SOLUTIONNAIRE 1. Quel est l’avantage d’utiliser un microscope électronique à transmission plutôt qu’un microscope optique pour étudier la structure intracellulaire ? Réponse : La microscopie électronique utilise les électrons plutôt que les photons de lumière pour visualiser les échantillons, offrant ainsi une résolution accrue. 2. Quel microscope vaut-il mieux utiliser pour voir la surface d’une structure en 3D ? Lequel est préférable pour voir les plus petits détails d’une structure ? Réponse : Le microscope électronique à balayage émet un faisceau d’électrons qui balaie la surface de l’échantillon pour mettre en évidence les structures tridimensionnelles à la surface. 3. Quel est l’ordre de grandeur de la taille d’une cellule typique ? Réponse : Le diamètre d’une cellule typique peut varier de 7 à 120 μm, mais la moyenne se situe autour de 30 µm. 4. Quelles sont les trois principales structures communes à toutes les cellules ? Réponse : La membrane plasmique, qui est la partie délimitant la cellule, le noyau, qui comprend le matériel génétique, et le cytoplasme, qui correspond à l’ensemble du contenu de la cellule délimité par la membrane plasmique, à l’exception du noyau. 5. Quelle structure cellulaire est responsable de délimiter la cellule et de maintenir son intégrité ? Réponse : La membrane plasmique délimite la cellule et, avec l’aide du contenu cellulaire, maintient son intégrité. 6. De quelle façon les lipides maintiennent-ils la barrière physique de base de la membrane plasmique ? Réponse : La membrane plasmique se compose de phospholipides formant une bicouche. Les queues liposolubles de chaque couche se font face, tandis que les têtes hydrosolubles sont exposées aux milieux aqueux. La bicouche de phospholipides isole donc le cytosol du liquide interstitiel. 7. Quel type de protéine membranaire permet le passage de substances d’un côté de la membrane plasmique à l’autre ? Quels sont ses trois sous-types ? Réponse : Les protéines de transport sont des protéines membranaires intégrées qui servent de transporteurs, de canaux ou de pompes pour faciliter le passage de substances d’un côté à l’autre de la membrane plasmique. 8. De quelle façon la diffusion de l’O2 vers l’intérieur et du CO2 vers l’extérieur de la cellule s’effectuet-elle ? Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 1 Chapitre 4 La biologie de la cellule Réponse : Le déplacement de l’O2 et du CO2 ne nécessite aucun transporteur. Ces gaz liposolubles traversent la bicouche de phospholipides par diffusion simple, donc en suivant le sens du gradient de concentration. 9. Comparez le transport membranaire d’un ion et celui d’une molécule polaire de taille moyenne. Réponse : Les ions et les molécules polaires de moyenne taille peuvent traverser la membrane plasmique par diffusion facilitée à l’aide d’une protéine. Les ions de petite taille diffusent par des canaux, tandis que les molécules polaires de taille moyenne ont besoin d’une protéine de transport (un transporteur) qui changera de conformation pour faire traverser la molécule. 10. Définissez l’osmose. Réponse : L’osmose est le déplacement passif de l’eau à travers les aquaporines d’une membrane semi-perméable. 11. Qu’arrive-t-il au volume d’une cellule si elle est immergée dans une solution isotonique, hypotonique ou hypertonique ? Réponse : Le volume d’une cellule immergée dans une solution isotonique ne changera pas. Une cellule immergée dans une solution hypotonique verra son volume augmenter, car la quantité d’eau qui entre dans la cellule est plus grande que celle qui en sort. Le contraire se produira si une cellule est immergée dans une solution hypertonique; celle-ci verra son volume diminuer, car la quantité d’eau qui sort de la cellule est plus grande que celle qui y entre. 12. Quelle conclusion générale pouvez-vous tirer relativement au déplacement de l’eau ? Un déplacement de l’eau par osmose est toujours observé vers : a) une solution isotonique; b) une solution hypotonique; c) une solution hypertonique. Réponse : Le déplacement net de l’eau s’effectuera vers la solution hypertonique. 13. Quel type de transport jouant un rôle dans le déplacement de l’ion Na+ dans le sens de son gradient est utilisé pour fournir l’énergie nécessaire au déplacement d’une autre substance contre son gradient ? Réponse : Le transport actif secondaire antiport combine souvent le déplacement d’une molécule dans le sens de son gradient de concentration et celui d’une autre molécule contre son gradient de concentration. 14. À quel type de transport cellulaire l’ingestion d’une bactérie par un macrophagocyte correspond-elle ? Réponse : Un leucocyte qui ingère une bactérie est un exemple de phagocytose. 15. Donnez des exemples d’utilisation de la communication intercellulaire par contact direct. Réponse : Il y a présence d’interactions entre les glycocalyx de deux cellules au cours de la reconnaissance des cellules par le système immunitaire, de l’interaction de l’ovule avec le spermatozoïde au début de la fécondation ou de l’inhibition de la croissance par contact intercellulaire dans les tissus. 16. Quelle est la différence entre l’action des récepteurs enzymatiques et celle des récepteurs couplés à une protéine G ? Réponse : Les récepteurs enzymatiques agissent comme des protéines kinases et s’activent à la suite de la liaison d’un ligand; les récepteurs couplés à une protéine G activent aussi une protéine kinase par l’intermédiaire d’un second messager. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 2 Chapitre 4 La biologie de la cellule 17. Décrivez la structure du réticulum endoplasmique rugueux et du complexe golgien. Quelle est la relation entre ces deux organites dans la synthèse, la modification et la distribution des molécules qu’ils produisent ? Réponse : Le réticulum endoplasmique rugueux et le complexe golgien sont tous les deux formés de structures membraneuses. Le réticulum endoplasmique rugueux est sous forme de réseaux de cavités, alors que le complexe golgien est plutôt formé de sacs aplatis. Le réticulum endoplasmique rugueux est responsable de modifier et de transporter les protéines produites par les ribosomes liés au réticulum endoplasmique rugueux vers le complexe golgien. Ce dernier modifie aussi les protéines et les dirige vers la bonne destination (lysosome, extérieur de la cellule ou membrane plasmique). 18. Le lysosome et le peroxysome sont de petites sphères membraneuses. Lequel a comme fonction : a) la digestion et la synthèse de molécules ? b) la digestion de particules à éliminer ? Réponse : a) Le peroxysome. b) Le lysosome. 19. Quel organite non membraneux a comme principale fonction : a) la dégradation des protéines inutiles à l’intérieur de la cellule ? b) le soutien de la structure cellulaire ? c) la synthèse des protéines ? d) la formation du fuseau mitotique ? Réponse : a) Le protéasome. b) Le cytosquelette. c) Le ribosome. d) Le centrosome. 20. Quelle structure de la surface externe de la cellule est responsable : a) d’augmenter la surface de contact ? b) de déplacer des substances à la surface des cellules ? Réponse : a) Les microvillosités. b) Les cils. 21. Quel type de jonction : a) assure une résistance à une contrainte mécanique ? b) permet le passage d’ions entre des cellules adjacentes ? c) prévient les fuites entre les cellules ? Réponse : a) Le desmosome. b) Les jonctions ouvertes. c) Les jonctions serrées. 22. Quelle est la fonction des pores nucléaires dans l’enveloppe nucléaire ? Réponse : Les pores nucléaires permettent le passage de molécules. Par exemple, des ions se déplacent vers l’intérieur ou vers l’extérieur du noyau, alors que de l’ARNm va vers l’extérieur du noyau. 23. Quelle est la fonction du nucléole ? Réponse : Le nucléole assure la formation des sous-unités du ribosome qui s’assembleront dans le cytoplasme pour former le ribosome sous sa forme finale. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 3 Chapitre 4 La biologie de la cellule 24. Décrivez la relation structurale entre l’ADN, les chromosomes et la chromatine, et la relation fonctionnelle entre l’ADN et les gènes. Réponse : La chromatine est l’ADN sous sa forme déroulée. Elle se condense en chromosomes lorsque la cellule se prépare à la mitose. Un gène est une séquence d’ADN qui assure la production d’une protéine spécifique. 25. Quelles sont les trois principales structures requises pour la transcription ? Expliquez où se produit la transcription et la façon dont elle se déroule. Réponse : La transcription a lieu dans le noyau. Elle nécessite un brin matrice de l’ADN. Ensuite, la transcription utilise les ribonucléotides libres dans le noyau, lesquels s’apparient avec les bases azotées des ribonucléotides du brin matrice. Ce processus nécessite la présence de l’ARN polymérase qui contribue à l’appariement des bases azotées et à la formation des liaisons phosphodiester entre les ribonucléotides formant l’ARNm. 26. Qu’est-ce qu’un codon et un anticodon ? Réponse : Un codon est une séquence de trois nucléotides sur l’ARNm. Chaque codon code pour un acide aminé pour la fin de la traduction. L’anticodon est une séquence sur l’ARNt qui est complémentaire au codon, ce qui permet à l’ARNt de reconnaître le codon et d’amener le bon acide aminé. 27. De quelle façon l’ARNm est-il traduit en protéines ? Réponse : L’ARNm se déplace dans le complexe ribosomique, et la traduction commence lorsque le premier codon d’initiation (AUG) entre dans le site P. Dans ce site, le codon de l’ARNm s’apparie avec l’anticodon d’une molécule d’ARNt transportant l’acide aminé correspondant, au moment où ce premier codon se déplace vers le site A du ribosome, entraînant le prochain codon du brin d’ARNm vers le site P. Ce deuxième codon s’apparie ensuite avec sa molécule d’ARNt correspondante qui transporte son acide aminé spécifique, et une liaison peptidique se forme entre les deux acides aminés. À ce moment, le premier acide aminé est libéré, et la molécule d’ARNm se déplace de nouveau dans le ribosome. Ce processus se poursuit jusqu’à ce qu’un codon d’arrêt entre dans le site, signalant la fin de la traduction. 28. De quelle molécule le bagage génétique de l’ADN constitue-t-il les directives précises de fabrication ? Réponse : L’ADN dirige la synthèse des protéines qui accomplissent les fonctions de l’organisme. 29. Qu’est-ce qui distingue la chromatine d’un chromosome ? Réponse : La chromatine présente une disposition étalée d’ADN, ce qui facilite la transcription et la réplication de l’ADN. Les chromosomes présentent une forme très organisée et condensée de l’ADN, convenant mieux à la division nucléaire (mitose). 30. Décrivez le processus de réplication de l’ADN se produisant au cours de la phase S de l’interphase. Réponse : La réplication de l’ADN correspond au déroulement de la double hélice d’ADN et au bris des liaisons hydrogène entre les deux brins complémentaires. Un nouveau brin d’ADN s’assemble à partir de chacun des brins matrices originaux, puis les deux nouveaux brins identiques formés reprennent chacun une forme de double hélice d’ADN. 31. Quels sont les événements se produisant au cours de la phase mitotique (mitose et cytocinèse) ? Expliquez chacun de ces événements. Réponse : Les étapes préliminaires en vue de la mitose ont lieu au cours de la prophase : la chromatine se condense en chromosomes, l’enveloppe nucléaire disparaît, les microtubules s’organisent en fibres du fuseau mitotique et les centrioles migrent vers les pôles opposés dans la cellule. Au cours de la métaphase, les chromosomes s’alignent le long de la plaque équatoriale de la cellule. Si la métaphase s’est bien déroulée, les chromatides sœurs amorcent leur séparation pendant l’anaphase. La télophase Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 4 Chapitre 4 La biologie de la cellule est le moment où la migration des chromatides sœurs vers les pôles opposés est terminée; une nouvelle enveloppe nucléaire se forme autour de chaque noyau fille, et les chromosomes se déroulent pour reprendre la forme de chromatine. La cytocinèse, à savoir le clivage de la membrane plasmique et du cytoplasme, peut s’amorcer vers la fin de l’anaphase ou le début de la télophase. 32. Quels changements précis l’ADN subit-il au cours de l’apoptose ? Réponse : Au cours de l’apoptose, des enzymes coupent l’ADN en petits fragments. 1. Dans laquelle des situations suivantes la pression osmotique serait-elle la plus élevée : une cellule dont la concentration du cytosol est de 0,9 % en NaCl et qui est immergée dans l’eau pure ou cette même cellule immergée dans une solution de NaCl 0,2 % ? Expliquez votre réponse. Réponse : Une cellule contenant 0,9 % de solutés contient 99,1 % d’eau. L’eau pure (0 %) aussi bien que la solution de NaCl 0,2 % sont de concentration plus faible par rapport à celle à l’intérieur de la cellule (0,9 %). Un déplacement net d’eau par osmose vers l’intérieur de la cellule est observé lorsqu’il y a immersion dans l’un ou l’autre de ces liquides. Toutefois, l’eau pure exercerait une pression osmotique plus grande sur la cellule, car l’eau ne contient aucun soluté. Par conséquent, le gradient est plus fort. 2. Qu’arriverait-il à la cellule si elle ne contenait aucun lysosome ou si ses lysosomes ne fonctionnaient pas ? La cellule pourrait-elle survivre ? Réponse : La fonction des lysosomes est de digérer les molécules organiques inutiles ou indésirables dans la cellule. Sans lysosomes, ces molécules s’accumuleraient et perturberaient le fonctionnement normal de la cellule. Une cellule ne peut survivre sans lysosomes. Il existe plusieurs maladies lysosomiales héréditaires attribuables à un mauvais fonctionnement des enzymes lysosomiales. Enfin, si une cellule ne contenait aucun lysosome, elle ne pourrait pas éliminer ses organites usés (autophagie) ni s’éliminer elle-même (autolyse). 3. Quelles pourraient être les conséquences possibles sur la structure et la capacité fonctionnelle des protéines si l’ADN subissait une mutation (erreur dans la séquence de nucléotides) dans un gène précis ? Réponse : Si un gène présente une mutation, l’ARNm produit au cours de la transcription aura une séquence de ribonucléotides différente. Au cours de la traduction, l’ARNm anormal peut donner lieu à la production d’une protéine dont la séquence d’acides aminés est également anormale. Comme la chimie des acides aminés influence le repliement et la conformation tridimensionnelle définitive de la protéine, et comme sa fonction dépend de sa conformation, la protéine pourrait ne pas fonctionner normalement. 4. Décrivez la différence entre la réplication et la transcription de l’ADN du point de vue du type d’acide nucléique formé et de la longueur du brin d’ADN copié. Réponse : Au cours de la transcription, seulement des segments de l’ADN sont ouverts et lus, et les ribonucléotides servent à former la nouvelle molécule d’ARN. En revanche, la réplication de l’ADN se caractérise par la copie de l’ADN au complet, et les désoxyribonucléotides servent à former la nouvelle molécule d’ADN. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 5 Chapitre 4 La biologie de la cellule CONCEPTS DE BASE 1. Tous les processus suivants sont des processus actifs nécessitant une dépense d’énergie de la part de la cellule, sauf : a) le transport actif primaire ; b) la diffusion facilitée par des transporteurs ; c) l’endocytose ; d) l’exocytose. Réponse : b) Explication : La diffusion facilitée par des canaux ou par des transporteurs exige un gradient de concentration, mais ne nécessite aucune énergie fournie par l’ATP. 2. Toutes les structures suivantes sont des organites membraneux, sauf : a) les ribosomes ; b) les lysosomes ; c) le complexe golgien ; d) le réticulum endoplasmique. Réponse : a) Explication : Les lysosomes, le complexe golgien et le réticulum endoplasmique se composent tous d’une membrane de phospholipides, tandis que les ribosomes n’ont pas de membrane. 3. Lequel des organites suivants détruit les protéines endommagées et mal repliées de même que celles dont la cellule n’a plus besoin ? a) Les centrioles. b) Les peroxysomes. c) Les protéasomes. d) Le nucléole. Réponse : c) Explication : Les protéasomes assurent la dégradation des protéines mal repliées, endommagées ou obsolètes. 4. Au cours de cette phase de la mitose, la chromatine se condense pour former les chromosomes, le nucléole se désintègre, les fibres du fuseau mitotique se forment et les centrioles migrent vers les pôles de la cellule, l’enveloppe nucléaire disparaît. Il s’agit de : a) la prophase ; b) la métaphase ; c) l’anaphase ; d) la télophase. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 6 Chapitre 4 La biologie de la cellule Réponse : a) Explication : La prophase comporte toutes les étapes préliminaires nécessaires en vue de la mitose comme la condensation de la chromatine en chromosomes, la formation des fibres du fuseau mitotique, la disparition de l’enveloppe nucléaire et la migration des centrioles vers les pôles opposés de la cellule. 5. Décrivez les mécanismes passifs du transport membranaire, à savoir la diffusion simple, la diffusion facilitée et l’osmose. Réponse : Au cours de la diffusion simple, des molécules non polaires de petite taille peuvent traverser la bicouche de phospholipides par diffusion dans le sens de leur gradient de concentration sans avoir recours à des molécules de transport. Dans le cas de la diffusion facilitée, des molécules polaires ou des ions chargés traversent la membrane plasmique dans le sens de leur gradient de concentration en ayant recours à des canaux ou à des transporteurs. La diffusion des molécules d’eau par osmose nécessite l’utilisation d’aquaporines, et il s’agit également d’un processus passif. 6. Décrivez les mécanismes actifs du transport membranaire, à savoir le transport actif primaire, le transport actif secondaire et le transport vésiculaire. Réponse : Le transport actif primaire utilise directement l’énergie issue de l’hydrolyse de l’ATP pour déplacer des solutés contre leur gradient de concentration. Le transport actif secondaire combine le déplacement d’une molécule dans le sens de son gradient de concentration et celui d’une autre molécule contre son gradient de concentration. Le transport vésiculaire nécessite un apport d’énergie pour diriger le transport membranaire en vrac de molécules ou de grosses molécules par l’intermédiaire de vésicules. 7. Énumérez les organites membraneux, puis décrivez la structure et la fonction de chacun. Réponse : Le réticulum endoplasmique consiste en un réseau membranaire dans le cytoplasme. Le réticulum endoplasmique rugueux est parsemé de ribosomes et participe à la synthèse protéique. Le réticulum endoplasmique lisse assure la synthèse, le transport et l’entreposage des lipides, ainsi que la détoxication de substances nuisibles, et il participe au métabolisme des glucides. Le complexe golgien consiste en une série de structures membraneuses aplaties et il a pour fonction de modifier les protéines et de les distribuer vers l’extérieur de la cellule, vers la membrane ou vers un lysosome. Les lysosomes et les peroxysomes sont des vésicules de petite taille contenant des enzymes métaboliques. Les lysosomes assurent la digestion des débris cellulaires ou des structures ingérées par la cellule. Les peroxysomes neutralisent les radicaux libres et participent à la digestion chimique des acides gras ainsi qu’à la synthèse de certains lipides spécialisés. Contrairement aux autres organites membraneux, les mitochondries se composent de deux membranes distinctes placées l’une au-dessous de l’autre. Elles assurent la synthèse de la majeure partie des molécules d’ATP dans la cellule. 8. Comparez la structure ainsi que la fonction des cils et des microvillosités. Réponse : Les microvillosités sont beaucoup plus petites et serrées les unes contre les autres que les cils. Bien que les deux comportent des déformations de la membrane plasmique structurées par le cytosquelette, les cils se caractérisent par un mécanisme de mouvement, tandis que les microvillosités servent habituellement à augmenter la surface d’absorption de la cellule. 9. Décrivez les processus de la transcription et de la traduction. Réponse : La transcription est le processus par lequel l’ADN est copié en ARNm au cours de l’expression génique. L’initiation de la transcription est l’étape de régulation clé dans la détermination des gènes qui seront exprimés. L’élongation correspond à l’allongement du nouveau brin par l’appariement des bases complémentaires au brin matrice d’ADN à l’aide de l’ARN polymérase. Enfin, la terminaison de la transcription a lieu lorsque l’ARN polymérase atteint le site de terminaison du gène et se libère de l’ADN. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 7 Chapitre 4 La biologie de la cellule 10. Expliquez les processus qui se déroulent au cours des différentes phases du cycle cellulaire, y compris la réplication de l’ADN, la mitose et la cytocinèse. Réponse : Au cours de la première phase de croissance du cycle cellulaire, la cellule accomplit ses activités métaboliques spécifiques et s’acquitte de sa fonction dans le tissu environnant. Durant la phase S, la cellule réplique son ADN en vue de la division cellulaire. La deuxième phase de croissance correspond à la synthèse de protéines en vue de la division. La phase mitotique comporte deux événements qui peuvent se chevaucher. La mitose permet de séparer les deux copies identiques de l’ADN, tandis que la cytocinèse est le clivage du cytoplasme. MISE EN APPLICATION 1. Un jeune homme dans la vingtaine fait une crise cardiaque et est conduit d’urgence à l’hôpital. Une prise de sang permet de constater que son taux de cholestérol est très élevé. Le médecin lui apprend qu’il est atteint d’une maladie génétique qui le rend incapable d’éliminer efficacement de son sang les particules de LDL renfermant du cholestérol qui, normalement, pénètrent dans les cellules par invagination à la suite de la fixation du LDL sur un récepteur à la surface des cellules. Quel processus cellulaire ne fonctionne pas normalement ? a) La diffusion facilitée par des canaux. b) L’endocytose à récepteur. c) L’exocytose. d) La diffusion simple. Réponse : b) Explication : L’endocytose à récepteur est nécessaire pour éliminer les LDL de la circulation sanguine. 2. Les tumeurs se caractérisent par un dysfonctionnement de ce processus cellulaire. a) La transcription. b) La traduction. c) La division cellulaire. d) L’épissage. Réponse : c) Explication : La division cellulaire. Une tumeur apparaît lorsqu’une cellule ne reçoit plus ou ne réagit plus aux signaux d’arrêt de la division cellulaire. La cellule se divise alors sans arrêt, formant un amas de cellules, une tumeur. 3. L’hormone insuline est une protéine composée d’une répétition d’unités d’acides aminés. Sa production s’effectue par l’intermédiaire du ou des processus suivants : a) la transcription et la traduction ; b) la réplication de l’ADN ; c) la mitose ; d) la différenciation. Réponse : a) Explication : La synthèse protéique est un processus qui se déroule en deux étapes : d’abord la transcription, suivie de la traduction. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 8 Chapitre 4 La biologie de la cellule SYNTHÈSE 1. Le foie produit une protéine appelée albumine. La principale fonction de l’albumine est d’exercer une pression osmotique pour retourner les liquides dans la circulation sanguine. Expliquez ce qui pourrait arriver à la pression osmotique chez une personne atteinte de cirrhose du foie et qui ne produit pas suffisamment d’albumine. Réponse : Une incapacité de produire de l’albumine affecterait l’osmolalité du sang, entraînant une diminution de la pression osmotique, donc une difficulté à retenir le liquide dans le sang. 2. Chez une personne atteinte d’une pneumonie (affection respiratoire qui entraîne une diminution de la concentration d’oxygène dans le sang), la vitesse de diffusion de l’oxygène augmentera-t-elle, diminuera-t-elle ou restera-t-elle la même par rapport à la normale ? Expliquez. Réponse : Comme la saturation en oxygène du sang diminue, le gradient de concentration va diminuer, tout comme la vitesse de diffusion de l’oxygène du sang vers les tissus. De plus, la pneumonie entrave la diffusion de l’oxygène vers le sang. Globalement, la diffusion nette de l’oxygène vers le sang va diminuer. 3. Un client avec une pression artérielle basse se fait installer un soluté de perfusion pour remplir de liquide ses vaisseaux sanguins et rétablir sa pression artérielle. Le soluté installé est une solution hypertonique. Est-ce le bon type de soluté de perfusion ? Expliquez. Réponse : Une solution intraveineuse hypertonique a une concentration en solutés plus grande que celle à l’intérieur des érythrocytes. L’eau à l’intérieur des érythrocytes va se déplacer vers le plasma, et les érythrocytes seront crénelés. Une solution intraveineuse isotonique devrait être utilisée, car la concentration de la solution est la même que celle à l’intérieur des érythrocytes, permettant un déplacement égal de l’eau entre l’intérieur et l’extérieur de l’érythrocyte et préservant ainsi sa forme intacte. Anatomie et physiologie Reproduction interdite © TC Média Livres Inc. Solutionnaire 9
