Les gamètes, également appelés cellules sexuelles ou cellules germinales, sont uniques parmi les nombreux types de cellules de votre corps pour n'avoir que 23 chromosomes, soit la moitié du nombre de vos autres cellules. Les cellules de tous les jours dans les tissus de votre corps ont deux copies de chaque chromosome, une de chacun de vos parents. Les chromosomes humains sont numérotés de 1 à 22, avec le chromosome restant, un chromosome sexuel, assigné une lettre au lieu d'un nombre - "X" ou "Y". Les copies appariées des chromosomes - c'est-à-dire les chromosomes avec le même numéro attribué, comme le chromosome 11 ou le chromosome 18 - sont appelées chromosomes homologues, et elles se ressemblent au microscope même si elles diffèrent au niveau de leur composition précise d'ADN. C'est-à-dire que la copie du chromosome 9 que vous avez reçue de votre mère ressemble à la copie du chromosome 9 que vous avez reçue de votre père, et ainsi de suite pour les autres chromosomes.
Comme vous l'avez peut-être deviné ou appris des recherches précédentes , vos cellules de tous les jours ont une copie entière de l'ADN fourni par les chromosomes de chacun de vos parents car, environ neuf mois avant votre naissance, une cellule de votre mère et une cellule de votre père se sont réunies pour créer la cellule qui est finalement devenue la personne que vous êtes maintenant. Mais si chacune de ces cellules de vos parents avait porté 46 chromosomes, comme la plupart des cellules humaines, vos cellules en auraient 92. Le processus unique de formation de gamètes dans la méiose est à la fois ce qui préserve le nombre de chromosomes à travers les générations et assure la diversité génétique, un trait qui est vital pour la survie de toute espèce.
Bases de la division cellulaire
L'acide désoxyribonucléique (ADN) sert de matériel génétique à tous les êtres vivants. (Le «matériel génétique» dans ce contexte fait référence à un ensemble complet d'informations codées chimiquement qui peuvent être transmises à la progéniture, c'est-à-dire qui sont héréditaires.) Chez les procaryotes, un groupe à toutes fins utiles synonyme de bactéries, cette information génétique existe généralement dans la forme d'un anneau, ce qui signifie que les bactéries possèdent un seul chromosome circulaire (plus d'informations sur ces structures bientôt). Cet ADN ne fait pas partie d'un noyau, car les procaryotes n'ont pas d'organites internes enfermés par des membranes plasmiques doubles.
Les organismes eucaryotes (plantes, animaux et champignons) ont de l'ADN enfermé dans une double membrane, formant le noyau qui est L'ADN des eucaryotes est divisé en morceaux discrets appelés chromosomes, qui sont également emballés avec des protéines structurales distinctes. Comme indiqué ci-dessus, les cellules humaines, à l'exception des gamètes, ont 46 chromosomes. Les organismes eucaryotes possèdent également des mitochondries, des organites en forme de cigare qui auraient fonctionné il y a plus d'un milliard d'années en tant que bactéries autonomes à part entière; ceux-ci sont impliqués dans la respiration aérobie, mais possèdent également leur propre ADN.
L'ADN, en plus d'être la présentation caractéristique des chromosomes, est fonctionnellement divisé en gènes, qui sont des longueurs d'ADN qui portent le code pour un "specific protein product.", 3, [[Dans un processus appelé transcription, l'ADN est utilisé comme modèle pour synthétiser une molécule similaire appelée ARN messager (ARNm). Cette molécule migre ensuite hors du noyau (chez les eucaryotes) et vers les ribosomes qui se trouvent dans le cytoplasme cellulaire. Ici, l'ARNm est utilisé pour fabriquer des protéines à partir d'acides aminés dans un processus appelé traduction.
Plus précisément si cette discussion, l'ADN subit également une réplication, ce qui signifie simplement qu'il fait une copie de lui-même. L'ADN de chaque cellule le fait dans son intégralité exactement une fois comme précurseur de la division cellulaire. C'est-à-dire que, chez l'homme, les 46 chromosomes humains, dont chacun contient une seule molécule d'ADN très longue, se répliquent avant que la division cellulaire puisse se produire.
La division cellulaire bactérienne est souvent appelée fission binaire et implique l'organisme unicellulaire divisant simplement en deux pour faire une paire de copies identiques à l'organisme parent. La fission binaire est une forme de reproduction asexuée, ce qui signifie qu'aucun mélange de matériel génétique entre différentes bactéries ne se produit dans le cadre du processus de reproduction normal. La division cellulaire eucaryote, en revanche, prend deux formes. Dans la mitose, le processus ressemble beaucoup à celui de la fission bactérienne, bien que plus compliqué en raison de la plus grande complexité des cellules eucaryotes. Dans la méiose, cependant, le mécanisme est subtilement mais puissamment différent.
Cellules de gamètes
Les gamètes sont produits dans les gonades des animaux - testicules chez les hommes et ovaires chez les femmes. Aussi appelés cellules sexuelles ou cellules germinales, ces gamètes portent des noms différents dans différents organismes. Chez les mâles, les gamètes sont appelés spermatocytes, tandis que chez les femelles, ils sont appelés ovocytes.
Comme indiqué, les gamètes ont une copie de chaque chromosome numéroté et un chromosome sexuel. Chacun de ces chromosomes est une mosaïque, ou patchwork, du matériau des chromosomes correspondants de la mère et du père de l'organisme. Autrement dit, la copie du chromosome 14 qui se trouve dans l'un des gamètes que votre propre corps produit représente un mélange du matériel de la copie du chromosome 14 que vous avez hérité de votre père et du matériel de la copie du chromosome 14 que vous avez hérité de votre mère. , et de même pour le reste de vos chromosomes. De plus, chaque gamète produit par vos gonades est un mélange unique de vos chromosomes maternel et paternel. Si tel n'était pas le cas, tous les enfants résultant de l'union d'un couple donné auraient exactement la même apparence car chaque enfant résulterait de la fusion de gamètes génétiquement indiscernables. Cela implique que la formation de gamètes individuels, appelée gamétogenèse, comprend une ou plusieurs étapes qui fonctionnent avec un certain degré de hasard. En fait, il y a deux de ces étapes distinctes, explorées dans une section suivante.
Chromosomes
Avant d'entreprendre une description de la formation des gamètes, il est utile d'explorer les chromosomes plus en détail car c'est ce qui sera finalement pris à part, tourné autour et réassemblé pendant la reproduction cellulaire.
Les chromosomes sont constitués de segments distincts de chromatine, qui chez les eucaryotes est un matériau composé d'un mélange d'ADN et de protéines appelées histones. Les histones se regroupent en groupes de huit sous-unités appelées octamères, et l'ADN dans la chromatine associée s'enroule autour de chaque octamère d'histone comme un fil s'enroule autour d'une bobine, faisant environ deux révolutions par octamère. Cela condense la chromatine de sa forme linéaire dans une certaine mesure, mais c'est l'empilement successif de ces complexes ADN-octamères, appelés nucléosomes, qui permet vraiment à la chromatine d'être super-condensée. Une copie entière de vos sites d'ADN dans chacune de vos cellules, mais étiré en ligne droite, cet ADN atteindrait jusqu'à 6 pieds de long.
Vos 23 paires de chromosomes ne contiennent pas des quantités égales de chromatine et leur taille varie considérablement. Lorsque l'ADN se réplique, chaque chromosome reste lié à une position fixe à la copie qui vient d'être faite. Ce point est appelé un centromère, et les deux copies identiques de chaque chromosome sont appelées chromatides sœurs. Le centromère, malgré son nom, n'est généralement pas au milieu des chromatides qu'il relie, mais vers une extrémité - ce qui permet de distinguer plus facilement les chromosomes numérotés les uns des autres au microscope. Les portions de chromatide les plus courtes à une extrémité du centromère sont appelées les bras p, tandis que les bras plus longs sont appelés les bras q.
Gamétogenèse: mitose versus méiose I et II
La mitose est le terme pour division cellulaire qui produit un ADN de cellule fille identique au parent et entre eux. La méiose, d'autre part, se traduit par des cellules filles qui sont génétiquement uniques et distinctes les unes des autres.
Peu avant la mitose, qui est divisée par commodité en quatre phases (prophase, métaphase, anaphase et télophase), la les chromosomes cellulaires, qui reposent généralement sur un amas lâche comme un fil jeté négligemment, se répliquent (jusqu'à ce point, chacun existe comme une seule chromatide linéaire) et commencent à se condenser en leurs formes caractéristiques. Ils migrent ensuite vers le milieu de la cellule et s'assemblent en une ligne de 46, les extrémités d'un ensemble de chromatides étant adjacentes aux extrémités de celles du chromosome suivant. Les microtubules s'étendant perpendiculairement à la ligne formée par les chromosomes se fixent aux côtés des chromosomes et les séparent, de sorte que chaque cellule fille nouvellement formée reçoit une chromatide sœur de chacun des 46 chromosomes. La cellule finit de se diviser et forme de nouvelles membranes autour des nouveaux noyaux et des deux nouvelles cellules dans leur ensemble.
Dans la méiose, le processus commence par une réplication complète de l'ADN des 46 chromosomes, comme dans la mitose. Dans les cellules testiculaires et ovariennes ciblées pour la production de gamètes, cependant, la façon dont les chromosomes s'alignent le long de l'axe de division est très différente. Dans la méiose I, les chromosomes homologues se "retrouvent" et se lient pour produire une structure avec deux chromosomes côte à côte, l'un de la mère et l'autre du père, appelé bivalent. Les chromosomes homologues se touchant, ils échangent des parties de leur ADN entre eux. Par exemple, une quantité donnée d'ADN sur le bras long de la copie du chromosome 6 de la mère (étiquetée q6) pourrait se retrouver à l'endroit correspondant sur le chromosome du père et accepter la section du père de q6 à sa place. C'est ce qu'on appelle le croisement, et c'est l'un des deux principaux facteurs propulsant la diversité génétique qui résulte de la méiose.
De plus, lorsque les bivalents s'alignent le long de la ligne de division cellulaire, le chromosome dupliqué de la mère est d'un côté , tandis que le père est de l'autre. Cependant, lequel atterrit de quel côté est complètement aléatoire par rapport à tous les 22 autres chromosomes. Ceci est appelé assortiment indépendant et contribue également puissamment à la diversité génétique des organismes reproducteurs sexuellement. En fait, le nombre d'arrangements bivalents possibles est 2 élevé à la 23e puissance - environ 8,4 millions de combinaisons différentes.
Lorsque cette cellule se divise, complétant la méiose I, le résultat est deux cellules non identiques contenant 23 paires de les chromatides se sont jointes à leurs centromères. Ces chromatides, bien que très similaires, ne sont pas des chromatides sœurs, en raison du phénomène de croisement dans la méiose I détaillé ci-dessus. Ces deux cellules filles subissent alors immédiatement une autre division cellulaire, celle-ci ressemblant à la mitose en ce que les chromatides sont séparées au niveau des centromères et séparées. Rappelons, cependant, que cette ligne de chromosomes en division n'est que de 23, et non 46, en raison de la façon dont les chromosomes s'associent dans la méiose I. Cela signifie que chacune des quatre cellules filles résultant de la méiose a 23 chromosomes, l'haploïde humain nombre. 46 est considéré comme le nombre diploïde.
Une brève note sur l'ovogenèse et la spermatogenèse
Les spermatozoïdes, les spermatozoïdes porteurs de flagelles et "nageurs" qui transportent les spermatocytes, sont clairement différents des ovules. De même, la formation de gamètes chez les mâles (spermatogenèse) est différente de celle chez les femelles (oogenèse). Par exemple, chaque méiose chez les femelles entraîne une cellule fille, et non quatre comme dans la spermatogenèse. La méiose chez les femmes n'est initiée qu'une seule fois au cours de la vie d'une femme, les ooctyes qui en résultent atteignant la maturation environ une fois tous les 28 jours au cours de la vie fertile d'une femme. Les spermatocytes, en revanche, subissent à plusieurs reprises les divisions de type mésose de la méiose II pour produire une bien plus grande abondance de gamètes totaux au cours de la vie d'un homme.
