Le cycle cellulaire est un processus dans lequel une cellule se développe et se divise pour créer une copie d’elle-même. Certains organismes se reproduisent exclusivement par ce processus, alors que dans la vie multicellulaire complexe, il permet à un organisme de se développer et de remplacer les cellules lorsqu’elles s’usent. Chez les animaux, le cycle dure environ 24 heures du début à la fin pour la plupart des types de cellules, bien que certains, comme ceux de la peau, subissent constamment ce cycle, tandis que d’autres peuvent se diviser rarement, voire pas du tout. Les neurones, par exemple, ne se développent pas et ne se divisent pas une fois arrivés à maturité.
Les organismes peuvent être divisés en deux types, chacun ayant son propre cycle cellulaire. Chez les procaryotes, l’information génétique de l’organisme consiste en un seul brin d’ADN, appelé chromosome, qui n’est contenu dans aucune structure particulière. Les bactéries sont des exemples de procaryotes, ainsi que d’autres organismes unicellulaires. Les eucaryotes sont constitués de tous les organismes multicellulaires, tels que les plantes et les animaux, ainsi que de certains types de formes de vie unicellulaires. Ils diffèrent des procaryotes principalement en ce qu’ils ont un noyau – une structure autonome qui contient le matériel génétique sous la forme de chromosomes constitués d’ADN.
Procaryotes
La reproduction chez les procaryotes est connue sous le nom de fission binaire. Dans ce processus, l’ADN, qui flotte librement dans la cellule, se réplique. Les deux nouveaux brins d’ADN migrent alors vers les extrémités opposées de la cellule, qui se divise en deux copies identiques, chacune avec son propre ADN ; cette étape de division est connue sous le nom de cytokinèse. Les nouvelles cellules vont alors croître jusqu’à atteindre une certaine taille, puis, si les conditions sont favorables, elles se diviseront à nouveau, entamant un nouveau cycle. Pour ces organismes primitifs, le processus est généralement très rapide — dans des conditions idéales, certaines bactéries se divisent toutes les 20 minutes, entraînant une multiplication très rapide.
Eucaryotes
Les cellules eucaryotes sont plus complexes que celles des procaryotes, ce qui rend la division plus compliquée. En plus d’un noyau, ils possèdent un certain nombre d’autres structures, appelées organites, qui ont des fonctions spécifiques et qui doivent également être dupliquées lors de la division. Le cycle eucaryote comporte un certain nombre de phases distinctes, les deux principales étant l’interphase et la mitose.
Pendant l’interphase – qui est de loin la phase la plus longue, représentant la majeure partie du cycle de 24 heures qui est typique de la majorité des cellules animales – la cellule se développe normalement et augmente en taille. Les processus impliqués dans la division nécessitent de l’énergie et l’interphase a deux périodes au cours desquelles les réserves du composé de stockage d’énergie adénosine triphosphate (ATP) sont constituées et la croissance a lieu, séparées par une période de duplication de l’ADN dans le noyau. La première période de croissance est connue sous le nom de Gap 1 (G1) et se produit dans les nouvelles cellules après la division. Ceci est suivi par l’étape de synthèse (S), au cours de laquelle de nouveaux brins d’ADN identiques aux originaux sont synthétisés. Le stade Gap 2 (G2) commence alors, avant la mitose.
Contrairement à la phase précédente, la mitose est relativement brève et ne prend généralement qu’une heure environ. C’est le processus par lequel les deux ensembles identiques d’ADN sont physiquement séparés l’un de l’autre, formant deux ensembles de chromosomes, qui sont ensuite attirés vers différentes extrémités de la cellule pour former des noyaux séparés. Au cours de cette phase, les organites, tels que les mitochondries chez les animaux et les chloroplastes chez les plantes, se divisent également. Ces structures ont leur propre ADN, qui se réplique de la même manière que chez les procaryotes, amenant certains scientifiques à penser qu’il s’agissait peut-être d’organismes procaryotes indépendants qui ont été incorporés dans des cellules eucaryotes à un moment donné dans un passé lointain.
La dernière étape est la cytokinèse. C’est à ce moment-là que la division en deux unités distinctes a réellement lieu. Chez les animaux, les parois cellulaires opposées sont attirées l’une vers l’autre vers le milieu jusqu’à ce qu’elles se rencontrent, formant deux unités qui se séparent l’une de l’autre. Chez les plantes, une nouvelle paroi cellulaire est construite au point de division, séparant les deux nouvelles cellules.
Règlement et erreurs
Chaque partie du cycle est régulée par des protéines qui indiquent à la cellule quoi faire. Ces protéines sont également utilisées pendant l’interphase pour confirmer que les conditions sont appropriées pour la division. Si suffisamment de nutriments ne sont pas présents ou si d’autres problèmes sont identifiés, ces protéines signaleront à la cellule de rester en sommeil et d’attendre que les conditions s’améliorent, un peu comme un brigadier pour la division.
Des erreurs peuvent se produire et se produisent pendant le processus. Parfois, les informations ne sont pas copiées exactement pendant l’interphase et des erreurs dans le génome sont créées. Ces erreurs peuvent s’avérer fatales pour la cellule, ou elles peuvent être inoffensives. Ils peuvent également entraîner un cancer, où une erreur provoque une réplication répétée et une division incontrôlée, sans contrôle, formant une tumeur.
Heureusement, il existe des protéines qui peuvent arrêter le processus s’il y a des erreurs dans la réplication de l’ADN. Dans certains cas, le processus de division sera suspendu pour permettre la réparation de l’ADN, après quoi il pourra reprendre. Dans d’autres, où l’ADN est gravement endommagé, ces protéines peuvent provoquer la mort de la cellule, afin d’empêcher une nouvelle réplication de l’ADN défectueux. Le cancer est souvent le résultat de modifications de l’ADN qui empêchent le bon fonctionnement de ces protéines, de sorte que les cellules dont l’ADN est endommagé peuvent se reproduire.