Fiche de révision : Bases de biologie cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et métabolisme du vivant
2. Cellule et théorie cellulaire
3. Organisation et diversité du vivant
4. Virus et infection cellulaire
5. Prions et maladies associées
6. Atomes et liaisons chimiques
7. Protéines et fonctions cellulaires
8. Lipides et stockage énergétique
9. Acides aminés essentiels
10. Les glucides
11. Les acides nucléiques
12. Organisation des cellules eucaryotes
13. Membrane plasmique et transports
14. Le noyau cellulaire
15. Cytosol, ribosomes, réticulum lisse et appareil de Golgi
16. Lysosomes, peroxysomes, vacuoles et échanges endomembranaires
17. Mitochondries et cytosquelette
18. Métabolisme énergétique, stockage, ATP et réactions redox
19. Respiration, fermentation et substrats
20. Gènes et code génétique

📖 1. Fonctions et métabolisme du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : L’ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans un organisme.

★ À maîtriser

• Un être vivant assure de façon autonome la nutrition, la croissance et la reproduction, fonctions reposant notamment sur le métabolisme et la reproduction.

• Les réactions cataboliques dégradent des molécules complexes en molécules simples et libèrent de l’énergie, tandis que les réactions anaboliques synthétisent des molécules complexes à partir de molécules simples et consomment de l’énergie.

• Les autotrophes fabriquent des molécules organiques à partir de carbone non organique comme le CO₂, en utilisant notamment l’énergie lumineuse, tandis que les hétérotrophes tirent leur énergie de molécules organiques déjà produites par d’autres organismes.

• La mitose sert à la croissance et au renouvellement en produisant deux cellules filles identiques à la cellule mère, tandis que la méiose produit des gamètes génétiquement différents pour la reproduction sexuée.

Compléments

• L’énergie libérée par le catabolisme est réutilisée pour alimenter l’anabolisme, ce qui couple ces deux types de réactions métaboliques.

• La croissance d’un organisme dépend directement de la multiplication cellulaire et de l’augmentation du nombre de cellules.

• Les variations associées à la reproduction contribuent à l’évolution et à l’adaptation par la sélection de caractéristiques favorisant la survie et la reproduction dans un environnement donné.

📌 Les êtres vivants sont organisés en niveaux hiérarchisés et ouverts sur leur environnement, avec lequel ils échangent notamment de l’information et auquel ils peuvent adapter leur fonctionnement.

💡 Astuce mémo

Catabolisme libère, anabolisme consomme

📖 2. Cellule et théorie cellulaire

★ À maîtriser

• La théorie cellulaire affirme que tout être vivant est constitué de cellules et que toute cellule dérive d’une cellule préexistante.

• L’ATP est la monnaie énergétique de la cellule : elle stocke l’énergie du catabolisme puis la libère lorsque la cellule en a besoin pour l’anabolisme.

📌 Les cellules procaryotes ne possèdent pas de noyau séparé, tandis que les cellules eucaryotes sont compartimentées et possèdent un noyau et des organites délimités par des membranes.

Compléments

• La forme d’une cellule est adaptée à son rôle : les globules rouges sont adaptés au transport dans les vaisseaux sanguins, tandis que les neurones, allongés et munis de prolongements, reçoivent, traitent et transmettent des informations.

• Les cellules partagent notamment ces biomolécules :

  • les protéines
  • les glucides
  • les lipides
  • les acides nucléiques

• Le code génétique est quasi universel : dans l’immense majorité des cas, un même codon code le même acide aminé chez les êtres vivants.

📖 3. Organisation et diversité du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Population : Un ensemble d’individus d’une même espèce vivant au même endroit et au même moment.
• Écosystème : Les interactions entre les individus d’une communauté et celles entre ces individus et leur milieu, notamment le climat, le sol et l’eau.
• Émergence : L’apparition, à un niveau donné, d’une propriété nouvelle rendue possible par les interactions entre les éléments du niveau inférieur.
• Communauté : L’ensemble des populations de différentes espèces coexistant dans un même lieu.
• Biosphère : L’ensemble des lieux de la planète où l’on observe la vie.

★ À maîtriser

• Le vivant est réparti en trois domaines : les bactéries, les archées et les eucaryotes.

• La hiérarchie du vivant comprend, dans l’ordre :

  • les atomes
  • les molécules
  • les organites
  • les cellules
  • les tissus
  • les organes
  • les organismes ou systèmes fonctionnels

Compléments

• Les protistes sont des eucaryotes comprenant des protozoaires unicellulaires et des algues unicellulaires ou pluricellulaires.

• Les mycètes sont des champignons décomposeurs, et la levure en est un exemple unicellulaire.

• Les végétaux et les animaux sont des eucaryotes pluricellulaires.

📌 Les végétaux, les algues et certains protistes sont autotrophes, tandis que les animaux, les champignons et la plupart des protistes sont hétérotrophes; les mycètes sont aussi présentés comme décomposeurs.

💡 Astuce mémo

Atomes → molécules → organites → cellules → tissus → organes → organisme

📖 4. Virus et infection cellulaire

★ À maîtriser

• Un virus contient du matériel génétique constitué d’ADN ou d’ARN, jamais des deux, ainsi qu’une capside protéique; certains virus possèdent en plus une enveloppe lipidique dérivée de la membrane de la cellule hôte.

📌 Un virus possède du matériel génétique et peut évoluer, mais il n’a pas de métabolisme propre et doit infecter une cellule hôte pour se dupliquer; isolé sous forme de virion, il est généralement considéré comme non vivant par la plupart des biologistes.

• Le cycle lytique du bactériophage comprend les étapes suivantes.

• La compatibilité entre les protéines de surface virales et les récepteurs cellulaires détermine en grande partie le tropisme viral, c’est-à-dire les types cellulaires ou les espèces qu’un virus peut infecter.

Compléments

• L’infection d’une cellule eucaryote par un virus peut suivre les étapes décrites pour un virus à ADN comme l’herpèsvirus.

• L’infection virale peut entraîner une lyse immédiate, une altération durable du fonctionnement cellulaire ou une latence suivie d’une éventuelle réactivation.

💡 Astuce mémo

Fixation → entrée ou injection → réplication → assemblage → libération

📖 5. Prions et maladies associées

🔑 Notions clés & Définitions

• Prion : Un agent infectieux constitué uniquement de protéines, sans ADN ni ARN.

★ À maîtriser

• Selon l’hypothèse principale, la forme pathologique PrP^Sc convertit par contact la protéine normale PrP^C en forme pathologique, entraînant une réaction en chaîne sans intervention d’ADN ou d’ARN.

📌 La protéine saine PrP^C possède majoritairement une structure en hélice α, tandis que la protéine pathologique PrP^Sc possède majoritairement une structure en feuillet β.

• Les encéphalopathies spongiformes subaiguës transmissibles touchent le cerveau, provoquent des vacuoles dans le tissu nerveux et une altération massive des neurones conduisant à la mort.

📌 Les maladies à prions sont transmissibles, mais ne sont pas contagieuses au sens classique : leur transmission nécessite un contact avec du tissu nerveux infecté, l’ingestion de tissus contaminés ou une contamination médicale.

Compléments

• Stanley Prusiner a découvert les prions et a reçu le prix Nobel en 1997.

• Les protéines prion en feuillet β s’agrègent et résistent à la dégradation par les protéases, ce qui explique leur accumulation progressive dans le système nerveux.

• Les principales ESST citées sont : le Kuru chez l’humain, la tremblante chez les ovins et caprins, la maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l’humain, l’encéphalopathie spongiforme bovine chez les bovins, la maladie débilitante chronique chez les cervidés

• La forme sporadique représente environ 85 % des cas de maladie de Creutzfeldt-Jakob, la forme génétique ou familiale un peu moins de 15 %, et la forme acquise ou iatrogène est due à une contamination.

• La maladie de la vache folle est apparue au Royaume-Uni dans les années 1980-90 et s’est propagée par des farines animales contaminées; un nouveau variant de la MCJ a ensuite été lié à la consommation de viande bovine contaminée.

💡 Astuce mémo

PrP mal conformée → conversion en chaîne → accumulation nerveuse

📖 6. Atomes et liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Des atomes d’un même élément, ayant le même numéro atomique Z, mais un nombre de neutrons et un nombre de masse A différents.
• Catalyseur : Une substance qui accélère une réaction chimique sans être consommée par cette réaction.

★ À maîtriser

• Un atome comprend un noyau chargé positivement, constitué de protons et de neutrons, autour duquel se trouvent des électrons chargés négativement.

• Dans un atome naturel neutre, le nombre de protons est égal au nombre d’électrons; le nombre de protons définit le numéro atomique Z et la somme des protons et des neutrons correspond au nombre de masse A.

📌 Une liaison covalente met en commun des électrons de valence entre atomes, tandis qu’une liaison ionique résulte du transfert d’un ou plusieurs électrons et forme des ions attirés électrostatiquement.

📌 Lors d’une réaction chimique, les atomes sont conservés en même nombre entre les réactifs et les produits.

Compléments

• Le nombre de neutrons d’un atome est égal à $A-Z$.

• Le carbone 14 est un radioisotope instable dont la demi-vie est d’environ 5 700 ans, propriété utilisée pour estimer l’âge de matières organiques anciennes.

• Une couche périphérique complète de huit électrons rend l’atome chimiquement inerte, tandis qu’une couche incomplète rend l’atome réactif.

• Un cation est un ion chargé positivement formé lorsqu’un atome perd un électron, tandis qu’un anion est un ion chargé négativement formé lorsqu’un atome gagne un électron.

• Les liaisons hydrogène peuvent se former entre molécules différentes ou entre régions d’une même grosse molécule, où elles contribuent à sa forme tridimensionnelle.

💡 Astuce mémo

Covalente : partage d’électrons ; ionique : transfert d’électrons

📖 7. Protéines et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Un catalyseur biologique, généralement une protéine, qui accélère une réaction en abaissant l’énergie nécessaire à son déclenchement sans être consommée.
• Polypeptide : Un polymère d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques covalentes entre le groupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement aminé du suivant.
• Récepteur : Une protéine possédant un site de liaison spécifique à un ligand et capable de recevoir un signal chimique et de le transmettre à l’intérieur de la cellule.

★ À maîtriser

• Les protéines assurent notamment ces fonctions :

  • le soutien des tissus
  • la transmission de messages
  • le transport de substances
  • le mouvement
  • la défense

• Il existe 20 acides aminés chez les êtres vivants, et chacun possède au minimum un groupement aminé, un groupement carboxyle et une chaîne latérale variable liés à un carbone central.

📌 La structure primaire est la séquence ordonnée des acides aminés, la structure secondaire comprend notamment les hélices α et les feuillets β stabilisés par des liaisons hydrogène, et la structure tertiaire correspond au repliement tridimensionnel global de la chaîne.

Compléments

• La structure quaternaire concerne uniquement les protéines constituées de plusieurs polypeptides associés, chaque chaîne étant une sous-unité de la protéine complète.

📌 Les holoprotéines sont constituées exclusivement d’acides aminés, tandis que les hétéroprotéines associent des acides aminés à un autre élément non protéique.

• Une réaction enzymatique suit la séquence suivante.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 8. Lipides et stockage énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipides : Des composés majoritairement hydrophobes et insolubles dans l’eau.
• Triglycérides : Formés d’un glycérol lié à trois acides gras et constituant la principale forme de stockage d’énergie chez les êtres vivants.
• Phosphoglycérolipides : Formés d’un glycérol lié à deux acides gras et à un groupement phosphate; leur tête phosphate est hydrophile et leurs queues d’acides gras sont hydrophobes.

★ À maîtriser

• Les lipides contribuent à la constitution des membranes cellulaires et au stockage d’énergie.

Compléments

• Les phosphoglycérolipides sont les constituants de base des membranes biologiques.

• Les stéroïdes comprennent le cholestérol et ses dérivés, notamment les hormones sexuelles comme les œstrogènes et la testostérone.

💡 Astuce mémo

Triglycéride : trois acides gras ; phospholipide : deux acides gras et un phosphate

📖 9. Acides aminés essentiels

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides aminés essentiels : Ceux que l’organisme ne peut pas synthétiser et qui doivent donc être apportés par l’alimentation.

📖 10. Les glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Disaccharides : Formés de deux monosaccharides reliés par une liaison covalente appelée liaison glycosidique.

★ À maîtriser

• Les glucides sont composés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, selon la formule générale CnH2mOm.

• Les monosaccharides comptent de 3 à 9 atomes de carbone ; les pentoses en ont 5 et les hexoses 6.

• Les hexoses isomères comprennent :

  • le glucose
  • le fructose
  • le galactose
  • le mannose

Compléments

• Les glucides contribuent au stockage énergétique et entrent dans la composition de molécules indispensables, notamment les acides nucléiques.

• Le saccharose associe glucose et fructose, le lactose glucose et galactose, et le maltose deux molécules de glucose.

• Le glycogène et l’amidon sont des polysaccharides constitués de polymères de glucose.

📖 11. Les acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Constitué d’un pentose, d’une base azotée et d’un groupe phosphate.
• Nucléoside : Constitué d’un sucre lié à une base azotée ; l’adénosine, la guanosine, la cytidine, la thymidine et l’uridine en sont des exemples.

★ À maîtriser

• L’ADN est l’acide désoxyribonucléique et l’ARN est l’acide ribonucléique ; tous deux sont des polymères de nucléotides.

• Les bases puriques sont l’adénine (A) et la guanine (G), tandis que les bases pyrimidiques sont la cytosine (C), la thymine (T, dans l’ADN) et l’uracile (U, dans l’ARN).

📌 L’ADN est formé de deux brins antiparallèles en double hélice, tandis que l’ARN est un simple brin orienté contenant A, C, G ou U.

Compléments

• L’ADN contient du désoxyribose et l’ARN du ribose comme pentose constitutif.

• Un nucléoside lié à un, deux ou trois groupes phosphate constitue un nucléotide ; l’ATP est l’adénosine triphosphate.

• Les types d’ARN mentionnés sont :

  • l’ARN messager (ARNm)
  • l’ARN de transfert (ARNt)
  • l’ARN ribosomique (ARNr)

📖 12. Organisation des cellules eucaryotes

★ À maîtriser

• Les cellules eucaryotes se distinguent des cellules procaryotes par un noyau entouré d’une enveloppe et par des organites délimités par des membranes.

• Les cellules eucaryotes mesurent généralement de 10 à 100 μm, la microscopie optique atteint un agrandissement maximal de ×1 000 et la microscopie électronique de ×100 000.

Compléments

• Une cellule est un volume tridimensionnel, et son apparence en coupe peut varier selon l’angle d’observation.

• La microscopie électronique permet d’observer finement la structure des organites, mais ne permet pas l’observation de cellules vivantes.

• Le cytoplasme désigne ce qui se trouve entre la membrane cytoplasmique et le noyau, soit le cytosol, les organites et le cytosquelette.

📖 13. Membrane plasmique et transports

🔑 Notions clés & Définitions

• Phagocytose : L’entrée de particules grâce à des pseudopodes qui les entourent et entraîne la formation d’une vacuole nutritive appelée phagosome.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique est une frontière entre la cellule et son environnement qui règle principalement les entrées et sorties de substances.

• La membrane plasmique comprend en moyenne 35 % de lipides, 55 % de protéines et 10 % de glucides, avec des proportions variables selon la cellule et la membrane.

• Les lipides membranaires sont composés de 75 % de phosphoglycérolipides, 20 % de cholestérol et 5 % de glycolipides.

• Le modèle de la mosaïque fluide, proposé par Singer et Nicolson en 1972, décrit une bicouche lipidique fluide contenant des protéines insérées de formes et de positions variées.

• Les facteurs de perméabilité sélective sont :

  • la liposolubilité
  • la taille
  • la charge
  • la présence de protéines de transport

📌 Les canaux forment des passages ouverts pour les ions et l’eau, tandis que les transporteurs sélectifs changent de forme pour transférer des ions ou des molécules hydrophiles.

• La diffusion simple, la diffusion facilitée par canal et la diffusion facilitée par transporteur suivent le gradient et ne consomment pas d’énergie, tandis que le transport actif se fait contre le gradient et nécessite généralement de l’ATP.

• La pompe sodium-potassium fait entrer 2 K⁺ et sortir 3 Na⁺ en consommant de l’ATP ; elle fonctionne comme un antiport.

📌 La pinocytose fait entrer de façon non sélective du liquide extracellulaire par invagination, tandis que l’endocytose par récepteur fait entrer sélectivement des ligands liés à des récepteurs et à la clathrine.

Compléments

• Les glucides membranaires sont liés à des lipides ou à des protéines et se trouvent toujours du côté extérieur de la cellule, où ils participent à la reconnaissance cellulaire.

• L’uniport transporte une substance dans un sens, le symport deux substances dans le même sens et l’antiport deux substances en sens opposés.

• Le potentiel de membrane est généralement de −50 à −200 mV, avec un intérieur négatif et un extérieur positif.

• L’exocytose libère des macromolécules à l’extérieur par fusion d’une vésicule de sécrétion avec la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Canal-tunnel ouvert, transporteur-forme qui change

📖 14. Le noyau cellulaire

★ À maîtriser

• L’enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes et comporte des pores qui permettent des échanges triés entre noyau et cytoplasme.

📌 L’hétérochromatine est condensée et ses gènes sont généralement inactifs, tandis que l’euchromatine est moins condensée et ses gènes accessibles à la lecture.

• Le noyau contribue à la transmission du matériel génétique et à l’expression de l’information génétique par transcription de l’ADN en ARN messager.

Compléments

• Avant la division cellulaire, la chromatine se condense jusqu’à former des chromosomes, puis se décondense après la division.

• Le nucléole, qui n’est pas entouré d’une membrane, est le site de synthèse des sous-unités des ribosomes.

💡 Astuce mémo

Euchromatine accessible, hétérochromatine condensée

📖 15. Cytosol, ribosomes, réticulum lisse et appareil de Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Appareil de Golgi : Ensemble de saccules aplatis empilés, appelé dictyosome, qui constitue une voie de transport intracellulaire.
• Système endomembranaire : L’ensemble des réseaux de membranes intracellulaires dont les organites sont reliés directement ou par des vésicules.

• Réticulum endoplasmique : Un réseau de canaux et de cavités membranaires communicantes, en continuité avec l’enveloppe nucléaire, dont la cavité interne est appelée lumière.

★ À maîtriser

• Le cytosol est la partie liquide, quoique gélifiée, du cytoplasme ; il contient 85 % d’eau et accueille de nombreuses réactions métaboliques, dont la glycolyse.

• Les ribosomes sont constitués d’une grande et d’une petite sous-unité composées d’ARN ribosomique et de protéines, et leurs sous-unités sont formées dans le nucléole.

• Lors de la traduction, les sous-unités ribosomiques s’assemblent autour d’un ARN messager, que le ribosome lit par codons de trois nucléotides pour assembler les acides aminés correspondants.

• Le réticulum endoplasmique rugueux porte des ribosomes sur sa face cytosolique et synthétise des protéines destinées au système endomembranaire, à la membrane plasmique ou à la sécrétion.

• Le réticulum endoplasmique lisse ne porte pas de ribosomes et synthétise certains lipides, dont des hormones sexuelles stéroïdes.

📌 La face cis du Golgi, tournée vers le RER, reçoit les molécules, tandis que la face trans, tournée vers la membrane cytoplasmique, les expédie.

Compléments

📌 Les ribosomes libres fabriquent des protéines destinées au cytosol, au noyau, aux mitochondries ou aux peroxysomes, tandis que les ribosomes liés au RER ou à l’enveloppe nucléaire fabriquent des protéines destinées aux membranes, à la sécrétion ou aux lysosomes.

• Dans le RER, les protéines en cours de synthèse entrent dans les citernes grâce à leur peptide signal, sont repliées et peuvent recevoir des glucides, puis quittent le RER dans des vésicules de transition vers l’appareil de Golgi.

• Dans les cellules du foie, des enzymes du réticulum endoplasmique lisse rendent les médicaments, les drogues et les poisons moins toxiques et plus faciles à éliminer.

• Dans les myocytes, le réticulum endoplasmique lisse contribue à la contraction musculaire en stockant et en libérant des ions calcium (Ca²⁺).

• Selon le modèle de maturation, les saccules du Golgi avancent de la face cis vers la face trans, où leurs contenus sont triés et emballés dans des vésicules de sécrétion.

• L’appareil de Golgi assure la fabrication de certains glucides, la maturation des protéines et des lipides, ainsi que le stockage, le tri et l’expédition des molécules.

💡 Astuce mémo

RER → vésicule de transition → Golgi

📖 16. Lysosomes, peroxysomes, vacuoles et échanges endomembranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome : Sac à membrane simple rempli d’enzymes hydrolytiques capables de dégrader les protéines, les lipides, les glucides et les acides nucléiques.
• Péroxysome : Compartiment métabolique délimité par une membrane et contenant des enzymes.

★ À maîtriser

• L’autophagie est le recyclage de matière organique intracellulaire par dégradation lysosomale d’éléments inutiles, notamment d’organites abîmés, dont les produits servent à fabriquer des molécules utiles.

📐 Formule - Dans le péroxysome, la catalase transforme le peroxyde d’hydrogène selon $2\ H_2O_2 \rightarrow 2\ H_2O + O_2$.

• Les vacuoles sont des sacs intracellulaires entourés d’une membrane qui peuvent stocker de l’eau, des nutriments ou des déchets, ou participer à la digestion.

• Dans les cellules végétales, la grande vacuole entourée par le tonoplaste stocke de l’eau, des ions et des pigments, contribue à la turgescence et assure des fonctions de dégradation lysosomale.

• Les membranes du système endomembranaire échangent en permanence des composants par bourgeonnement de vésicules et fusion avec d’autres membranes.

• Les protéines destinées aux lysosomes, à la membrane cytoplasmique ou à l’exportation passent du RER au Golgi dans des vésicules de transition, puis quittent le Golgi dans des vésicules de sécrétion adaptées à leur destination.

Compléments

• Les enzymes lysosomales sont actives à environ pH 5, contre environ pH 7,2 dans le cytosol, ce qui limite leur activité si un lysosome fuit dans la cellule.

• Les enzymes lysosomales sont fabriquées dans le RER, acheminées vers le Golgi, puis empaquetées dans des vésicules bourgeonnant de sa face trans pour former des lysosomes.

• La digestion intracellulaire par les lysosomes permet aux protistes de digérer leur nourriture après fusion du lysosome avec un phagosome, puis les produits de digestion passent dans le cytosol.

• Les lysosomes participent à l’apoptose, une mort cellulaire programmée et contrôlée qui peut éliminer des cellules abîmées ou intervenir pendant le développement embryonnaire.

• Les péroxysomes contribuent à la détoxication de l’alcool et d’autres produits dans les cellules du foie, et décomposent les acides gras qui constituent une source d’énergie.

• Chez les protistes d’eau douce, les vacuoles contractiles collectent l’eau entrée en excès dans la cellule et la rejettent afin d’empêcher son éclatement.

• Les vésicules de sécrétion peuvent fusionner avec la membrane cytoplasmique et libérer leur contenu par exocytose, tandis que des vésicules d’endocytose partent de la membrane vers l’intérieur de la cellule.

💡 Astuce mémo

Le lysosome digère à pH acide ; le péroxysome neutralise le H₂O₂ toxique.

📖 17. Mitochondries et cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Réseau de fibres parcourant le cytoplasme qui soutient et façonne la cellule, permet ses mouvements, le transport intracellulaire et participe à la division cellulaire.

★ À maîtriser

• Les crêtes mitochondriales sont les replis de la membrane interne vers la matrice et augmentent la surface disponible pour les complexes de la chaîne respiratoire et les ATP synthases.

📌 Les trois fibres du cytosquelette sont, par diamètre croissant, les microfilaments d’actine d’environ 7 nm, les filaments intermédiaires d’environ 10 nm et les microtubules de tubuline d’environ 25 nm.

Compléments

• La glycolyse se déroule dans le cytosol, le cycle de Krebs dans la matrice mitochondriale, et la chaîne respiratoire ainsi que la production d’ATP dans la membrane interne mitochondriale.

• Les mitochondries possèdent un ADN circulaire et des ribosomes propres, et la théorie endosymbiotique explique leur origine par l’intégration de bactéries dans une cellule ancestrale.

• Les microtubules rayonnent depuis le centrosome et servent de voies de transport, forment le fuseau de division et constituent les cils et les flagelles.

• Les filaments intermédiaires assurent surtout une résistance mécanique, protègent la cellule contre les tensions, maintiennent la forme du noyau et ancrent les organites.

• Les microfilaments d’actine contribuent à la forme cellulaire, aux pseudopodes, à la contraction musculaire avec la myosine et à la séparation des cellules filles.

📖 18. Métabolisme énergétique, stockage, ATP et réactions redox

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : L’ATP, ou adénosine triphosphate, est constitué d’adénine, de ribose et de trois groupements phosphate, et stocke temporairement l’énergie cellulaire.

• Voie métabolique : Suite de réactions qui transforme une molécule en une autre, chaque étape étant catalysée par une enzyme spécifique.

★ À maîtriser

📌 Le catabolisme dégrade des molécules complexes en molécules simples et libère de l’énergie, tandis que l’anabolisme construit des molécules complexes à partir de molécules simples en consommant de l’énergie.

📌 Les autotrophes fabriquent leur matière organique à partir de matière minérale grâce à l’énergie lumineuse, tandis que les hétérotrophes prélèvent leur matière organique dans l’environnement.

📐 Formule - L’hydrolyse de l’ATP libère de l’énergie selon $ATP + H_2O \rightarrow ADP + P_i + énergie$, pour une variation énergétique d’environ −30 kJ/mol.

📌 L’oxydation correspond à une perte d’électrons, tandis que la réduction correspond à un gain d’électrons.

Compléments

• L’énergie libérée par le catabolisme est stockée sous forme d’ATP, que l’anabolisme dépense pour fabriquer des molécules nécessaires à la cellule.

• Une cellule dépense de l’énergie pour le travail mécanique, le travail de transport de substances à travers les membranes contre leur gradient et le travail chimique de synthèse moléculaire.

• Le glucose peut être stocké sous forme de glycogène ou de graisse à long terme, ou être dégradé pour produire de l’ATP, forme de stockage énergétique à court terme.

📐 Formule - La régénération de l’ATP consomme de l’énergie issue du catabolisme selon $ADP + P_i \rightarrow ATP$.

📌 Un agent réducteur donne des électrons et réduit son accepteur, tandis qu’un agent oxydant accepte des électrons et oxyde son donneur.

💡 Astuce mémo

Le catabolisme libère l’énergie ; l’anabolisme la consomme.

📖 19. Respiration, fermentation et substrats

★ À maîtriser

📐 Formule - Le bilan global de la respiration cellulaire est $C_6H_{12}O_6 + 6\ O_2 \rightarrow 6\ CO_2 + 6\ H_2O + énergie\ (ATP + chaleur)$.

• La glycolyse a lieu dans le cytoplasme et transforme un glucose en deux pyruvates, avec un gain net de 2 ATP et la production de 2 NADH.

• Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice mitochondriale, tourne deux fois par glucose et produit au total 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH₂ et 4 CO₂.

• Dans la chaîne respiratoire, les électrons des NADH et FADH₂ parcourent des transporteurs membranaires, leur énergie pompe des H⁺ vers l’espace intermembranaire, puis le retour des protons par l’ATP synthase permet de produire de l’ATP et l’oxygène reçoit les électrons pour former de l’eau.

• La respiration cellulaire produit environ 36 ATP par glucose, dont environ 32 par phosphorylation oxydative et 4 par phosphorylation au niveau du substrat.

📌 La fermentation alcoolique, réalisée par certaines levures et certains microorganismes, produit de l’éthanol, du CO₂ et 2 ATP par glucose, tandis que la fermentation lactique, réalisée par certaines bactéries et cellules musculaires humaines, produit du lactate et 2 ATP par glucose.

Compléments

• Le NAD⁺ accepte des électrons et un proton lors de l’oxydation d’un substrat pour devenir NADH, qui transporte ensuite les électrons vers la chaîne respiratoire.

• L’oxydation de deux pyruvates produit, par glucose, 2 acétylCoA, 2 CO₂ et 2 NADH.

• La fermentation régénère le NAD⁺ pour permettre à la glycolyse de continuer lorsque la respiration est bloquée par le manque d’oxygène, mais elle ne produit que 2 ATP par glucose.

• Les acides gras sont dégradés par β-oxydation en unités de deux carbones qui deviennent de l’acétylCoA, tandis que le glycérol rejoint une voie intermédiaire de la glycolyse.

• Les protéines sont dégradées en acides aminés, dont le groupement aminé est éliminé sous forme de NH₃ et dont les squelettes carbonés rejoignent la glycolyse, l’acétylCoA ou le cycle de Krebs.

💡 Astuce mémo

Avec O₂, la respiration fournit environ 36 ATP ; sans O₂, la fermentation en fournit 2.

📖 20. Gènes et code génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène : Séquence d’ADN qui porte l’information nécessaire à la synthèse d’un polypeptide ou d’une protéine, ou à la production d’un ARN.
• Codon : Triplet de nucléotides de l’ARNm qui spécifie un acide aminé ou un signal d’arrêt de la traduction.

★ À maîtriser

📌 Chez les eucaryotes, les introns sont des parties non codantes d’un gène et les exons en sont les parties codantes.

• Le code génétique comprend 64 codons : 61 codent pour des acides aminés, tandis que UAA, UAG et UGA sont des codons STOP qui arrêtent la traduction.

📌 La transcription copie l’information génétique de l’ADN en ARN, tandis que la traduction assemble des acides aminés selon l’information portée par l’ARNm.

Compléments

• Chez les eucaryotes, la transcription copie les introns et les exons dans un ARN prémessager, puis l’épissage élimine les parties non codantes pour produire un ARNm qui peut sortir du noyau.

📌 Le code génétique est redondant, car plusieurs codons peuvent spécifier le même acide aminé, mais chaque codon ne spécifie qu’un seul acide aminé ou un signal STOP.

📊 Tableaux de synthèse

Rendement des voies énergétiques