeux de réplication

Les microtubules sont des cylindres creux constitués de tubuline (protéine), présents dans le cytoplasme de toute les cellules eucaryotes. Ils façonnent et soutiennent la structure de la cellule et servent de "rails" lors de la séparation des chromosomes pendant la division cellulaire.

Un être humain possède 2 lots de 23 chromosomes (1 lot venant du père et 1 lot venant de la mère soit 2n = 46 chromosomes. L'expression 2n = 6 signifie que la cellule possède 2 lots de 3 chromosomes.

Une cellule est dite haploïde lorsqu'il n'y a qu'un chromosome de chaque paire. La cellule possède alors n chromosomes. Chez l'Homme, seuls les gamètes sont haploïdes. Une cellule est dite diploïde lorsqu'il y a 2 chromosomes de chaque paire. La cellule possède alors 2n chromosomes. Chez l'Homme toutes les cellules de l'organisme, à l'exception des gamètes, sont diploïdes.