Divisions cellulaires : cycle cellulaire, mitose et méiose

Complète avec le mot exact.

1. Dans le noyau, la molécule d’ADN d’un chromosome est associée à des protéines appelées .
   Les histones : l’ADN s’enroule autour d’elles, ce qui permet de le compacter.
2. Les deux chromatides sœurs d’un chromosome dupliqué restent reliées au niveau du .
   Le centromère : c’est aussi là que s’attachent les fibres du fuseau.
3. Une cellule qui ne possède qu’un exemplaire de chaque chromosome, comme un gamète, est .
   Elle est haploïde (n) ; une cellule à chromosomes par paires est diploïde (2n).
4. En dehors des divisions, l’ADN peu compacté et dispersé dans le noyau forme la .
   La chromatine : on n’y distingue pas les chromosomes au microscope optique, mais l’ADN est accessible à la cellule.
5. Un chromosome existe en permanence : seul son degré de change au cours du cycle.
   Son degré de condensation : maximal en métaphase, faible en interphase.

Réponds par un nombre.

1. L’orge a 2n = 14. Nombre de paires de chromosomes homologues dans une cellule de sa feuille :
   14 ÷ 2 = 7 paires.
2. Le porc a 2n = 38. Nombre de chromosomes d’un spermatozoïde de porc :
   Un gamète est haploïde : n = 38 ÷ 2 = 19 chromosomes, un de chaque paire.
3. Le ver à soie a 2n = 56. Nombre de paires d’homologues dans l’un de ses gamètes :
   0 : le gamète a 28 chromosomes, un exemplaire de chacun ; aucun n’a d’homologue. Ce sont les cellules diploïdes qui ont 28 paires.
4. Le dauphin a 2n = 44. Nombre de chromatides d’une cellule dont tous les chromosomes ont deux chromatides :
   44 chromosomes × 2 = 88 chromatides, donc 88 molécules d’ADN.
5. Le muntjac indien femelle a 2n = 6. Nombre de chromosomes d’un de ses ovules :
   n = 6 ÷ 2 = 3 chromosomes, un de chaque paire.

Chaque chromatide du chromosome 1 humain contient une molécule d’ADN d’environ 8,5 cm de long ; en métaphase, ce chromosome mesure environ 10 µm.

1. Le chromosome métaphasique est environ fois plus court que l’une de ses molécules d’ADN.
   8,5 cm = 85 000 µm ; 85 000 ÷ 10 = 8 500 : c’est le degré de condensation atteint en métaphase.
2. Longueur totale d’ADN contenue dans ce chromosome en métaphase : cm
   En métaphase, le chromosome a deux chromatides, donc deux molécules : 2 × 8,5 = 17 cm d’ADN dans 10 µm.
3. Un caryotype de macaque rhésus (2n = 42) est réalisé sur une cellule en métaphase. Nombre de chromatides visibles :
   En métaphase, chaque chromosome a deux chromatides : 42 × 2 = 84.
4. Un gamète de carotte (2n = 18), plante sans chromosomes sexuels, contient exemplaire(s) de chaque gène de l’espèce.
   Un exemplaire : haploïde ne veut pas dire « la moitié des gènes » ; le gamète a 9 chromosomes, un de chaque paire, donc tous les gènes, mais un seul allèle de chacun.

Dans quelle phase du cycle est la cellule ? Écris G1, S, G2 ou M.

1. La quantité d’ADN du noyau augmente progressivement. →
   S : chaque molécule d’ADN est en train d’être copiée.
2. Le cytoplasme d’une cellule animale s’étrangle et la sépare en deux cellules filles. →
   M : la cytodiérèse termine la phase M, après la télophase.
3. La cellule vient de naître d’une division ; elle grandit et ses chromosomes ont une chromatide. →
   G1 : quantité d’ADN Q, avant la copie.
4. Les chromosomes, décondensés, ont deux chromatides ; la cellule se prépare à se diviser. →
   G2 : la copie est finie, la division n’a pas commencé.
5. Les chromosomes sont assez condensés pour être comptés au microscope optique. →
   M : les chromosomes ne sont individualisés que pendant la division.
6. La quantité d’ADN vaut Q et ne change pas pendant plusieurs heures. →
   G1 : palier bas avant la phase S.

Une cellule de carotte (2n = 18) contient 4,8 u.a. d’ADN en G1. Réponds par un nombre.

1. Quantité d’ADN de cette cellule en G2 : u.a.
   4,8 × 2 = 9,6 u.a. : la phase S a doublé l’ADN.
2. Quantité d’ADN quand la moitié de l’ADN a été copiée : u.a.
   4,8 + 4,8 ÷ 2 = 4,8 + 2,4 = 7,2 u.a. : valeur intermédiaire, typique de la phase S.
3. Nombre de chromosomes de cette cellule en G2 :
   18 : la phase S double les chromatides, pas les chromosomes.
4. Nombre de chromatides de cette cellule en G2 :
   18 chromosomes à deux chromatides : 36.
5. Rapport entre la quantité d’ADN en métaphase et en G1 :
   2 : la quantité reste à 2Q jusqu’à la séparation des deux cellules filles.

Cellule en culture, cycle de 20 h (valeurs choisies pour l’exercice) : G1 7 h, S 6,5 h, G2 4,5 h, mitose 2 h. La cellule naît à 0 h, au début de G1.

1. À 6 h, la cellule est en phase
   G1 dure de 0 h à 7 h : à 6 h, la cellule est encore en G1.
2. À 13 h 15, elle est en phase
   La phase S va de 7 h à 7 + 6,5 = 13,5 h, soit 13 h 30 : à 13 h 15, la cellule est encore en S.
3. À 13 h 45, elle est en phase
   La phase S s’est achevée à 13,5 h = 13 h 30 (et non 13 h 50) : à 13 h 45, la cellule est en G2.
4. Elle commence sa mitose à h.
   7 + 6,5 + 4,5 = 18 h ; la mitose dure jusqu’à 20 h.
5. Part du cycle occupée par l’interphase : %
   Interphase : 7 + 6,5 + 4,5 = 18 h ; 18 ÷ 20 = 0,9, soit 90 %.

Nomme l’étape de la mitose : prophase, métaphase, anaphase ou télophase.

1. Les chromatides sœurs de chaque chromosome se séparent et gagnent des pôles opposés. →
   Anaphase : le fuseau tire chaque chromatide vers un pôle.
2. Les chromosomes, au maximum de leur condensation, forment une plaque au milieu de la cellule. →
   Métaphase : la plaque équatoriale.
3. L’enveloppe du noyau se fragmente et les fibres du fuseau se mettent en place. →
   Prophase : début de la mitose.
4. Une enveloppe nucléaire se reforme autour de chaque lot de chromosomes. →
   Télophase : deux noyaux se reconstituent.
5. Les chromosomes, encore à deux chromatides, deviennent visibles en s’épaississant. →
   Prophase : la condensation commence.
6. Chaque pôle porte un lot de chromosomes à une chromatide qui se décondensent. →
   Télophase, avant la cytodiérèse.

Le poisson-zèbre a 2n = 50. Réponds par un nombre ou des lettres.

1. Nombre de chromatides d’une cellule en métaphase :
   50 chromosomes à deux chromatides : 50 × 2 = 100.
2. Nombre total de chromosomes d’une cellule en anaphase :
   Les chromatides séparées sont devenues des chromosomes à une chromatide : 100, 50 par pôle.
3. Nombre de chromosomes qui arrivent à chaque pôle :
   50 = 2n : la mitose sépare les chromatides sœurs, pas les homologues.
4. Nombre de molécules d’ADN d’une cellule fille en G1 :
   50 chromosomes à une chromatide : 50 molécules d’ADN.
5. Range dans l’ordre : A anaphase, B prophase, C télophase, D métaphase. →
   Prophase, métaphase, anaphase, télophase : B D A C.

Pointe de racine de fève (2n = 12) colorée et écrasée entre lame et lamelle.

1. Une cellule contient momentanément 24 chromosomes à une chromatide, en deux lots qui migrent vers les pôles. Étape :
   24 = 2 × 12 : les chromatides sœurs viennent de se séparer, chaque lot en a 12. C’est l’anaphase, pas une cellule à 24 chromosomes.
2. En télophase, chaque noyau en formation contient chromosomes.
   12 chromosomes à une chromatide, comme la cellule mère.
3. Chez cette cellule végétale, la cytodiérèse se fait par formation d’une nouvelle au milieu de la cellule.
   Une nouvelle paroi ; chez une cellule animale, le cytoplasme s’étrangle.
4. Les fibres du fuseau, qui déplacent les chromatides, sont faites de .
   De microtubules, tendus d’un pôle à l’autre.
5. On prélève l’extrémité de la racine car c’est là que les cellules se .
   Elles s’y divisent (méristème) : ailleurs, presque toutes sont en interphase.

Toutes les cellules se divisent au même rythme. Réponds par un nombre.

1. Une cellule fait 3 cycles : nombre de cellules obtenues :
   $2^3=$ 8 cellules.
2. Une cellule fait 7 cycles : nombre de cellules obtenues :
   $2^7=$ 128 cellules.
3. Une cellule a donné 512 cellules : nombre de cycles :
   $2^9=512$ : 9 cycles.
4. Une levure boucle son cycle en 90 min : nombre de cycles en 24 h :
   24 h = 1 440 min ; 1 440 ÷ 90 = 16 cycles.
5. Nombre de levures issues d’une seule en ces 24 h :
   $2^{16}=$ 65 536 levures, toutes génétiquement identiques.

Une cellule de soja (2n = 40) est mise en culture ; elle et ses descendantes font 6 cycles.

1. Nombre de cellules obtenues :
   $2^6=$ 64 cellules.
2. Nombre de chromosomes de chacune :
   40 : la mitose conserve le caryotype.
3. Nombre total de molécules d’ADN quand toutes les cellules sont en G1 :
   64 × 40 = 2 560 molécules (une par chromosome).
4. Même nombre quand toutes sont en G2 :
   Chaque chromosome a deux chromatides : 2 × 2 560 = 5 120.
5. Part de l’information génétique de la cellule de départ que possède chaque cellule : %
   100 % : l’ADN est copié en entier avant chaque mitose ; seule la quantité totale d’ADN du clone augmente.

Le corps humain adulte compte environ 30 000 milliards de cellules, soit 3 × 10¹³ (données : 2⁴⁴ ≈ 1,8 × 10¹³ et 2⁴⁵ ≈ 3,5 × 10¹³).

1. Si toutes les cellules se divisaient au même rythme sans mourir, nombre minimal de générations de divisions depuis la cellule-œuf :
   2⁴⁴ ≈ 1,8 × 10¹³ est inférieur à 3 × 10¹³, et 2⁴⁵ ≈ 3,5 × 10¹³ le dépasse : il faut au moins 45 générations.
2. Un embryon compte 16 cellules ; l’une d’elles porte une mutation. Après 6 nouveaux cycles, l’embryon compte cellules.
   16 × 2⁶ = 16 × 64 = 1 024 cellules.
3. Parmi elles, nombre de cellules qui portent la mutation :
   La mutation est recopiée à chaque cycle et se retrouve dans toutes les cellules issues de la cellule mutée, et seulement dans celles-là : $2^6=$ 64.
4. Fraction des cellules de l’embryon qui portent la mutation :
   64 ÷ 1 024 = 1/16, la même fraction qu’au stade 16 cellules : la mutation reste dans un sous-clone.

De quelle division de la méiose s’agit-il ? Écris I ou II.

1. Elle sépare les chromosomes homologues de chaque paire. →
   Division I, réductionnelle.
2. Elle sépare les chromatides sœurs. →
   Division II, comme une mitose.
3. Elle fait passer le nombre de chromosomes de 2n à n. →
   Division I : chaque cellule ne reçoit qu’un chromosome de chaque paire.
4. Elle produit des cellules à n chromosomes à une chromatide. →
   Division II : les chromatides sœurs se séparent.
5. Les cellules qu’elle produit ont n chromosomes encore à deux chromatides. →
   Division I : les chromatides restent unies.
6. Elle commence sans qu’aucune copie de l’ADN l’ait précédée juste avant. →
   Division II : il n’y a pas de phase S entre les deux divisions.

Le hérisson a 2n = 48. Une cellule de son testicule fait une méiose. Réponds par un nombre.

1. Nombre de cellules produites à la fin de la méiose :
   4 cellules, après deux divisions.
2. Nombre de chromosomes de chaque cellule après la division I :
   La division I sépare les homologues : 48 ÷ 2 = 24 chromosomes.
3. Nombre de chromatides de chaque cellule après la division I :
   24 chromosomes à deux chromatides : 48. Même nombre de chromatides qu’en G1, mais deux fois moins de chromosomes.
4. Nombre de chromatides de chaque cellule après la division II :
   24 chromosomes à une chromatide : 24.
5. Nombre de paires d’homologues dans une cellule après la division I :
   0 : la cellule est déjà haploïde.

Le dauphin a 2n = 44. Une cellule de testicule contient 7,2 u.a. d’ADN en G1, puis fait une méiose.

1. Quantité d’ADN à la fin de la phase S : u.a.
   7,2 × 2 = 14,4 u.a.
2. Nombre de chromosomes de chaque cellule à la fin de la division I :
   22 chromosomes, encore à deux chromatides : la quantité d’ADN est revenue à celle de G1 (14,4 ÷ 2), avec deux fois moins de chromosomes.
3. Quantité d’ADN de chaque cellule à la fin de la division II : u.a.
   14,4 ÷ 2 ÷ 2 = 3,6 u.a., la moitié de la quantité en G1.
4. Nombre de chromosomes d’une cellule-œuf de dauphin :
   La fécondation réunit deux gamètes à 22 chromosomes : 22 + 22 = 44.
5. Nombre de cellules haploïdes produites par 25 cellules qui font chacune une méiose :
   25 × 4 = 100 cellules haploïdes.

Culture non synchronisée, cycle de 30 h : sur 600 cellules, 270 en G1, 180 en S, 120 en G2 et 30 en mitose.

1. Durée de G1 : h
   270 ÷ 600 = 0,45 ; 0,45 × 30 = 13,5 h.
2. Durée de la phase S : h
   180 ÷ 600 = 0,3 ; 0,3 × 30 = 9 h.
3. Durée de G2 : h
   120 ÷ 600 = 0,2 ; 0,2 × 30 = 6 h.
4. Durée de la mitose : min
   30 ÷ 600 = 0,05 ; 0,05 × 30 = 1,5 h, soit 90 min.
5. Pourcentage des cellules en interphase : %
   270 + 180 + 120 = 570 cellules sur 600 : 570 ÷ 600 = 0,95, soit 95 %.

Cellules de mammifère non synchronisées, cycle de 16 h (G1 5 h, S 7 h, G2 3 h, mitose 1 h). On en observe 3 200.

1. Nombre de cellules attendues en mitose :
   3 200 × 1 ÷ 16 = 200.
2. Nombre de cellules attendues en phase S :
   3 200 × 7 ÷ 16 = 1 400.
3. Nombre de cellules attendues en G2 :
   3 200 × 3 ÷ 16 = 600.
4. Pourcentage de cellules attendues en G1 : % (arrondi à l’unité)
   5 ÷ 16 = 0,3125, soit 31 %.
5. Dans un autre tissu, 3 % des cellules sont en mitose et le cycle dure 20 h. Durée de la mitose : min
   0,03 × 20 = 0,6 h ; 0,6 × 60 = 36 min.

Raisonner sur un comptage. Réponds par un nombre.

1. Culture synchronisée de 2 400 cellules humaines (G1 11 h, S 8 h), toutes au début de G1 à 0 h. Nombre de cellules en phase S à 14 h :
   Toutes ont franchi G1 (11 h) et aucune n’a fini S (19 h) : les 2 400 sont en phase S. Ce nombre ne dit rien de la durée de S : la méthode du comptage exige des cellules non synchronisées.
2. Culture non synchronisée : 20 % des cellules ont 2Q d’ADN et 1 % sont en mitose. Pourcentage des cellules en G2 : %
   Les cellules à 2Q sont en G2 ou en mitose : 20 − 1 = 19 % en G2.
3. Culture non synchronisée où toutes les cellules se divisent : 1 cellule sur 200 est en mitose ; la mitose dure 1 h. Durée du cycle : h
   La mitose occupe 1/200 du cycle : 1 h × 200 = 200 h.
4. Culture non synchronisée : la mitose dure 54 min et le cycle 18 h. Index mitotique attendu : %
   54 min = 0,9 h ; 0,9 ÷ 18 = 0,05, soit 5 % (et non 54 ÷ 18 = 3 : il faut d’abord convertir les minutes en heures).