Anatomie des appareils génitaux, gamétogenèse et fécondation

La reproduction sexuée nécessite la fabrication de cellules reproductrices ou gamètes, appelés spermatozoïdes chez l'homme et ovocytes chez la femme.
Cette production se fait dans l'appareil reproducteur et nécessite la mise en jeu de processus complexes permettant la conservation du nombre de chromosomes de l'espèce.
La fécondation implique la présence simultanée d'un gamète femelle et d'un gamète mâle dans les voies génitales féminines. La période de fécondité d'une femme correspond à la période pendant laquelle un rapport sexuel peut aboutir à une grossesse. Cette période est brève et a une durée maximale de trois ou quatre jours.
1. Quelle est l'anatomie des appareils reproducteurs de l'homme et de la femme ?
• Dans tous les cas, l'appareil reproducteur comporte trois ensemble d'éléments.
a) Des gonades, testicules ou ovaires, symétriques à droite et à gauche, fixés dans l'abdomen par des ligaments. Les ovaires produisent les ovocytes et les hormones sexuelles féminines (oestrogènes et progestérone), les testicules produisent les spermatozoïdes et la testostérone
b) Des voies génitales internes et des organes génitaux externes, symétriques ou non.
• Chez l'homme, elles comprennent l'épididyme débouchant dans le canal déférent et se terminent par un organe d'accouplement ou pénis.
• Chez la femme, elles comprennent le pavillon à l'extrémité de la trompe de Fallope, l'utérus unique dans le plan médian en communication avec le vagin. Des replis de la peau, les lèvres, protègent l'orifice vaginal.
c) Des glandes annexes : vésicules séminales, prostate et glandes de Cowper (non représentées sur le schéma) chez l'homme ; les glandes de Bartholin (non représentées sur le schéma) chez la femme.
Anatomie des appareils génitaux, gamétogenèse et fécondation - illustration 1
Anatomie des appareils génitaux, gamétogenèse et fécondation - illustration 2
2. Comment se déroule la méiose ?
• Les organes génitaux ont pour rôle de produire des cellules reproductrices ou gamètes. Ces cellules diffèrent de toutes les autres cellules de l'organisme par le fait qu'elles sont haploïdes, c'est-à-dire qu'elles ne possèdent plus qu'un exemplaire de chaque chromosome au lieu de deux. Elles sont donc à n chromosomes au lieu de 2n et sont produites par un mécanisme appelé méiose.
• La méiose est un ensemble de deux divisions qui, à partir d'une cellule diploïde, conduit à la formation de quatre cellules haploïdes. Ses étapes sont les suivantes :
a) Une division réductionnelle produisant deux cellules à n chromosomes.
b) Une division équationnelle qui n'est pas précédée d'une synthèse d'ADN, les chromosomes des cellules issues de la division réductionnelle étant toujours formés de deux chromatides. Cette deuxième division ne modifie pas le nombre de chromosomes.La cellule diploïde initiale donne ainsi naissance à quatre cellules haploïdes.
Les gamètes produits après la méiose ne reçoivent chacun qu'un chromosome de chaque paire de la cellule parentale, donc un seul allèle de chaque gène. Ces chromosomes homologues qui les portent sont répartis au hasard lors de la méiose, vers un pôle ou un autre. Ainsi, les gamètes produits sont génétiquement différents les uns des autres. La distribution au hasard des chromosomes homologues de chaque paire dans les gamètes constitue le brassage interchromosomique. Si la cellule est homozygote pour le ou les gène(s) considérés, les gamètes produits sont tous identiques. Dans l'espèce humaine, la séparation indépendante des 23 paires de chromosomes permet théoriquement la formation de 223 types de gamètes différents.
Schéma récapitulatif de la méiose
Schéma récapitulatif de la méiose
3. Où et comment la rencontre des gamètes et la fécondation peuvent-elle se produire ?
• La fécondation est la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovocyte pour donner une cellule unique, l'ovule ou œuf.
• Pour que la fécondation puisse avoir lieu, des conditions obligatoires doivent être remplies.
• Le gamète femelle doit être fécondable : l'ovocyte I unique émis dans le pavillon des voies génitales femelles au moment de l'ovulation et bloqué en 1re division de méiose, reprend sa division et devient un ovocyte II. Il est provisoirement bloqué avant la fin de la seconde division de méïose et progresse lentement dans les trompes. C'est cette cellule que le gamète mâle va rencontrer et féconder. Elle est viable pendant 12 à 24 heures.
• Le gamète mâle est un spermatozoïde. Les spermatozoïdes déposés dans le vagin lors d'un rapport sexuel doivent franchir la glaire cervicale du col de l'utérus. Ce passage est possible au moment de l'ovulation car la glaire est rendue perméable par les sécrétions ovariennes. Les spermatozoïdes remontent ensuite la cavité utérine puis les trompes, où ils peuvent rencontrer l'ovocyte II.
• Sur les 300 à 400 millions de spermatozoïdes émis lors d'un rapport sexuel, seul un petit nombre franchit le col de l'utérus et quelques dizaines d'entre eux atteignent le gamète femelle. Au cours de leur remontée dans les trompes, les spermatozoïdes acquièrent la capacité à féconder l'ovocyte : c'est la capacitation. La durée de vie des spermatozoïdes dans les voies génitales femelles est de 24 à environ 72 heures. La fécondation peut alors lieu dans cette période dès que l'ovocyte est prêt.
• La fusion des gamètes a lieu dans une des deux trompes et se fait en plusieurs étapes.
• Les spermatozoïdes, dont la tête contient une poche bourrée d'enzymes, l'acrosome, libèrent ces enzymes qui dégradent l'enveloppe muqueuse, ou zone pellucide, entourant le gamète femelle. C'est la réaction acrosomale.
• Dès qu'un spermatozoïde pénètre dans le gamète femelle, il déclenche un réveil physiologique de l'ovocyte II bloqué avant la fin de la seconde division de méïose depuis l'ovulation, et la reprise de son activité métabolique. De minuscules granules du cytoplasme ovulaire périphérique, les granules corticaux, libèrent leur contenu et soulèvent une membrane dite « de fécondation » au-dessus de l'ovule, empêchant la pénétration d'un autre spermatozoïde. C'est la réaction corticale, protégeant l'ovule contre la polyspermie (fécondation par plusieurs spermatozoïdes) et assurant donc une monospermie.
• La pénétration du spermatozoïde déclenche la fin de la méiose de l'ovocyte II qui devient un ovule.
• La fécondation, qui correspond à la fusion des cytoplasmes puis des noyaux des deux gamètes, a lieu immédiatement et produit une cellule-œuf.
Exercice n°3Exercice n°4
4. Comment se déroulent la segmentation et la nidation ?
• La division de l'œuf ou segmentation commence 24 heures environ après la fécondation. Les mitoses se poursuivent pendant que le jeune embryon entame sa migration vers l'utérus. Entraîné par le mouvement des cils qui tapissent la paroi de la trompe, l'embryon atteint la cavité utérine quatre jours après la fécondation. Il est alors constitué d'une soixantaine de cellules et est maintenant nourri par les sécrétions de l'endomètre.
• Au 6e ou 7e jour après la fécondation, l'embryon devient un blastocyste, caractérisé par une cavité et deux groupes de cellules au devenir différent :
  • Le bouton embryonnaire est un massif interne de cellules volumineuses à l'origine de l'embryon proprement dit.
  • Le trophoblaste est un tissu qui enveloppe l'embryon et participe à la formation du placenta, organe d'échange entre la mère et le fœtus. Les cellules du trophoblaste prolifèrent, s'accolent à l'endomètre et commencent à y pénétrer. L'embryon s'enfonce activement dans la muqueuse utérine, qui finit par le recouvrir : c'est la nidation. La grossesse commence alors et dure en moyenne 260 jours.
• Parfois, une erreur de la migration et de la nidation peut se produire. Elle provoque une mauvaise implantation de l'œuf et une grossesse extra-utérine se développe en dehors de la cavité utérine. Le plus souvent, c'est une anomalie de la trompe qui gêne la migration de l'œuf : anomalie de naissance ou acquise (séquelles de salpingite, tuberculose, intervention chirurgicale). L'œuf ne peut pas parcourir la trompe; il s'arrête trop tôt et s'implante dans la trompe. Si la grossesse se poursuit, une rupture de la trompe va provoquer une hémorragie.
• La grossesse extra-utérine reste la première cause de mortalité liée à la grossesse dans les pays industrialisés.
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5. Comment se déroule la gamétogénèse ?
• La gamétogenèse est le mécanisme biologique par lequel les gamètes sont formés dans l'organisme. La gamétogénèse comprend quatre étapes dont les modalités diffèrent selon le sexe :
  • Une phase de multiplication, par mitoses qui amplifie considérablement le nombre de cellules-mères des spermatozoïdes (les spermatogonies) ou des ovules (les ovogonies). Ces cellules sont diploïdes.
  • Une phase d'accroissement, durant laquelle les cellules précédentes deviennent des spermatocytes I ou des ovocytes I, toujours diploïdes. Cette phase est particulièrement importante chez la femme.
  • Une phase de maturation, au cours de laquelle se déroule une méiose, assurant la production de cellules haploïdes.
  • Une phase de différenciation, inexistante chez la femme. Chez l'homme, elle correspond à un changement morphologique donnant au spermatozoïde sa forme caractéristique.
• Mitoses et méiose se succèdent donc au cours de la gamétogénèse pour permettre la formation de cellules nombreuses (mitoses) et haploïdes (méiose).
• La gamétogénèse chez l'homme porte le nom de spermatogenèse et se déroule dans les testicules. Une coupe de testicule permet d'observer deux types de tissus :
  • des tubes séminifères dans la paroi desquels sont formés, à partir de la puberté, de très nombreux spermatozoïdes. À maturité, ils sont mobiles grâce à leur flagelle et se déplacent dans la partie centrale des tubes (lumière) vers l'épididyme et les canaux déférents. La paroi du tube séminifère contient aussi des cellules allongées, les cellules de Sertoli, à rôle de soutien et nourricier ;
  • du tissu intersticiel, contenant des cellules de Leydig, productrices d'hormone mâle, la testostérone. Le tissu intersticiel est richement vascularisé, l'hormone mâle étant transportée dans l'organisme par le sang.
• Le testicule adulte présente une double fonction : la production de spermatozoïdes et la production de l'hormone sexuelle masculine : la testostérone.
• Chez la femme, la gamétogénèse s'appelle l'ovogenèse et se déroule dans les ovaires. Une coupe d'ovaire présente des follicules. Un follicule est un amas cellulaire sphérique contenant en son centre une cellule de la lignée germinale, l'ovocyte I. Les follicules évoluent de façon cyclique à partir de la puberté depuis un stade follicule primordial jusqu'à un stade follicule mûr ou follicule de De Graaf, qui éclate au moment de l'ovulation, libérant l'ovocyte qu'il contient.
• Le restant du follicule devient un corps jaune.
• Les cellules du follicule entourant l'ovocyte et les cellules du corps jaune sont productrices d'hormones.
• L'ovaire adulte, comme le testicule, présente une double fonction : la production de cellules reproductrices femelles et la production d'hormones sexuelles féminines.
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À retenir
• L'organisation du testicule et de l'ovaire leur permet de remplir une double fonction : production de gamètes et d'hormones.
• La production des gamètes, ou gamétogénèse est réalisée dans les organes génitaux. Grâce à des mitoses répétées, ces cellules sont produites en grand nombre, particulièrement chez l'homme.
• Grâce à la méiose qu'elles subissent ensuite, ces cellules deviennent haploïdes. Les gamètes produits présentent une très grande diversité de génotype, conséquence du brassage interchromosomique lors de la méiose.
• La rencontre des gamètes a lieu dans le tiers supérieur des trompes. La fécondation nécessite que les spermatozoïdes aient subi le phénomène de capacitation. La période où la fécondation peut avoir lieu est brève et dépend de la durée de survie des gamètes dans les voies génitales.
• La segmentation de l'œuf débute immédiatement et le blastocyste obtenu s'implante dans la muqueuse utérine 6 à 7 jours après la fécondation. Le fœtus (qui fait suite à l'embryon) s'y maintient ensuite environ 260 jours, soit 38 semaines pendant lesquelles il se développe, nourrit et protégé par sa mère grâce à un organe d'échange : le placenta.
L'appareil génital :
Cochez la bonne réponse.
comporte trois séries d'éléments aux fonctions distinctes chez l'homme comme chez la femme.
est identique chez l'homme et chez la femme.
comporte exclusivement des éléments symétriques.
L'appareil génital comporte des éléments symétriques (testicules, ovaires, canaux déférents, trompes...) et des éléments non symétriques (pénis, utérus). Il est différent chez l'homme et chez la femme, mais comporte toujours trois séries d'éléments distincts (glandes génitales, voies génitales, glandes annexes).
La méiose est un mécanisme qui :
Cochez la bonne réponse.
produit des cellules diploïdes.
sépare les chromatides des chromosomes lors de la division réductionnelle.
comporte deux divisions successives.
La méiose est un mécanisme qui comporte deux divisions successives : la division réductionnelle et la division équationnelle. Elle produit des cellules haploïdes et sépare les chromosomes homologues lors de la division réductionnelle.
Le gamète femelle fécondable :
Cochez la bonne réponse.
est enveloppé par une couche muqueuse, la zone pellucide.
est un ovocyte I.
peut être fécondé par plusieurs spermatozoïdes.
Le gamète femelle fécondable est un ovocyte II bloqué avant la fin de la 2e division de la méiose. Il est enveloppé par une couche muqueuse, la zone pellucide. Il ne peut pas être fécondé par plusieurs spermatozoïdes : la monospermie est obligatoire.
La pénétration d'un spermatozoïde dans le cytoplasme ovulaire :
Cochez la bonne réponse.
est sans effet sur l'activité métabolique de l'ovocyte.
peut se produire même en l'absence de capacitation.
nécessite une réaction acrosomale.
La pénétration d'un spermatozoïde dans le cytoplasme ovulaire est le résultat d'une réaction acrosomale. Elle provoque la reprise de l'activité métabolique de l'ovocyte et nécessite que le spermatozoïde ait acquis son aptitude à féconder (phénomène de capacitation).
La nidation :
Cochez la bonne réponse.
intervient 24 heures après la fécondation.
marque le début de la grossesse.
est suivie des premières divisions de l'œuf.
Les premières divisions de l'œuf ont lieu dans les trompes tout de suite après la fécondation et donc avant la nidation. La nidation intervient une semaine après la fécondation et marque le début de la grossesse.
L'implantation de l'embryon :
Cochez la bonne réponse.
peut se faire en n'importe quel point des voies génitales.
peut être gênée par une obstruction des trompes.
peut provoquer la mort de la femme si elle se produit dans une trompe.
L'implantation de l'embryon doit se faire impérativement dans la cavité utérine, au risque de provoquer une hémorragie. Elle peut être gênée par une obstruction des trompes.
La gamétogénèse :
Cochez la bonne réponse.
permet la production de cellules haploïdes.
ne se déroule que chez l'homme.
comprend deux étapes.
La gamétogénèse se déroule dans les deux sexes. Elle permet la production de cellules haploïdes et comporte typiquement quatre étapes.
Dans une coupe de testicule, on peut observer :
Cochez la bonne réponse.
des follicules de De Graaf.
des tubes séminifères et du tissu intersticiel.
des corps jaunes.
Dans une coupe de testicule, on peut observer des tubes séminifères et du tissu intersticiel. Les follicules de De Graaf et les corps jaunes sont spécifiques de l'ovaire.