Fiche explicative de la leçon: Appareil reproducteur féminin Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier les structures de l’appareil génital féminin, à définir leurs fonctions et à décrire la formation d’ovules dans l’ovaire.

Saviez-vous qu’à la naissance, une femme possède environ 1 million d’ovules ? Au moment où elle atteint la puberté, ce nombre diminue à environ 300 000. Au cours de sa vie reproductive, seuls 300 à 400 de ces ovules seront relâchés ! 

Les ovules sont les gamètes ou cellules sexuelles d’une femme.

Chaque ovule contient la moitié du matériel génétique d’une cellule normale ; les ovules sont donc des cellules haploïdes. Les spermatozoïdes sont également haploïdes, comme vous pouvez le voir sur la figure 1 ci-dessous.

En effet, lors de la fécondation, lorsqu’un ovule et un spermatozoïde fusionnent, ils forment un zygote possédant un lot complet de matériel génétique dans son noyau. Le zygote est donc diploïde, car son noyau contient un lot complet de 46 chromosomes.

Intéressons-nous à quelques-unes des principales structures du système reproducteur féminin, que vous pouvez voir sur la figure 2 ci-dessous.

Le système reproducteur féminin contient deux ovaires, qui sont de petits organes de forme ovale de la taille d’une amande. Les ovaires sont responsables de la libération des ovules et des hormones sexuelles.

Chaque ovaire est attaché à un tube appelé trompe de Fallope, ou tube utérin, qui a une ouverture en forme d’entonnoir du côté de l’ovaire. Lorsqu’un ovule est libéré de l’ovaire, il est happé par des projections en forme de doigts à l’extrémité de la trompe de Fallope correspondante et il la traverse ensuite jusqu’à l’utérus. Les trompes de Fallope sont tapissées de cellules épithéliales ciliées, c’est-à-dire qui ont des structures appelées cils à leur surface. Ces cils aident à déplacer, ou à l’ovule le long de la trompe de Fallope vers l’utérus, comme vous pouvez le voir sur la figure 3. Certaines cellules de la membrane des trompes de Fallope sécrètent également du mucus pour faciliter ce mouvement. Les trompes de Fallope sont généralement l’endroit où un spermatozoïde fusionne avec un ovule si une fécondation a lieu.

Exemple 1: Identifier les structures possédant des cellules ciliées

La figure ci-dessous représente une vue de face du système reproducteur d’une femme.

Dans quelle partie les cellules épithéliales ciliées sont-elles les plus abondantes ? 

Réponse

Les cellules épithéliales ciliées jouent un rôle important dans le déplacement de substances le long des canaux et des tubes du corps humain. Par exemple, les cellules épithéliales ciliées présentes dans le système reproducteur féminin sont chargées d’emmener l’ovule de l’ovaire à l’utérus par la trompe de Fallope.

Les ovules sont libérés par l’ovaire, noté C sur la figure, lors d’un processus appelé l’ovulation. L’ovule doit ensuite rejoindre l’utérus, car c’est là que l’embryon s’implantera si l’ovule est fécondé par un spermatozoïde. L’embryon est un stade précoce du développement humain qui suit la division de cet ovule fécondé. Ce déplacement est effectué en grande partie par des cellules ciliées dans les trompes de Fallope. Si l’ovule est fécondé par un spermatozoïde, la fécondation aura probablement lieu dans une des trompes de Fallope.

La lettre A sur la figure est le col de l’utérus, une zone tissulaire à la base de l’utérus. La lettre D est le vagin, qui reçoit habituellement du sperme lors de rapports sexuels pour féconder un ovule. La trompe de Fallope est annotée B.

Par conséquent, la partie du système reproducteur féminin dans laquelle les cellules épithéliales ciliées sont les plus abondantes est la B, la trompe de Fallope.

L’utérus est un organe creux situé dans la région pelvienne d’une femme. Il a une paroi musculaire composée de vaisseaux sanguins et de muscles lisses qui lui permet de se contracter.

Le rôle principal de l’utérus est de fournir un endroit pour qu’un embryon s’implante. Lorsqu’un spermatozoïde féconde un ovule, il forme initialement une cellule appelée zygote. Après que ce zygote s’est divisé, on l’appelle un embryon. L’utérus fournit non seulement un endroit pour que cet embryon s’implante, mais aussi un abri pour que l’embryon en croissance se développe pendant les 9 mois de la grossesse. Des ligaments sont présents dans le système reproducteur féminin pour soutenir l’utérus et le maintenir dans sa position pendant la grossesse.

À la base de l’utérus se trouve une zone tissulaire appelée col de l’utérus. Le col de l’utérus relie l’utérus à la lumière vaginale.

Le vagin est un tube dont la paroi est faite de muscle lisse, d’environ 7 cm de long, bien que cela varie d’une femme à l’autre. Le vagin s’étend du col de l’utérus aux organes génitaux externes, et c’est la structure qui est généralement responsable de la réception du sperme venant du pénis d’un homme lors d’un rapport sexuel.

Le vagin est tapissé d’une muqueuse, mais son humidité est principalement maintenue par la lubrification des glandes du col de l’utérus et des glandes situées à la partie postérieure de l’ouverture vaginale, qui peuvent sécréter des liquides pour humidifier le vagin. Le vagin se dilate également pendant le travail, lors de ce que l’on appelle l’accouchement. Le vagin a d’autres adaptations utiles, telles qu’un pH acide (habituellement entre 3,8 et 4,5), et son propre microenvironnement de « bonnes » bactéries qui le protègent des micro-organismes plus dangereux.

Une fois que le sperme est entré dans le vagin, la plupart des spermatozoïdes vont tenter de rejoindre l’utérus par le col de l’utérus. À partir de là, les spermatozoïdes peuvent accéder à une des deux trompes de Fallope pour essayer de féconder un ovule.

Analysons plus en détail comment certaines structures du système reproducteur de la femme peuvent changer au cours de sa vie et au fil du mois.

À la puberté, le corps d’une femme commence à se préparer à se reproduire en subissant des changements physiques, émotionnels et psychologiques. Les changements qui se produisent pendant la puberté sont contrôlés par la libération d’hormones, telles que les œstrogènes et la progestérone, principalement par les ovaires.

Un des changements que les femmes ont tendance à vivre au début de la puberté est le début du cycle menstruel. Le cycle menstruel décrit les changements rythmiques, généralement mensuels, dans les sécrétions d’hormones qui provoquent des changements dans le système reproducteur féminin. Un changement qui se produit au cours du cycle menstruel est l’épaississement de la muqueuse utérine, comme vous pouvez le voir sur la figure 4 ci-dessous.

Le cycle menstruel commence par la menstruation, souvent appelée règles. Vous pouvez voir qu’elles ont lieu entre le jour 0 et le jour 6 sur la figure 4. La muqueuse de l’utérus, parfois appelée endomètre, est très vascularisée. Quand une femme a ses règles, la muqueuse utérine quitte le vagin accompagnée de sang ; les règles sont initiées par des contractions parfois douloureuses dans les muscles lisses de la paroi utérine. Bien que le graphique montre des règles qui durent environ 6 jours, leur durée varie. La durée du cycle menstruel peut changer et diffère selon les femmes, mais un cycle complet dure généralement environ 28 jours du début des règles au début des suivantes.

Après la menstruation, la muqueuse utérine recommence à s’épaissir, comme vous pouvez le voir entre le jour 8 et le jour 18 sur la figure 4. Ce processus est également contrôlé par les hormones sexuelles libérées principalement par les ovaires. Lorsque la muqueuse de l’utérus s’est complètement recomposée, celui-ci est prêt à recevoir un ovule fécondé lors d’un processus appelé implantation. La muqueuse de l’utérus reste épaisse jusqu’au 28ème jour environ, avant que le cycle menstruel se répète.

Pour qu’un spermatozoïde féconde un ovule, l’ovule doit d’abord être libéré de l’ovaire lors d’un processus appelé ovulation. Celle-ci est contrôlée par les hormones sexuelles et se produit environ tous les mois lorsque la muqueuse utérine est épaisse. Habituellement, un seul ovule est libéré par cycle menstruel, et ils ont tendance à être libérés alternativement par chaque ovaire un mois sur deux. Si un ovule fécondé s’implante dans la paroi utérine, environ 9 mois plus tard, le muscle lisse présent dans l’utérus jouera un autre rôle, dans les contractions pour pousser le bébé à sortir de l’utérus lors de l’accouchement.

Le cycle menstruel continue, tous les mois à peu près, jusqu’à la grossesse ou la ménopause. Après la grossesse, le cycle menstruel recommence généralement, mais la ménopause l’arrête complètement. Cela signifie qu’une femme n’ovulera plus et n’aura plus ses règles. L’ovulation s’arrête lorsque ses ovaires deviennent inactifs en raison d’une diminution des sécrétions hormonales. Beaucoup de femmes sont fécondes et capables d’accoucher entre la puberté et la ménopause, qui se produit vers un âge moyen de 51 ans.

Voyons comment les ovules se développent et sont libérés de l’ovaire.

L’ovaire féminin est constitué de nombreux petits sacs remplis de liquide appelés follicules, contenant chacun un ovule immature. Le processus par lequel un ovule mature est produit et se développe s’appelle l’ovogenèse, et il commence avant même qu’une femme naisse, alors qu’elle n’est encore qu’un embryon ! 

L’ovogenèse se déroule en trois phases principales : la multiplication (appelée aussi prolifération), la croissance et la maturation. Vous pouvez voir des cellules à différents stades de développement sur la micrographie d’une coupe transversale d’un ovaire ci-dessous.

La figure 6 montre plus en détail ce qui se passe sur la micrographie.

Tout d’abord, regardons la phase de multiplication.

Quand une femme n’est encore qu’un fœtus, entre 8–20 semaines, beaucoup de ses cellules se divisent et se multiplient par mitose. Les ovules immatures à ce stade sont appelés cellules germinales primaires ou primordiales. Les cellules germinales primordiales sont des cellules diploïdes qui se transforment en cellules reproductrices chez les hommes et les femmes. Chez les hommes, les cellules germinales se transformeront en spermatozoïdes dans les testicules, et chez les femmes, en ovocytes dans les ovaires. Comme les cellules germinales sont diploïdes, elles possèdent un lot complet de 46 chromosomes.

Cette multiplication cellulaire est la première étape de l’ovogenèse et donne des cellules diploïdes appelées ovogonies, comme vous pouvez le voir sur la figure 6. Ce processus se poursuit jusqu’à quelques semaines avant la naissance.

Ensuite, examinons la phase de croissance.

La deuxième étape de l’ovogenèse est la phase de croissance, qui se produit également dans les ovaires alors que la femme n’est encore qu’un embryon. Chaque ovogonie grossit pour devenir un ovocyte primaire pendant la phase de croissance, comme vous pouvez le voir sur la figure 6. Le follicule qui contient l’ovocyte s’enrichit également de nutriments tels que des protéines et des hormones. Les ovocytes primaires commencent la méiose I, mais celle-ci est interrompue en prophase, au début du processus. Comme les ovocytes primaires n’ont pas encore terminé la méiose, ce sont aussi des cellules diploïdes comme vous le voyez sur la figure 7. Les ovocytes primaires restent dormants dans leurs follicules jusqu’à ce que l’ovulation commence à la puberté.

Parfois, les stades de l’ovogenèse sont classés selon qu’ils se produisent avant la naissance d’un fœtus (ovogénèse prénatale) ou après sa naissance (ovogénèse postnatale).

Alors que les deux premières étapes de l’ovogenèse sont prénatales, la dernière étape de l’ovogenèse est postnatale, au cours de laquelle les ovocytes subissent une maturation. La maturation se produit chez une femme qui a commencé son cycle menstruel, pendant l’ovulation qui est déclenchée par des hormones. Pendant la phase de maturation, un ovocyte primaire est converti en ovocyte secondaire, comme vous pouvez le voir sur la figure 6.

La méiose est une division en deux étapes. L’ovocyte primaire subit la première étape de la méiose, la méiose I, qui divise son noyau pour produire deux cellules filles haploïdes. Rappelez-vous que ce processus a commencé pendant la phase prénatale de l’ovogenèse, mais a été interrompu en prophase I.

La moitié du matériel génétique de l’ovocyte primaire se retrouve dans une cellule appelée ovocyte secondaire, et l’autre moitié se retrouve dans une cellule beaucoup plus petite et non fonctionnelle appelée premier globule polaire. Comme ils ne contiennent que la moitié du matériel génétique d’une cellule normale, l’ovocyte secondaire et le premier globule polaire sont haploïdes. Ce globule polaire est une cellule beaucoup plus petite contenant très peu de cytoplasme ; il est dit non fonctionnel car il ne se développera pas en ovule mature.

La méiose II, la deuxième étape de la division méiotique, commence après la fin de la méiose I, mais elle s’interrompt en métaphase avant la division de l’ovocyte secondaire et du premier globule polaire. La méiose II ne se terminera pour former un ovule mature que si l’ovocyte secondaire est fécondé par un spermatozoïde.

Sur la figure 7, vous pouvez voir un résumé des changements du nombre de chromosomes au fil des divisions mitotiques et méiotiques à chacune des étapes de l’ovogenèse, puis de la fécondation.

Pour résumer le processus d’ovogenèse comme nous pouvons le voir sur la figure 7, tout d’abord, l’ovogonie (2n) se divise par mitose pour se transformer en ovocyte primaire (2n). L’ovocyte primaire subit une méiose I pour former un ovocyte secondaire n et le premier globule polaire n. Ces deux cellules haploïdes subissent alors une méiose II, qui se termine après fécondation de l’ovocyte secondaire par un spermatozoïde, pour former 3 globules polaires secondaires et un ovule mature.

L’ovocyte secondaire est contenu dans un follicule appelé follicule de De Graaf. Lorsque l’ovulation a lieu et que l’ovocyte secondaire a été produit, le follicule de De Graaf éclate, comme vous pouvez le voir à l’étape 4 de la figure 6, et l’ovocyte secondaire est libéré dans la trompe de Fallope.

Une fois que l’ovocyte secondaire a quitté l’ovaire, le follicule de De Graaf se transforme en une structure appelée corps jaune, illustrée à l’étape 5 de la figure 6. Si l’ovocyte secondaire est fécondé, le corps jaune libère des hormones pour contrôler le début de la grossesse. Si l’ovocyte secondaire n’est pas fécondé, le corps jaune se dégrade, ce qui entraîne une diminution de la sécrétion d’hormones et déclenche le début de la menstruation.

La figure 8 résume les principaux processus qui se produisent pour transformer l’ovogonie en ovule fécondé.

Comme indiqué, la méiose II ne s’achèvera que si un spermatozoïde féconde l’ovule. Lorsque cela se produit, l’ovocyte secondaire se divise une deuxième fois pour former un ovule et un deuxième globule polaire. Le premier globule polaire se divisera également une deuxième fois comme vous pouvez le voir sur la figure 7, pour produire deux autres globules polaires secondaires. Par conséquent, les produits finaux de la méiose sont trois globules polaires qui se dégradent habituellement, et un ovule mature qui a été fécondé par un spermatozoïde. Parfois, les globules polaires restent et jouent un rôle dans les futurs événements du cycle de vie d’un organisme.

Mais comment le spermatozoïde stimule-t-il l’achèvement de cette deuxième division méiotique ? 

Le follicule de De Graaf qui entourait l’ovocyte secondaire alors qu’il était encore dans l’ovaire contenait de nombreuses petites cellules folliculaires. Lorsque l’ovocyte secondaire est libéré de l’ovaire au moment de l’ovulation, certaines de ces cellules folliculaires restent attachées à sa surface, formant une structure en couches appelée corona radiata qui entoure l’ovule.

La corona radiata est constituée de plusieurs couches de cellules. On pense que l’ovocyte sécrète une matrice de glycoprotéines à l’extérieur de la membrane cellulaire de l’ovocyte qui contient des glucides, des protéines et une substance appelée l’acide hyaluronique. Vous pouvez voir cette couche sur la figure 9, qui est appelée zone pellucide chez les mammifères, y compris l’Homme. Le spermatozoïde doit traverser cette couche gélatineuse pour que la fécondation ait lieu.

Lorsqu’un spermatozoïde pénètre dans la corona radiata de l’ovocyte secondaire, il libère des enzymes à partir d’une zone de sa tête appelée l’acrosome. Ces enzymes l’aident à traverser les couches externes de l’ovule. Bien que les enzymes de nombreux spermatozoïdes digèrent simultanément les couches externes de l’ovule, généralement un seul spermatozoïde pénètre dans le cytoplasme de l’ovule secondaire. Cela active la fin de la méiose II dans l’ovocyte secondaire, donnant un ovule mature, et l’ovule et le spermatozoïde peuvent fusionner lors de la fécondation.

Un processus similaire à l’ovogenèse a lieu dans le système reproducteur masculin pour former des spermatozoïdes. Ce processus s’appelle la spermatogenèse. La figure 10 montre les deux processus côte à côte pour que nous puissions examiner leurs différences.

Les mêmes étapes initiales de multiplication par mitose et de croissance ont lieu pendant la spermatogenèse et l’ovogenèse. À ce stade, les deux processus divergent. Au cours de la maturation dans l’ovogenèse, un grand ovocyte secondaire et un petit globule polaire sont produits par la méiose I. Le petit globule polaire finira par se diviser en deux, puis les deux globules se dégraderont généralement. Au cours de la maturation dans la spermatogenèse, cependant, deux spermatocytes secondaires sont produits à partir d’un spermatocyte primaire par la méiose I.

L’ovogenèse nécessite une ovulation puis une fécondation par un spermatozoïde pour compléter la méiose II, qui produit un grand ovule et un autre globule polaire qui finit généralement par se dégrader. La spermatogenèse se termine qu’il y ait fécondation ou pas, et la méiose II se produit dans les deux spermatocytes secondaires, qui forment quatre spermatides haploïdes. La spermatogenèse comprend également une étape finale durant laquelle les spermatides se transforment en spermatozoïdes haploïdes capables de féconder un ovule.

Par conséquent, alors que l’ovogenèse produira un seul grand ovule à partir d’une cellule germinale primaire, la spermatogenèse produira quatre spermatozoïdes beaucoup plus petits à partir d’une cellule germinale primaire.

Exemple 4: Déterminer le nombre d’ovules produits par chaque cellule entrant en méiose

Combien d’ovules sont produits par chaque cellule subissant une méiose ? 

Réponse

La méiose est un processus par lequel des gamètes, ou cellules sexuelles, sont formées. Comme la méiose comprend deux divisions, elle produit des cellules haploïdes qui possèdent la moitié du matériel génétique d’une cellule normale du corps, et sont représentées par un « n ». Les cellules diploïdes, qui possèdent le matériel génétique complet d’une cellule normale, sont représentées par « 2n ».

La méiose a lieu vers la fin d’un processus appelé ovogenèse, qui produit un ovule. Vous pouvez voir les étapes de ce processus impliquant la méiose sur la figure ci-dessous.

La méiose I reprend chez une femme lorsqu’elle commence à ovuler. La méiose I donne un ovocyte secondaire et en une cellule beaucoup plus petite appelée premier globule polaire à partir d’un ovocyte primaire. La méiose II commence, mais ne se terminera que lorsqu’un ovule sera fécondé par un spermatozoïde. L’ovocyte secondaire se divise lors de la méiose II et produit un grand ovule haploïde et un autre petit globule polaire. Le premier globule polaire se divise également pendant la méiose II, donc la méiose II donne au final un grand ovule et trois petits globules polaires. Les globules polaires finissent généralement par se dégrader.

Par conséquent, chaque cellule qui entre en méiose produit 1 ovule.

Récapitulons maintenant certains des points clés que nous avons abordés dans cette fiche explicative.