3. BIOCHIMIE CELLULAIRE 3.1- ORGANISATION GÉNÉRALE D UNE CELLULE ANIMALE

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1 3. BIOCHIMIE CELLULAIRE 3.1- ORGANISATION GÉNÉRALE D UNE CELLULE ANIMALE On présentera les différents organites cellulaires ainsi que le cytosquelette et le cytosol. On donnera leurs rôles biologiques. 1. Ultrastructure d une cellule eucaryote Membrane plasmique Cytoplasme, hyaloplasme et cytosquelette Noyau, chromatine, nucléoles et hyaloplasme Diversité des organites d une cellule animale Réticulum endoplasmique Le réticulum endoplasmique rugueux (granulaire) Le réticulum endoplasmique lisse Appareil de Golgi Mitochondries Lysosomes et peroxysomes Ultrastructure d une cellule eucaryote Une cellule est un volume de cytoplasme délimitée par une membrane plasmique. Une cellule eucaryote possède un véritable noyau délimité par une enveloppe nucléaire. Elle se présente isolée ou associée à d autres cellules au sein d un tissu Membrane plasmique Elle est composée de 2 feuillets de phospholipides dans lesquels sont enchâssés des protéines et du cholestérol (5 nm d épaisseur). Figure 1 : ultrastructure d une cellule eucaryote 1.2. Cytoplasme, hyaloplasme et cytosquelette Le cytoplasme est l ensemble du contenu cellulaire constitué du hyaloplasme et des organites (noyau, mitochondries, ). Le hyaloplasme, appelé aussi cytosol, est la partie transparente du cytoplasme, c est-à-dire le liquide dans lequel baignent les organites cellulaires et qui contient les molécules du cytosquelette. Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 1 / 8

2 Le cytosquelette est constitué de polymères qui confèrent à la cellule des propriétés architecturales et mécaniques. On distingue 3 familles de molécules : les filaments d actine : polymère (actine F) de monomères protéiques globulaires, (actine G) ubiquitaire, ayant un rôle important dans l architecture et les mouvements cellulaires (surtout dans les cellules musculaires). les filaments intermédiaires : présents dans le hyaloplasme et le nucléoplasme. Ce sont des protéines hétérogènes fibrillaires de 5 sous-types : - kératines de type acides - kératines de type basique - vimentine - neurofilaments - lamines Ils participent au maintien de la forme cellulaire et à l ancrage des organites cellulaires. Ils interviennent dans l adhérence et la cohésion cellulaire car ils sont en relation avec les desmosomes et les hémidesmosomes. les microtubules : ce sont des tubes creux de protofilaments, polymères de dimères de tubulines de longueur variable (équilibre polymérisation, dépolymérisation). Les microtubules sont ancrés sur le centrosome. Le centrosome est le centre cellulaire organisateur des microtubules (COMT, MTOC en anglais : Microtubule Organizing Center) constitué de 2 centrioles. Ils ont un rôle dans la division cellulaire (fabrication du fuseau mitotique) et dans la construction du flagelle des spermatozoïdes (appelé alors corps basal). Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 2 / 8

3 Figure 2 : microtubules dans le fuseau mitotique et dans le flagelle Figure 3 : ultrastructure du centrosome (paire de centrioles) Pour aller plus loin : cycle du centrosome Noyau, chromatine, nucléoles et hyaloplasme Le noyau est délimité par une enveloppe nucléaire (double membrane) qui est percée par des pores nucléaires. Il contient la chromatine (ADN condensé) et les nucléoles. La chromatine est une substance colorable visible dans le noyau, constituée essentiellement d ADN et de protéines basiques (histones). L euchromatine L euchromatine est la chromatine qui apparaît partiellement décondensée en interphase. L hétérochromatine est une structure observable de l ADN résultat de la condensation de la chromatine localisée principalement en périphérie du noyau. On distingue : hétérochromatine constitutive : zones des chromosomes apparemment inactive, répliquées tardivement (localisées au niveau des télomères et des centromères) hétérochromatine facultative : portions de chromosomes plus ou moins inactivées en fonction des types cellulaires et de l état de différenciation. Un nucléole est un corpuscule sphérique homogène présent en nombre variable dans le noyau de la cellule vivante et impliqué dans la synthèse des acides ribonucléiques (ARN). Le nucléoplasme est le liquide contenu dans le noyau délimité par l enveloppe nucléaire. Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 3 / 8

4 Membrane plasmique Filaments d actine Microtubules Cytosol Réticulum endoplasmique granuleux Appareil de Golgi Nucléole Nucléoplasme Nucléoplasme Pore nucléaire Peroxysomes Mitochondries Centrosome (paire de centrioles) Vésicules de sécrétion Vésicules de transition Lysosome Ribosomes libres Enveloppe nucléaire Figure 4 : ultrastructure d une cellule eucaryote 2. Diversité des organites d une cellule animale 2.1. Réticulum endoplasmique Le réticulum endoplasmique est constitué par un réseau de tubules branchés de saccules horizontaux. Il s étend dans tout le cytosol. La membrane du réticulum endoplasmique constitue plus de la moitié de la membrane totale d une cellule animale typique Le réticulum endoplasmique rugueux (granulaire) Il est formé par le réticulum endoplasmique sur lesquels sont fixés des ribosomes. Il est impliqué dans la synthèse des protéines membranaires et extracellulaires. Leur synthèse débute sur un ribosome libre avec la synthèse en N-terminal d une courte séquence signal (ou peptide signal) de 15 à 30 acides aminés. Ce peptide signal va être reconnu par la SRP (Signal Recognition Protein) qui permet au complexe ARNm/ribosome/peptide de se fixer à la face cytoplasmique du RER grâce à un récepteur. Le polypeptidique en cours de synthèse au niveau d un ribosome est co-transloqué dans la lumière du RER au travers de la membrane. Le peptide signal est ensuite clivé par une peptidase signal. Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 4 / 8

5 Figure 5 : interactions entre le peptide signal, la SRP et le récepteur membranaire à la SRP à l origine de la translocation du polypeptide Le réticulum endoplasmique lisse Le RE lisse correspond à la partie du réticulum endoplasmique qui ne porte pas de ribosomes. Le RE lisse est en continuité avec le réticulum endoplasmique rugueux. C est un réseau tridimensionnel de tubes. Il est impliqué dans la synthèse des lipides membranaires et des hormones stéroïdiennes à partir du cholestérol. Les molécules synthétisées dans le réticulum endoplasmique transitent vers l appareil de Golgi par des vésicules de transport. 1- enveloppe nucléaire 2- pore nucléaire 3- REG 4- REL 5- ribosomes liés au REG 6- protéines 7- vésicules 8- appareil de Golgi 9- côté cis 10- côté trans 11- lumière du Golgi Figure 6 : schéma représentant le noyau, les réticulums endoplasmiques et l appareil de Golgi Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 5 / 8

6 2.2. Appareil de Golgi Il est composé de nombreux saccules aplatis qui ressemblent à une pile d assiettes (4 à 6 saccules). Les molécules provenant du réticulum endoplasmique y subissent une série de transformations. Elles transitent d un saccule à l autre par l intermédiaire des vésicules golgiennes puis sont aiguillées vers leur destination finale. Espace extracellulaire Vésicules de sécrétion Exocytose Saccules golgiens Vésicules de transition Figure 7 : flux orienté des vésicules du REG à l espace extracellulaire via l appareil de Golgi Dans le réticulum endoplasmique rugueux et l appareil de Golgi, les polypeptides subissent une maturation qui consiste en des modifications post-traductionnelles sur les fonctions libres des acides aminés : protéolyse ménagée glycosylation ajout d acides gras amidation, phosphorylation, sulfatation, 2.3. Mitochondries Ces organites sont délimités par une double membrane et ont à peu près la taille d une bactérie (1 à 10 µm de long). La membrane interne forme des replis appelés «crêtes». L intérieur de la mitochondrie est appelé matrice elle contient une grande quantité de enzymes. La mitochondrie spécialisée dans la production d énergie lors de la respiration cellulaire dont le bilan global est : Glucose + 6 O 2 Réticulum endoplasmique granuleux "#$%&"'(&)* +&(),-)*."&'/# 6 CO H 2 O + énergie (ATP) Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 6 / 8

7 Membrane externe Membrane interne Ribosome Espace périplasmique Matrice ADN mitochondrial Crête mitochondriale Figure 8 : ultrastructure d une mitochondrie 2.4. Lysosomes et peroxysomes Ce sont des vésicules de tailles variables spécialisées dans la dégradation (lysosomes) ou l oxydation (peroxysomes) de molécules. Les lysosomes contiennent des hydrolases (protéases, ribonucléases, phosphatases, glycosidases, lipases, ) Les peroxysomes contiennent des oxydases qui conduisent à la formation de peroxyde d hydrogène (H 2 O 2 ) qui peut être neutralisé par la catalase (production d eau et de dioxygène). Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 7 / 8

8 MOTS CROISÉS SUR DES TERMES RELATIFS À L ORGANISATION CELLULAIRE HORIZONTAL 1. filament du cytosquelette apparaissant pendant la mitose et présente dans le flagelle 3. molécule amphiphile constitutive de la bicouche membranaire 7. centre cellulaire organisateur de microtubules 9. filament du cytosquelette impliqué dans les mouvements cellulaires 10. organite spécialisé dans la production d'énergie 11. qualifie le réticulum endoplasmique impliqué dans la synthèse des lipides membranaires 12. macromolécule impliquée dans la synthèse des protéines et accolée à la face externe du REG VERTICAL 2. Structure plus ou moins condensée de l ADN 4. Organite spécialisé dans la dégradation de molécules et contenant des hydrolases 5. Nom de l appareil spécialisé dans la maturation des protéines 6. Organite spécialisé dans l'oxydation de molécules et contenant des oxydases 7. Organisation moléculaire présente en 2 exemplaires dans le centrosome 8. Structure cellulaire délimitant l'information génétique chez les Eucaryotes Cours biochimie BTS_ABM C. Larcher 3.1- Organisation cellulaire Page 8 / 8