La métaphase est la troisième des cinq phases de la division cellulaire biologique, ou plus précisément, la division de ce qui se trouve à l'intérieur du noyau de cette cellule. Dans la plupart des cas, cette division est la mitose, qui est le moyen par lequel les cellules vivantes dupliquent leur matériel génétique (ADN ou acide désoxyribonucléique, dans toute vie sur Terre) et se divisent en deux cellules filles identiques. Les autres phases sont, dans l'ordre, la prophase, la prométaphase (cette partie est omise de nombreuses sources), l'anaphase et la télophase. La mitose est à son tour une partie du cycle de vie global des cellules, dont la majeure partie est passée en interphase. La métaphase pourrait être conçue comme une étape au cours de laquelle les éléments de la cellule qui va bientôt se diviser s'organisent en une formation soignée, comme un minuscule peloton militaire.

La plupart des cellules du corps sont des cellules somatiques, ce qui signifie qu'ils ne jouent aucun rôle dans la reproduction. Presque toutes ces cellules subissent une mitose, fournissant de nouvelles cellules pour la croissance, la réparation des tissus et d'autres besoins quotidiens. D'autre part, les gamètes, également appelés cellules germinales, résultent d'un processus de division cellulaire appelé méiose, qui est divisé en méiose I et méiose II. Chacun de ces éléments comprend à son tour sa propre métaphase, nommée de manière appropriée métaphase I et métaphase II. (Astuce: lorsque vous voyez l'une des phases de la division cellulaire suivie d'un nombre, votre source décrit la méiose plutôt que la mitose.)
L'ADN et la base de la génétique

Avant de discuter des détails d'un particulier étape dans la division du matériel génétique d'une cellule, il est utile de prendre du recul et de revoir ce qui se passe à l'intérieur des cellules pour même atteindre ce point.

L'ADN est l'un des deux acides nucléiques, l'autre étant l'acide ribonucléique (ARN ). Bien que l'ADN puisse être considéré comme le plus fondamental des deux, l'ADN est utilisé comme modèle pour la production d'ARN. D'un autre côté, l'ARN est plus polyvalent et se décline en plusieurs sous-types. Les acides nucléiques sont constitués de longs monomères (éléments répétés de structure identique) de nucléotides, chacun comprenant trois éléments: un sucre à cinq carbones sous forme de cycle, un groupe phosphate et une base riche en azote.

Ces nucléiques les acides diffèrent de trois façons principales: l'ADN est double brin, tandis que l'ARN est simple brin; L'ADN contient le sucre désoxyribose, tandis que l'ARN contient du ribose; et tandis que chaque nucléotide d'ADN a comme base azotée l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) ou la thymine (T), dans l'ARN, l'uracile (U) remplace la thymine. C'est cette variation des bases entre les nucléotides qui produit les différences entre les individus, et aussi ce qui permet au «code» génétique mis à profit par tous les organismes. Chaque séquence de base à trois nucléotides détient le code de l'un des 20 acides aminés, et les acides aminés sont assemblés ailleurs dans la cellule en protéines. Chaque bande d'ADN qui comprend tout le code nécessaire pour un seul produit protéique unique s'appelle un gène.
Présentation des chromosomes et de la chromatine

L'ADN dans les cellules existe sous la forme de chromatine, qui est une longue , substance linéaire constituée d'environ un tiers d'ADN et de deux tiers de molécules de protéines appelées histones. Ces protéines remplissent la fonction vitale de contraindre l'ADN à s'enrouler et à se tordre sur lui-même à un degré si remarquable qu'une seule copie de tout votre ADN dans chaque cellule, qui atteindrait 2 mètres de long si étiré de bout en bout, peut être pressée dans un espace de seulement un ou deux millionièmes de mètre de large. Les histones existent sous forme d'octamères ou de groupes de huit sous-unités. L'ADN s'enroule autour de chaque octamère d'histone à la manière d'un fil enroulé autour d'une bobine environ deux fois. Au microscope, cela donne à la chromatine un aspect régulier, avec de l'ADN "nu" alternant avec de l'ADN renfermant des noyaux d'histones. Chaque histone et l'ADN qui l'entoure constituent une structure appelée nucléosome.

Les chromosomes ne sont rien de plus que des morceaux de chromatine distincts. Les humains ont 23 chromosomes différents, 22 numérotés et un chromosome sexuel, X ou Y. Chaque cellule somatique de votre corps contient une paire de chaque chromosome, une de votre mère et une de votre père. Les chromosomes appariés (par exemple, le chromosome 8 de votre mère et le chromosome 8 de votre père) sont appelés chromosomes homologues, ou homologues. Celles-ci semblent très identiques au microscope, mais diffèrent considérablement en termes de séquences nucléotidiques.

Lorsque les chromosomes se répliquent ou se reproduisent en préparation de la mitose, le chromosome modèle reste joint au nouveau chromosome à un point appelé centromère. Les deux chromosomes joints identiques sont appelés chromatides. Les chromosomes sont généralement asymétriques le long de leur grand axe, ce qui signifie qu'il y a plus de matière d'un côté du centromère que de l'autre. Les segments les plus courts de chaque chromatide sont appelés bras p, tandis que les paires plus longues sont appelées bras q.
Le cycle cellulaire et la division cellulaire

Les procaryotes, dont la plupart sont des bactéries, reproduisent leurs cellules via un processus appelé fission binaire, qui ressemble à la mitose mais est considérablement plus simple en raison de la structure moins complexe de l'ADN bactérien et des cellules. Tous les eucaryotes, en revanche - les plantes, les animaux et les champignons - subissent à la fois la mitose et la méiose.

Une cellule eucaryote nouvellement créée commence un cycle de vie qui comprend les phases suivantes: G _{1 (première phase d'intervalle) ), S (phase synthétique), G 2 (deuxième phase de lacune) et mitose. Dans G 1, la cellule fait des doublons de chaque composant de la cellule à l'exception des chromosomes. Dans S, qui prend environ 10 à 12 heures et consomme environ la moitié du cycle de vie chez les mammifères, tous les chromosomes se répliquent, formant les chromatides sœurs comme décrit ci-dessus. Dans G 2, la cellule vérifie essentiellement son travail, balayant son ADN pour les erreurs résultant de la réplication. La cellule entre alors en mitose. De toute évidence, la fonction principale de chaque cellule est de reproduire des copies précises d'elle-même, le matériel génétique en particulier, et cela déplace tout l'organisme vers le maintien de la survie et la reproduction.}

Lorsque les chromosomes ne se divisent pas activement, ils existent comme desserrés formes d'eux-mêmes, devenant diffuses, plutôt comme de minuscules boules de poils. Ce n'est qu'au début de la mitose qu'ils se condensent dans les formes familières à quiconque regarde une micrographie de l'intérieur d'un noyau cellulaire prise pendant la division cellulaire.
Résumé de la mitose

Le G _{Les phases 1, S et G 2 sont appelées collectivement interphase. Le reste du cycle cellulaire concerne la division cellulaire - mitose dans les cellules somatiques, méiose dans les cellules spécialisées des gonades. Les étapes de la mitose et de la méiose sont appelées collectivement la phase M, ce qui peut potentiellement créer de la confusion.}

Dans tous les cas, dans la partie prophase de la mitose, qui est la plus longue des cinq étapes mitotiques, l'enveloppe nucléaire se désintègre et la le nucléole dans le noyau disparaît. Une structure appelée le centrosome se divise, et les deux centrosomes résultants se déplacent vers les côtés opposés de la cellule, dans une ligne perpendiculaire à celle le long de laquelle le noyau et la cellule vont bientôt se diviser. Les centrosomes étendent les structures protéiques appelées microtubules vers les chromosomes qui se sont condensés et s'alignent près du milieu de la cellule; ces microtubules forment collectivement le fuseau mitotique.

Dans la prométaphase, les chromosomes s'alignent à travers leurs centromères le long de la ligne de division, également appelée plaque de métaphase. Les fibres du fuseau des microtubules se connectent aux centromères à un endroit appelé le kinétochore.

La métaphase proprement dite (discutée en détail brièvement) est l'anaphase. Il s'agit de la phase la plus courte, et en elle, les chromatides sœurs sont séparées par les fibres du fuseau au niveau de leurs centromères et attirées vers les centrosomes opposés. Il en résulte la formation de chromosomes filles. Ceux-ci sont indiscernables des chromatides sœurs en plus de ne plus être joints par le centromère.

Enfin, en télophase, une membrane nucléaire se forme autour de chacune des deux nouvelles agrégations d'ADN (qui, rappelez-vous, se compose de 46 filles célibataires chromosomes par cellule en formation). Ceci termine la division nucléaire, et la cellule elle-même se divise ensuite dans un processus appelé cytokinèse.
Résumé de la méiose

La méiose chez l'homme se produit dans les cellules spécialisées des testicules chez l'homme et les ovaires chez la femme. Alors que la mitose crée des cellules identiques à l'original pour remplacer les cellules mortes ou contribuer à la croissance de l'organisme entier, la méiose génère des cellules appelées gamètes conçues pour fusionner avec des gamètes du sexe opposé dans le but de créer une progéniture. Ce processus est appelé fécondation.

La méiose est divisée en méiose I et méiose II. Comme la mitose, le début de la méiose I est précédé de la réplication des 46 chromosomes d'une cellule. Dans la méiose, cependant, après la dissolution de la membrane nucléaire en prophase, les chromosomes homologues s'associent côte à côte avec l'homologue dérivé du père de l'organisme d'un côté de la plaque de métaphase et celui de la mère de l'autre. Surtout, cet assortiment sur la plaque de métaphase se produit indépendamment - c'est-à-dire que 7 homologues fournis par des hommes pourraient se retrouver d'un côté et 16 homologues fournis par des femmes de l'autre, ou toute autre combinaison de nombres totalisant jusqu'à 23. En outre, le armes des homologues maintenant en contact avec le matériel commercial. Ces deux processus, assortiment et recombinaison indépendants, assurent la diversité de la progéniture et donc de l'espèce dans son ensemble.

Lorsque la cellule se divise, chaque cellule fille possède une copie répliquée des 23 chromosomes plutôt que les chromosomes fille créé dans la mitose. La méiose I n'implique donc pas de séparer les chromosomes au niveau de leurs centromères; les 46 centromères restent intacts au début de la méiose II.

La méiose II est essentiellement une division mitotique, car chacune des cellules filles de la méiose I se divise d'une manière qui voit les chromatides sœurs migrer vers les côtés opposés de la cellule . Le résultat des deux parties de la méiose est de quatre cellules filles en deux paires identiques différentes, chacune avec 23 chromosomes simples. Cela permet de préserver le nombre "magique" 46 lorsque les gamètes mâles et les gamètes femelles fusionnent.
Métaphase dans la mitose

Au début de la métaphase dans la mitose, les 46 chromosomes sont plus ou moins alignés avec les uns des autres, avec leurs centromères formant une ligne assez droite du haut de la cellule vers le bas (en prenant les positions des centrosomes comme étant les côtés gauche et droit). "Plus ou moins" et "assez", cependant, ne sont pas assez précis pour la symphonie de la division cellulaire biologique. Ce n'est que si la ligne à travers les centromères est exactement droite que les chromosomes se diviseront précisément en deux ensembles identiques, créant ainsi des noyaux identiques. Ceci est accompli en opposant les microtubules de l'appareil à fuseau en jouant une sorte de combat acharné, jusqu'à ce que chacun applique une tension suffisante pour maintenir en place le chromosome spécifique que chaque microtubule manipule. Cela ne se produit pas pour les 46 chromosomes à la fois; ceux fixés tôt oscillent légèrement autour de leur centromère jusqu'à ce que le dernier s'aligne, mettant la table pour l'anaphase.
Métaphase I et II dans la méiose

Dans la métaphase I de la méiose, la ligne de démarcation s'étend entre les paires chromosomes homologues, pas à travers eux. À la fin de la métaphase, cependant, deux autres lignes droites peuvent être visualisées, l'une passant par les 23 centromères d'un côté de la plaque de métaphase et l'autre passant par les 23 centromères de l'autre.

La métaphase II ressemble à la métaphase de la mitose, sauf que chaque cellule participante possède 23 chromosomes avec des chromatides non identiques (grâce à la recombinaison) plutôt que 46 avec des chromatides identiques. Après que ces chromatides non identiques soient correctement alignées, l'anaphase II suit pour les tirer aux extrémités opposées des noyaux filles.