Génétique : Diversité et Stabilité des Êtres Vivants · 1er Trimestre

La division cellulaire et la mitose

Les élèves analysent le maintien de l'intégralité du caryotype lors de la multiplication cellulaire.

À propos de ce thème

La division cellulaire par mitose garantit que chaque nouvelle cellule reçoit une copie complète et fidèle du patrimoine génétique. Au programme de 3ème, les élèves analysent comment les chromosomes, après réplication, se répartissent de manière égale entre les deux cellules filles. Ce mécanisme assure le maintien du caryotype à 46 chromosomes dans toutes les cellules somatiques humaines, qu'il s'agisse de la croissance d'un embryon ou du renouvellement quotidien de la peau.

Le programme de l'Éducation nationale insiste sur la succession des étapes : condensation des chromosomes, alignement sur le plan équatorial, séparation des chromatides sœurs, puis formation de deux noyaux distincts. Ces étapes sont indissociables de la réplication préalable de l'ADN en phase S. Les stratégies actives, comme la modélisation physique des mouvements chromosomiques ou l'observation de cellules végétales en division, permettent aux élèves de passer d'une liste d'étapes abstraites à une compréhension spatiale et dynamique du processus.

Objectifs d'apprentissage

• Expliquer la séquence des phases de la mitose (prophase, métaphase, anaphase, télophase) en identifiant les événements clés de chaque étape.
• Comparer le caryotype de la cellule mère et des cellules filles après une mitose réussie.
• Démontrer, par la modélisation, comment les chromosomes se séparent pour assurer une distribution égale du matériel génétique.
• Analyser le rôle de la réplication de l'ADN dans le maintien de l'intégrité du caryotype lors de la division cellulaire.

Avant de commencer

Structure de la cellule eucaryote

Pourquoi : Les élèves doivent connaître l'existence et la localisation du noyau et des chromosomes pour comprendre leur comportement lors de la division.

Le cycle cellulaire : Interphase et Mitose

Pourquoi : Une introduction préalable au cycle cellulaire, incluant la phase S de réplication de l'ADN, est nécessaire pour aborder la mitose.

Vocabulaire clé

Chromatides sœurs	Deux copies identiques d'un chromosome, attachées au niveau du centromère, qui se séparent pendant l'anaphase de la mitose.
Caryotype	Ensemble complet des chromosomes d'une cellule, organisé par taille et forme. Chez l'humain, il est de 46 chromosomes dans les cellules somatiques.
Centromère	Région d'un chromosome où les chromatides sœurs sont jointes et où le fuseau mitotique s'attache lors de la division cellulaire.
Fuseau mitotique	Structure composée de microtubules qui s'étend des pôles de la cellule et assure la séparation des chromosomes lors de la mitose.

Idées d'apprentissage actif

Modélisation : Le ballet des chromatides en pâte à modeler

En petits groupes, les élèves fabriquent des chromosomes à une puis deux chromatides avec de la pâte à modeler bicolore. Ils miment chaque phase de la mitose sur une feuille A3, prennent des photos et annotent les étapes pour construire un schéma-bilan collectif.

⏱ 50 min·Petits groupes

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Galerie marchande: Cellules en division au microscope

Des microphotographies de cellules de racine d'oignon aux différentes phases de la mitose sont affichées dans la salle. Les élèves circulent et doivent associer chaque image à la phase correspondante en justifiant leurs observations sur une fiche de parcours.

⏱ 40 min·Petits groupes

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Penser-Partager-Présenter: Pourquoi la mitose doit-elle être parfaite ?

L'enseignant pose la question des conséquences d'une répartition inégale des chromosomes. Individuellement, puis en binômes, les élèves formulent des hypothèses avant de les confronter à des exemples réels de dysfonctionnements cellulaires lors de la mise en commun.

⏱ 20 min·Binômes

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Liens avec le monde réel

Les chirurgiens utilisent leur compréhension de la mitose pour évaluer la croissance des tumeurs cancéreuses, qui résultent de divisions cellulaires incontrôlées. Ils peuvent ainsi adapter les traitements comme la chimiothérapie.

Les chercheurs en biologie du développement étudient la mitose pour comprendre les processus de croissance et de différenciation des tissus, par exemple lors de la réparation de la peau après une blessure ou du développement d'un embryon.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Les chromosomes n'existent que pendant la division cellulaire.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Les chromosomes sont toujours présents dans le noyau, mais sous forme décondensée (chromatine) pendant l'interphase, ce qui les rend invisibles au microscope optique. La modélisation avec des fils de laine (chromatine) que l'on enroule (chromosomes condensés) aide à comprendre cette transformation réversible.

Idée reçue courante

La mitose produit des cellules avec la moitié des chromosomes.

Ce qu'il faut enseigner à la place

C'est une confusion fréquente avec la méiose. La mitose conserve le nombre de chromosomes (2n = 46). Un tableau comparatif mitose/méiose rempli en binôme permet de fixer cette distinction fondamentale dès le départ.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Distribuer une image montrant des chromosomes à différentes étapes de la mitose. Demander aux élèves d'identifier l'étape représentée et d'écrire une phrase expliquant ce qui se passe avec les chromosomes à cette phase.

Question de discussion

Poser la question : 'Imaginez qu'une erreur se produise pendant la séparation des chromatides sœurs. Quelles pourraient être les conséquences pour les cellules filles et pour l'organisme ?' Laisser les élèves échanger en petits groupes avant une mise en commun.

Billet de sortie

Sur un post-it, demander aux élèves de dessiner schématiquement la séparation des chromatides sœurs lors de l'anaphase et d'écrire une légende expliquant le résultat de cette séparation pour les deux futures cellules.

Questions fréquentes

Combien de temps dure une mitose dans le corps humain ?

La mitose elle-même dure environ 1 à 2 heures, mais le cycle cellulaire complet (avec l'interphase) prend entre 12 et 24 heures selon le type cellulaire. Les cellules intestinales se divisent toutes les 24 heures environ, tandis que les cellules du foie peuvent rester des mois sans se diviser.

Pourquoi la mitose est-elle indispensable à la croissance ?

Un organisme grandit en augmentant son nombre de cellules. La mitose permet de passer d'une cellule-œuf unique à environ 37 000 milliards de cellules chez l'adulte, chacune portant exactement le même patrimoine génétique que la cellule de départ.

Comment la modélisation physique aide-t-elle à comprendre les étapes de la mitose ?

La mitose est un processus tridimensionnel et dynamique difficile à saisir sur un schéma statique. En manipulant des chromosomes en pâte à modeler, les élèves perçoivent physiquement la condensation, l'alignement et la séparation. Ce passage par le geste ancre la séquence des événements bien plus efficacement qu'une simple lecture.

Que se passe-t-il si une cellule ne se divise pas correctement ?

Une répartition inégale des chromosomes produit des cellules anormales qui, dans la plupart des cas, sont éliminées par l'organisme. Si elles échappent à ce contrôle et continuent à se diviser de façon anarchique, cela peut conduire à la formation d'une tumeur.