Exercices: Les phases du cycle cellulaire

Expliquer ce qu'est le cycle cellulaire et nommer ses deux grandes périodes, en indiquant de façon générale ce qui se passe dans chacune.

Le schéma représente le cycle cellulaire sous la forme d'un cercle divisé en quatre étapes numérotées. Nommer les étapes 1, 2, 3 et 4, et expliquer pourquoi le cycle est représenté par un cercle et non par une ligne avec un début et une fin.

Quel événement fondamental se produit pendant la phase S du cycle cellulaire ? Expliquer pourquoi il est indispensable qu'il ait lieu avant que la cellule se divise.

Ordonner ces phases du cycle cellulaire telles qu'elles se déroulent dans le temps : phase M, phase G1, phase G2, phase S. Décrire brièvement ce que fait la cellule dans chacune.

Dans une culture de cellules, le cycle cellulaire complet dure $24\ \text{h}$ et l'interphase occupe $90\ \%$ du temps. Calculer combien d'heures chaque cellule consacre à l'interphase et combien à la phase de division.

Une cellule en phase G1 possède une certaine quantité d'ADN. Indiquer à quel moment du cycle cette quantité a doublé et à quel moment elle est de nouveau réduite de moitié dans chaque cellule fille.

Dans un laboratoire d'oncologie, on analyse deux cultures de cellules tumorales :

• Lignée A : le gène p53 est inactivé, si bien que les cellules franchissent le point de contrôle $G_1/S$ même si leur ADN présente des cassures et des dommages provoqués par le rayonnement ultraviolet.

• Lignée B : le point de contrôle de la métaphase (point de contrôle de l'assemblage du fuseau) est inactivé, si bien que les cellules engagent l'anaphase même si certains chromosomes ne sont pas correctement fixés aux microtubules.

1. a) Prévoir quel type d'altération génétique prédominera dans les cellules filles de chaque culture après plusieurs divisions : mutations ponctuelles au niveau de la séquence d'ADN ou altérations caryotypiques du nombre de chromosomes (aneuploïdies) ? Justifier votre déduction dans chaque cas.
2. b) On teste un médicament antitumoral qui déstabilise les microtubules du fuseau achromatique. Justifier dans laquelle des deux lignées cellulaires ($A$ ou $B$) ce médicament sera incapable d'arrêter la progression du cycle cellulaire.

Après un accident vasculaire cérébral (AVC), les neurones détruits ne se régénèrent pas et des séquelles neurologiques permanentes subsistent souvent. En revanche, après une brûlure superficielle qui détruit des milliers de cellules de l'épiderme, la peau est capable de se régénérer complètement en quelques jours.

1. a) Justifier cette différence médicale en expliquant l'état du cycle cellulaire dans lequel se trouvent les cellules matures des deux tissus.
2. b) Une équipe de recherche propose de réactiver le cycle cellulaire dans des neurones adultes pour réparer des lésions cérébrales, en les forçant à sortir de la phase G0. Prévoir quelles difficultés ou quels risques fonctionnels pourrait entraîner le fait de forcer la mitose dans des cellules très spécialisées, intégrées dans des circuits synaptiques stables.

Considérer deux cellules sphériques modèles : la cellule A (rayon = 1 µm) et la cellule B (rayon = 3 µm).

1. a) Sachant que la surface d'une sphère est $S = 4\pi r^2$ et son volume $V = \frac{4}{3}\pi r^3$, calculer le rapport surface/volume ($S/V$) pour chacune d'elles.
2. b) Les échanges de gaz et de nutriments avec le milieu dépendent de la surface de la membrane, tandis que la demande métabolique dépend du volume cytoplasmique. À partir de vos calculs, justifier pourquoi la cellule B se trouve à une limite critique de viabilité si elle ne se divise pas.
3. c) Certaines cellules humaines très actives, comme les entérocytes de l'épithélium intestinal, atteignent une taille considérable sans se diviser. Déduire quelle adaptation morphologique de leur membrane leur permet de maintenir un rapport $S/V$ élevé.