Fiche de révision : Organites intracellulaires et leurs rôles

📋 Plan du Cours

1. Organites et noyau cellulaire
2. Structure du noyau interphasique
3. ADN, ARN et réplication
4. Expression des gènes et protéines
5. Cycle cellulaire et divisions
6. Réticulum endoplasmique et Golgi
7. Lysosomes et digestion cellulaire
8. Peroxysomes et détoxification
9. Chloroplastes et photosynthèse
10. Mitochondries et respiration cellulaire

📖 1. Organites et noyau cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Organite : Maugras, Dictionnaire de biologie cellulaire, 1996 - Structure intracellulaire différenciée du cytoplasme par une membrane.
• Noyau : Organite majeur de la vie cellulaire qui contient la presque totalité de l’ADN cellulaire.
• Gène : Unité d’information génétique située au niveau de l’ADN.
• Génome : Ensemble des gènes d’un organisme.

📖 2. Structure du noyau interphasique

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoplasme : Substance fondamentale du noyau, constituée d’un gel protéique contenant notamment des phosphatases et des ARN- et ADN-polymérases.

★ À maîtriser

• L’enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes, d’un espace périnucléaire et de pores nucléaires qui permettent les échanges entre le noyau et le cytoplasme.

• Le nucléole synthétise les ARN ribosomiques 28 S, 18 S et 5,8 S.

• La chromatine comprend 30 % d’ADN, 5 % d’ARN, 30 à 40 % de protéines histones et 10 à 25 % de protéines non histones.

📌 L’euchromatine est dispersée, tandis que l’hétérochromatine est condensée.

Compléments

• Au microscope optique, le nucléole apparaît comme un granule sphérique ; au microscope électronique, il est hétérogène, dense et spongieux, sans membrane limitante.

• Le nucléosome a un diamètre de 11 nm et son noyau histonique octamérique comprend deux molécules de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4 ; l’histone H1 constitue une cinquième catégorie.

💡 Astuce mémo

Euchromatine dispersée, hétérochromatine condensée.

📖 3. ADN, ARN et réplication

★ À maîtriser

📌 Chez les eucaryotes, les gènes comprennent des exons codants et des introns non codants, tandis que les bactéries sont dépourvues d’introns, qui existent cependant dans certains gènes des Archéobactéries.

• Selon Watson et Crick (1953), l’ADN est constitué de deux chaînes polynucléotidiques bicaténaires et antiparallèles, dont les bases s’apparient A-T et G-C.

• L’ARN est une chaîne polynucléotidique monocaténaire dans laquelle les bases s’apparient A-U et G-C.

📌 La réplication de l’ADN est semi-conservative : chacun des deux brins parentaux sert de matrice à la formation d’un brin complémentaire par appariement des bases.

Compléments

• Les types d’ARN présentés sont :
  • les ARN ribosomiques (ARNr)
  • les ARN de transfert (ARNt)
  • les ARN messagers (ARNm)
  • les petits ARN nucléolaires (snoARN)

• Les fragments d’Okazaki mesurent 1 500 à 2 000 nucléotides chez les procaryotes et 100 à 200 nucléotides chez les eucaryotes.

• 🔄 La réparation d’une portion d’ADN endommagée consiste à :

  1. exciser la partie atteinte par des nucléases
  2. combler la brèche avec l’ADN-polymérase
  3. souder la cassure avec l’ADN-ligase

📖 4. Expression des gènes et protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Synthèse d’ARN à partir de l’ADN, réalisée par l’ARN-polymérase à partir du brin matrice, ou brin transcrit.

• Codon : Un codon est une succession de trois nucléotides de l’ARNm, tandis qu’un anticodon est un groupe de trois nucléotides de l’ARNt.

★ À maîtriser

• 🔄 La transcription comprend trois étapes :
  1. l’initiation
  2. l’élongation
  3. la terminaison

• La maturation de l’ARN pré-messager comprend : l’excision des introns et la soudure des exons, l’ajout d’une coiffe en méthylguanosine en 5’, l’ajout d’une queue poly-A en 3’

• La traduction comprend l’initiation, l’élongation et la terminaison ; elle commence au codon AUG avec la méthionine et se termine à l’un des codons stop UAA, UAG ou UGA.

Compléments

• Lors de la transcription, l’élongation de l’ARN se fait dans le sens 5’ vers 3’, tandis que le brin matrice est lu dans le sens 3’ vers 5’.

📌 Chez les procaryotes, l’ARNm peut contenir plusieurs gènes et est polycistronique, tandis que l’ARNm eucaryote est monocistronique.

• Chez les eucaryotes, les ARN-polymérases transcrivent :

  • l’ARN-polymérase I : l’ARNr 45 S
  • l’ARN-polymérase II : l’ARN pré-messager
  • l’ARN-polymérase III : les ARNt, l’ARN 5 S et les petits ARN nucléolaires

• Les ribosomes procaryotes sont de 70 S et les ribosomes eucaryotes de 80 S ; une sous-unité ribosomique comprend 60 % d’ARNr et 40 % de protéines.

💡 Astuce mémo

Transcription, maturation de l’ARN, puis traduction.

📖 5. Cycle cellulaire et divisions

★ À maîtriser

• Le cycle cellulaire des cellules eucaryotes supérieures comprend l’interphase et la phase mitotique, ou phase M.

• L’interphase comprend les phases G1, S et G2.

📌 En G1, la quantité d’ADN est de 2n et stable avec un nucléofilament par chromosome ; en S, l’ADN est répliqué jusqu’à 4n et chaque chromosome possède deux nucléofilaments accolés au centromère ; en G2, la cellule reste à 2n chromosomes avec deux nucléofilaments par chromosome.

• La méiose comporte deux divisions cellulaires et produit quatre cellules filles haploïdes à partir d’une cellule mère diploïde.

• En prophase I, les cinq stades sont le leptotène, le zygotène, le pachytène, le diplotène et la diacinèse ; les bivalents se forment au zygotène, le crossing-over se produit au pachytène et les chiasmas apparaissent au diplotène.

📌 Lors de l’anaphase I, les chromosomes homologues se séparent et le nombre de chromosomes est réduit de moitié ; la méiose II est une division équationnelle comparable à une mitose classique.

Compléments

• En métaphase, la condensation des chromosomes est maximale et l’empilement des nucléosomes est favorisé par l’histone H1.

• L’indice centromérique est le rapport entre la longueur du bras court et la longueur totale du chromosome.

• Les cinq types de chromosomes sont :

  • métacentrique
  • submétacentrique
  • acrocentrique
  • télocentrique
  • punctiforme

💡 Astuce mémo

La méiose I réduit le nombre de chromosomes ; la méiose II sépare les chromatides.

📖 6. Réticulum endoplasmique et Golgi

★ À maîtriser

• Le système endomembranaire comprend :
  • l’enveloppe nucléaire
  • le réticulum endoplasmique
  • l’appareil de Golgi
  • les peroxysomes
  • les endosomes et les phagosomes
  • les lysosomes
  • la vacuole végétale

📌 Le réticulum endoplasmique comprend un réticulum rugueux ou granulaire (RER ou REG) et un réticulum lisse (REL).

• Les fonctions principales du réticulum endoplasmique sont : le transport, le transit et le tri des molécules, la synthèse et la dégradation de composés chimiques, l’emmagasinage et la rétention de composés chimiques

• L’appareil de Golgi est un ensemble de dictyosomes dont la face cis est la face de formation et la face trans la face de maturation.

• L’appareil de Golgi assure : le transport sélectif ou sécrétion contrôlée, le transport non sélectif ou sécrétion constitutive, la phosphorylation et le transfert des protéines lysosomales vers les lysosomes

Compléments

📌 La circulation des protéines par la voie cytosolique est post-traductionnelle, tandis que leur circulation par la voie du réticulum endoplasmique est co-traductionnelle.

• Le transfert d’une protéine dans la cavité du REG commence par la traduction et la synthèse d’une séquence signal ; la SRP s’y fixe et suspend la synthèse, puis se fixe à son récepteur membranaire, se dissocie du récepteur et permet la reprise de la synthèse ; la séquence signal est excisée par une peptidase et le polypeptide est déchargé dans la cavité du RE.

• 🔄 La synthèse de testostérone comprend : la synthèse du cholestérol dans le REL, la transformation du cholestérol en prégnénolone dans les mitochondries, la transformation de la prégnénolone en testostérone dans le REL

• Dans l’appareil de Golgi, l’O-glycosylation ajoute des sucres aux groupements hydroxyle de la sérine ou de la thréonine ; les sucres cités sont le galactose, l’acide N-acétylneuraminique et la N-acétylglucosamine.

💡 Astuce mémo

Face cis → maturation dans le Golgi → face trans.

📖 7. Lysosomes et digestion cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome primaire : Un lysosome primaire contient uniquement des enzymes, notamment des hydrolases telles que les nucléases, les lipases, les glucidases, les protéases et les phosphatases.

★ À maîtriser

📌 Un lysosome secondaire contient des hydrolases et des substances à digérer, tandis qu’un lysosome primaire contient uniquement des enzymes.

📌 L’hétérophagie est la digestion de matériaux extracellulaires, tandis que l’autophagie est la digestion de matériaux intracellulaires.

Compléments

• 🔄 L’hétérophagie suit cette succession :

  1. formation de vésicules d’internalisation
  2. formation d’un endosome ou phagosome
  3. formation d’un endolysosome ou phagolysosome
  4. formation de vacuoles hétérophagiques
  5. formation de corps résiduels

• 🔄 L’autophagie implique :

  1. la formation d’un autophagosome
  2. la formation d’un autophagolysosome
  3. la formation de vacuoles autophagiques

💡 Astuce mémo

Hétérophagie : matériel extracellulaire ; autophagie : matériel intracellulaire.

📖 8. Peroxysomes et détoxification

★ À maîtriser

• Les peroxysomes sont présents dans les cellules eucaryotes, à l’exception des hématies et des réticulocytes.

• Les peroxysomes participent à la détoxification cellulaire et contiennent des oxydases ainsi que des peroxydases, dont la catalase, qui intervient dans la dismutation du peroxyde d’hydrogène (H₂O₂).

Compléments

• Les peroxysomes ont un diamètre de 0,1 à 1 μm, pouvant atteindre 1,7 μm chez les plantes, et leur matrice peut contenir un nucléoïde cristallin protéique.

• Les peroxysomes ne possèdent ni ADN ni ribosomes.

💡 Astuce mémo

Oxydases produisent du H₂O₂ → la catalase le décompose.

📖 9. Chloroplastes et photosynthèse

★ À maîtriser

📌 Les trois types de plastes sont les chloroplastes contenant de la chlorophylle, les chromoplastes contenant des caroténoïdes et les leucoplastes sans pigments ; les leucoplastes comprennent les amyloplastes, protéoplastes et oléoplastes, et les plastes sont interconvertibles.

• L’équation globale de la photosynthèse est $6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow{lumière} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O$.

📌 La phase lumineuse de la photosynthèse nécessite la lumière, tandis que la phase obscure ne la nécessite pas.

• La phase lumineuse se déroule au niveau des membranes thylakoïdiennes, implique les photosystèmes I et II et produit de l’ATP et du NADPH par photolyse de l’eau et transfert d’électrons.

• La phase obscure fixe le CO₂ dans le stroma par le cycle de Calvin et produit du glucose à partir d’intermédiaires comprenant le RuDP, le glycéraldéhyde 3-phosphate et le fructose 1,6-diphosphate.

Compléments

• Le chloroplaste mesure 3 à 10 μm et comprend une double membrane, un stroma et des thylakoïdes organisés en grana et en lamelles intergranaires.

• Le chloroplaste contient de l’ADN, des ribosomes, des enclaves amylifères et des globules lipidiques ; il est semi-autonome.

📖 10. Mitochondries et respiration cellulaire

★ À maîtriser

📐 Formule - L’équation de la respiration cellulaire présentée est $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + ATP$.

• 🔄 La respiration cellulaire aérobie comprend : la glycolyse, le cycle de Krebs, la chaîne de transport d’électrons et la phosphorylation oxydative

Compléments

• La mitochondrie mesure environ 10 μm de long et 0,5 à 1 μm de diamètre ; elle possède deux membranes, un espace intermembranaire, des crêtes et une matrice contenant ADN, ARN et ribosomes.

• La membrane externe mitochondriale porte des porines qui permettent les échanges entre l’espace intermembranaire et le cytoplasme.

• La membrane interne mitochondriale contient :

  • la NADH déshydrogénase
  • la FADH₂ déshydrogénase
  • la cytochrome C réductase
  • la cytochrome oxydase
  • l’ATP-synthétase Fo-F1

• La concentration en ions H⁺ est plus élevée dans l’espace intermembranaire mitochondrial que dans la matrice.

• La mitochondrie échange avec le hyaloplasme des ions, des acides aminés, des acides gras et de l’ADP, et exporte de l’ATP.

• La mitochondrie synthétise son ADN, ses ARN et des protéines mitochondriales, notamment des enzymes de la chaîne respiratoire, ce qui en fait un organite semi-autonome.

💡 Astuce mémo

Glycolyse → cycle de Krebs → chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative.

📊 Tableaux de synthèse

Réplication, transcription et traduction