La mitose et la méiose sont deux modes de division cellulaire. La mitose produit deux cellules avec le même nombre de chromosomes que la cellule mère : elle permet la croissance de l'organisme et la régénération des tissus. La méiose implique deux divisions successives, aboutissant à quatre cellules avec un nombre de chromosomes réduit de moitié : c'est ainsi que se forment les gamètes. Cette page détaille les phases de la mitose et de la méiose dans l'ordre, le nombre de chromosomes et d'ADN dans chaque phase, le crossing-over et la conjugaison, un tableau comparatif de la mitose et de la méiose, ainsi qu'un outil d'auto-évaluation.
Cycle de vie cellulaire et interphase
Une cellule ne se divise pas en continu. Son cycle de vie est la période allant de son apparition à sa propre division, et il se compose de deux parties inégales : une longue interphase (préparation) et une courte division.
L'interphase est divisée en trois périodes :
- G1, période présynthétique — la cellule grandit, synthétise des protéines, augmente son volume cytoplasmique et le nombre d'organites ;
- S, période synthétique — a lieu la redouplication de l'ADN : chaque chromosome synthétise sa deuxième chromatide ;
- G2, période post-synthétique — la cellule stocke de l'énergie, double ses centrioles, prépare les protéines du fuseau de division.
Ce qu'il faut retenir : la duplication de l'ADN se produit pendant l'interphase, avant le début de la division. La mitose et la méiose commencent toutes deux avec du matériel génétique déjà doublé — un jeu de 2n4c. L'interphase elle-même n'est considérée ni comme une phase de mitose, ni comme une phase de méiose.
Durant l'interphase, les chromosomes ne sont pas visibles, même au microscope : ils sont déroulés et se trouvent dans le noyau sous forme de chromatine. La structure du noyau, des chromosomes et du centrosome, d'où partent les filaments du fuseau, est détaillée dans le matériel sur la structure de la cellule végétale et animale.
Que signifie 2n2c : comment compter les chromosomes et l'ADN
Dans les notations du type 2n4c, la lettre n représente le nombre de chromosomes, et la lettre c la quantité d'ADN (plus précisément, le nombre de chromatides). L'ensemble haploïde est n, le diploïde est 2n. La notation 2n2c se lit : « jeu diploïde de chromosomes, chaque chromosome est constitué d'une chromatide », et 2n4c : « jeu diploïde, chaque chromosome est constitué de deux chromatides ».
L'erreur la plus fréquente est de compter les chromosomes par chromatides. Après duplication, un chromosome ressemble à deux bâtonnets, mais il s'agit d'un seul chromosome : les deux chromatides sont attachées par une seule centromère. Le nombre de chromosomes est égal au nombre de centromères.
Chez l'humain, 2n = 46. Cela signifie qu'en période G1, la cellule contient 46 chromosomes et 46 molécules d'ADN (2n2c). Après la période S, il y a toujours 46 chromosomes, mais 92 molécules d'ADN (2n4c). Ce n'est qu'en anaphase de mitose, lorsque les centromères se séparent, que le nombre de chromosomes atteint 92 — 46 de chaque côté du pôle.
Phases de la mitose : prophase, métaphase, anaphase, télophase
Les quatre phases de la mitose, étape par étape, avec le nombre de chromosomes et d'ADN dans chaque phase, sont présentées dans le schéma ci-dessous. Abordons ici trois questions qui posent souvent problème.
Pourquoi 4n4c en anaphase. Tant que la cellule est entière, elle contient deux fois plus de chromosomes qu'il n'y en aura dans chaque cellule fille : les centromères se sont séparés, et chaque chromatide est devenue un chromosome indépendant. On compte le jeu de chromosomes à la fois pour la cellule entière (4n4c) et pour chaque pôle (2n2c) — regardez toujours ce que demande l'exercice.
Pourquoi compte-t-on les chromosomes en métaphase. C'est ici qu'ils sont le plus spiralisés et alignés en une seule rangée — ils sont visibles et peuvent être comptés. C'est pourquoi le caryotype est étudié à partir des plaques métaphasiques.
Comment se termine la division. La séparation du cytoplasme s'appelle la cytokinèse, et elle se déroule différemment chez la cellule végétale et animale : la paroi se forme de l'intérieur, du centre vers les bords, car la paroi cellulaire rigide empêche la cellule de se étrangler en deux.
Méiose I : conjugaison, crossing-over et ségrégation des homologues
La méiose est deux divisions successives après une seule duplication de l'ADN. La première division est appelée division réductionnelle : c'est elle qui réduit le nombre de chromosomes de moitié. L'ordre des phases et les jeux de chromosomes sont dans le schéma ci-dessous.
Pourquoi le nombre de chromosomes est-il réduit ici. Les chromatides ne se séparent pas en anaphase I — ce sont les chromosomes entiers qui migrent, donc chaque pôle reçoit un jeu haploïde de chromosomes à deux chromatides : n2c, et non nc. Ils ne deviendront monohromatidiens qu'après la seconde division.
À quoi servent la conjugaison et le crossing-over. Une paire d'homologues rapprochés (bivalent) est constituée de deux chromosomes et quatre chromatides. L'échange de segments entre chromatides non-sœurs mélange les gènes maternels et paternels au sein d'un même chromosome — d'où vient la variabilité héréditaire.
Le hasard qui décide de beaucoup. Chaque paire d'homologues se dirige vers un pôle indépendamment des autres. Chez l'humain, cela donne 2²³ ≈ 8,4 millions de combinaisons possibles avant même tout crossing-over.
Entre les deux divisions, il y a une courte intercinèse — et elle ne contient pas de période synthétique : l'ADN n'est pas doublé une seconde fois.
Méiose II : ségrégation des chromatides
La seconde division de la méiose est appelée division équationnelle — elle suit les règles de la mitose, mais dans une cellule haploïde. Les phases avec les jeux de chromosomes sont dans le schéma ci-dessous.
Ce qu'il faut comprendre ici. Des chromosomes individuels s'alignent à l'équateur, et non des bivalents : les homologues n'ont personne avec qui se conjuguer, ils se sont séparés lors de la division précédente. Cette fois, les centromères se séparent — ce sont les chromatides sœurs qui migrent.
Pourquoi les quatre cellules sont-elles différentes. D'abord, le crossing-over a échangé des segments entre chromatides non-sœurs de deux homologues, puis les homologues eux-mêmes se sont répartis dans les cellules en combinaisons aléatoires. C'est pourquoi la méiose ne produit pas de copies, mais un nouveau jeu de gènes à chaque fois — c'est sur cela que repose la diversité de la descendance.
Nombre de chromosomes et d'ADN par phase de mitose et de méiose
Les exercices demandant « combien de chromosomes et de molécules d'ADN dans telle phase » se résolvent mécaniquement si l'on garde à l'esprit deux règles : la quantité d'ADN n'augmente qu'en période S, et le nombre de chromosomes ne change que là où les chromatides se séparent. Ci-dessous, le nombre de chromosomes et d'ADN pour chaque phase.
| Phase | Chromosomes et ADN |
|---|---|
| Interphase | |
| Période présynthétique (G1) | 2n2cchromosomes monohromatidiens |
| Période synthétique (S) | 2n4cADN doublé |
| Période post-synthétique (G2) | 2n4cpréparation à la division |
| Mitose | |
| Prophase | 2n4c |
| Métaphase | 2n4cchromosomes à l'équateur |
| Anaphase | 4n4cchromatides séparées, 2n2c à chaque pôle |
| Télophase | 2n2cdans chacune des deux cellules |
| Méiose I | |
| Prophase I | 2n4cconjugaison et crossing-over |
| Métaphase I | 2n4cbivalents à l'équateur |
| Anaphase I | 2n4chomologues séparés, n2c à chaque pôle |
| Télophase I | n2cdans chacune des deux cellules |
| Méiose II | |
| Prophase II | n2c |
| Métaphase II | n2cchromosomes individuels à l'équateur |
| Anaphase II | 2n2cchromatides séparées, nc à chaque pôle |
| Télophase II | ncdans chacune des quatre cellules |
Différences entre mitose et méiose : tableau comparatif
Les deux divisions ont beaucoup en commun : toutes deux suivent une duplication de l'ADN pendant l'interphase, elles portent les mêmes noms de phases, utilisent un fuseau de division et se terminent par la division du cytoplasme. Il est donc utile de commencer par mentionner les similitudes, puis les différences selon les points du tableau.
| Critère | Mitose | Méiose |
|---|---|---|
| Nombre de divisions | Mitose : une | Méiose : deux successives — méiose I et méiose II |
| Nombre de cellules filles | Mitose : deux | Méiose : quatre |
| Jeu de chromosomes des cellules filles | Mitose : 2n — comme la cellule mère | Méiose : n — moitié moins, haploïde |
| Conjugaison et crossing-over | Mitose : non | Méiose : oui, en prophase I |
| Qu'est-ce qui est aligné à l'équateur en métaphase | Mitose : chromosomes individuels en une seule rangée | Méiose : en métaphase I — bivalents en deux rangées, en métaphase II — chromosomes individuels |
| Qu'est-ce qui migre en anaphase | Mitose : chromatides sœurs | Méiose : en anaphase I — chromosomes homologues entiers, en anaphase II — chromatides |
| Prophase | Mitose : courte et simple | Méiose : prophase I longue et complexe |
| Résultat génétique | Mitose : cellules avec le même jeu de gènes que la cellule mère | Méiose : cellules avec de nouvelles combinaisons de gènes, toutes différentes |
| Où cela se produit | Mitose : dans les cellules somatiques : croissance, renouvellement et réparation des tissus, reproduction asexuée | Méiose : lors de la formation des gamètes chez les animaux et des spores chez les plantes |
Importance biologique de la mitose et de la méiose
Importance de la mitose — dans la précision. Les cellules filles reçoivent exactement le même nombre de chromosomes et de gènes que la cellule mère, c'est pourquoi la mitose assure :
- la croissance de l'organisme et l'augmentation du nombre de cellules ;
- le renouvellement des tissus et la guérison des blessures (régénération) ;
- le clivage de l'œuf après la fécondation ;
- la reproduction asexuée et végétative — de la division de l'amibe à la multiplication d'une plante par bouturage.
Importance de la méiose — dans deux aspects simultanément.
Premièrement : la constance du nombre de chromosomes de l'espèce. Si les gamètes étaient diploïdes, le nombre de chromosomes doublerait à chaque fécondation. La méiose réduit le jeu de chromosomes de moitié, et lors de la fusion des gamètes (n + n), le zygote retrouve un jeu diploïde 2n.
Deuxièmement : la variabilité combinatoire. De nouvelles combinaisons de gènes apparaissent trois fois : lors du crossing-over en prophase I, lors de la ségrégation aléatoire et indépendante des homologues en anaphase I, et lors de la rencontre fortuite des gamètes pendant la fécondation. Rien qu'en raison de la ségrégation indépendante, un humain peut produire 2 puissance 23 — plus de huit millions — de gamètes avec des jeux de chromosomes différents. C'est cette diversité qui fournit la matière première pour la sélection naturelle.
Chez les animaux, la méiose se produit lors de la formation des gamètes dans les gonades ; chez les plantes, lors de la formation des spores.
Explication des exercices
Exemple 1. Nombre de chromosomes et d'ADN dans différentes phases de la mitose
Exercice : chez la drosophile, 2n = 8. Déterminez le nombre de chromosomes et de molécules d'ADN en prophase, anaphase et télophase de mitose.
Étape 1. Point de départ. Avant la division, en période G1, le jeu est 2n2c : 8 chromosomes et 8 molécules d'ADN. En période S, l'ADN a doublé, le jeu devient 2n4c — il y a toujours 8 chromosomes, mais 16 molécules d'ADN.
Étape 2. Prophase. Rien ne se sépare, le jeu est le même : 8 chromosomes, 16 molécules d'ADN (2n4c).
Étape 3. Anaphase. Les centromères se sont séparés, chaque chromatide est devenue un chromosome indépendant : il y a maintenant 16 chromosomes, et aussi 16 molécules d'ADN (4n4c). Chaque pôle reçoit cependant 8 chromosomes.
Étape 4. Télophase. Le cytoplasme se divise, et dans chacune des deux jeunes cellules, il y a 8 chromosomes et 8 molécules d'ADN (2n2c).
Vérification logique : le nombre de molécules d'ADN n'a pas augmenté pendant la mitose elle-même — il a seulement été divisé par deux entre les cellules.
Exemple 2. Jeu de chromosomes dans les phases de la méiose
Exercice : chez le maïs, 2n = 20. Combien de chromosomes et de molécules d'ADN y a-t-il dans la cellule à la fin de la télophase I et à la fin de toute la méiose ?
Étape 1. Avant la méiose, l'ADN a doublé : 20 chromosomes et 40 molécules d'ADN (2n4c).
Étape 2. Anaphase I. Des chromosomes homologues entiers migrent vers les pôles, les centromères ne se divisent pas. Chaque pôle rassemble 10 chromosomes, chacun avec deux chromatides.
Étape 3. Fin de la télophase I. Dans chacune des deux cellules, il y a 10 chromosomes et 20 molécules d'ADN (n2c).
Étape 4. Méiose II. Il n'y a pas eu de duplication d'ADN, donc en anaphase II, ce sont simplement les chromatides qui se séparent. À la fin de la méiose, quatre cellules sont produites, chacune avec 10 chromosomes et 10 molécules d'ADN (nc).
Réponse : après la première division, 10 chromosomes et 20 molécules d'ADN ; après la seconde, 10 chromosomes et 10 molécules d'ADN.
Exemple 3. Identifier la division d'après la description
Exercice : « Dans la cellule, on observe 12 structures, chacune composée de quatre chromatides. Elles sont alignées à l'équateur en deux rangées ». De quelle division et de quelle phase s'agit-il ? Quel est le jeu de chromosomes initial de la cellule ?
Étape 1. Une structure composée de quatre chromatides est un bivalent, c'est-à-dire une paire d'homologues rapprochés. Les bivalents n'existent que pendant la méiose : la conjugaison a eu lieu en prophase I.
Étape 2. Les bivalents sont alignés à l'équateur en deux rangées — cela signifie que la phase est métaphase I.
Étape 3. Un bivalent représente deux chromosomes. Il y a 12 bivalents, donc 24 chromosomes, et le jeu initial de la cellule est 2n = 24. Le nombre de molécules d'ADN dans cette phase est de 48 (2n4c).
Réponse : métaphase de méiose I, 2n = 24, jeu de chromosomes de la cellule 2n4c.
Comment ne pas se tromper : si des chromosomes individuels à deux chromatides étaient alignés en une seule rangée à l'équateur, ce serait une métaphase de mitose (avec 2n) ou une métaphase II (avec un jeu haploïde).
Erreurs fréquentes
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On pense que l'ADN se double en prophase, juste avant la division.
La duplication (redoublement) de l'ADN se produit pendant la période S de l'interphase, bien avant la prophase. La mitose et la méiose commencent déjà avec un jeu 2n4c.
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On compte les chromosomes par chromatides : on voit 46 chromosomes à deux chromatides et on écrit « 92 chromosomes ».
Le nombre de chromosomes est égal au nombre de centromères. Tant que les chromatides sont reliées par une seule centromère, il s'agit d'un seul chromosome : 46 chromosomes et 92 molécules d'ADN. Il n'y aura 92 chromosomes qu'en anaphase, lorsque les centromères se sépareront.
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On écrit qu'en anaphase de mitose, ce sont des chromosomes homologues qui migrent.
En anaphase de mitose, ce sont les chromatides sœurs d'un même chromosome qui migrent. Les chromosomes homologues ne migrent qu'une seule fois pendant toute la division — en anaphase I de méiose.
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On pense que l'ADN se double à nouveau avant la seconde division de la méiose.
Il n'y a pas de période synthétique pendant l'intercinèse. Une seule duplication d'ADN pour deux divisions : c'est pourquoi le jeu de chromosomes est finalement réduit de moitié.
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On attribue le crossing-over à la mitose ou à la métaphase I.
Le crossing-over se produit en prophase I de méiose, lorsque les homologues sont groupés en bivalent (conjugaison). Dans la mitose, les homologues ne se conjuguent pas, donc il n'y a pas de crossing-over.
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On écrit que la méiose produit quatre cellules identiques, et que le nombre de chromosomes est réduit de moitié à chaque division.
Le jeu de chromosomes est réduit de moitié uniquement lors de la première division — c'est pourquoi elle est appelée réductionnelle. La seconde division ne réduit pas le nombre de chromosomes dans la cellule ; elle sépare les chromatides. De plus, les quatre cellules résultantes sont génétiquement différentes : le crossing-over et la ségrégation aléatoire des homologues leur confèrent des combinaisons de gènes variées.
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On appelle l'interphase la première phase de la mitose.
L'interphase est une partie du cycle de vie de la cellule, et non une phase de division. La mitose comporte quatre phases : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Cependant, on ne peut pas résoudre les exercices de comptage de chromosomes sans connaître l'interphase : c'est pendant sa période S que le jeu devient 2n4c.
Questions et réponses
Quelle est la différence entre mitose et méiose en bref ?
La mitose est une seule division, produisant deux cellules avec le même jeu 2n et le même jeu de gènes. La méiose est deux divisions successives après une seule duplication d'ADN, produisant quatre cellules avec un jeu haploïde n, et toutes diffèrent par leur combinaison de gènes. De plus, seule la méiose comporte conjugaison et crossing-over, et en anaphase I, ce sont des chromosomes homologues entiers qui migrent, et non des chromatides.
Combien de cellules sont produites par mitose et par méiose ?
Par mitose — deux cellules avec un jeu 2n2c. Par méiose — quatre cellules avec un jeu nc. D'où la différence de fonction : la mitose augmente le nombre de cellules identiques, la méiose prépare les gamètes.
Dans quelle phase le crossing-over se produit-il ?
En prophase de la première division de méiose. Le crossing-over est l'échange de segments identiques entre chromatides non-sœurs de chromosomes homologues. Il n'est possible que lorsque les homologues sont rapprochés en bivalent, c'est-à-dire après la conjugaison.
Qu'est-ce que la conjugaison des chromosomes et le bivalent ?
La conjugaison est le rapprochement des chromosomes homologues par paires sur toute leur longueur en prophase I de méiose. La paire résultante est appelée bivalent : elle contient deux chromosomes et quatre chromatides (c'est pourquoi on l'appelle parfois tétrade). En métaphase I, ce sont précisément les bivalents qui s'alignent à l'équateur, et non des chromosomes individuels.
Pourquoi le jeu de chromosomes est-il écrit 4n4c en anaphase de mitose ?
Parce que les centromères se sont séparés, et chaque ancienne chromatide est devenue un chromosome indépendant. Il reste autant de molécules d'ADN (4c), mais le nombre de chromosomes a temporairement doublé — 4n. Dès que le cytoplasme se divise, chaque cellule fille contiendra le jeu habituel 2n2c.
Où la mitose et où la méiose se produisent-elles dans l'organisme ?
La mitose se produit dans les cellules somatiques : dans les zones de croissance, dans la peau, dans la muqueuse intestinale, dans la moelle osseuse, lors de la cicatrisation des plaies. Chez les animaux, la méiose se déroule dans les gonades lors de la formation des gamètes ; chez les plantes, lors de la formation des spores.
L'interphase fait-elle partie de la mitose ?
Non. L'interphase est la préparation à la division et fait partie du cycle de vie de la cellule. La mitose comporte quatre phases : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Cependant, on ne peut pas résoudre les exercices de comptage de chromosomes sans connaître l'interphase : c'est pendant sa période S que le jeu devient 2n4c.
