Karamö, le prof virtuelLeçon 37 sur 49
La structure des gamètes
Je sais décrire l'ultrastructure du spermatozoïde et de l'ovocyte II, relier chacune de leurs parties à sa fonction dans la fécondation, et comparer les deux gamètes.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire le spermatozoïde (tête avec noyau et acrosome, pièce intermédiaire, flagelle) et le rôle de chaque partie
- Décrire l'ovocyte II et ses enveloppes (zone pellucide, corona radiata, granules corticaux, globule polaire)
- Comparer les deux gamètes (taille, mobilité, réserves, chromosomes)
- Réaliser des calculs de taille à partir de micrographies
Avant de commencer : Les leçons sur les ovaires et l'appareil génital masculin ; la méiose et la notion de cellule haploïde ; l'ultrastructure de la cellule (noyau, mitochondries, centrioles).
1Je découvre
Au laboratoire d'un centre hospitalier de Conakry spécialisé dans les problèmes de fertilité, un biologiste montre à des élèves de Terminale SE, venus en visite, deux images prises au microscope. Sur la première, une grande cellule ronde, entourée d'un halo clair et d'une couronne de petites cellules : un ovocyte. Sur la seconde, des centaines de petites cellules allongées, avec une tête ovale et une longue queue qui ondule : des spermatozoïdes.
« Ces deux cellules ont exactement le même nombre de chromosomes, 23, dit le biologiste. Pourtant, regardez la différence de taille : l'ovocyte est l'une des plus grosses cellules du corps humain, le spermatozoïde l'une des plus petites. »
Alpha s'étonne : pourquoi deux cellules qui doivent s'unir sont-elles si différentes ? Mariama se demande à quoi servent la « queue » du spermatozoïde et le halo clair autour de l'ovocyte.
Quelle est la structure du spermatozoïde et de l'ovocyte, et comment chacune de leurs parties est-elle adaptée à son rôle dans la fécondation ?
2Je comprends
1. Des cellules haploïdes spécialisées
Les gamètes sont les cellules reproductrices. Ils sont haploïdes : ils possèdent un seul exemplaire de chaque chromosome, soit n = 23 chromosomes chez l'être humain, alors que les autres cellules du corps sont diploïdes (2n = 46). Lors de la fécondation, l'union d'un spermatozoïde et d'un ovocyte rétablit la diploïdie.
Les deux gamètes ont des rôles différents : le spermatozoïde doit se déplacer jusqu'à l'ovocyte et pénétrer ses enveloppes ; l'ovocyte doit accueillir un seul spermatozoïde et fournir tout ce qui est nécessaire aux premières divisions de l'œuf. Leur structure reflète ces rôles.
2. Le spermatozoïde
Le spermatozoïde humain est une cellule allongée, d'environ 60 µm de long, très pauvre en cytoplasme, formée de trois parties.
La tête (environ 5 µm, ovale et aplatie) contient :
- le noyau haploïde, dont l'ADN est extrêmement condensé (ce qui réduit son volume) ; il porte soit un chromosome sexuel X, soit un chromosome Y : c'est donc le spermatozoïde qui détermine le sexe de l'enfant ;
- l'acrosome, une grande vésicule en forme de capuchon, placée à l'avant du noyau, remplie d'enzymes capables de digérer les enveloppes de l'ovocyte. L'acrosome provient de l'appareil de Golgi.
La pièce intermédiaire (environ 5 µm) contient, autour de la base du flagelle, de nombreuses mitochondries enroulées en hélice. Elles produisent l'ATP, l'énergie nécessaire aux mouvements du flagelle, en utilisant notamment le fructose du sperme. À la jonction entre la tête et la pièce intermédiaire (le col) se trouve un centriole, qui sera transmis à l'œuf.
Le flagelle (environ 50 µm) est l'organe du mouvement. Son squelette, l'axonème, est formé de 9 paires de microtubules disposées en cercle autour de 2 microtubules centraux (structure dite « 9 + 2 »). Des protéines motrices font glisser ces microtubules les uns sur les autres, ce qui fait onduler le flagelle et propulse la cellule.
- 1Acrosome : capuchon d'enzymes qui digèrent les enveloppes de l'ovocyte
- 2Noyau haploïde (23 chromosomes, dont X ou Y) : apporte l'information génétique paternelle
- 3Col avec centriole : organise le flagelle et sera transmis à l'œuf
- 4Pièce intermédiaire : mitochondries en hélice qui fournissent l'ATP
- 5Flagelle (axonème 9 + 2) : ondule et propulse le spermatozoïde
3. L'ovocyte II
Chez la femme, la cellule libérée lors de l'ovulation n'est pas un ovule achevé, mais un ovocyte de deuxième ordre (ovocyte II), bloqué en métaphase de la deuxième division de méiose. Il n'achèvera sa méiose que s'il est fécondé.
C'est une grosse cellule sphérique, d'environ 120 µm de diamètre, immobile, riche en cytoplasme. De l'intérieur vers l'extérieur, on observe :
- les chromosomes (n = 23, chacun formé de deux chromatides) alignés sur le fuseau de la métaphase II, près de la surface ; le chromosome sexuel est toujours un X ;
- un cytoplasme abondant, contenant des réserves (ribosomes, ARN messagers, mitochondries, un peu de vitellus) qui permettront les premières divisions de l'œuf avant la nidation ;
- sous la membrane, les granules corticaux, petites vésicules qui libéreront leur contenu au moment de la fécondation pour empêcher l'entrée d'autres spermatozoïdes (blocage de la polyspermie) ;
- la membrane plasmique ;
- l'espace périvitellin, où se trouve le premier globule polaire, petite cellule expulsée à la fin de la première division de méiose ;
- la zone pellucide, épaisse enveloppe transparente de glycoprotéines, que le spermatozoïde doit reconnaître et traverser ;
- la corona radiata, couronne de cellules folliculaires restées collées à l'ovocyte lors de l'ovulation.
4. Comparaison des deux gamètes
| Caractère | Spermatozoïde | Ovocyte II |
|---|---|---|
| Forme | allongée | sphérique |
| Taille | environ 60 µm de long | environ 120 µm de diamètre |
| Mobilité | mobile (flagelle) | immobile |
| Cytoplasme | très réduit, pas de réserves | abondant, riche en réserves |
| Chromosomes | n = 23, une seule chromatide par chromosome | n = 23, deux chromatides par chromosome (métaphase II) |
| Chromosome sexuel | X ou Y | toujours X |
| Enveloppes | aucune | zone pellucide et corona radiata |
| Structure spécialisée | acrosome, flagelle, mitochondries en hélice | granules corticaux, réserves cytoplasmiques |
| Nombre produit | des dizaines de millions par jour | en général un par cycle |
| Durée de vie après émission | environ 3 à 5 jours dans les voies féminines | 12 à 24 heures |
Ce contraste s'explique par une division du travail : le gamète mâle, petit et mobile, est spécialisé dans le déplacement et la pénétration ; le gamète femelle, gros et immobile, est spécialisé dans la protection et la nutrition du futur embryon. Les deux apportent le même nombre de chromosomes.
- Petit, allongé, mobile
- Acrosome (enzymes)
- Mitochondries en hélice pour le mouvement
- X ou Y
- Gros, sphérique, immobile
- Zone pellucide et corona radiata (enveloppes)
- Réserves cytoplasmiques pour l'œuf
- Toujours X
5. Mesurer les gamètes
Au microscope, on mesure les objets sur une photographie (micrographie) et on utilise le grossissement : taille réelle = taille sur l'image ÷ grossissement. Rappel : 1 mm = 1 000 µm.
Méthode
Pour calculer une taille réelle à partir d'une micrographie :
- Je mesure l'objet sur l'image avec une règle, en millimètres.
- Je convertis cette mesure en micromètres (× 1 000).
- Je divise par le grossissement indiqué.
- Je vérifie que le résultat est vraisemblable (un spermatozoïde mesure quelques dizaines de µm, un ovocyte environ 100 µm).
- Je donne le résultat avec son unité.
Exemple
Sur une micrographie au grossissement × 400, un ovocyte mesure 48 mm de diamètre. Calculer son diamètre réel.
48 mm = 48 × 1 000 = 48 000 µm.
Diamètre réel : 48 000 ÷ 400 = 120 µm.
Le résultat est vraisemblable pour un ovocyte humain.
Exemple
Un ovocyte a un diamètre de 120 µm et la tête d'un spermatozoïde mesure 5 µm. Combien de fois le diamètre de l'ovocyte est-il plus grand que la longueur de la tête ? Combien de spermatozoïdes entiers (60 µm) faudrait-il aligner pour couvrir le diamètre de l'ovocyte ?
Rapport : 120 ÷ 5 = 24. Le diamètre de l'ovocyte est 24 fois plus grand que la tête du spermatozoïde.
Spermatozoïdes alignés : 120 ÷ 60 = 2.
Il suffit de deux spermatozoïdes bout à bout pour couvrir le diamètre de l'ovocyte, mais la tête, qui contient le noyau, est minuscule par rapport à lui.
3Je retiens
Je retiens
Les gamètes sont haploïdes : n = 23 chromosomes chez l'être humain.
Spermatozoïde (environ 60 µm) : tête (noyau haploïde X ou Y + acrosome riche en enzymes), pièce intermédiaire (mitochondries en hélice, ATP), flagelle (axonème 9 + 2).
Ovocyte II (environ 120 µm) : bloqué en métaphase II, cytoplasme riche en réserves, granules corticaux, premier globule polaire, zone pellucide, corona radiata ; toujours X.
Le spermatozoïde est petit, mobile, sans réserves ; l'ovocyte est gros, immobile, riche en réserves.
C'est le spermatozoïde (X ou Y) qui détermine le sexe de l'enfant.
Taille réelle = taille sur l'image ÷ grossissement (1 mm = 1 000 µm).
4Erreurs fréquentes
- Dire que la femme libère un ovule haploïde achevé : c'est un ovocyte II bloqué en métaphase II, qui n'achève sa méiose qu'après l'entrée du spermatozoïde.
- Placer les mitochondries dans la tête ou le flagelle : elles sont dans la pièce intermédiaire.
- Croire que l'ovocyte peut porter un chromosome Y : il porte toujours un X ; seul le spermatozoïde peut apporter un Y.
- Oublier de convertir les millimètres en micromètres avant de diviser par le grossissement.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Cite les trois parties d'un spermatozoïde et le rôle de chacune.
b) Qu'est-ce que l'acrosome ? D'où provient-il ?
c) Cite, de l'intérieur vers l'extérieur, les enveloppes et structures qui entourent le cytoplasme de l'ovocyte II.
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a) La tête, qui contient le noyau haploïde (information génétique paternelle) et l'acrosome (enzymes qui digèrent les enveloppes de l'ovocyte) ; la pièce intermédiaire, qui contient les mitochondries produisant l'ATP nécessaire au mouvement ; le flagelle, qui assure la propulsion du spermatozoïde.
b) L'acrosome est une vésicule en forme de capuchon, placée à l'avant du noyau, remplie d'enzymes capables de digérer les enveloppes de l'ovocyte. Il provient de l'appareil de Golgi.
c) Les granules corticaux (sous la membrane), la membrane plasmique, l'espace périvitellin avec le premier globule polaire, la zone pellucide, la corona radiata.
2Exercice 2
Sur une micrographie au grossissement × 2 000, un spermatozoïde entier mesure 12 cm de long et sa tête 1 cm.
a) Calcule la longueur réelle du spermatozoïde et celle de sa tête, en µm.
b) Quelle fraction de la longueur totale représente la tête ?
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a) Spermatozoïde : 12 cm = 120 mm = 120 000 µm ; longueur réelle : 120 000 ÷ 2 000 = 60 µm. Tête : 1 cm = 10 mm = 10 000 µm ; longueur réelle : 10 000 ÷ 2 000 = 5 µm.
b) La tête représente 560 = 112 de la longueur totale, soit environ 8 %.
3Exercice 3
Recopie et complète le tableau comparatif avec : mobile ou immobile ; X ou Y ; réserves ; taille.
| Caractère | Spermatozoïde | Ovocyte II |
|---|---|---|
| Mobilité | ? | ? |
| Chromosome sexuel | ? | ? |
| Réserves cytoplasmiques | ? | ? |
| Taille approximative | ? | ? |
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| Caractère | Spermatozoïde | Ovocyte II |
|---|---|---|
| Mobilité | mobile | immobile |
| Chromosome sexuel | X ou Y | toujours X |
| Réserves cytoplasmiques | pratiquement aucune | abondantes |
| Taille approximative | environ 60 µm de long | environ 120 µm de diamètre |
4Exercice 4
Explique en quoi la structure du spermatozoïde est adaptée à sa fonction. Organise ta réponse en reliant chaque structure à une étape de son parcours jusqu'à la fécondation.
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Pour rejoindre l'ovocyte dans la trompe, le spermatozoïde doit parcourir un long trajet : son flagelle assure la propulsion, et les mitochondries de la pièce intermédiaire fournissent l'ATP nécessaire à ce mouvement. Sa forme allongée et la réduction de son cytoplasme (noyau très condensé) le rendent léger et hydrodynamique. Arrivé au contact de l'ovocyte, il doit traverser la corona radiata et la zone pellucide : les enzymes de l'acrosome digèrent ces enveloppes. Enfin, son noyau haploïde apporte les 23 chromosomes paternels, dont le chromosome X ou Y qui déterminera le sexe, et son centriole permettra la formation du premier fuseau de division de l'œuf.
5Exercice 5
(Type BAC) On étudie des spermatozoïdes présentant des anomalies.
- Cas 1 : chez certains hommes, les spermatozoïdes ont un flagelle dont l'axonème ne contient pas les protéines motrices ; ils sont immobiles. Ces hommes ont souvent aussi des infections respiratoires fréquentes.
- Cas 2 : chez d'autres, les spermatozoïdes ont une tête ronde dépourvue d'acrosome ; ils sont mobiles et arrivent au contact de l'ovocyte, mais ne le fécondent pas.
a) Explique l'infertilité dans le cas 1.
b) Sachant que les cellules de la trachée et des bronches portent des cils dont l'axonème a la même structure que celui du flagelle, explique les infections respiratoires associées.
c) Explique l'échec de la fécondation dans le cas 2.
d) Dans le cas 2, on peut obtenir une fécondation au laboratoire en injectant directement un spermatozoïde dans le cytoplasme de l'ovocyte. Que montre ce résultat sur le rôle du noyau et de l'acrosome ?
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a) Sans protéines motrices, les microtubules de l'axonème ne glissent pas les uns sur les autres : le flagelle ne peut pas onduler et le spermatozoïde est immobile. Il ne peut pas remonter les voies génitales féminines jusqu'à l'ovocyte : la fécondation est impossible, d'où l'infertilité.
b) Les cils des voies respiratoires ont un axonème de même structure : l'anomalie les touche aussi. Ils ne battent plus et ne peuvent plus évacuer le mucus chargé de poussières et de microbes vers la gorge. Les microbes restent dans les bronches, d'où des infections respiratoires fréquentes.
c) Sans acrosome, le spermatozoïde ne possède pas les enzymes qui digèrent la corona radiata et la zone pellucide. Il arrive au contact de l'ovocyte mais ne peut pas traverser ses enveloppes : il n'y a pas de fécondation.
d) L'injection directe contourne les enveloppes : le noyau du spermatozoïde, normal, peut alors participer à la formation de l'œuf. Cela montre que l'acrosome n'est nécessaire qu'à la traversée des enveloppes, tandis que l'information génétique apportée par le noyau est intacte et suffit au développement.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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