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L1 STAPS (semestre 1)
TD 3 de physiologie
Les organites et la synthèse protéique
I) Ultrastructure de la cellule animale :
- Légender puis calculer la taille de la cellule.
II) Les organites : structure et rôles
Mitochondrie
Ribosome :
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Le ribosome est un complexe composé d’ARN et de protéines ribosomales, associé à une membrane (au niveau du réticulum endoplasmique granuleux) ou libre dans le cytoplasme. Commun à toutes les cellules (procaryotes et eucaryotes), le ribosome (et surtout sa composition) varie en fonction des organismes, même s’il est toujours composé de deux sous-unités distinctes. Les procaryotes possèdent un ribosome de 70S composé des sous-
unités 50S et 30S. Le ribosome des eucaryotes est appelé 80S, divisé en deux sous-unités 60S et 40S. La fonction du ribosome est de traduire le code génétique en protéines, par l’intermédiaire des ARN messagers (ARNm). L'activité enzymatique du ribosome étant portée par les ARNr, le ribosome est un ribozyme (ARN à activité catalytique). Le schéma au microscope électronique à droite est un polysome présent chez les Procaryotes qui correspond à un assemblage de ribosome qui s’associe à un même brin ARNm et traduisent le brin
en même temps.
La mitochondrie est un organite qui permet la respiration cellulaire. Elle sert à fournir l’énergie nécessaire aux besoins de la cellule sous forme d’ATP (adénosine triphosphate). L’oxydation complète du glucose passe par le cytoplasme (glycolyse) et la mitochondrie (cycle de Krebs entre autre). Elle fournira 38 molécules d’ATP dont 36 au sein de la mitochondrie (avec dioxygène). (Voir L2 STAPS). Le nombre de mitochondrie dans une cellule est très variable selon le tissu et surtout son rôle (d’une dizaine à une centaine). Elle est
composée d’une enveloppe mitochondriale avec membrane interne et membrane externe. La membrane externe est une membrane classique avec autant de protéine que de lipide alors que la membrane interne est constituée essentiellement de protéine. La membrane interne s’invagine dans la matrice mitochondriale en formant des replis appelés crêtes. Entre les 2 membranes, on a l’espace inter-membranaire. Il est actuellement admis que la mitochondrie serait apparue par endocytose d'une bactérie par une cellule ancestrale (théorie endosymbiotique). En effet, la mitochondrie possède un
génome à ADN sur un chromosome circulaire, dont les gènes
ressemblent à ceux portés par les bactéries.
PRAG D BRUANT
(www.univ-lemans.fr/~dbruant/)
Noyau
REG (réticulum endoplasmique granuleux)
Appareil de Golgi (dictyosome)
Le noyau est un organite présent dans les cellules eucaryotes et contenant
l'essentiel du matériel génétique de la cellule (ADN). Il a deux fonctions
principales : contrôler les réactions chimiques cellulaires et stocker les
informations. Il a un diamètre variant de 5 à 7 micromètres. Il est composé
d’une l’enveloppe nucléaire avec membrane interne et membrane externe.
L’intérieur est composé du nucléoplasme avec la chromatine (euchromatine et
hétérochromatine) et du nucléole (ARN et protéines). Les entrées et sorties du
noyau se font grâce aux pores nucléaires (un complexe protéique de 150 nm de
diamètre). Le chromosome existe seulement lorsque la cellule veut se diviser et
correspond à la chromatine doublé. L’euchromatine est la chromatine peu
compacté alors que l’hétérochromatine est la chromatine compactée (celle qui
ne sera pas transcrite).
Le réticulum endoplasmique granuleux (REG) est un organite présent dans
les cellules eucaryotes et lié à l’enveloppe nucléaire. Le REG est le site de la
traduction et du repliement lors de la synthèse des protéines puis il transfère les
substances vers l'appareil de Golgi via des vésicules. Dans les neurones, le
réticulum endoplasmique se nomme « corps de Nissl », et dans les hépatocytes,
« corps de Berg ».
Le REG est constitué d'un réseau membraneux étendu appelé saccule. La
membrane sépare la lumière du réticulum du cytosol. Des parties de la
membrane du réticulum sont en continuité avec la membrane externe du noyau,
et la lumière du RE est en continuité avec l'espace intermembranaire du noyau.
Chaque grain correspond à des ribosomes (liés), les protéines créées vont
obligatoirement vers le lysosome, la membrane ou à l’exportation.
L’appareil de Golgi est un organite présent en 2 ou 3 exemplaires dans une
cellule Eucaryote. Il est formé de 3 dictyosomes appelés cis, médian et trans
ainsi qu’en amont une partie CGN (réseau cis-golgiens) et en aval une partie
TGN (réseau trans-golgiens). Chaque partie correspond à des saccules golgiens
(de 3 à 10 selon les cellules) et le lien entre les saccules s’effectue par des
vésicules golgiennes de 0.1 μm. Chacune de ces parties a un rôle ou des rôles
définies (ex : CGN phosphoryle les résidus mannose). Cet organite permet de
trier les protéines produites par le REG et de les envoyer vers leur lieu de leur
utilisation. (soit l’export, soit vers la membrane, soit forme des lysosomes). Il
existe d’autres rôles pour l’appareil de golgi comme le stockage du calcium, la
transformation de protéine, la synthèse de lipides, le retour des protéines vers le
REG, ….
Centrosome : ME et schéma
Cytosquelette (
REL (réticulum endoplasmique lisse) (
Lysosome
Le REL existe dans tout les cellules eucaryotes à diverses proportions. Il
est composé comme le REG par des saccules avec la lumière. Il ne porte
pas de ribosomes et ne sert donc pas à la synthèse des protéines. Son rôle
et plus diversifié : détoxication (lyse produits toxiques), stockage
calcium, synthèse de lipides (pour le renouvellement de la membrane) et
d’autres selon le type cellulaire comme synthèse d’hormone
(testicules/ovaires), produit du glucose (foie), produit HCl (estomac), …
Un centrosome ou MTOC (microtubules organizing center) contient
deux centrioles disposés de façon perpendiculaire et liés par des fibres
d’interconnexion centriolaires. Chaque centriole est un assemblage
protéique de 0.1 à 0.2 μm de large sur 0.3 à 0.7 μm de long. Il est
composé de 9 triplets de protéine (microtubule) associé à diverses
protéines (une centaine dont la centrine). Il intervient dans la division
cellulaire. Il est localisé à côté du noyau (en double exemplaire et se
nomme diplosome à ce moment). Lorsque la cellule veut se diviser
(phase G1, S, G2 et M du cycle cellulaire), les centrosomes vont à
chacun à l’un des pôles de la cellule et vont permettre de guider les
chromosomes lors de la séparation des chromatides.
Les lysosomes sont des organites membraneux qui contiennent de
nombreuses enzymes (lipase, nucléase, hydrolase, lysozyme, amylase, …)
capables de décomposer tous les types de polymères biologiques (protéines,
acides nucléiques, polyosides et des lipides) Les lysosomes fonctionnent
comme le système digestif de la cellule, servant à la fois à dégrader
matériau pris à partir de l'extérieur de la cellule et de digérer les composants
obsolètes de la cellule elle-même. Dans leur forme la plus simple,
lysosomes sont visualisés comme vacuoles sphériques denses, mais ils
peuvent afficher des variations considérables dans la taille et la forme à la
suite de différences dans les matériaux qui ont été prises pour la digestion.
Lysosomes thus represent morphologically diverse organelles defined by
the common function of degrading intracellular material.
Le cytosquelette comprend diverses protéines membranaires
(microtubule, filaments intermédiaires et filament d’actine). L’ensemble
de ces éléments est responsable de la forme interne et externe de la
cellule, des mouvements cellulaires, du transport d’organites ou de
vésicules à l’intérieur de la cellule. Tous ces rôles se font grâce à
l’intervention de protéines de liaison qui lie les fibres, soit les unes aux
autres, soit à la membrane plasmique, soit aux autres organites.
- Remplir le tableau suivant grâce aux documents de la page précédente.
Organites Structure Rôles
III) La synthèse protéique simplifiée chez les Eucaryotes : (lien entre organites)
1) Les outils moléculaires :
a) L’ARN t (transfert)
Les codons présents sur l’ARNm ne reconnaissent pas directement les acides aminés pour lesquels ils codent. Ils existent des
« adaptateurs » capable de reconnaitre à la fois le codon de l’ARNm et les acides aminés qui lui correspondent. Ces adaptateurs
sont des ARNt d’environ 80 nucléotides synthétisé dans le noyau à partir de l’ADN par la transcription. Les ARNt se replient en 4
zones différentes et ressemblent à une feuille de trèfle. Ils présentent plusieurs régions : extrémité 5’, boucle D, boucle T,
anticodon, extrémité 3’. Deux régions sont essentielles : l’anticodon qui correspond à 3 nucléotides successifs qui s’apparie aux 3
bases du codon de l’ARNm de façon complémentaire ; l’extrémité 3’ qui porte l’acide aminé correspondant au codon.
b) L’ARN m (messager)
Ils proviennent du noyau des cellules et sont obtenus après la transcription et maturation des pré-ARNm. Ils contiennent une
succession de codons qui permettent la traduction. Les codons sont placés dans un ordre précis en suivant l’ordre des bases de
l’ADN codant. Un codon donne un acide aminé grâce au code génétique. L’ensemble des acides aminés fournit une séquence
polypeptidique. La protéine pourra se replier vers sa conformation native puis la protéine rejoindra son ou ses tissu(s) cible(s).
c) L’ARN r (ribosomal)
Les ribosomes sont des complexes de grandes tailles. Certains auteurs les placent parmi les organites. Ils sont composés d’ARNr
et de protéines. (Voir schémas). Les ribosomes sont formés de deux sous-unités produites dans le noyau par la transcription. Ils
correspondent à « l’atelier de fabrication » des protéines. . Ils permettent l’enchainement des acides aminés dans l’ordre
correspondant à l’information portés par l’ARNm.
d) Code génétique
Le code génétique est l'ensemble des règles permettant de traduire les informations contenues dans le matériel génétique des
cellules vivantes pour produire des protéines. Ce code établit une correspondance entre un triplet de nucléotides, appelé codon sur
l'ARN messager et un acide aminé qui sera incorporé dans la protéine en cours de synthèse.
e) Questionnaire :
a. Définir codon et anticodon.
b. Que signifient les lettres : A, U, G, C et indiquer quelles bases sont complémentaires les une des autres?
c. Indiquer le rôle précis de chaque ARN.
d. Le code génétique possède 4 caractéristiques : universel, dégénéré, possède un codon initiateur et possède 3
codons STOP. Préciser chaque caractéristique ?
2) Indiquer les organites qui interviennent dans la synthèse protéique et leur devenir jusqu’à leur lieu d’action.
Lien entre les organites par le devenir d’une protéine Vue globale de la synthèse d’une protéine
Etapes de la traduction (synthèse des protéines)
Traduction
3) Décrire précisément les étapes 1 à 6 de la traduction.
4) Définir les mots : transcription et traduction.
5) Légender et titrer le document ci-dessous.
6) Si l’anticodon est UAA, indiquer le nom de l’acide aminé qui sera placé dans la chaine polypeptidique.
7) Citer 3 exemples de polypeptidique connu ainsi que leur rôle.
IV) Questions supplémentaires ouvertes :
1) De quelle origine est la mitochondrie si elle possède son propre ADN ?
2) Définir une cellule.
3) Quel micro-organisme n’est pas un être vivant ? justifier.
4) Indiquer la texture du cytosol.
5) Pourquoi existe-t-il des ribosomes libres et des ribosomes liés (REG) ?
6) Citer des exemples de protéines.
7) Que veut dire : modifications post-traductionnelles et trouver un exemple dans les documents du TD ?
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