10.5 La division de la cellule procaryote
Objectifs d’apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Décrire le processus de la fission binaire chez les procaryotes
- Expliquer comment FtsZ et la tubuline sont des exemples d’homologie
Les procaryotes, tels que les bactéries, produisent des cellules filles par fission binaire. Pour les organismes unicellulaires, la division cellulaire est le seul moyen de produire de nouveaux individus. Chez les cellules procaryotes et chez les cellules eucaryotes, le résultat de la reproduction cellulaire est une paire de cellules filles qui sont génétiquement identiques à la cellule mère. Chez les organismes unicellulaires, les cellules filles sont individuelles.
Certaines étapes sont nécessaires pour arriver à une progéniture clonée. L’ADN génomique doit être répliqué et ensuite réparti dans les cellules filles; le contenu cytoplasmique doit aussi être divisé entre les deux cellules pour leur donner la machinerie cellulaire nécessaire à leur survie. Comme nous l’avons vu avec les cellules bactériennes, le génome consiste en un chromosome circulaire unique; par conséquent, le processus de la division cellulaire est simplifié. La caryocinèse est inutile, parce qu’il n’y a pas de véritable noyau et il n’est donc pas nécessaire de diriger une copie des multiples chromosomes dans chaque cellule fille. Ce type de division cellulaire s’appelle la fission binaire (procaryote).
Fission binaire
En raison de la simplicité relative des procaryotes, la division cellulaire est un processus moins compliqué et beaucoup plus rapide que la division cellulaire des eucaryotes. Si vous vous rappelez l’information générale sur la division cellulaire dont nous avons parlé au début de ce chapitre, le chromosome circulaire unique des bactéries occupe une position particulière dans la cellule, la région nucléoïde (Figure 10.2). Bien que l’ADN du nucléoïde soit associé à des protéines qui aident à donner une taille compacte à la molécule, il n’y a pas de protéines histones et donc les procaryotes n’ont pas de nucléosomes. Chez les bactéries, les protéines de compactage sont toutefois apparentées aux cohésines et condensines qui interviennent dans la compaction du chromosome chez les eucaryotes.
Le chromosome bactérien est attaché à la membrane plasmatique à peu près au point médian de la cellule. La réplication, ou l’origine, commence à proximité du site où le chromosome se lie à la membrane plasmatique (Figure 10.17). La réplication de l’ADN est bidirectionnelle, les deux brins de la boucle s’écartant simultanément de l’origine. À mesure que les deux brins se forment, chaque point d’origine s’écarte en se détachant de la paroi cellulaire pour se diriger vers le côté opposé de la cellule. La cellule s’allonge et la membrane croissante aide au transport des chromosomes. Une fois que les chromosomes ont libéré le point médian de la cellule allongée, la séparation cytoplasmique commence. La formation d’un anneau constitué d’unités répétitives d’une protéine appelée FtsZ (abréviation de l’anglais filamenting temperature-sensitive mutant Z, ou « mutant Z thermosensible filamenteux ») dirige la partition entre les nucléoïdes. La formation de l’anneau de FtsZ déclenche l’accumulation d’autres protéines qui travaillent ensemble pour rassembler sur le site les matériaux nécessaires à la nouvelle membrane et la nouvelle paroi cellulaire. Un septum se forme entre les nucléoïdes des cellules filles, s’allongeant graduellement de la périphérie vers le centre de la cellule. Lorsque les nouvelles parois cellulaires sont en place, les cellules filles se séparent.
Lien avec l’évolution
Fuseau mitotique
La précision du moment et de la formation du fuseau mitotique est critique au succès de la division cellulaire des eucaryotes. Les cellules procaryotes, quant à elles, ne subissent pas de caryocinèse et n’ont donc pas besoin d’un fuseau mitotique. Toutefois, la protéine FtsZ, qui joue un rôle essentiel dans la cytocinèse procaryote, possède une structure et une fonction très similaires à celles de la tubuline, le matériau de construction des microtubules à la base des fibres du fuseau mitotique nécessaires à la division nucléaire des eucaryotes. Les protéines FtsZ peuvent former des filaments, des anneaux et d’autres structures tridimensionnelles d’une façon très similaire à celle qu’utilise la tubuline pour former les microtubules, les centrioles et divers composants du cytosquelette. De plus, la FtsZ et la tubuline utilisent toutes les deux la même source d’énergie, la GTP (guanosine triphosphate), pour rapidement assembler et démonter des structures complexes.
La FtsZ et la tubuline sont considérées comme des structures homologues dérivées d’origines évolutives communes. Dans cet exemple, la FtsZ est l’ancêtre de la tubuline (une protéine dérivée de l’évolution). Alors que les deux protéines sont présentes dans des organismes qui existent encore aujourd’hui, la fonction de la tubuline a évolué et s’est diversifiée énormément depuis son évolution de la FtsZ procaryote originale. Un relevé des composants de l’assemblage mitotique présents dans des eucaryotes unicellulaires actuels révèle l’existence d’étapes intermédiaires cruciales aux complexes génomes délimités par une membrane des eucaryotes multicellulaires (Tableau 10.3).
Tableau 10.3 Appareil de division cellulaire de divers organismes
| Structure du matériel génétique | Division du matériel nucléaire | Séparation des cellules filles | |
|---|---|---|---|
| Procaryotes | Il n’y a pas de noyau. Le chromosome circulaire unique existe dans une région du cytoplasme appelée le nucléoïde. | Se produit grâce à la fission binaire. À mesure que le chromosome est répliqué, les deux copies se déplacent vers des côtés opposés de la cellule grâce à un mécanisme inconnu. | Les protéines FtsZ s’assemblent en un anneau qui pince la cellule en deux. |
| Quelques protistes | Des chromosomes linéaires sont présents dans le noyau. | Les chromosomes s’attachent à l’enveloppe nucléaire qui demeure intacte. Le fuseau mitotique passe à travers l’enveloppe et allonge la cellule. Absence de centriole. | Les microfilaments forment un sillon de division qui pince la cellule en deux. |
| D’autres protistes | Des chromosomes linéaires enroulés autour de protéines histones sont présents dans le noyau. | Un fuseau mitotique se forme à partir des centrioles et passe à travers la membrane nucléaire qui demeure intacte. Les chromosomes s’attachent au fuseau mitotique, qui sépare à son tour les chromosomes et allonge la cellule. | Les microfilaments forment un sillon de division qui pince la cellule en deux. |
| Cellules animales | Des chromosomes linéaires sont présents dans le noyau. | Un fuseau mitotique se forme à partir des centrosomes. L’enveloppe nucléaire se dissout. Les chromosomes s’attachent au fuseau mitotique, qui sépare à son tour les chromosomes et allonge la cellule. | Les microfilaments forment un sillon de division qui pince la cellule en deux. |
