La formation des gamètes mâles et femelles - Ts
Classe:
Terminale
Thème:
La reproduction chez les mammifères
I. Notion de gamètes
On appelle gamète toute cellule sexuelle c'est-à-dire qui intervient dans la reproduction. Le nouvel individu étant obtenu par fusion de deux gamètes, ces derniers ont chacun la moitié du nombre de chromosomes des cellules somatiques de cet individu. Les gamètes ont des chromosomes en un exemplaire : ce sont des cellules haploïdes. Les cellules diploïdes (ou somatiques) ont des chromosomes $2$ à $2$ semblables regroupés par paires : ce sont des cellules diploïdes. C'est le cas des cellules mères des gamètes appelées gonies.
II. La méiose
II.1. Notion de méiose
La méiose, qui succède à une phase de réplication de $l'ADN$, est un ensemble de deux divisions cellulaires successives : une cellule diploïde forme ainsi typiquement quatre cellules haploïdes.
II.2. Les étapes de la méiose
II.2.1. Division réductionnelle
$-\ $La première division de la méiose réalise la réduction du nombre des chromosomes. On y retrouve les phases caractéristiques de toute division cellulaire mais avec des particularités remarquables.
$\blacktriangleright\ $En prophase, les chromosomes doubles s'individualisent ; les chromosomes homologues s'accolent deux à deux sur toute leur longueur et s'enchevêtrent plus ou moins (les processus associés à cet appariement et leurs conséquences génétiques sont étudiés). Il se forme ainsi $n$ paires de chromosomes homologues, ou bivalents. Cet appariement des chromosomes homologues est caractéristique de la prophase de $1^{ière}$ division méiotique qui est particulièrement longue.
$\ast\ $En métaphase, les chromosomes se placent dans le plan équatorial de la cellule : chaque bivalent se fixe sur une fibre du fuseau de division. Sur une fibre, il y a donc deux chromosomes homologues qui se font face.
$\blacktriangleright\ $En anaphase, les deux chromosomes homologues de chaque paire se disjoignent. Un lot haploïde de chromosomes doubles migre vers chacun des pôles de la cellule. Les deux lots de chromosomes sont homologues, mais non identiques ; plusieurs associations différentes peuvent donc se constituer.
$\blacktriangleright\ $En télophase, les deux cellules qui s'individualisent contiennent chacun $n$ chromosomes doubles. Aucune duplication $d'ADN$ n'intervient pendant l'interphase qui précède la deuxième division.
Remarque 1 :
$-\ $Au cours de la méiose notamment en prophase $I$ et métaphase $I$, les chromosomes homologues peuvent échanger des fragments : c'est le crossing over ou brassage intrachromosomique. Ainsi le chromosome paternel emportera un fragment d'origine maternel et vice versa pendant l'anaphase $I$ : on parle de chromosomes recombinés. Dans la même paire on peut avoir plusieurs crossing over.
$-\ $La $1^{ière}$ division de méiose se caractérise par une réduction de moitié du nombre de chromosome de la cellule mère. Autrement dit on obtient des cellules haploïdes à chromosomes doubles. Il s'agit des $2$ spermatocytes $II$, ou de l'ovocyte $II$ et le $1^{er}$ globule polaire.
II.2.2. Division équationnelle
La deuxième division de la méiose est une mitose classique qui produit à partir de chaque cellule à $n$ chromosomes doubles (à deux chromatides) deux cellules à $n$ chromosomes simples (un seul chromatide). A l'issue de la méiose, une cellule diploïde a produit typiquement quatre cellules haploïdes à n chromosomes simples (constitués d'un chromatide).
III. Structure et caractéristiques des gamètes humaines
Comme chez la plupart des mammifères, la structure du gamète mâle appelé spermatozoïde est nettement différente de celle du gamète femelle appelé ovule.
III.1. Structure de spermatozoïde : gamète mâle
Les spermatozoïdes présentent une forme affilée qui peut varier d'une espèce à une autre. Il présente $3$ parties :
$-\ $La tête contenant un noyau haploïde aplati coiffé d'un acrosome contenant des enzymes hydrolytiques qui serviront à perforer les enveloppes de l'ovule.
$-\ $La pièce intermédiaire qui est formée drun manchon de mitochondries.
$-\ $Le flagelle qui est constitué de microtubules.
Le spermatozoïde se caractérise par une petite taille $(60$ micromètres$)$, une mobilité liée au flagelle, un âge de $2$ mois et demi quelque soit celui du sujet, sa durée de vie dans les voies génitales de la femme varie entre $2$ et $3$ jours. Le nombre de spermatozoïdes émis est de $300$ à $350$ millions par éjaculat.
III.2. Structure de l'ovule : gamète femelle
Il est ainsi appelé par ce que libéré par l'ovaire au cours de l'ovulation. L'ovule présente un ovocyte délimité par la zone pellucide entourée de cellules folliculaires formant une sorte de couronne autour de l'ovocyte : c'est la corona radiata.
L'ovule est caractérisé par une forme sphérique, une immobilité par lui-même, son inertie physiologique (métabolisme très faible) avant la fécondation et sa taille volumineuse à cause de la corna radiata $($diamètre $=120$ micromètres$).$ L'ovule a le même âge que le sujet, une durée de vie d'environ $24\;H$ après sa libération. Un seul ovule est libéré par cycle menstruel.
III.3. Tableau comparatif du spermatozoïde et de l'ovule
$$\begin{array}{|l|l|l|} \hline\text{Caractères}&\text{Ovules}&\text{Spermatozoïdes}\\ \hline \text{Taille}&\text{Grande}&\text{Petite taille}\\&\text{taille }(130\mu m)&\\\hline\text{Mobilité}&\text{Immobile}&\text{Mobiles}\\\hline\text{Réserves}&\text{Beaucoup}&\text{Peu}\\\hline\text{Nombre}&\text{Peu (1 en général)}&\text{Beaucoup}\\&\text{par cycle}&\\\hline\text{Durée de}&\text{Court (24H)}&\text{Assez}\\\text{vie dans}& &\text{longue}\\\text{les voies}& &\text{(48 à 72 H)}\\\text{génitales}& &\\\hline \end{array}$$
Document 4 : Tableau comparatif des ovules et des spermatozoïdes
IV. Formation des gamètes : gamétogenèse
IV.1. La spermatogenèse
Le lieu de déroulement de la spermatogenèse est situé dans les tubes séminifères des testicules. Elle commence à la puberté et se déroule de façon continue jusqu'à la mort. Mais son intensité est variable selon l'âge : elle augmente jusque vers l'âge : elle augmente jusque vers l'âge de $40$ ans puis diminue au-delà.
IV.1.1. Structure
IV.1.1.1. Structure macroscopique
Le testicule est compartimenté en lobules séparés par des cloisons interlobulaires. L'ensemble des lobules est limité par l'enveloppe du testicule appelée albuginée. Chaque lobule comprend un ensemble de tubes séminifères dont la confluence forme un tube droit. Les tubes droits sont réunis en un réseau de Haller duquel partent des cônes efférents qui débouchent dans le canal épididymaire. Ce dernier donne lieu au canal déférent à la sortie de l'épididyme.
IV.1.1.2. Structure microscopique
L'observation microscopique d'une coupe transversale de testicule pubère montre des tubes séminifères présentant une lumière centrale, une paroi et des amas triangulaire de cellules associées à des capillaires sanguins entre les tubes séminifères : ce sont les cellules interstitielles de Lydie qui sécrètent de la testostérone.
La paroi du tube séminifère présente les cellules de la lignée germinale entre les grosses de Sertoli. La lignée germinale est constituée par la série : spermatogonie, spermatocyte $I$, spermatocyte $II$ et spermatide. Dans la lumière du tube séminifère se trouvent des spermatozoïdes néoformés souvent au contact des cellules de Sertoli.
Document 6 : Observation microscopique du tube séminifère montrant le déroulement de la spermatogenèse
$1-$Tube séminifère
$2-$Lumières des tubes
$3-$Cellules interrstitielles
de Leydig
$4-$Vaisseau sanguin
$5-$Enveloppe conjonctive
d'un tube séminifère
$6-$Cellule de Sertoli
$7-$Spermatogonie
$8-$Spermatocyte $I$
$9-$Spermatocyte $II$
$10-$Spermatide
$11-$Spermatozoïde
Forum SVT
Remarque :
Les cellules de Sertoli sont des cellules diploïdes qui maintiennent la cohésion du tube séminifère et qui joue un rôle de coordination de la spermatogenèse (évolution de la lignée germinale).
IV.1.2. Stades de la spermatogenèse
La spermatogenèse débute après la division des cellules souches qui forment un stock quasi inépuisable. Après la mitose d'une cellule souche, l'une des cellules reconstitue le stock de cellules souches tandis que l'autre forme une spermatogonie.
$1^{er}$ stade : la multiplication des spermatogonie
Elle correspond à une série de $3$ mitoses successives qui permet à une spermatogonie diploïde de former $8$ nouvelles spermatogonies également diploïdes.
$2^{ième}$ stade : L'accroissement des spermatogonies
Juste à la fin de la $3^{ième}$ mitose, les nouvelles spermatogonies augmentent de volume : elle forment chacune un spermatocyte $I.$
La phase d'accroissement correspond à la dernière interphase au cours de laquelle les spermatogonies issues de la $3^{ième}$ mitose augmentent de volume cytoplasmique et nucléaire, mais surtout leurs chromosomes deviennent doubles.
$3^{ième}$ stade : la maturation
Elle correspond à la méiose qui est une série de $2$ divisions successives : une division réductionnelle qui permet d'obtenir $2$ spermatocytes $II$ haploïdes $(n=23$ chromosomes doubles$)$ à partir d'un spermatocyte $I$ diploïde $(2n=46$ chromosomes doubles$)$ ; et une division équationnelle qui permet d'obtenir des spermatides haploïdes $(n=23$ chromosomes simples$)$
$4^{ième}$ stade : La différenciation
Elle correspond à la transformation des spermatides en spermatozoïde. Elle est encore appelée spermiogenèse se caractérise par les événements suivants :
$-\ $la fusion des vésicules golgiennes pour former l'acrosome,
$-\ $l'allongement des microtubules du centriole distal pour élaborer le flagelle,
$-\ $l'organisation des mitochondries en un manchon autour des microtubules du flagelle pour former la pièce intermédiaire,
$-\ $l'allongement du noyau sous l'acrosome pour former la tête du spermatozoïde,
$-\ $en fin l'élimination du reliquat cytoplasmique
Remarque :
Au cours de la traversée du canal épididymaire, les spermatozoïdes néoformés finissent leur maturation et sont enduits d’une couche protéinique qui les empêche d'être éliminés dans les voies génitales de la femme comme des corps étrangers. Ils deviennent ainsi capables de féconder un ovule : cette étape est appelée capacitation.
IV.2. L'ovogenèse
L'ovogenèse se déroule dans la partie corticale de l'ovaire. Son déroulement présente quelques différences d'avec la spermatogenèse :
$-\ $elle comporte $3$ stades ; la multiplication et la maturation ;
$-\ $la multiplication et l'accroissement sont déjà terminés avant la naissance et ovocyte $I$ ainsi formés entament la maturation mais restent bloqués en prophase $I.$ Ainsi la jeune fille naît avec des ovocytes $I$ en prophase $I$ ;
$-\ $l'ovogenèse s'accompagne d'un autre processus appelé folliculogenèse dont les étapes sont : follicule primordiale, follicule primaire, folliculaire secondaire, folliculaire cavitaire ou tertiaire et follicule mûr de Graaf
Remarque 1 :
Les cellules folliculaires se divisent par mitose autour de l'ovocyte $I$ pour former successivement le follicule primaire et le follicule secondaire puis celui-ci commence à sécréter de l'œstrogène après la mise en place de la thèque interne. Ainsi du follicule secondaire en follicule mûr, la folliculogenèse se caractérise par la mitose des cellules follicules et la sécrétion d'œstrogène.
Remarque 2 :
L'évolution du follicule primordial est aléatoire car elle ne concerne pas les follicules primordiaux initiés. Des $7$ millions de follicules primordiaux mises en place après la multiplication, un grand nombre va dégénérer avant la naissance mais aussi durant toute l'enfance. Cette dégénérescence est appelée atrésie folliculaire qui ne laisse en place qu'environ $450$ follicules primordiaux dans deux ovaires au début de la puberté. Les follicules primordiaux vont évoluer à raison d'un follicule par cycle sexuel.
L'activité ovarienne va cesser vers $45$ ans lorsque ce stock sera épuisé : c'est la ménopause. On dit alors que l'atrésie folliculaire est l'une des causes de la ménopause.
Remarque 3 :
L'ovogenèse est aussi un processus discontinu car présentant $2$ interruptions : une en prophase $I$ qui sera débloquée pendant l'ovulation et une autre en métaphase $II$ qui sera débloquée à la rencontre avec un spermatozoïde
Auteur:
Daouda Tine
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