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Formation des gamètes : la méiose.

 

Tu dois devenir capable de :

Objectifs

Savoir

  • expliquer l’importance du phénomène de méiose ;

  • décrire les phases de la méiose ;

  • décrire l’appareil sexuel masculin ;

  • décrire la spermatogenèse ;

  • décrire l’ovogenèse ;

  • décrire le déroulement de la fécondation.

Savoir faire

  • légender un schéma de la méiose ;

  • comparer la spermatogenèse et l’ovogenèse dans un tableau synthétique

Mots Clefs

méiose

gamète

diploïde

haploïde

chromosomes homologues

tétrade

ovocyte

ovogonie

spermatogonie

spermatozoïde

globule polaire


Le problème posé par la fécondation.

Chaque cellule de l’organisme humain contient 46 chromosomes. Lors de la fécondation, deux cellules —l’ovocyte et le spermatozoïde— fusionnent. La cellule œuf résultante reçoit tous les chromosomes de l’ovocyte et tous les chromosomes du spermatozoïde.

  1. Que peut-on conclure, à propos du nombre de chromosomes de l’œuf, de la description de la fécondation présentée ci-dessus ?

  2. Quel problème cela pose-t-il ?

Activités sur la méiose.

Pour que le nombre de chromosomes, caractéristique de l’espèce soit conservé, il faut qu’avant la rencontre, le nombre de chromosomes de chacune des cellules reproductrices soit divisé par deux.

La réduction du nombre de chromosomes a lieu lors du phénomène appelé « la méiose ».

Toutes les activités qui suivent font appel à la lecture du texte du paragraphe "Description de la méiose".

  1. Indique sur l’illustration des flèches montrant l’ordre de succession des événements qui se déroulent durant la méiose.

  2. Référence chacun des schémas ou groupes de schémas de cette illustration par un numéro ; annote le texte avec ces numéros.

  3. A quel endroit du texte le problème du nombre de chromosomes indiqué dans le paragraphe « Le problème posé par la fécondation. » est-il évoqué ?

  4. Chaque individu contient pour chaque paire, un chromosome d’origine maternelle et un chromosome d’origine paternelle. Sur le schéma, colorie en bleu les chromosomes d’origine paternelle et en rose les chromosomes d’origine maternelle. Compare ensuite ton coloriage avec celui de tes voisin(e)s. Que peut-on en conclure quant aux chromosomes fournis aux cellules reproductrices ?

  5. Etablis un tableau comparatif entre les phénomènes de mitose et de méiose. Ce tableau sera du type suivant :

Critère de comparaison
Mitose
Méiose
...
...
...
     

Description de la méiose.

Méiose
La méiose se produit au cours de la spermatogenèse et de l'ovogenèse (formation des ovules chez la femme). La méiose est un type de division nucléaire particulier aux gamètes. Dans la mitose (le processus de division des autres cellules de l'organisme), les chromosomes répliqués sont distribués également aux deux cellules filles. Chacune des cellules filles reçoit donc un jeu de chromosomes identique à celui de la cellule mère. La méiose se compose quant à elle de deux divisions nucléaires successives sans réplication des chromosomes entre les divisions. On obtient donc quatre cellules filles plutôt que deux, et chacune de ces cellules possède la moitié moins de chromosomes que la cellule mère. (La racine grecque méiôn signifie « moins ».)
La plupart des cellules de l'organisme (l'ovule fécondé et toutes les cellules qui dérivent de celui-ci par mitose) renferment le nombre diploïde de chromosomes, ou 2n chromosomes. Chez les humains, ce nombre est 46, et les cellules diploïdes contiennent 23 paires de chromosomes semblables appelés chromosomes homologues. Chaque paire se compose d'un membre qui provient du père (chromosome paternel) et d'un membre qui provient de la mère (chromosome maternel). Les deux chromosomes d'une même paire se ressemblent et portent des gènes qui codent pour les mêmes traits, mais pas nécessairement pour la même expression de ces traits. Prenons par exemple les gènes homologues qui déterminent l'expression des taches de rousseur: le gène porté par le chromosome paternel peut coder pour la présence d'un grand nombre de taches de rousseur, alors que le gène porté par le chromosome maternel peut coder pour leur absence totale.
Les gamètes renferment seulement 23 chromosomes, c'est-à-dire le nombre haploïde de chromosomes, ou n chromosomes ; ils ne possèdent qu'un seul membre de chaque paire de chromosomes homologues. Il est facile de comprendre l'importance de cette division par deux (de 2n à n) du nombre de chromosomes dans les gamètes: en effet, elle permet à l'union du spermatozoïde et de l'ovule, qui forme l'ovule fécondé, ou zygote, de rétablir le nombre diploïde de chromosomes (46), caractéristique des cellules somatiques du corps humain.
Les deux divisions nucléaires qui composent la méiose, la méiose I et la méiose II, sont divisées en phases afin d'en faciliter l'étude. Bien que ces phases portent les mêmes noms que les phases de la mitose (prophase, métaphase, anaphase et télophase), les événements de la méiose I diffèrent considérablement de ceux de la mitose [...].
Avant une mitose, tous les chromosomes sont répliqués. Durant toute la prophase et jusqu'à leur alignement au cours de la métaphase, les copies identiques restent ensemble, sous forme de chromatides soeurs unies par un centromère. Au moment de l'anaphase, les centromères se divisent et les chromatides se séparent afin de migrer vers les pôles opposés de la cellule. Chaque cellule fille hérite donc d'une copie de chacun des chromosomes de la cellule mère. Voyons maintenant en quoi la méiose se distingue de la mitose.
Méiose I. Comme dans la mitose, les chromosomes se répliquent avant le début de la méiose. La prophase de la méiose est toutefois marquée par un phénomène absent au cours de la mitose: les chromosomes répliqués recherchent leurs chromosomes homologues et s'accolent à eux sur toute leur longueur. [...] Comme chaque chromosome est formé de deux chromatides soeurs, on peut donc observer de petits groupes de quatre chromatides appelés tétrades. [...]
Au cours de la métaphase I, les tétrades s'alignent à l'équateur du fuseau de division. Cet alignement se fait au hasard, c'est-à-dire qu'on peut trouver des chromosomes maternels et paternels de chaque côté de l'équateur.
Au cours de l'anaphase I, les tétrades se séparent mais les chromatides soeurs (dyade) de chaque chromosome homologue restent réunies par leurs centromères puisque, contrairement à ce qui se produit durant l'anaphase de la mitose, les centromères ne se divisent pas. À la fin de la méiose I, on se trouve donc devant la situation suivante: chaque cellule fille possède deux copies d'un membre de chaque paire de chromosomes homologues (le chromosome maternel ou le chromosome paternel) et aucune copie de l'autre membre; chaque cellule fille possède la quantité diploïde d'ADN mais le nombre haploïde de chromosomes, puisque les chromatides soeurs unies sont considérées comme un seul chromosome. Étant donné que la méiose I diminue le nombre de chromosomes de 2n à n, on l'appelle aussi division réductionnelle de la méiose.
Méiose II. La deuxième division méiotique, ou méiose II, est identique à la mitose, sauf que les chromosomes ne se répliquent pas avant qu'elle commence. Les chromatides présentes dans les deux cellules filles de la méiose I sont simplement partagées entre les quatre cellules grâce à la division des centromères. Étant donné que les chromatides sont réparties également dans les cellules filles (comme dans la mitose), la méiose II est aussi appelée division équationnelle de la méiose.

D’après Marieb E.,
Anatomie et physiologie humaine (p. 938),
De Boeck, Bruxelles, 1993
.

Schémas illustrant la méiose.

Description de la production des gamètes chez l’être humain.

Description du système génital masculin.

  1. A l’aide du texte ci-dessous, rétablis la légende du schéma ci-contre.

  2. A l’aide du texte ci-dessous, établis un tableau récapitulatif des rôles des différentes parties de système génital masculin.

 Epididyme
L'épididyme, une structure en forme de virgule, est formé d'un conduit pelotonné de 6 m de long . Sa tête, qui reçoit les spermatozoïdes des canalicules efférents, recouvre la face supérieure du testicule [...].

Les spermatozoïdes immatures et pratiquement immobiles qui quittent le testicule séjournent un certain temps dans l'épididyme. Au cours de leur transport dans l'épididyme (un parcours sinueux qui prend 20 jours environ), les spermatozoïdes deviennent mobiles et féconds.

Quand la stimulation sexuelle conduit à l'éjaculation, le muscle lisse des parois de l'épididyme se contracte vigoureusement, ce qui expulse les spermatozoïdes présents dans la queue de l'épididyme vers un autre segment des voies spermatiques, le conduit déférent.

Conduit déférent
Le conduit déférent (deferre = porter) mesure 45 cm de long. Il s'étend vers le haut à partir de l'épididyme et passe dans le canal inguinal pour entrer dans la cavité pelvienne. [...] Le conduit déférent se courbe ensuite au-dessus de l'uretère, avant de redescendre le long de la face postérieure de la vessie. Son extrémité terminale s'élargit pour former l'ampoule du conduit déférent et s'unit au conduit excréteur de la vésicule séminale (une glande) pour former le court conduit éjaculateur. Chaque conduit éjaculateur pénètre dans la prostate, où il déverse son contenu dans l'urètre. La principale fonction du conduit déférent est de conduire les spermatozoïdes vivants de leurs sites de stockage, l'épididyme et la portion distale du conduit déférent, jusqu'à l'urètre. Au moment de l'éjaculation, les épaisses couches de muscle lisse de ses parois créent des ondes péristaltiques qui poussent rapidement les spermatozoïdes vers l'urètre.

[...] la première partie du conduit déférent est localisée dans le sac scrotal, puis le conduit déférent monte vers la cavité abdomino-pelvienne à l'intérieur du cordon spermatique. Certains hommes qui désirent assumer l'entière responsabilité de la contraception subissent une vasectomie (le conduit déférent est parfois appelé vas deferens). Au cours de cette petite intervention chirurgicale, le chirurgien pratique une incision dans le scrotum, sectionne le conduit déférent, puis le ligature ou le cautérise. Des spermatozoïdes seront produits pendant plusieurs années encore, mais ils ne pourront plus atteindre l'extérieur du corps. Les spermatozoïdes finissent par se détériorer et se résorber.

Urètre
L'urètre, la portion terminale des voies spermatiques, fait partie du système urinaire et du système génital : selon les circonstances, il transporte l'urine ou le sperme jusqu'à l'extrémité du pénis. [...]

Glandes annexes
Les glandes annexes sont les deux vésicules séminales, les deux glandes bulbo-urétrales et la prostate. Ces glandes produisent la majeure partie du sperme (composé des spermatozoïdes et des sécrétions des glandes et des conduits annexes).

Vésicules séminales
Les vésicules séminales reposent sur la paroi postérieure de la vessie. Ce sont d'assez grosses glandes, chacune ayant approximativement la forme et la longueur d'un doigt (5 à 7 cm). Leur sécrétion, qui constitue environ 60 % du volume du sperme, est un liquide alcalin visqueux et jaunâtre renfermant du fructose (un sucre), de l'acide ascorbique et des prostaglandines. Comme nous l'avons déjà dit, le canal de chaque vésicule séminale rejoint celui du conduit déférent du même côté pour former le conduit éjaculateur. Les spermatozoïdes et le liquide séminal se mélangent dans le conduit éjaculateur et pénètrent ensemble dans l'urètre prostatique au moment de l'éjaculation.

Prostate
La prostate est une glande unique de la grosseur et de la forme d'un marron ; elle entoure la partie supérieure de l'urètre, située directement sous la vessie. [...] La sécrétion de la prostate forme jusqu'à un tiers du volume du sperme et joue un rôle dans l'activation des spermatozoïdes. [...]

Glandes bulbo-urétrales
Les glandes bulbo-urétrales (glandes de Cowper) sont de petites glandes de la grosseur d'un pois situées sous la prostate. Elles produisent un épais mucus translucide qui s'écoule dans l'urètre spongieux. Cette sécrétion est libérée avant l'éjaculation; on pense qu'elle neutralise l'acidité des traces d'urine encore présentes dans l'urètre.

Pénis
Le pénis est l'organe de la copulation, destiné à déposer les spermatozoïdes dans les voies génitales de la femme. [...]

Le pénis comprend une racine fixe, et un corps mobile se terminant par une extrémité renflée, le gland du pénis. La peau du pénis est lâche et glisse vers l'extrémité distale pour former un repli de peau appelé prépuce autour de l'extrémité proximale du gland. L'ablation du prépuce, appelée circoncision, est parfois effectuée peu après la naissance.

Sperme
Le sperme est le liquide blanchâtre légèrement collant qui renferme les spermatozoïdes et les sécrétions des glandes accessoires. Ce liquide est le milieu de transport des spermatozoïdes; il contient des nutriments ainsi que des substances chimiques protégeant et activant les spermatozoïdes, en plus de faciliter leurs déplacements. Les spermatozoïdes mûrs sont de petites « bombes » profilées qui possèdent peu de cytoplasme et de réserves de nutriments.

Le fructose présent dans la sécrétion des vésicules séminales constitue presque leur seul combustible. [...]

La quantité de sperme projetée à l'extérieur de l'urètre au cours d'une éjaculation est relativement petite (de 2 à 6 ml), mais chaque millilitre contient entre 50 et 100 millions de spermatozoïdes.

D’après Marieb, Anatomie et physiologie humaines,
De Boeck, Bruxelles, 1993.

Spermatogenèse.

 La spermatogenèse est le phénomène au cours duquel sont formés les spermatozoïdes. Il se déroule dans les testicules où les cellules souches (ou spermatogonies) situées à la périphérie des tubes séminifères subissent la transformation en spermatozoïdes. Celle-ci se déroule en plusieurs étapes :
  • multiplication des spermatogonies qui permet de conserver le nombre de cellules germinales souches ;

  • la méiose qui fera passer les cellules du stade diploïde (2n chromosomes) au stade haploïde (n chromosomes) ;

  • la différenciation en spermatozoïdes.

  1. Le schéma ci-contre présente une coupe de trois tubes séminifères ; repère-les.
  2. Dans ce schéma, repère les cellules qui se trouvent manifestement dans une phase de mitose ou de méiose.

  3. Dans ce schéma, repère les spermatozoïdes prêts à être délivrés. Quels éléments de ce schéma permettent de penser que la formation des spermatozoïdes a lieu de manière centripète dans les tubes séminifères ?

La spermatogenèse se déroule tout au long de la vie de l’homme, à partir de la puberté. Chaque jour, l’organisme de l’homme adulte fabriquera journellement plusieurs centaines de millions de spermatozoïdes.

Description du système génital féminin.

Voir le chapitre précédent.

Ovogenèse.

La méiose, le type de division nucléaire spécialisé qui se produit dans les testicules, a également lieu dans les ovaires. La méiose produit les cellules sexuelles femelles pendant un processus appelé ovogenèse (« génération d'un œuf »). Le processus de l'ovogenèse [...], commence au cours du développement fœtal.

Chez le foetus de sexe féminin, les ovogonies, cellules germinales diploïdes des ovaires qui correspondent aux spermatogonies des testicules, se multiplient rapidement par mitose. Les ovogonies entrent alors en période de croissance et s'installent dans des réserves de nutriments. Des follicules primordiaux commencent ensuite à se développer, à mesure que les ovogonies se transforment en ovocytes de premier ordre et s'entourent d'une seule couche de cellules folliculaires plates. L'ADN des ovocytes de premier ordre se réplique et la première division méiotique débute, mais elle se bloque vers la fin de la prophase 1. Beaucoup d'ovocytes de premier ordre dégénèrent avant la naissance. Ceux qui subsistent occupent la région corticale de l'ovaire immature. À sa naissance, la femme possède déjà tous ses ovocytes de premier ordre (environ 700 000), chacun situé dans un follicule primordial et attendant la possibilité de poursuivre la méiose et de produire un ovule fonctionnel. Etant donné qu'ils demeurent dans cette sorte d'hibernation pendant toute l'enfance, leur attente est très longue: au moins 10 à 14 ans!

 À partir de la puberté, un petit nombre d'ovocytes de premier ordre sont activés et commencent à croître chaque mois. Un seul sera « choisi » pour poursuivre la méiose I. Il donnera finalement deux cellules haploïdes (possédant chacune 23 chromosomes répliqués) de grosseur très différente. La plus petite de ces cellules est appelée premier globule polaire; la plus grosse est l'ovocyte de deuxième ordre. Le processus de cette première division méiotique est intéressant. Un fuseau de division se forme à l'extrême bord de l'ovocyte , tous les organites quittent cette région, et une petite saillie dans laquelle les chromosomes du globule polaire seront repoussés apparaît à cette extrémité. Ce mécanisme établit la polarité de l'ovocyte et assure que le globule polaire ne reçoit pratiquement pas d'organites ni de cytoplasme.

Le premier globule polaire subit habituellement la méiose II, ce qui produit deux globules polaires encore plus petits que lui. Quant à l'ovocyte de deuxième ordre, il s'arrête chez les humains en métaphase II; c'est cette cellule (et non un ovule fonctionnel) qui est expulsée au moment de l'ovulation. Si aucun spermatozoïde ne pénètre dans l'ovocyte de deuxième ordre, celui-ci dégénère. Par contre, en cas de pénétration par un spermatozoïde, l'ovocyte de deuxième ordre termine la méiose II, ce qui donne un gros ovule et un minuscule deuxième globule polaire . [...] Ce que vous devez retenir dès maintenant c'est que l'ovogenèse produit en général trois minuscules globules polaires ne possédant presque pas de cytoplasme et un gros ovule. Toutes ces cellules sont haploïdes, mais seul l'ovule est un gamète fonctionnel. [...]

Grâce aux divisions inégales du cytoplasme au cours de l'ovogenèse, l'ovule fécondé possède des réserves de nutriments suffisantes pour l'alimenter pendant son trajet de sept jours de l'ovaire jusqu'à l'utérus. Les globules polaires dégénèrent et meurent, car ils possèdent trop peu de cytoplasme (et donc de nutriments). Puisque la femme est en âge de procréer pendant un maximum de 45 ans (en moyenne de 11 à 55 ans) et qu'elle n'a normalement qu'une ovulation par mois, seulement 400 à 500 de ses 700 000 ovocytes seront libérés. La nature a donc prévu une réserve plus que suffisante de cellules sexuelles.

D’après Marieb,
Anatomie et physiologie humaines,
De Boeck, Bruxelles, 1993
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Synthèse

  1. Etablis un tableau de comparaison entre le déroulement de la spermatogenèse et le déroulement de la spermatogenèse.

  2. Que représente le schéma 1 ci-dessous ? Etablis-en une légende. Comment la caractéristique principale de l’ovogenèse est-elle mise en évidence ?

  3. Quels événements caractéristiques de l’ovogenèse sont mis en évidence (1, 2, 3 et 4) dans le schéma de la fécondation qui suit ?

  4. Les rayonnements issus des atomes radioactifs détruisent plus particulièrement les cellules en cours de division. Pour quelle raison les femmes doivent-elles en être plus protégées que les hommes ? L’argument principal doit être trouvé dans ce chapitre du cours.

Schéma 1.

Schéma de la fécondation.

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