La division cellulaire est vitale pour la croissance et la santé d'un organisme. Presque toutes les cellules s'engagent dans la division cellulaire; certains le font plusieurs fois au cours de leur vie. Un organisme en croissance, tel qu'un embryon humain, utilise la division cellulaire pour augmenter la taille et la spécialisation des organes individuels. Même les organismes matures, comme un humain adulte à la retraite, utilisent la division cellulaire pour maintenir et réparer les tissus corporels. Le cycle cellulaire décrit le processus par lequel les cellules font leur travail désigné, se développent et se divisent, puis recommencent le processus avec les deux cellules filles résultantes. Au 19ème siècle, les progrès technologiques en microscopie ont permis aux scientifiques de déterminer que toutes les cellules proviennent d'autres cellules à travers le processus de division cellulaire. Cela a finalement réfuté la croyance largement répandue selon laquelle les cellules étaient générées spontanément à partir de la matière disponible. Le cycle cellulaire est responsable de toute la vie en cours. Que cela se produise dans les cellules d'algues accrochées à un rocher dans une grotte ou dans les cellules de la peau de votre bras, les étapes sont les mêmes.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
La division cellulaire est vitale pour la croissance et la santé d'un organisme. Le cycle cellulaire est le rythme répété de croissance et de division cellulaire. Il comprend les étapes d'interphase et de mitose, ainsi que leurs sous-phases, et le processus de cytokinèse. Le cycle cellulaire est strictement réglementé par des produits chimiques aux points de contrôle tout au long de chaque étape pour s'assurer que les mutations ne se produisent pas et que la croissance cellulaire ne se produit pas plus rapidement que ce qui est sain pour l'environnement tissu.
Les phases du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire se compose essentiellement de deux phases. La première phase est l'interphase. Pendant l'interphase, la cellule se prépare à la division cellulaire en trois sous-phases appelées g1 phase, phase S et g2 phase. À la fin de l'interphase, les chromosomes du noyau cellulaire ont tous été dupliqués. À travers toutes ces étapes, la cellule continue également à vaquer à ses fonctions quotidiennes, quelles qu'elles soient. L'interphase peut durer des jours, des semaines, des années – et dans certains cas, pendant toute la durée de vie de l'organisme. La plupart des cellules nerveuses ne quittent jamais le G1 stade d'interphase, les scientifiques ont donc désigné un stade spécial pour les cellules comme eux appelé G0. Cette étape concerne les cellules nerveuses et autres cellules qui n'entreront pas dans un processus de division cellulaire. Parfois, c'est parce qu'elles ne sont tout simplement pas prêtes ou désignées pour, comme les cellules nerveuses ou les cellules musculaires, et c'est ce qu'on appelle un état de quiescence. D'autres fois, ils sont trop vieux ou endommagés, et c'est ce qu'on appelle un état de sénescence. Étant donné que les cellules nerveuses sont séparées du cycle cellulaire, les dommages qu'elles subissent sont pour la plupart irréparables, contrairement à un os cassé, et c'est la raison pour laquelle les personnes atteintes de lésions de la colonne vertébrale ou du cerveau ont souvent des handicapées.
La deuxième phase du cycle cellulaire est appelée mitose, ou phase M. Au cours de la mitose, le noyau se divise en deux, envoyant une copie de chaque chromosome dupliqué à chacun des deux noyaux. Ils sont quatre stades de la mitose, et ce sont prophase, métaphase, anaphase et télophase. À peu près au même moment où la mitose se produit, un autre processus se produit, appelé cytokinèse, qui est presque sa propre phase. C'est le processus par lequel le cytoplasme de la cellule, et tout le reste, se divise. De cette façon, lorsque le noyau se divise en deux, il y a deux de tout dans la cellule environnante pour aller avec chaque noyau. Une fois la division terminée, la membrane plasmique se referme autour de chaque nouvelle cellule et se pince, divisant complètement les deux nouvelles cellules identiques l'une de l'autre. Immédiatement, les deux cellules sont à nouveau dans la première étape d'interphase: G1.
Interphase et ses sous-phases
g1 signifie Gap phase 1. Le terme « écart » vient d'une époque où les scientifiques découvraient la division cellulaire au microscope et trouvaient le stade mitotique très excitant et important. Ils ont observé la division du noyau et le processus cytocinétique qui l'accompagnait comme preuve que toutes les cellules provenaient d'autres cellules. le étapes d'interphase, cependant, semblait statique et inactif. Par conséquent, ils les considéraient comme des périodes de repos ou des interruptions d'activité. La vérité, cependant, est que G1 – et G2 à la fin de l'interphase - sont des périodes de croissance animées pour la cellule, au cours desquelles la cellule grandit et contribue au bien-être de l'organisme de la manière pour laquelle elle est «née». En plus de ses fonctions cellulaires régulières, la cellule construit des molécules telles que des protéines et de l'acide ribonucléique (ARN).
Si l'ADN de la cellule n'est pas endommagé et que la cellule s'est suffisamment développée, elle passe à la deuxième étape de l'interphase, appelée phase S. C'est l'abréviation de phase de synthèse. Au cours de cette phase, comme son nom l'indique, la cellule consacre beaucoup d'énergie à la synthèse de molécules. Plus précisément, la cellule réplique son ADN en dupliquant ses chromosomes. Les humains ont 46 chromosomes dans leurs cellules somatiques, qui sont toutes des cellules qui ne sont pas des cellules reproductrices (sperme et ovules). Les 46 chromosomes sont organisés en 23 paires homologues qui sont réunies. Chaque chromosome d'une paire homologue est appelé homologue de l'autre. Lorsque les chromosomes sont dupliqués pendant la phase S, ils sont enroulés très étroitement autour de la protéine histone brins appelés chromatine, ce qui rend le processus de duplication moins sujet aux erreurs de réplication de l'ADN, ou mutation. Les deux nouveaux chromosomes identiques sont maintenant appelés chacun chromatides. Des brins d'histones lient ensemble les deux chromatides identiques de sorte qu'elles forment une sorte de forme en X. Le point où ils sont liés s'appelle un centromère. De plus, les chromatides sont toujours liées à leur homologue, qui est désormais également une paire de chromatides en forme de X. Chaque paire de chromatides est appelée un chromosome; la règle de base est qu'il n'y a jamais plus d'un chromosome attaché à un centromère.
La dernière étape de l'interphase est g2, ou Gap phase 2. Cette phase a reçu son nom pour les mêmes raisons que G1. Tout comme pendant G1 et la phase S, la cellule reste occupée par ses tâches typiques tout au long de la phase, même si elle termine le travail d'interphase et se prépare à la mitose. Pour se préparer à la mitose, la cellule divise ses mitochondries, ainsi que ses chloroplastes (s'il en a). Il commence à synthétiser les précurseurs des fibres fusiformes, appelés microtubules. Il les fabrique en répliquant et en empilant les centromères des paires de chromatides dans son noyau. Les fibres fusiformes seront cruciales pour le processus de division nucléaire au cours de la mitose, lorsque les chromosomes devront être séparés dans les deux noyaux séparés; s'assurer que les bons chromosomes atteignent le bon noyau et restent appariés avec le bon homologue est crucial pour prévenir les mutations génétiques.
La rupture de la membrane nucléaire en prophase
Les marqueurs de division entre les phases du cycle cellulaire et les sous-phases d'interphase et de mitose sont des artifices que les scientifiques utilisent pour pouvoir décrire le processus de division cellulaire. Dans la nature, le processus est fluide et sans fin. Le premier stade de la mitose est appelé prophase. Il commence par les chromosomes dans l'état où ils étaient à la fin du G2 stade d'interphase, répliqué avec des chromatides sœurs attachées par des centromères. Pendant la prophase, le brin de chromatine se condense, ce qui permet aux chromosomes (c'est-à-dire chaque paire de chromatides sœurs) de devenir visibles en microscopie optique. Les centromères continuent à se développer en microtubules, qui forment des fibres fusiformes. À la fin de la prophase, la membrane nucléaire se décompose et les fibres du fuseau se connectent pour former un réseau structurel dans tout le cytoplasme de la cellule. Puisque les chromosomes flottent maintenant librement dans le cytoplasme, les fibres fusiformes sont le seul support qui les empêche de s'égarer.
L'équateur de fuseau en métaphase
La cellule passe en métaphase dès que la membrane nucléaire se dissout. Les fibres fusiformes déplacent les chromosomes vers l'équateur de la cellule. Ce plan est connu sous le nom d'équateur du fuseau ou de plaque métaphasique. Il n'y a rien de tangible là-dedans; c'est simplement un plan où tous les chromosomes s'alignent et qui coupe la cellule horizontalement ou verticalement, selon la façon dont vous visualisez ou imaginez la cellule (pour une représentation visuelle de cela, voir Ressources). Chez l'homme, il y a 46 centromères, et chacun est attaché à une paire de sœurs chromatides. Le nombre de centromères dépend de l'organisme. Chaque centromère est relié à deux fibres fusiformes. Les deux fibres fusiformes divergent une fois qu'elles quittent le centromère, de sorte qu'elles se connectent à des structures situées aux pôles opposés de la cellule.
Deux noyaux en anaphase et télophase
La cellule passe en anaphase, qui est la plus brève des quatre phases de la mitose. Les fibres fusiformes qui relient les chromosomes aux pôles de la cellule se raccourcissent et s'éloignent vers leurs pôles respectifs. Ce faisant, ils séparent les chromosomes auxquels ils sont attachés. Les centromères se sont également divisés en deux lorsqu'une moitié se déplace avec chaque sœur chromatide vers un pôle opposé. Puisque chaque chromatide a maintenant son propre centromère, on l'appelle à nouveau un chromosome. Pendant ce temps, différentes fibres fusiformes attachées aux deux pôles s'allongent, provoquant une augmentation de la distance entre les deux pôles de la cellule, de sorte que la cellule s'aplatit et s'allonge. Le processus d'anaphase se déroule de telle sorte qu'à la fin, chaque côté de la cellule contient une copie de chaque chromosome.
Télophase est la quatrième et dernière étape de la mitose. À ce stade, les chromosomes extrêmement serrés – qui ont été condensés pour augmenter la précision de la réplication – se déroulent d'eux-mêmes. Les fibres du fuseau se dissolvent et un organite cellulaire appelé réticulum endoplasmique synthétise de nouvelles membranes nucléaires autour de chaque ensemble de chromosomes. Cela signifie que la cellule a maintenant deux noyaux, chacun avec un génome complet. La mitose est terminée.
Cytokinèse animale et végétale
Maintenant que le noyau a été divisé, le reste de la cellule doit également se diviser pour que les deux cellules puissent se séparer. Ce processus est connu sous le nom cytokinèse. Il s'agit d'un processus distinct de la mitose, bien qu'il coexiste souvent avec la mitose. Cela se passe différemment dans les cellules animales et végétales, car là où les cellules animales n'ont qu'une membrane plasmique, les cellules végétales ont une paroi cellulaire rigide. Dans les deux types de cellules, il y a maintenant deux noyaux distincts dans une cellule. Dans les cellules animales, un anneau contractile se forme au milieu de la cellule. Il s'agit d'un anneau de microfilaments qui s'enroule autour de la cellule, resserrant la membrane plasmique au centre comme un corset jusqu'à ce qu'il crée ce qu'on appelle un sillon de clivage. En d'autres termes, l'anneau contractile fait que la cellule prend une forme de sablier qui devient de plus en plus prononcée, jusqu'à ce que la cellule se pince entièrement en deux cellules distinctes. Dans les cellules végétales, un organite appelé complexe de Golgi crée des vésicules, qui sont des poches de liquide liées à la membrane le long de l'axe qui divise la cellule entre les deux noyaux. Ces vésicules contiennent des polysaccharides qui sont nécessaires pour former la plaque cellulaire, et la plaque cellulaire éventuellement fusionne avec et devient une partie de la paroi cellulaire qui abritait autrefois la cellule unique d'origine, mais abrite maintenant deux cellules.
Régulation du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire nécessite beaucoup de régulation pour s'assurer qu'il ne se déroule pas sans que certaines conditions soient remplies à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Sans cette réglementation, il y aurait des mutations génétiques incontrôlées, une croissance cellulaire incontrôlée (cancer) et d'autres problèmes. Le cycle cellulaire a un certain nombre de points de contrôle pour s'assurer que les choses se déroulent correctement. Si ce n'est pas le cas, des réparations sont effectuées ou la mort cellulaire programmée est déclenchée. L'un des principaux régulateurs chimiques du cycle cellulaire est la kinase dépendante de la cycline (CDK). Il existe différentes formes de cette molécule qui opèrent à différents moments du cycle cellulaire. Par exemple, la protéine p53 est produit par l'ADN endommagé dans la cellule, et qui désactivera le complexe CDK au niveau du G1/S checkpoint, arrêtant ainsi la progression de la cellule.