Karamö, le prof virtuelLeçon 42 sur 49
La fécondation
Je sais décrire les étapes de la fécondation, expliquer comment elle rétablit la diploïdie et détermine le sexe, et interpréter l'évolution de la quantité d'ADN autour de la fécondation.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire les étapes de la fécondation, de la capacitation à la formation du zygote
- Expliquer les mécanismes qui empêchent la polyspermie
- Montrer que la fécondation rétablit la diploïdie et détermine le sexe génétique
- Interpréter une courbe de quantité d'ADN et expliquer l'origine des jumeaux
Avant de commencer : La structure des gamètes, la méiose et la production des gamètes, les principales étapes de la reproduction.
1Je découvre
Au lycée de Boké, le professeur projette une vidéo prise au microscope : un ovocyte humain, énorme boule claire, est entouré de dizaines de spermatozoïdes minuscules qui s'agitent. Soudain, l'un d'eux s'enfonce dans l'enveloppe. Quelques instants plus tard, les autres ne peuvent plus entrer.
Alpha lève la main : « Monsieur, pourquoi un seul ? Et comment l'ovocyte sait-il qu'il doit fermer la porte ? » Kadiatou ajoute : « Et si les deux gamètes ont chacun 23 chromosomes, comment le bébé en a-t-il 46 ? Est-ce que c'est à ce moment-là qu'on devient fille ou garçon ? »
Le professeur sourit : « Vous venez de poser les trois grandes questions de la fécondation. »
Comment se déroule la fécondation, comment l'ovocyte empêche-t-il l'entrée de plusieurs spermatozoïdes, et quelles sont les conséquences de cette union sur les chromosomes de l'enfant ?
2Je comprends
1. Définition et conditions
La fécondation est l'union d'un gamète mâle (spermatozoïde) et d'un gamète femelle (ovocyte II), qui aboutit à la formation d'une cellule diploïde, la cellule-œuf ou zygote. Chez l'être humain, la fécondation est interne : elle a lieu dans l'ampoule de la trompe, dans les heures qui suivent l'ovulation.
Pour qu'elle ait lieu, il faut :
- des gamètes vivants et en nombre suffisant ;
- des spermatozoïdes mobiles et capacités ;
- une rencontre dans la trompe pendant la courte période de survie de l'ovocyte (12 à 24 heures).
Rappelle-toi la structure de l'ovocyte II au moment de l'ovulation : il est entouré de la zone pellucide (enveloppe de glycoprotéines) et de la corona radiata (cellules folliculaires) ; sous sa membrane se trouvent les granules corticaux ; son noyau est bloqué en métaphase II de méiose, et il a déjà expulsé le premier globule polaire.
2. Les étapes de la fécondation
a) La capacitation. En traversant l'utérus et la trompe, les spermatozoïdes perdent certaines molécules de leur membrane. Ils deviennent plus mobiles et capables de réaliser la réaction acrosomique. Un spermatozoïde qui n'a pas été capacité ne peut pas féconder.
b) La traversée de la corona radiata. Grâce aux battements de leur flagelle, les spermatozoïdes se faufilent entre les cellules folliculaires.
c) La fixation sur la zone pellucide et la réaction acrosomique. Le spermatozoïde se fixe sur des récepteurs spécifiques de la zone pellucide. Cette reconnaissance est propre à l'espèce : un spermatozoïde d'une autre espèce ne se fixe pas. La fixation déclenche la réaction acrosomique : l'acrosome libère des enzymes qui digèrent localement la zone pellucide, et le spermatozoïde la traverse.
d) La fusion des membranes. Le spermatozoïde arrive dans l'espace entre la zone pellucide et l'ovocyte ; sa membrane fusionne avec celle de l'ovocyte. Le noyau du spermatozoïde (avec le centriole) entre dans le cytoplasme ; le flagelle dégénère.
e) L'activation de l'ovocyte. L'entrée du spermatozoïde réveille l'ovocyte, ce qui a deux conséquences immédiates :
- la réaction corticale : les granules corticaux libèrent leur contenu entre la membrane et la zone pellucide ; celle-ci se durcit et ses récepteurs sont modifiés. Plus aucun spermatozoïde ne peut se fixer : c'est le blocage de la polyspermie ;
- l'achèvement de la méiose : l'ovocyte termine sa deuxième division et expulse le deuxième globule polaire. Il devient un ovule mature, à 23 chromosomes simples (non dupliqués).
f) La formation des pronucléi et l'amphimixie. Le noyau du spermatozoïde gonfle et devient le pronucléus mâle ; le noyau de l'ovule devient le pronucléus femelle. Chacun réplique son ADN. Les deux pronucléi se rapprochent ; leurs enveloppes disparaissent et leurs chromosomes se réunissent sur un même fuseau : c'est l'amphimixie (mélange des chromosomes paternels et maternels). La cellule-œuf, à 46 chromosomes, commence aussitôt sa première mitose.
- 1Capacitation des spermatozoïdes dans l'utérus et la trompe
- 2Traversée de la corona radiata grâce au flagelle
- 3Fixation sur la zone pellucide et réaction acrosomique (enzymes)
- 4Fusion des membranes : le noyau du spermatozoïde entre
- 5Réaction corticale (blocage de la polyspermie) et fin de la méiose (2e globule polaire)
- 6Pronucléi mâle et femelle, réplication de l'ADN, amphimixie : zygote 2n = 46
3. La fécondation rétablit la diploïdie
La méiose a réduit de moitié le nombre de chromosomes : chaque gamète est haploïde (n = 23). La fécondation réunit deux lots haploïdes :
n + n = 23 + 23 = 46 = 2n
La cellule-œuf est diploïde. Elle possède 23 paires de chromosomes homologues : dans chaque paire, un chromosome vient du père et l'autre de la mère. Méiose et fécondation se complètent donc : elles maintiennent constant le nombre de chromosomes de l'espèce d'une génération à l'autre.
La fécondation contribue aussi à la diversité génétique : chaque gamète porte une combinaison unique de chromosomes (brassages de la méiose), et la rencontre des gamètes se fait au hasard. Chaque enfant (sauf les vrais jumeaux) est donc génétiquement unique.
4. La détermination du sexe génétique
Les formules chromosomiques sont :
- femme : 44 + XX ; tous ses ovocytes sont 22 + X ;
- homme : 44 + XY ; la moitié de ses spermatozoïdes est 22 + X, l'autre moitié 22 + Y.
C'est donc le spermatozoïde qui détermine le sexe génétique de l'enfant, au moment même de la fécondation.
| Spermatozoïde \ Ovocyte | 22 + X |
|---|---|
| 22 + X | 44 + XX : fille |
| 22 + Y | 44 + XY : garçon |
À chaque fécondation, la probabilité d'avoir une fille est donc 12, celle d'avoir un garçon aussi 12, quel que soit le sexe des enfants précédents. Cela contredit une idée répandue : ce n'est pas la mère qui « décide » du sexe de l'enfant.
Exemple
Un couple de Siguiri a déjà trois filles. Quelle est la probabilité que le quatrième enfant soit un garçon ? Quelle était, avant la première naissance, la probabilité d'avoir quatre filles de suite ?
Étape 1 : chaque fécondation est indépendante des précédentes ; la probabilité d'un garçon est donc 1/2.
Étape 2 : la probabilité d'avoir 4 filles de suite est le produit des probabilités : (1/2) × (1/2) × (1/2) × (1/2) = 1/16.
Conclusion : 1/2 pour le quatrième enfant ; 1/16 soit 6,25 % pour quatre filles de suite, calculée avant la première naissance.
5. La quantité d'ADN autour de la fécondation
On note q la quantité d'ADN d'un noyau haploïde à chromosomes simples (un spermatozoïde par exemple).
| Moment | Quantité d'ADN du noyau | Explication |
|---|---|---|
| Spermatozoïde | q | 23 chromosomes simples |
| Ovocyte II (métaphase II) | 2q | 23 chromosomes doubles (2 chromatides) |
| Ovule après expulsion du 2e globule polaire | q | 23 chromosomes simples |
| Chaque pronucléus après réplication | 2q | réplication de l'ADN |
| Zygote au moment de l'amphimixie | 2q + 2q = 4q | 46 chromosomes doubles |
| Chacune des 2 premières cellules | 2q | après la première mitose |
Exemple
On mesure la quantité d'ADN dans une cellule en suivant la fécondation : on trouve successivement (en unités arbitraires) 2 ; 1 ; 2 ; 4 ; 2. Associe chaque valeur à une étape.
Étape 1 : 2 (soit 2q) → ovocyte II bloqué en métaphase II, avant l'entrée du spermatozoïde.
Étape 2 : 1 (q) → après l'expulsion du 2e globule polaire, le noyau de l'ovule est haploïde à chromosomes simples.
Étape 3 : 2 (2q) → le pronucléus femelle a répliqué son ADN.
Étape 4 : 4 (4q) → le zygote rassemble les deux pronucléi répliqués (2q + 2q).
Étape 5 : 2 (2q) → première mitose : chacune des deux cellules filles reçoit 2q.
Méthode
Pour interpréter une courbe de quantité d'ADN autour de la fécondation :
- Je repère les paliers et je leur donne une valeur en q.
- Une division par 2 correspond à une séparation (expulsion d'un globule polaire ou mitose).
- Un doublement progressif correspond à une réplication (phase S).
- Un « saut » vers le haut sans réplication correspond à l'arrivée du noyau du spermatozoïde.
- Je conclus en nommant la cellule et son nombre de chromosomes à chaque palier.
6. Les jumeaux
- Les vrais jumeaux (jumeaux monozygotes) proviennent d'une seule cellule-œuf qui se sépare en deux embryons au début du développement. Ils ont le même patrimoine génétique, donc toujours le même sexe.
- Les faux jumeaux (jumeaux dizygotes) proviennent de deux ovocytes libérés au même cycle et fécondés par deux spermatozoïdes différents. Ils se ressemblent comme deux frères et sœurs ordinaires et peuvent être de sexes différents.
3Je retiens
Je retiens
Fécondation : union d'un spermatozoïde (n = 23) et d'un ovocyte II (n = 23) dans l'ampoule de la trompe → zygote 2n = 46.
Étapes : capacitation → traversée de la corona radiata → fixation sur la zone pellucide et réaction acrosomique → fusion → réaction corticale et fin de méiose (2e globule polaire) → pronucléi → amphimixie.
La réaction corticale empêche la polyspermie ; la fixation sur la zone pellucide est spécifique de l'espèce.
Méiose et fécondation maintiennent le nombre de chromosomes et créent la diversité génétique.
Sexe génétique fixé par le spermatozoïde : 22 + X → fille (44 + XX) ; 22 + Y → garçon (44 + XY) ; probabilité 1/2 à chaque fois.
Vrais jumeaux : un seul zygote ; faux jumeaux : deux ovocytes, deux spermatozoïdes.
4Erreurs fréquentes
- Dire que l'ovule est fécondé : au moment de la fécondation, c'est un ovocyte II ; il n'achève sa méiose qu'après l'entrée du spermatozoïde.
- Dire que c'est la mère qui détermine le sexe de l'enfant : tous les ovocytes portent X ; c'est le spermatozoïde (X ou Y) qui décide.
- Croire que tout le spermatozoïde entre dans l'ovocyte et reste intact : son noyau entre, le flagelle dégénère.
- Oublier la réplication dans les pronucléi : la quantité d'ADN du zygote atteint 4q avant la première mitose, pas 2q.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis : fécondation, capacitation, réaction acrosomique, polyspermie, amphimixie.
b) Où a lieu la fécondation chez la femme ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Fécondation : union d'un spermatozoïde et d'un ovocyte donnant une cellule-œuf diploïde. Capacitation : modification des spermatozoïdes dans les voies génitales féminines, qui les rend aptes à féconder. Réaction acrosomique : libération des enzymes de l'acrosome au contact de la zone pellucide, qui permet de la traverser. Polyspermie : entrée de plusieurs spermatozoïdes dans un même ovocyte (elle est empêchée chez l'être humain). Amphimixie : réunion des chromosomes des pronucléi mâle et femelle.
b) Dans l'ampoule, c'est-à-dire le tiers externe de la trompe.
2Exercice 2
Donne la formule chromosomique : a) d'un spermatozoïde pouvant donner une fille ; b) d'un ovocyte ; c) d'un zygote de garçon ; d) du deuxième globule polaire.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 22 + X. b) 22 + X. c) 44 + XY. d) 22 + X (il contient un lot haploïde de chromosomes simples, comme l'ovule).
3Exercice 3
Une famille de N'Zérékoré a deux garçons.
a) Quelle est la probabilité que le troisième enfant soit une fille ?
b) Avant la naissance du premier enfant, quelle était la probabilité d'avoir exactement une fille puis un garçon puis une fille, dans cet ordre ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 1/2 : chaque fécondation est indépendante des précédentes.
b) (1/2) × (1/2) × (1/2) = 1/8.
4Exercice 4
On observe au microscope, quelques heures après un rapport sexuel, un ovocyte entouré de nombreux spermatozoïdes ; un seul spermatozoïde est entré. On voit dans l'espace situé sous la zone pellucide deux petites cellules.
a) Nomme ces deux petites cellules et précise quand chacune a été formée.
b) Explique pourquoi les autres spermatozoïdes ne peuvent plus entrer.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Ce sont les globules polaires. Le premier a été formé avant l'ovulation, à la fin de la première division de méiose ; le second, juste après l'entrée du spermatozoïde, quand l'ovocyte a achevé sa deuxième division.
b) L'entrée du spermatozoïde a déclenché la réaction corticale : les granules corticaux ont libéré leur contenu sous la zone pellucide, qui s'est durcie et dont les récepteurs ont été modifiés. Les autres spermatozoïdes ne peuvent plus s'y fixer : la polyspermie est bloquée.
5Exercice 5
(Type BAC) Le document donne l'évolution de la quantité d'ADN (en unités arbitraires, u.a.) dans un noyau, depuis l'ovocyte II jusqu'au stade deux cellules.
| Moment | t0 | t1 | t2 | t3 | t4 |
|---|---|---|---|---|---|
| Quantité d'ADN (u.a.) | 6,6 | 3,3 | 6,6 | 13,2 | 6,6 |
a) Sachant que t0 correspond à l'ovocyte II en métaphase II, exprime chaque valeur en fonction de q.
b) Explique la variation entre t0 et t1, puis entre t1 et t2.
c) Que représente la valeur de t3 ? Quel événement explique le passage de t3 à t4 ?
d) Montre, à l'aide de ce document et de tes connaissances, que la fécondation rétablit la diploïdie.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) t0 : 6,6 u.a. = 2q, donc q = 3,3 u.a. ; t1 = 3,3 = q ; t2 = 6,6 = 2q ; t3 = 13,2 = 4q ; t4 = 6,6 = 2q.
b) De t0 à t1, la quantité est divisée par 2 : l'ovocyte achève sa deuxième division de méiose et expulse le deuxième globule polaire ; le noyau (pronucléus femelle) garde q. De t1 à t2, elle double : le pronucléus réplique son ADN.
c) t3 = 4q correspond au zygote au moment de l'amphimixie : il réunit le pronucléus femelle (2q) et le pronucléus mâle, lui aussi répliqué (2q). Le passage à 2q (t4) s'explique par la première mitose, qui partage l'ADN entre deux cellules.
d) L'ovule et le spermatozoïde ont chacun q, soit un lot haploïde n = 23. Le zygote rassemble les deux lots : il possède 2n = 46 chromosomes, et chaque cellule issue de sa mitose a 2q, soit la quantité d'une cellule diploïde en phase G1. La fécondation a donc rétabli la diploïdie que la méiose avait réduite de moitié.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.
