Fiche de révision : Compartimentation cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Compartiments et cytosol
2. Ribosomes et synthèse protéique
3. Cytosquelette et actine
4. Microtubules et filaments intermédiaires
5. Système endomembranaire et réticulum
6. Golgi et lysosomes
7. Péroxysomes
8. Mitochondries et énergie
9. Plastes et chloroplastes
10. Origine endosymbiotique

📖 1. Compartiments et cytosol

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytoplasme : Matériel biologique contenu entre la membrane plasmique et l’enveloppe nucléaire.
• Cytosol : Fraction liquide du cytoplasme obtenue après centrifugation et élimination des organites.

★ À maîtriser

• Le cytosol sert de carrefour métabolique pour l’anabolisme et le catabolisme des glucides, des acides aminés, des acides gras et des nucléotides, ainsi que pour la synthèse et la modification d’une partie des protéines.

Compléments

• Dans une cellule du foie, le cytoplasme occupe 54 % du volume total, les mitochondries 22 %, le RER, le REL et l’appareil de Golgi 15 %, le noyau 6 %, les péroxysomes 1 % et les lysosomes 1 %.

• Le cytosol contient notamment : des ions : Na⁺, K⁺, Cl⁻, Mg²⁺ et Ca²⁺, des gaz : O₂ et CO₂, des glucides, lipides, acides aminés, nucléotides et autres métabolites, des protéines, polysaccharides, glycoprotéines et acides nucléiques

• Le cytosol assure la glycolyse, contribue à la régulation du pH intra- et extracellulaire grâce à l’eau et aux ions, stocke des réserves lipidiques et glycogéniques et participe à la transduction du signal vers les organites et le noyau.

💡 Astuce mémo

Cytoplasme : tout l’espace entre membrane plasmique et enveloppe nucléaire ; cytosol : sa fraction liquide.

📖 2. Ribosomes et synthèse protéique

★ À maîtriser

• Les ribosomes sont constitués d’une grande et d’une petite sous-unité, chacune formée d’ARN ribosomaux et de protéines.

• Les ribosomes sont responsables de la synthèse des protéines, qui débute dans le cytosol.

📌 Les ribosomes libres synthétisent les protéines cytosoliques, nucléaires, mitochondriales et des péroxysomes, tandis que les ribosomes associés au réticulum endoplasmique synthétisent les autres protéines, notamment celles des membranes et du système endomembranaire.

Compléments

• Chez les eucaryotes, la grande sous-unité ribosomale 60S contient les ARN 28S, 5,8S et 5S et environ 50 protéines, tandis que la petite sous-unité 40S contient l’ARN 18S et 33 protéines.

💡 Astuce mémo

Ribosome libre : protéines destinées au cytosol et à certains organites ; ribosome lié au RE : protéines de membrane ou du système endomembranaire.

📖 3. Cytosquelette et actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine G : L’actine G est une sous-unité d’actine qui possède un site de liaison à l’ATP et une activité ATPase ; sa conformation dépend de la présence d’ATP ou d’ADP à ce site.

★ À maîtriser

• Toutes les cellules possèdent un cytosquelette, qui contribue à leur forme, à leur maintien dans leur environnement et au positionnement des organites.

• Les microfilaments d’actine sont les éléments les plus minces du cytosquelette et mesurent environ 7 nm, avec une plage indiquée de 5 à 9 nm.

• L’actine G s’auto-assemble en longs filaments d’actine F, dont la polymérisation et la dépolymérisation peuvent avoir lieu aux deux extrémités.

Compléments

• Le cytosquelette participe au trafic intracellulaire des organites et à la motilité de la cellule dans son environnement.

• Les filaments d’actine sont notamment présents dans : les fibres musculaires, les microvillosités, les jonctions intercellulaires des cellules épithéliales, l’anneau contractile en fin de division cellulaire

📖 4. Microtubules et filaments intermédiaires

★ À maîtriser

• Les microtubules sont des filaments de 25 nm constitués par l’assemblage de sous-unités de tubuline.

📌 L’assemblage des microtubules est asymétrique : l’extrémité plus, orientée vers la périphérie cellulaire, polymérise plus vite qu’elle ne dépolymérise, tandis que l’extrémité moins, attachée au MTOC près du noyau, polymérise moins vite qu’elle ne dépolymérise.

• Les microtubules organisent le cytosol, constituent les cils et les flagelles, assurent le transport vésiculaire et participent à la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire.

• Les filaments intermédiaires assurent la stabilité mécanique de la cellule, résistent le plus à la déformation et participent aux jonctions entre cellules.

Compléments

• Un microtubule est formé de 13 protofilaments assemblés à partir de dimères de tubuline.

• Les filaments intermédiaires mesurent 8 à 12 nm, sont constitués de protéines fibreuses et forment une famille hétérogène répartie dans le cytoplasme ; la lamina nucléaire se trouve sous la membrane nucléaire.

• Chaque filament intermédiaire est constitué de 8 protofilaments, le tétramère étant la sous-unité appelée protofilament.

📖 5. Système endomembranaire et réticulum

🔑 Notions clés & Définitions

• Système endomembranaire : Système de membranes en continuité ou communiquant entre elles par des vésicules.

• Réticulum endoplasmique : Système membraneux de citernes aplaties reliées par des tubes et en continuité avec l’enveloppe nucléaire.

★ À maîtriser

• Le système endomembranaire comprend :
  • l’enveloppe nucléaire
  • les réticulums endoplasmiques
  • l’appareil de Golgi
  • les endosomes
  • les lysosomes
  • la vacuole des cellules végétales

• 🔄 L’adressage d’une protéine au RE suit ces étapes :

  1. Une séquence signal hydrophobe d’environ 20 acides aminés est reconnue par la SRP.
  2. La SRP se fixe à la chaîne naissante, puis à son récepteur sur la membrane du RE.
  3. La chaîne rejoint le translocon.
  4. La synthèse se poursuit au RE.

• Le RER synthétise des protéines destinées notamment à la membrane plasmique, au système endomembranaire et à la sécrétion, et participe à leur glycosylation, à leur repliement et au contrôle qualité avant leur export vers le Golgi.

• Le REL synthétise les phospholipides membranaires et cytosoliques ainsi que le cholestérol, et stocke le calcium dans la cellule.

Compléments

📌 Le réticulum endoplasmique existe sous deux formes : le réticulum endoplasmique rugueux ou granuleux (RER ou REG) et le réticulum endoplasmique lisse (REL).

💡 Astuce mémo

Signal hydrophobe → SRP → récepteur du RE → translocon.

📖 6. Golgi et lysosomes

★ À maîtriser

• Le transport entre les citernes de l’appareil de Golgi se fait par trafic vésiculaire.

• L’appareil de Golgi reçoit les protéines et les lipides produits par le RE, achève leurs glycosylations et autres modifications, puis les trie et les expédie vers leurs destinations.

• Les lysosomes, présents uniquement dans les cellules animales, ont une taille et une forme très variables et ne possèdent pas de composition spécifique ; chez les cellules végétales, la vacuole assure leurs fonctions.

• Les lysosomes digèrent :

  • les lipides en glycérol et acides gras
  • les polysaccharides en monosaccharides
  • les protéines en acides aminés
  • l’ADN et l’ARN en nucléotides

Compléments

• L’appareil de Golgi présente une polarité cis-trans et comporte entre quatre et une centaine de citernes qui ne sont pas en continuité physique.

• L’appareil de Golgi produit les lysosomes.

💡 Astuce mémo

Imaginez une pile de citernes : entrée cis, modifications et tri, sortie trans.

📖 7. Péroxysomes

📝 Points essentiels

• Les péroxysomes sont présents dans toutes les cellules eucaryotes, sont entourés d’une membrane et ne possèdent ni ADN ni ribosomes dans leur matrice.

• Les péroxysomes utilisent l’O₂ pour : la β-oxydation des acides gras à très longues chaînes, la production puis la dégradation de H₂O₂, l’hydroxylation de molécules

💡 Astuce mémo

O-B-H : O₂, β-oxydation, H₂O₂, hydroxylation.

📖 8. Mitochondries et énergie

★ À maîtriser

• Les mitochondries comprennent :
  • une membrane externe
  • une membrane interne
  • des crêtes
  • une matrice
  • un espace intermembranaire

• Les mitochondries produisent principalement de l’ATP par phosphorylation oxydative et sont responsables de la respiration cellulaire.

Compléments

• Le génome mitochondrial est un ADN double brin circulaire présent en multiples copies identiques dans la matrice ; chez les mammifères, il mesure 16 500 pb et représente moins de 0,001 % de l’ADN nucléaire.

• Le génome mitochondrial code certains ARN et certaines protéines de l’organite.

• Les mitochondries jouent un rôle majeur dans le processus d’apoptose.

📖 9. Plastes et chloroplastes

★ À maîtriser

• Les principaux types de plastes sont : les leucoplastes, dont les amyloplastes constituent une réserve d’amidon, les chromoplastes, qui contiennent des pigments, les chloroplastes, siège de la photosynthèse

• Le stroma des chloroplastes contient des ARN, des ribosomes et un ADN double brin circulaire présent en multiples copies identiques.

Compléments

• Les plastes assurent notamment :

  • le stockage de réserves importantes
  • la photosynthèse
  • un métabolisme important

• Les chloroplastes comprennent :

  • une membrane externe
  • une membrane interne
  • un stroma
  • un espace intermembranaire
  • des thylakoïdes
  • des grana

📖 10. Origine endosymbiotique

📝 Points essentiels

• Selon la théorie endosymbiotique présentée dans le cours, les mitochondries et les chloroplastes se sont développés à partir de bactéries endocytées il y a plus d’un milliard d’années.

• Au cours de l’évolution des mitochondries et des chloroplastes, la plupart des gènes codant leurs protéines ont été transférés de l’ADN des organites vers l’ADN nucléaire, où ils sont intégrés au génome de la cellule.

💡 Astuce mémo

Bactéries endocytées → transfert de gènes vers le noyau.