Informations

2020_Hiver_Bis2a_Facciotti_Lecture_25 - Biologie

2020_Hiver_Bis2a_Facciotti_Lecture_25 - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Objectifs d'apprentissage associés à 2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_25

  • Définir et expliquer les différents termes de vocabulaire utilisés pour décrire les mutations (point, délétion, insertion, non-sens, frameshift, null, perte de fonction et gain de fonction) et être capable de prédire leur impact sur la fonction des protéines.
  • Utilisez un tableau de codons et votre connaissance de la structure et de la fonction des protéines pour faire des prédictions sur la façon dont des changements spécifiques au niveau de l'ADN pourraient influencer la structure et la fonction des protéines.
  • Expliquez les différents mécanismes possibles par lesquels les mutations peuvent provoquer des changements dans le phénotype. Incluez des mutations dans les régions codantes pour les protéines et les régions non codantes pour les protéines dans votre discussion.
  • Expliquer l'influence potentielle des mutations sur la spécificité et l'affinité des interactions protéine-ADN et l'impact potentiel de ces mutations sur l'expression des gènes.
  • Énumérez les exigences pour la division cellulaire et comment cela se rapporte aux différentes phases du cycle cellulaire.
  • Identifier les signaux responsables de l'entrée dans les différentes phases du cycle cellulaire, que se passe-t-il si cessont perturbés, etcomment différents modes de régulation pourraient être utilisés.
  • Comparer et contraster la séquence d'événements qui doivent se produire pendant mitose versus méiose et pourquoi ils sont nécessaires : comprennent les rôles des microtubules, des protéines motrices, des centrosomes et le niveau de condensation de l'ADN.
  • Comparez et contrastez les comportements des chromatides sœurs, des chromosomes et des chromosomes homologues dans la mitose par rapport à la méiose.

Mutation

Les erreurs survenant lors de la réplication de l'ADN ne sont pas le seul moyen par lequel des mutations peuvent survenir dans l'ADN. Mutations induites sont ceux qui résultent d'une exposition à des produits chimiques, aux rayons UV, aux rayons X ou à un autre agent environnemental. Mutations spontanées se produire sans exposition à aucun agent environnemental ; ils résultent de réactions biochimiques spontanées se déroulant au sein de la cellule.

Les mutations peuvent avoir un large éventail d'effets.

Quelques mutationsne créer aucun impact observable ; nous les appelons

mutations silencieuses. Mutations ponctuelles sont ces mutations qui affectent une seule paire de bases. Les mutations nucléotidiques les plus courantes sont les substitutions,

dans lequel une base est remplacée par une autre

. Celles-ci peuvent être de deux types, soit des transitions, soit des transversions. Remplacement de transition désigne une purine ou une pyrimidine étant remplacée par une base de même nature ; par exemple,

une purine telle que l'adénine peut être remplacée par la purine guanine

. Remplacement de la transversion désigne une purine remplacée par une pyrimidine, ou vice versa ; par exemple, la cytosine, une pyrimidine,

est remplacé

par l'adénine, une purine. Les mutations peuvent également

être le résultat de

l'ajout d'un nucléotide, appelé insertion, ou l'élimination d'une base, également appelée délétion. Parfois, un morceau d'ADN d'un chromosome peut être transloqué vers un autre chromosome ou vers une autre région du même chromosome ;

c'est connu

comme translocation.

Comme nous le verrons plus tard, lorsqu'une mutation se produit dans une région codant pour une protéine, elle peut avoir plusieurs effets. Les mutants de transition ou de transversion peuvent n'entraîner aucun changement dans la séquence protéique (appelée mutations silencieuses), modifiez la séquence d'acides aminés (appelée mutations faux-sens), ou créez

ce qu'on appelle

un codon stop (appelé mutation non-sens). Les insertions et délétions dans les séquences codant pour les protéines conduisent à mutations de décalage de cadre. Des mutations faux-sens qui conduisent à changements conservateurs entraîne la substitution d'acides aminés similaires mais non identiques. Par exemple, le glutamate d'acide aminé acide étant substitué à l'aspartate d'acide aminé acide

être considéré

conservateur. Nous ne nous attendons pas à ce que ces types de mutations faux-sens soient aussi graves qu'un non conservateur changement d'acide aminé; tel qu'un glutamate substitué à une valine. En nous basant sur notre compréhension de la chimie des groupes fonctionnels, nous pouvons correctement déduire que cette

Type de

La substitution peut entraîner de graves conséquences fonctionnelles, selon la localisation de la mutation.

Remarque : Veille de vocabulaire

Notez que le paragraphe précédent contenait beaucoup de vocabulaire potentiellement nouveau - ce serait une bonne idée d'apprendre ces termes.

Figure 1. Les mutations peuvent entraîner des changements dans la séquence protéique codée par l'ADN.

Mutations : quelques nomenclatures et considérations

Mutation

Étymologiquement, le terme mutation signifie un changement ou une altération. En génétique, une mutation est un changement dans le matériel génétique - la séquence d'ADN - d'un organisme. Par extension, un mutant est l'organisme dans lequel une mutation s'est produite. Mais à quoi le changement est-il comparé ? La réponse à cette question est que cela dépend. On peut faire la comparaison avec le géniteur direct (cellule ou organisme) ouàmodèles observés dans une population de l'organisme en question. Cela dépend principalement du contexte spécifique de la discussion. Étant donné que les études génétiques examinent souvent une population (ou des sous-populations clés) d'individus, nous commençons par décrire le terme « type sauvage ».

Type sauvage vs mutant

Qu'entendons-nous par « type sauvage » ? Étant donné que la définition peut dépendre du contexte, ce concept n'est pas tout à fait simple. Voici quelques exemples de définitions que vous pouvez rencontrer :

Significations possiblesde "type sauvage"

  1. Organisme ayant une apparence caractéristique de l'espèce dans une population reproductrice naturelle (c'est-à-dire des taches de guépard et des stries sombres ressemblant à des larmes qui s'étendent des yeux à la bouche).
  2. La ou les formes d'un gène se produisant le plus souvent dans la nature dans unétant donnéespèce.
  3. Un phénotype, un génotype ou un gène qui prédomine dans une population naturelle d'organismes ou une souche d'organismes contrairement à celle des formes mutantes naturelles ou de laboratoire.
  4. Le normal, par opposition au gène ou à l'allèle mutant.
Le fil conducteur de toutes les définitions énumérées ci-dessus est basé

sur la "norme" pour un ensemble de caractéristiques

en ce qui concerne

un trait spécifique par rapport à l'ensemble de la population. Dans "l'ère du séquençage pré-ADN"

les espèces ont été classées

basé sur des phénotypes communs (à quoi ils ressemblaient, où ils vivaient, comment ils se comportaient, etc.). Une "norme"

a été établi

pour l'espèce en question. Par exemple, les corbeaux présentent un ensemble commun de caractéristiques, ce sont de grands oiseaux noirs qui vivent dans des régions spécifiques, mangent certains types de nourriture et se comportent d'une certaine manière caractéristique. Si nous en voyons un, nous savons

son

un corbeau en fonction de ces caractéristiques. Si nous en voyions un avec une tête blanche, nous penserions

cette

soit c'est un oiseau différent (pas un corbeau) soit un mutant, un corbeau qui a une certaine altération par rapport à la norme ou au type sauvage.

Dans cette classe, nous prenons ce qui est commun à propos de ces différentes définitions et adoptons l'idée que le "type sauvage" est

simplement

une norme de référence par rapport à laquelle nous pouvons comparer les membres d'une population.


Discussion possible au N.-B. Point

Si vous attribuiez des traits de type sauvage pour décrire un chien, quels seraient-ils ? Quelle est la différence entre un trait mutant et la variation d'un trait dans une population de chiens ? Existe-t-il un type sauvage pour un chien que nous pourrions utiliser comme standard ? Comment pourrions-nouscommencer àpensez à ce concepten ce qui concernechiens?



Figure 2. Les mutations peuvent entraîner des changements dans la séquence protéique codée par l'ADN qui ont ensuite un impact sur l'apparence extérieure de l'organisme.
(La source)

Les mutations sontsimplementchangements par rapport au "type sauvage", référence ou séquence parentale pour un organisme. Alors que le terme « mutation » a des connotations familières négatives, nousdoitrappelez-vous que le changement n'est ni intrinsèquement "mauvais". Les mutations (changements de séquences) ne doivent pas principalementêtre pensécomme « mauvais » ou « bon », maisplutôtsimplementcomme des changements et une source de diversité génétique et phénotypique sur laquelle l'évolution par sélection naturelle peut se produire. La sélection naturelle détermine finalement le long termesortde mutations. Si la mutation confère un avantage sélectif à l'organisme, la mutationêtre sélectionnéet peut éventuellement devenir très fréquent dans la population. A l'inverse, si la mutation est délétère, la sélection naturelle fera en sorte quela mutation sera perduede la population. Si la mutation est neutre, c'est-à-dire qu'elle n'offre ni avantage ni inconvénient sélectif, alors elle peut persister dans la population. Différentformes deun gène, y compris ceux associés au "type sauvage" et aux mutants respectifs, dans une populationsont appelésallèles.

Conséquences des mutations

Pour un individu, la conséquence des mutations peut signifier peu ou elle peut signifier la vie ou la mort. Certaines mutations délétères sont nul ou Assommermutationqui entraînent une perte de fonction du produit du gène. Ces mutations peuvent résulter d'une délétion del'un ou l'autrele gène entier, une partie du gène, ou par une mutation ponctuelle dans une région critique du gène qui rend le produit génique non fonctionnel. Ces types de mutations sont également appelés perte de fonction mutations. Alternativement, les mutations peuvent conduire à une modification d'une fonction existante (c'est-à-dire que la mutation peut changer l'efficacité catalytique d'une enzyme, un changement de spécificité de substrat ou un changement de structure). Dans de rares cas, une mutation peut créer une fonction nouvelle ou améliorée pour un produit génique ;c'est souvent mentionnéen tant que gain de fonction mutation.dernièrement, des mutations peuvent survenir dans des régions non codantes de l'ADN. Ces mutations peuvent avoir une variété de résultats, notamment une régulation altérée de l'expression des gènes, des changements dans les taux de réplication ou des propriétés structurelles de l'ADN et d'autres facteurs non associés aux protéines.

Mutations et cancer

Les mutations peuvent affecter soit les cellules somatiques, soit les cellules germinales. Parfois, des mutations se produisent dans les gènes de réparation de l'ADN, compromettant ainsi la capacité de la cellule à réparer d'autres mutations qui peuvent survenir. Si,par conséquentde mutations dans les gènes de réparation de l'ADN, de nombreuses mutations s'accumulent dans une cellule somatique, elles peuvent entraîner des problèmes tels que la division cellulaire incontrôlée observée dans le cancer. Les cancers, y compris les formes de cancer du pancréas, le cancer du côlon et le cancer colorectal ontété associéavec des mutations comme celles-ci dans les gènes de réparation de l'ADN. Si, par contre,une mutation dans la réparation de l'ADN se produit dans les cellules germinales (cellules sexuelles), la mutation seraêtre passéà la génération suivante, commedans le cas ddes maladies comme l'hémophilie et la xeroderma pigmentosa.Dansle cas de la xérodermiepigmentairesles personnes dont les processus de réparation de l'ADN sont compromis deviennent très sensibles aux rayons UV. Dans les cas graves, ces personnes peuvent avoir de graves brûlures du soleil avec quelques minutes d'exposition au soleil. Près de la moitié de tous les enfants atteints de cette maladie développent leur premier cancer de la peau avant l'âge de 10 ans.

Conséquences des erreurs de réplication, transcription et traduction

Quelque chose de clé à penser:

Les cellules ont évolué de diverses manières pour s'assurer que les erreurs d'ADN sont à la fois détectées et corrigées,ROMrelecture par les différentes ADN polymérases dépendantes de l'ADN, jusqu'à des systèmes de réparation plus complexes. Pourquoi tant de mécanismes ont-ils évolué pour réparer les erreurs dans l'ADN ?En revanche, similaireles mécanismes de relecture n'ont PAS évolué pour les erreurs de transcription ou de traduction. Pourquoi cela pourrait-il être? Quelles seraient les conséquences d'une erreur de transcription? Une telle erreur affecterait-elle la progéniture ? Serait-ce mortel pour la cellule ? Qu'en est-il de Traduction? Posez les mêmes questions sur le processus de traduction. Que ce passerait-il sile mauvais acide aminé a été mis accidentellementdans le polypeptide en croissance pendant la traduction d'une protéine ? Comparez cela avec la réplication de l'ADN.

Les mutations comme instruments de changement

Les mutations sont la façon dont les populations peuvent s'adapter aux pressions environnementales changeantes

Mutationsont créés au hasarddans le génome de chaque organisme, et ceà son tourcrée une diversité génétique et une pléthore d'allèles différents par gène et par organisme dans chaque population de la planète. S'il n'y a pas eu de mutations et que les chromosomesont été répliquéset transmis avec 100% de fidélité, comment les cellules et les organismes s'adapteraient-ils ? La question de savoir si l'évolution maintient les mutations dans une population dépend du fait que la mutation offre un avantage sélectif, pose un certain coût sélectif ouestà tout le moins, pas nocif.En effet, les mutationsqui semblent neutres peuvent persister dans la population pendant de nombreuses générations et n'avoir de sens que lorsqu'une populationest contestéavec un nouveau défi environnemental.À ce point,lesdes mutations apparemment auparavant neutres peuvent fournir un avantage sélectif.

Exemple : Résistance aux antibiotiques

La bactérie E. coli est sensible à un antibiotique appelé streptomycine, qui inhibe la synthèse des protéines en se liant au ribosome.La protéine ribosomiqueL12peut être mutéde telle sorte que la streptomycine ne se lie plus au ribosome et inhibe la synthèse des protéines. Les mutants de type sauvage et L12 se développent de manière égalebienet la mutation semble être neutre dans leabsence d'antibiotique. Dans leprésence de l'antibiotiquetype sauvageles cellules meurent et les mutants L12 survivent. Cet exemple montre à quel point la diversité génétique est importante pour la survie de la population. Si les mutations ne se sont pas produites au hasard, lorsque la populationest contestépar un événement environnemental, comme l'exposition à la streptomycine, toute la population mourrait. Pour la plupart des populations, cela devient un jeu de nombres. Si le taux de mutation est de 10-6 alors une population de 107 les cellules auraient 10 mutants ; une population de 108 aurait 100 mutants, etc.

Des erreurs non corrigées dans la réplication de l'ADN entraînent une mutation. Dans cet exemple,une erreur non corrigée a été transmisesur une cellule fille bactérienne. Cette erreur est dans un gène qui code pour une partie du ribosome. La mutation entraîne une structure 3D finale différente de la protéine du ribosome. Tandis que letype sauvagele ribosome peut se lier à la streptomycine (un antibiotique qui tue la cellule bactérienne en inhibant la fonction du ribosome) le ribosome mutant ne peut pas se lier à la streptomycine.Cettebactériesestmaintenant résistant à la streptomycine.
Source : image originale de l'équipe Bis2A

Un exemple : Lactate déshydrogénase

La lactate déshydrogénase (LDH), l'enzyme qui catalyse la réduction du pyruvate en acide lactique lors de la fermentation, alors que pratiquement tous les organismes ont cette activité, l'enzyme correspondante et donc le gène diffèrent énormément entre les humains et les bactéries.Les protéines sont clairementen relation,ils remplissent la même fonction de base mais présentent une variété de différences, allant des affinités de liaison au substrat et des vitesses de réaction aux exigences optimales en sel et en pH. Chacun de ces attributs aété réglé de manière évolutivepour chaque organisme spécifique à travers de multiples cycles de mutation et de sélection.


Discussion possible au N.-B. Point

Nous pouvons utiliser l'analyse comparative des séquences d'ADN pour générer des hypothèses sur les relations évolutives entre trois organismes ou plus. Une façon d'y parvenir est de comparer les séquences d'ADN ou de protéines des protéines trouvées dans chacun des organismes que nous souhaitons comparer. Imaginons par exemple que nous devions comparer les séquences de lactate déshydrogénase (LDH) de trois organismes différents. Le schéma ci-dessous représente les structures primaires des protéines LDH des organismes A, B et C. Les lettres au centre du diagramme linéaire des protéines représentent les acides aminés à une position unique et les différences proposées dans chaque séquence (Attribution :Marc T. Facciotti [œuvre originale]). Question: L'organisme C est-il plus étroitement lié à l'organisme A ou B ? L'explication la plus simple est que l'organisme A est la forme la plus ancienne, une mutation s'est produite donnant naissance à l'organisme B. Au fil du temps, une deuxième mutation est apparue dans la lignée B pour donner naissance à l'enzyme trouvée dans l'organisme C. C'est l'explication la plus simple, mais nous ne peut exclure d'autres possibilités. Pouvez-vous penser à d'autres façons dont les différentsformes del'enzyme LDH est apparue dans ces trois organismes ?


Application réelle :

Comme nous l'avons vu dans le module "Mutations et mutants", changer ne serait-ce qu'un nucléotide peut avoir des effets majeurs sur le produit traduit. Pour en savoir plus sur les travaux d'un étudiant de premier cycle sur les mutations ponctuelles et les OGM, cliquez ici.

GLOSSAIRE

mutation induite :

mutationrésultant d'une exposition à des produits chimiques ou à des agents environnementaux

mutation:

variation de la séquence nucléotidique d'un génome

réparation d'incompatibilité :

type de mécanisme de réparation dans lequelles bases incompatibles sont suppriméesaprès réplication

réparation par excision de nucléotides :

type de mécanisme de réparation de l'ADN dans lequel la mauvaise base, ainsi que quelques nucléotides en amont ou en aval,sont enlevés

relecture :

fonction de l'ADNpoldans lequel il lit la base nouvellement ajoutée avant d'ajouter la suivante

point de mutation:

mutationqui affecte une seule base

mutation silencieuse :

mutationcetten'est pas exprimé

mutation spontanée :

mutationqui se déroule dans les cellulespar conséquentdes réactions chimiques se produisant naturellement sans exposition à aucun agent externe

substitution de transition :

quand une purineest remplacéavec une purine ou une pyrimidineest remplacéavec une autre pyrimidine

substitution de la transversion :

quand une purineest remplacépar une pyrimidine ou une pyrimidineest remplacépar une purine

Cycle cellulaire eucaryote et mitose

Le cycle cellulaire est une séquence ordonnée d'événements utilisés par les systèmes biologiques pour coordonner la division cellulaire. Chez les eucaryotes, la division cellulaire asexuée se déroule via un cycle cellulaire qui comprend de multiples événements coordonnés spatialement et temporellement. Il s'agit notamment d'une longue période préparatoire appelée interphase, et un mitotique phase appelée phase M. L'interphase est souvent divisée en sous-phases distinctes appelées g1, S, et g2 phases. La mitose estle stade auquel l'ADN répliqué est distribuéaux cellules filles et est lui-même souvent subdivisé en cinq étapes distinctes : prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, et télophase. Mitoseest souvent accompagnépar un processus appelé cytokinèse, au cours de laquelle les composants cytoplasmiques des cellules fillessont séparéssoit par unactineanneau (cellules animales) ou par celluleassietteformation (cellules végétales). Le passage par ces phasessont contrôléspar des postes de contrôle. Il y a trois points de contrôle principaux dans le cycle cellulaire : un vers la fin de G1, une seconde au G2–M transition, et la troisième pendant la métaphase. Ces contrôles réglementaires garantissent que les processus nécessaires pour passer avec succès à la phase suivante du cycle cellulaire ontété entièrement terminéet que des ressources suffisantes existent pour passer à la phase suivante de la division cellulaire.

Cycle cellulaire

Dans les cellules eucaryotes à reproduction asexuée, un « tour » du cycle cellulaireconsiste endeux phases générales : interphase, suivie par mitose et cytokinèse. L'interphase est la période du cycle cellulaire pendant laquelle la cellule peut soit être vivante et ne pas se diviser, soit se préparer à se diviser. La plupart des cellules d'unpleinement développéorganisme multicellulaire vit généralement en interphase. Mitose est le point du cycle cellulaire associé à la division ou à la distribution du matériel génétique répliqué à deux cellules filles. Au cours de la mitose, le noyau cellulaire se décompose et deux nouveaux noyaux pleinement fonctionnels se forment. Cytokinèse est le processus qui divise le cytoplasme en deux cellules distinctes.

Interphase

Phase G1

La première étape de l'interphaseest appeléles Phase G1, ou premier écart, car peu de changement est visible. Cependant, au cours de la G1 stade, la cellule estassezactif au niveau biochimique. La cellule accumule les éléments constitutifs de l'ADN chromosomique et lesprotéines,et accumuler suffisamment de réserves d'énergie pour terminer la réplication de chaque chromosome dans le noyau.

Une cellule se déplace à travers une série de phases de manière ordonnée. Pendant l'interphase, G1 implique la croissance cellulaire et la synthèse des protéines, la phase S implique la réplication de l'ADN et la réplication du centrosome, et G2 implique une croissance et une synthèse des protéines supplémentaires. La phase mitotique suit l'interphase. La mitose est la division nucléaire au cours de laquelle les chromosomes dupliquéssont séparéset distribué dans les noyaux filles. Habituellement, la cellule se divisera après la mitose dans un processus appelé cytokinèse dans lequelle cytoplasme est diviséetdeux cellules filles sont formées.

Phase S

Tout au long de l'interphase, l'ADN nucléaire reste dans une configuration de chromatine semi-condensée. Dans phase S (phase de synthèse), la réplication de l'ADN se traduit par la formation de deux copies identiques de chaque chromosome—chromatides soeurs-cette

sont solidement attachés

dans la région du centromère. A la fin de cette étape,

chaque chromosome a été répliqué

.

Dans les cellules utilisant les organites appelés centrosomes,

ces structures sont souvent dupliquées

pendant la phase S. Centrosomes

consiste en

une paire de tiges centrioles composé de tubuline et d'autres protéines qui se trouvent à angle droit les unes par rapport aux autres. Les deux centrosomes résultants donneront lieu à la fuseau mitotique, l'appareil qui orchestre le mouvement des chromosomes plus tard au cours de la mitose.

Phase G2

Pendant le Phase G2, ou deuxième trou, la cellule reconstitue ses réserves d'énergie et synthétise les protéines nécessaires à la manipulation des chromosomes. Certains organites cellulairessont dupliqués, etlescytosqueletteest démontéfournir des ressources pour le fuseau mitotique. Il peut y avoir une croissance cellulaire supplémentaire pendant G2.Les derniers préparatifs de la phase mitotique doivent être terminésdevant la celluleest capable deentrer dans la première étape de la mitose.

Phase G0

Toutes les cellules n'adhèrent pas au modèle de cycle cellulaire classique dans lequel une cellule fille nouvellement formée entre immédiatement en interphase, suivie de près par la phase mitotique. Des cellules dans le phase G0 ne se préparent pas activement à se diviser. La cellule est dans une phase de repos (inactive), ayant quitté le cycle cellulaire. Certaines cellules entrent G0 temporairement jusqu'à ce qu'un signal externe déclenche l'apparition de G1. D'autres cellules qui ne se divisent jamais ou rarement, telles que le muscle cardiaque mature et les cellules nerveuses, restent dans G0 en permanence.

Un petit aparté : la structure des chromosomes au cours du cycle cellulaire

Si nous disposions l'ADN des 46 chromosomes bout à bout, il mesurerait environ deux mètres ; cependant, son diamètre ne serait que de 2nm. Considérant que la taille d'une cellule humaine typique est d'environ 10µm(100 000 cellules alignées pour égaler un mètre), l'ADN doit s'emballer étroitement pour s'adapter au noyau de la cellule.En même temps, ildoit également être facilement accessible pour que les gènesêtre exprimé. Au cours de certaines étapes du cycle cellulaire, les longs brins d'ADN sont condensés en chromosomes compacts. Il y a plusieurs façons que les chromosomessont compactés.

L'ADN double brin s'enroule autour des protéines histones pour former des nucléosomes qui ressemblent à des « perles sur une ficelle ».Lesnucléosomessont enroulésdans un 30-nmfibre de chromatine. Lorsqu'une cellule subit une mitose, les chromosomes se condensent encore plus.

Mitose et cytokinèse

Pendant le phase mitotique, une cellule subit deux processus majeurs. Premièrement, il achève la mitose, au cours de laquelle le contenu du noyausont équitablement tirésséparés et répartis entre ses deux moitiés. Cytokinèse se produit alors, divisant le cytoplasme et le corps cellulaire en deux nouvelles cellules.

Noter

Les phases majeures de la mitose sont visuellement distinctes les unes des autres etétaient à l'origine caractériséspar quoi pourraitêtre vuen observant les cellules en division au microscope. Certains instructeurs peuvent vous demander de pouvoir distinguer chaquephaseregarder des images de cellules ou, plus couramment, inspecter des dessins animés de la mitose. Si votre instructeur n'est pas explicite sur ce point, pensez à lui demander sice sera attendude toi.

Les étapes de la division cellulaire supervisent la séparation du matériel génétique identique en deux nouveaux noyaux, suivie de la division du cytoplasme.La mitose des cellules animales est diviséeen cinq étapes - prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase - visualisées ici par microscopie optique avec fluorescence. Mitoseest généralement accompagnépar cytokinèse, montrée ici par un microscope électronique à transmission. (crédit "schémas" : modification d'oeuvre parMariana RuizVillaréal ; crédit "micrographies de mitose" : modification de l'oeuvre de Roy vanHeesbeen; crédit « cytokinesis micrograph » : modification des travaux du Wadsworth Center, NY State Department of Health ; donné à laWikimédiafondation; données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Prophase

La prophase est la première phase de la mitose, au cours de laquelle la chromatine lâche s'enroule et se condense en chromosomes visibles. Pendant la prophase, chaque chromosome devient visible avec son partenaire identique (chromatide soeur) attaché, formant la forme en X familière des chromatides sœurs. Le nucléole disparaît tôt au cours de cette phase, et l'enveloppe nucléaire se désintègre également.

Un événement majeur au cours de la prophase concerne une structure très importante qui contient le site d'origine de la croissance des microtubules. Structures cellulaires appelées centrioles qui servent de points d'origine à partir desquels s'étendent les microtubules. Ces minuscules structures jouent également un rôle très important lors de la mitose. UNE centrosome est une paire de centrioles ensemble. La cellule contient deux centrosomes côte à côte, quicommencer àse séparer pendant la prophase. Lorsque les centrosomes migrent vers deux côtés différents de la cellule, les microtubulescommencer às'étendent de chacun comme de longs doigts de deux mains s'étendant l'une vers l'autre. Les fuseau mitotique est la structure composée des centrosomes et de leurs microtubules émergents.

Vers la fin de la prophase, il y a une invasion de la zone nucléaire par les microtubules du fuseau mitotique. La membrane nucléaire s'est désintégrée et les microtubules s'attachent aux centromères qui jouxtent les paires de chromatides sœurs. Les kinétochore est une structure protéique sur le centromère qui est le point de fixation entre le fuseau mitotique et les chromatides sœurs.Cette étape est référéeà une prophase tardive ou « prométaphase » àindiquerla transition entre la prophase et la métaphase.

Métaphase

La métaphase est la deuxième étape de la mitose. Au cours de cette étape, les chromatides sœurs, avec leurs microtubules attachés, s'alignent le long d'un plan linéaire au milieu de la cellule. Une plaque de métaphase se forme entre les centrosomes quisont maintenant situésà chaque extrémité de la cellule. Les plaque de métaphase est le nom du plan passant par le centre de la broche sur lequella soeurchromatidessont positionnés. Les microtubulessont maintenant prêtsséparer les chromatides sœurs et en amener une de chaque paire de chaque côté de la cellule.

Anaphase

L'anaphase est la troisième étape de la mitose. L'anaphase se déroule en quelques minutes, lorsque les paires de chromatides sœurssont séparésles uns des autres, formant à nouveau des chromosomes individuels.Ces chromosomes sont tirésaux extrémités opposées de la cellule par leurs kinétochores, à mesure que les microtubules raccourcissent. Chaque extrémité de la cellule reçoit un partenaire de chaque paire de chromatides sœurs, garantissant que les deux nouvelles cellules filles contiendront un matériel génétique identique.

Télophase

La télophase est la dernière étape de la mitose.Télophaseest caractérisépar la formation de deux nouveaux noyaux filles à chaque extrémité de la cellule en division. Ces noyaux nouvellement formés entourent le matériel génétique, qui se déroule de telle sorte que les chromosomes retournent à une chromatine lâche. Les nucléoles réapparaissent également dans les nouveaux noyaux et le fuseau mitotique se brise, chaque nouvelle cellule recevant son propre complément d'ADN, d'organites, de membranes et de centrioles.À ce stade, lela cellule commence déjà à se diviser en deux au début de la cytokinèse.

Cytokinèse

La cytokinèse est la deuxième partie de la phase mitotique au cours de laquelle la division cellulaireest terminépar la séparation physique des composants cytoplasmiques en deux cellules filles. Bien que les stades de la mitose soient similaires pour la plupart des eucaryotes, le processus de cytokinèse estassezdifférent pour les eucaryotes qui ont des parois cellulaires, comme les cellules végétales.

Dans les cellules telles que les cellules animales quimanquer deparois cellulaires, cytokinèsecommence à suivrele début de l'anaphase. Un anneau contractile composé de filaments d'actine se forme juste à l'intérieur de la membrane plasmique au niveau de l'ancienne plaque métaphasique. Les filaments d'actine tirent l'équateur de la cellule vers l'intérieur, formant une fissure. Cette fissure, ou « fissure »,est appeléles sillon de clivage. Le sillon s'approfondit à mesure que leactinel'anneau se contracte, et finalement la membrane et la cellulesont clivésen deux (voir la figure ci-dessous).

Dans les cellules végétales, un sillon de clivage n'est pas possible en raison des parois cellulaires rigides entourant la membrane plasmique. Une nouvelle paroi cellulaire doit se former entre les cellules filles. Pendant l'interphase, l'appareil de Golgi accumule des enzymes, des protéines structurelles et des molécules de glucose avant de se décomposer en vésicules et de se disperser dans la cellule en division. Au cours de la télophase, ces vésicules de Golgi se déplacent sur les microtubules pour se rassembler au niveau de la plaque métaphasique. Là, les vésicules fusionnent du centre vers les parois cellulaires ; cette structureest appeléune plaque de cellule. Au fur et à mesure que plus de vésicules fusionnent, la plaque cellulaire s'agrandit jusqu'à fusionner avec la paroi cellulaire à la périphérie de la cellule. Les enzymes utilisent le glucose qui s'est accumulé entre les couches membranaires pour construire une nouvelle paroi cellulaire de cellulose. Les membranes de Golgi deviennent la membrane plasmique de chaque côté de la nouvelle paroi cellulaire (voir panneaubdans la figure ci-dessous).

Dans la partie (a), un sillon de clivage se forme au niveau de l'ancienne plaque métaphasique dans la cellule animale.La membrane plasmique est dessinéepar un anneau deactinefibres se contractant juste à l'intérieur de la membrane. Le sillon de clivage s'approfondit jusqu'àles cellules sont pincéesen deux. En partie (b), les vésicules de Golgi fusionnent au niveau de l'ancienne plaque métaphasique dans une cellule végétale. Les vésicules fusionnent et forment la plaque cellulaire. La plaque cellulaire se développe du centre vers les parois cellulaires.De nouvelles parois cellulaires sont faitesdu contenu des vésicules.

Cycle cellulairePoints de contrôle

Il est essentiel que les cellules filles soient des doubles presque exacts de la cellule mère. Des erreurs dans la duplication ou la distribution des chromosomes conduisent à des mutations qui peuvent se transmettre à chaque nouvelle cellule produite à partir de la cellule anormale. Pour empêcher une cellule compromise de continuer à se diviser, il existe des mécanismes de contrôle interne qui fonctionnent à trois niveaux principaux. points de contrôle du cycle cellulaire auquelle cycle cellulaire peut être arrêtéjusqu'à ce que les conditions soient favorables. Ces points de contrôle se produisent vers la fin de G1, au G2–M transition, et pendant la métaphase (voir figure ci-dessous).

Le cycle cellulaire est contrôléà trois postes de contrôle.L'intégrité de l'ADN est évaluéeau G1 point de contrôle.La duplication chromosomique appropriée est évaluéeau G2 point de contrôle.Attachement de chacunkinétochoreà une fibre de fuseau est évaluéau poste de contrôle M.

Point de contrôle G1

Le G1 Le point de contrôle détermine si toutes les conditions sont favorables à la division cellulaire pour passer à la phase S où se produit la réplication de l'ADN. Le G1 Le point de contrôle, également appelé point de restriction, est le point auquel la cellule s'engage de manière irréversible dans le processus de division cellulaire. Outre les réserves adéquates et la taille des cellules, il existe un contrôle des dommages causés à l'ADN génomique au niveau du G1 point de contrôle.Une cellule qui ne répond pas à toutes les exigences ne sera pas libéréedans la phase S.

Point de contrôle G2

Le G2 barres de point de contrôlel'entrée en phase mitotique si certaines conditions ne sont pas remplies. Comme dans le G1 point de contrôle, taille des cellules et protéinesles réserves sont évaluées. Cependant, le rôle le plus important du G2 point de contrôle est de s'assurer quela totalité de lales chromosomes ontété répliquéet que l'ADN répliquén'est pas endommagé.

Point de contrôle M

Le point de contrôle M se produit vers la fin du stade métaphasique de la mitose.Le point de contrôle M est également connucomme point de contrôle du fuseau car il détermine si toutes les chromatides sœurssont correctement attachésaux microtubules fusiformes. Parce que la séparation des chromatides sœurs pendant l'anaphase est une étape irréversible, le cycle ne se poursuivra que lorsque les kinétochores de chaque paire de chromatides sœurssont solidement ancrésaux fibres fusiformes provenant des pôles opposés de la cellule.

Noter

Regardez ce qui se passe au G1, G2, et M points de contrôle en visitant cette animation du cycle cellulaire.

Quand le cycle cellulaire devient incontrôlable

La plupart des gens comprennent que le cancer ou les tumeurssont causéspar des cellules anormales qui se multiplient en continu. Si les cellules anormales continuent à se diviser sans arrêt, elles peuvent endommager les tissus environnants, se propager à d'autres parties du corps et éventuellement entraîner la mort. Dans les cellules saines, les mécanismes de régulation stricts du cycle cellulaire empêchent que cela se produise, tandis que les défaillances du contrôle du cycle cellulaire peuvent provoquer une division cellulaire indésirable et excessive.Les échecs de contrôle peuvent être causés par des anomalies génétiques héréditaires qui compromettent la fonction de certains» et « allez ». L'insulte environnementale qui endommage l'ADN peut également provoquer un dysfonctionnement de ces signaux. Souvent, une combinaison de prédisposition génétique et de facteurs environnementaux conduit au cancer.

Le processus par lequel une cellule échappe à son système de contrôle normal et devient cancéreuse peutréellementse produire dans tout le corpsassezsouvent. Heureusement, certaines cellules du système immunitaire peuvent reconnaître les cellules devenues cancéreuses et les détruire. Cependant, dans certains cas, les cellules cancéreuses ne sont pas détectées et continuent de proliférer. Si la tumeur qui en résulte ne constitue pas une menace pour les tissus environnants, elleest ditêtre bénin et peut généralementêtre facilement enlevé. Si elle peut être endommagée, la tumeurest considérémalinetle patient est diagnostiquéavec le cancer.

Déséquilibres homéostatiques : le cancer découle de déséquilibres homéostatiques

Le cancer estun extrêmementcondition complexe, susceptible de résulter d'une grande variété de causes génétiques et environnementales. En règle générale, des mutations ou des aberrations dans l'ADN d'une cellule qui compromettent les systèmes normaux de contrôle du cycle cellulaire conduisent à des tumeurs cancéreuses. Le contrôle du cycle cellulaire est un exemple de mécanisme homéostatique qui maintient le bon fonctionnement et la santé des cellules. Tout en progressant à travers les phases du cycle cellulaire, une grande variété de molécules intracellulaires fournissent des signaux d'arrêt et de départ pour réguler le mouvement vers la phase suivante.Ces signaux sont maintenusdans un équilibre complexe de sorte que la cellule ne passe à la phase suivante que lorsqu'elle est prête.Ce contrôle homéostatique du cycle cellulaire peut être pensécomme le régulateur de vitesse d'une voiture. Le régulateur de vitesse appliquera continuellement la bonne quantité d'accélération pour maintenir la vitesse souhaitée, à moins que le conducteur n'appuie sur les freins, auquel cas la voiture ralentira. De même, la cellule comprend des messagers moléculaires, tels quecyclines, qui poussent la cellule vers l'avant dans son cycle.

En plus decyclines, une classe de protéines quisont encodéspar des gènes appelés proto-oncogènes fournissent des signaux importants qui régulent le cycle cellulaire et le font avancer. Des exemples de produits proto-oncogènes comprennent les récepteurs de surface cellulaire pour les facteurs de croissance, ou les molécules de signalisation cellulaire, deux classes de molécules qui peuvent favoriser la réplication de l'ADN et la division cellulaire. En revanche, une deuxième classe de gènes appelés gènes suppresseurs de tumeurs envoie des signaux d'arrêt au cours d'un cycle cellulaire. Par exemple, certains produits protéiques de gènes suppresseurs de tumeur signalent des problèmes potentiels avec l'ADN et empêchent ainsi la cellule de se diviser, tandis que d'autres protéines signalentla cellule à mourir si elle est endommagéeau-delà de la réparation. Certaines protéines suppresseurs de tumeurs signalent également une densité cellulaire environnante suffisante, ce quiindiqueque la cellule n'a pas besoinprésentementdiviser. Cette dernière fonction est particulièrement importante dans la prévention de la croissance tumorale : les cellules normales présentent un phénomène appelé « inhibition de contact;” ainsi, un contact cellulaire étendu avec les cellules voisines provoque un signal qui arrête la division cellulaire.

Ces deux classes de gènes contrastées, les proto-oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs, sont respectivement comme l'accélérateur et la pédale de frein du « système de régulation de vitesse » de la cellule. Dans des conditions normales, ceux-ci s'arrêtent et repartentles signaux sont maintenusdans un équilibre homéostatique. GénéralementParlant, le régulateur de vitesse de la cellule peut perdre le contrôle de deux manières : un accélérateur défectueux (suractif) ou un frein défectueux (sous-actif). Lorsqu'ils sont compromis par une mutation ou altérés, les proto-oncogènes peuventêtre convertiaux oncogènes, qui produisentoncoprotéinesqui poussent une cellule vers l'avant dans son cycle et stimulent la division cellulaire même lorsque cela n'est pas souhaitable. Par exemple, une cellule qui devraitêtre programmés'autodétruire (un processus appelé apoptose)en raison dedes dommages importants à l'ADN pourraient à la placeêtre déclenchéproliférer par une oncoprotéine.D'autre part, unun gène suppresseur de tumeur dysfonctionnel peutNe pas réussir àfournir à la cellule un signal d'arrêt nécessaire, entraînant également une division et une prolifération cellulaires indésirables.

Un équilibre homéostatique délicat entre les nombreux proto-oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs contrôle délicatement le cycle cellulaire et garantit que seules les cellules saines se répliquent. Par conséquent, une perturbation de cet équilibre homéostatique peut provoquer une division cellulaire aberrante et des croissances cancéreuses.