Cycle cellulaire et mitose : copier, puis répartir

On étudie un cycle mitotique eucaryote classique, en supposant une réplication complète et une répartition correcte de l’ADN nucléaire. Les mitochondries et chloroplastes ne sont pas inclus dans les dénombrements qui suivent. Les cycles particuliers, les erreurs et la méiose ne sont pas le modèle de calcul.

L’interphase comprend G1, S et G2. En G1, chaque chromosome nucléaire non répliqué est représenté par une chromatide. Pendant S, l’ADN est répliqué ; à la fin, chaque chromosome comporte deux chromatides sœurs. En G2, ce matériel se prépare à la répartition.

La mitose répartit les chromosomes dans deux ensembles nucléaires. Prophase et étapes associées correspondent notamment à la condensation et à l’organisation du fuseau ; en métaphase, les chromosomes sont alignés ; à l’anaphase, les chromatides sœurs se séparent ; en télophase, les ensembles se réorganisent en noyaux dans le modèle représenté.

La séparation du cytoplasme, ou cytodiérèse, est un processus lié mais distinct. Elle peut chevaucher les dernières étapes nucléaires ; une mitose peut aussi ne pas être suivie immédiatement d’une séparation en deux cellules. Il faut donc préciser si l’on compte la cellule entière, un pôle ou un noyau fille.

La conservation du nombre chromosomique est le résultat du fonctionnement normal supposé. Elle ne constitue pas une garantie d’absence de toute mutation ou d’erreur de répartition dans les cellules réelles.

Dans le modèle diploïde, notons $C=2n$ le nombre de chromosomes avant réplication. En G1, on compte C chromosomes à une chromatide. Après réplication complète et avant séparation, C chromosomes portent 2C chromatides. À l’anaphase, chaque chromatide séparée devient un chromosome : la cellule entière non séparée contient alors 2C chromosomes, et chaque pôle en reçoit normalement C.

Ces comptes ne traduisent pas une nouvelle copie à l’anaphase. La quantité totale d’ADN nucléaire de la cellule reste celle obtenue après S ; elle se répartit ensuite entre les noyaux et cellules filles.

Une chromatide complète correspond ici à une molécule d’ADN double brin associée à des protéines. Pendant la phase S, des structures de réplication sont en cours : on ne généralise pas sans précaution le tableau discret des chromatides terminées à chaque instant de la synthèse.

Les chromatides sœurs proviennent de la réplication d’un chromosome ; les chromosomes homologues sont les deux exemplaires d’une paire dans le modèle diploïde. Ils ne sont pas nécessairement identiques dans leur séquence. La mitose sépare les copies sœurs, sans la réduction caractéristique de la méiose.

Une quantité d’ADN ne suffit pas toujours à identifier une phase : plusieurs étapes partagent q ou 2q. Il faut des critères supplémentaires, par exemple la condensation ou la position des chromosomes. Les durées du cycle varient aussi selon le type cellulaire et les conditions.

Une espèce fictive possède $2n=10$ chromosomes. On considère seulement l’ADN nucléaire d’un modèle sans erreur, et q désigne la quantité d’un noyau en G1.

Un échantillon comprend 20 cellules en G1 et 10 cellules en G2, identifiées par des données complémentaires.

1. Molécules dans le premier groupe. Chaque cellule G1 comporte 10 chromosomes à une chromatide, donc 10 molécules nucléaires complètes. Pour 20 cellules : $20\times10=200$ molécules.

2. Molécules dans le second groupe. Chaque cellule G2 comporte 10 chromosomes à deux chromatides, donc 20 molécules nucléaires complètes. Pour 10 cellules : $10\times20=200$ molécules.

3. Bilan de population. Les 30 cellules totalisent 400 molécules et une quantité d’ADN $20q+10\times2q=40q$. La quantité moyenne vaut $40q/30=4q/3$. Cela ne signifie pas que chaque cellule possède individuellement cette quantité intermédiaire.

4. Comparer à une cellule en anaphase. Une cellule entière non séparée possède 20 chromosomes à une chromatide ; chaque pôle reçoit normalement 10. La quantité totale reste 2q. Confondre cellule et pôle ferait changer la réponse d’un facteur deux.

5. Si deux noyaux se reforment sans cytodiérèse immédiate ? On peut avoir deux noyaux q dans une même cellule totalisant 2q. Le nombre de noyaux et le nombre de cellules ne sont pas interchangeables.

La figure présente un cycle modèle. La montée pendant S correspond à la réplication de l’ADN nucléaire. Les plateaux simplifient les phases où sa quantité est stable dans les hypothèses retenues ; la pente régulière n’impose pas un rythme exactement uniforme à toute cellule réelle.

La chute finale signifie que l’on passe d’un compte pour la cellule mère à un compte pour chaque cellule fille après séparation. Elle ne représente pas la destruction de la moitié de l’ADN. Le moment de partage nucléaire et celui de la cytodiérèse doivent être distingués si l’on utilise un autre document.

Les bâtonnets sont des symboles de chromatides complètes, pas des représentations détaillées d’une fourche en phase S. Le schéma oppose copies sœurs et homologues ; leurs trames aident à suivre une origine sans garantir l’identité de chaque base réelle.

Avant de lire une valeur, indiquez : ADN nucléaire, cellule entière ou noyau, moment du cycle et hypothèse d’absence d’erreur. Une valeur q ou 2q n’identifie pas à elle seule toutes les étapes possibles.