10.5 : Division des cellules procaryotes

Compétences à développer

• Décrire le processus de fission binaire chez les procaryotes
• Expliquer en quoi les protéines FTSz et tubuline sont des exemples d'homologie

Les procaryotes, tels que les bactéries, se propagent par fission binaire. Pour les organismes unicellulaires, la division cellulaire est la seule méthode permettant de produire de nouveaux individus. Dans les cellules procaryotes et eucaryotes, le résultat de la reproduction cellulaire est une paire de cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère. Dans les organismes unicellulaires, les cellules filles sont des individus.

Pour obtenir le résultat d'une progéniture clonée, certaines étapes sont essentielles. L'ADN génomique doit être répliqué puis réparti dans les cellules filles ; le contenu cytoplasmique doit également être divisé pour donner aux deux nouvelles cellules les mécanismes nécessaires à la vie. Dans les cellules bactériennes, le génome est constitué d'un seul chromosome d'ADN circulaire ; le processus de division cellulaire est donc simplifié. La caryocinèse n'est pas nécessaire parce qu'il n'y a pas de noyau et qu'il n'est donc pas nécessaire de diriger une copie des multiples chromosomes dans chaque cellule fille. Ce type de division cellulaire est appelé fission binaire (procaryote).

Fission binaire

En raison de la relative simplicité des procaryotes, le processus de division cellulaire, appelé fission binaire, est un processus moins compliqué et beaucoup plus rapide que la division cellulaire chez les eucaryotes. Le chromosome d'ADN circulaire unique des bactéries n'est pas enfermé dans un noyau, mais occupe un endroit précis, le nucléoïde, au sein de la cellule (Figure\(\PageIndex{1}\)). Bien que l'ADN du nucléoïde soit associé à des protéines qui aident à conditionner la molécule dans une taille compacte, il n'existe aucune protéine histone et donc aucun nucléosome chez les procaryotes. Les protéines d'emballage des bactéries sont cependant liées aux protéines de cohésine et de condensine impliquées dans le compactage des chromosomes chez les eucaryotes.

Le chromosome bactérien est fixé à la membrane plasmique à peu près au milieu de la cellule. Le point de départ de la réplication, l'origine, est proche du site de liaison du chromosome à la membrane plasmique (Figure\(\PageIndex{1}\)). La réplication de l'ADN est bidirectionnelle, s'éloignant de l'origine sur les deux brins de la boucle simultanément. Au fur et à mesure que les nouveaux brins doubles se forment, chaque point d'origine s'éloigne de la fixation de la paroi cellulaire vers les extrémités opposées de la cellule. Au fur et à mesure que la cellule s'allonge, la membrane en croissance facilite le transport des chromosomes. Une fois que les chromosomes ont atteint le point médian de la cellule allongée, la séparation cytoplasmique commence. La formation d'un cycle composé d'unités répétitives d'une protéine appelée fTSz dirige la partition entre les nucléoïdes. La formation de l'anneau FtsZ déclenche l'accumulation d'autres protéines qui agissent ensemble pour recruter de nouveaux matériaux de membrane et de paroi cellulaire sur le site. Un septum se forme entre les nucléoïdes et s'étend progressivement de la périphérie vers le centre de la cellule. Lorsque les nouvelles parois cellulaires sont en place, les cellules filles se séparent.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Ces images montrent les étapes de la fission binaire chez les procaryotes. (crédit : modification de l'œuvre par « Mcstrother » /Wikimedia Commons)

Evolution Connection : appareil à broche mitotique

Le moment précis et la formation du fuseau mitotique sont essentiels au succès de la division cellulaire eucaryote. Les cellules procaryotes, quant à elles, ne subissent pas de caryokinèse et n'ont donc pas besoin de fuseau mitotique. Cependant, la protéine FtsZ, qui joue un rôle si vital dans la cytokinèse procaryote, est structurellement et fonctionnellement très similaire à la tubuline, l'élément constitutif des microtubules qui constituent les fibres fusiformes mitotiques nécessaires aux eucaryotes. Les protéines FtsZ peuvent former des filaments, des anneaux et d'autres structures tridimensionnelles qui ressemblent à la façon dont la tubuline forme les microtubules, les centrioles et divers composants du cytosquelette. De plus, le FTSz et la tubuline utilisent la même source d'énergie, le GTP (guanosine triphosphate), pour assembler et démonter rapidement des structures complexes.

La FTSz et la tubuline sont des structures homologues dérivées d'origines évolutives communes. Dans cet exemple, la fTSz est la protéine ancêtre de la tubuline (une protéine moderne). Bien que les deux protéines soient présentes dans les organismes existants, la fonction de la tubuline a considérablement évolué et s'est diversifiée depuis son origine procaryote FtsZ. Une étude des composants de l'assemblage mitotique trouvés chez les eucaryotes unicellulaires actuels révèle des étapes intermédiaires cruciales pour les génomes complexes entourés de membranes des eucaryotes multicellulaires.

Tableau\(\PageIndex{1}\) : Appareil de division cellulaire entre divers organismes

	Structure du matériel génétique	Division des matières nucléaires	Séparation des cellules filles
Procaryotes	Il n'y a pas de noyau. Le chromosome circulaire unique existe dans une région du cytoplasme appelée nucléoïde.	Se produit par fission binaire. Au fur et à mesure que le chromosome est répliqué, les deux copies se déplacent vers les extrémités opposées de la cellule par un mécanisme inconnu.	Les protéines FtsZ s'assemblent en un anneau qui pince la cellule en deux.
Certains protistes	Des chromosomes linéaires existent dans le noyau.	Les chromosomes se fixent à l'enveloppe nucléaire, qui reste intacte. Le fuseau mitotique traverse l'enveloppe et allonge la cellule. Il n'existe pas de centrioles.	Les microfilaments forment un sillon de clivage qui pince la cellule en deux.
Autres protistes	Des chromosomes linéaires existent dans le noyau.	Un fuseau mitotique se forme à partir des centrioles et traverse la membrane nucléaire, qui reste intacte. Les chromosomes se fixent au fuseau mitotique, qui sépare les chromosomes et allonge la cellule.	Les microfilaments forment un sillon de clivage qui pince la cellule en deux.
Cellules animales	Des chromosomes linéaires existent dans le noyau.	Un fuseau mitotique se forme à partir des centrosomes. L'enveloppe nucléaire se dissout. Les chromosomes se fixent au fuseau mitotique, qui sépare les chromosomes et allonge la cellule.	Les microfilaments forment un sillon de clivage qui pince la cellule en deux.

 

Résumé

Dans la division cellulaire procaryote et eucaryote, l'ADN génomique est répliqué, puis chaque copie est attribuée à une cellule fille. De plus, le contenu cytoplasmique est divisé uniformément et distribué aux nouvelles cellules. Cependant, il existe de nombreuses différences entre la division des cellules procaryotes et eucaryotes. Les bactéries possèdent un seul chromosome d'ADN circulaire, mais aucun noyau. Par conséquent, la mitose n'est pas nécessaire à la division cellulaire bactérienne. La cytokinèse bactérienne est dirigée par un cycle composé d'une protéine appelée fTSz. La croissance de la membrane et de la paroi cellulaire à partir de la périphérie des cellules entraîne la formation d'un septum qui finit par construire les parois cellulaires distinctes des cellules filles.

Lexique

fission binaire

processus de division cellulaire procaryote

FTSZ

Composant protéique semblable à la tubuline du cytosquelette procaryote qui joue un rôle important dans la cytokinèse procaryote (nom d'origine : F filamentant à la température- est un mutant sensible à la température)

origine

(également, ORI) région du chromosome procaryote où commence la réplication (origine de la réplication)

septum

structure formée dans une cellule bactérienne en tant que précurseur de la séparation de la cellule en deux cellules filles