Les structures et les fonctions des cellules eucaryotes

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B1.2 (chap2.2) décrire le modèle de la structure mosaïque fluide des membranes
cellulaires et expliquer la dynamique du transport passif ainsi que les processus
d’exocytose et d’endocytose.
SBI4U Module B
Biochimie cellulaire
LAF 2014
Chapitre 2-1 p.58-71
Les structures et les fonctions des cellules eucaryotes
Procaryotes :
ex : La cellule bactérienne
Eucaryotes
Voici les caractéristiques communes aux cellules eucaryotes :
1) Le matériel génétique (ADN) est dans une enveloppe nucléaire.
(noyau)
2) Une membrane cellulaire faite d’une bicouche de
phospholipides et de protéines intégrées sépare le contenu de la
cellule du milieu environnant.
3) Le cytoplasme est une substance gélatineuse qui inclut tout
ce qui se trouve à l’extérieur du noyau, mais à l’intérieur de la
membrane cellulaire. Il englobe les organites, le cytosol, ainsi
que les molécules et les ions dissous ou en suspension dans le
cytosol. Le cytosol est la partie liquide du cytoplasme.
1
2
Le noyau p.59
3
 il contient l’ADN, qui emmagasine et réplique l’information génétique de la
cellule. Chaque molécule D’ADN du noyau se combine à une masse égale de
protéine pour former un chromosome. Le nombre de chromosomes contenus
dans le noyau varie d’une espèce à une autre.
Tableau #1 : à remplir
organisme
# de
chromosome
organisme
Drosophila
Mélanogaster
Abeilles
Tomates
Chien
mollusque
insecte
E. coli

# de
chromosome
un fruit
Ainsi, les êtres humains possèdent 46 chromosomes tandis que les maringouins
en ont seulement 6. Les chromosomes sont visibles uniquement dans les
cellules en division. Lorsque les cellules ne sont pas en phase d division
cellulaires, la chromatine, un mélange complexe d’ADN et de protéines,
représente la forme condensée des chromosomes.
Figure 1http://fr.wikipedia.org/wiki/Chromatine:

Le noyau contient différentes structures : nucléole, enveloppe nucléaire et les
pores nucléaires. (figures 2.4 p.60)
4
Le réticulum endoplasmique p.60





L’enveloppe nucléaire est reliée à un complexe de tubules et de sacs formant le
réticulum endoplasmique RE, REL REG. Les zones de la surface du RE qui
effectuent la synthèse des protéines sont piquetées de ribosomes (REG) Il
s’agit d’agrégats moléculaires d’ARNr et de protéines.
Les protéines qui composent les membranes ou qui sont destinée à être
exportées de la cellule sont assemblées par les ribosomes du RE rugueux.
Les protéines cytosoliques sont fabriquées par les ribosomes libres.
Les zones du RE dépourvues de ribosomes forment le réticulum endoplasmique
lisse. Le REL synthétise les lipides et les molécules lipidique comme les
phopholipides qui composent la membrane. Ex : aussi dans le foie, il contribue
à la détoxication des médicaments, des drogues et de l’alcool.
Les ribosomes des eucaryotes possèdent des structures et des mécanismes
différents de ceux des procaryotes. C’est une des raisons pour lesquelles les
antibiotiques tuent les bactéries qui infectent un organisme, mais non ses
cellules. Par exemple la tétracycline est un antibiotique qui inhibe la synthèse
des protéines dans les ribosomes procaryotes, mais qui n’a aucun effet sur la
synthèse des protéines dans les cellules humaines.
Figues 2.5 p61
5
Le système endomembranaire : modification et
transport des protéines p.61
 Le système endomembranaire se compose de l’enveloppe nucléaire, du
réticulum endoplasmique, de l’appareil de Golgi et des vésicules. Ce
système transporte et traite les produits (protéines et substances
cellulaire) de la cellule. Il divise la cellule en compartiments qui limite
certaines fonctions à des zones précise. Les organites qui le composent
sont reliés entre eux directement ou par l’intermédiaire de vésicules de
transport.
Figure 2.6 p.61
6
Les fonctions du système endomembranaire p.62

Le système endomembranaire modifie et transporte les protéines de la
façon décrite ci-dessous.
1) À la surface du REG, des polypeptides sont produits par des
ribosomes liés à la membrane, puis expulsée dans la lumière au lieu
d’être libérés dans le cytosol.
2) Dans la lumière, ces polypeptides se dirigent vers le REL, Où ils sont
emmagasinées et traités. Lorsque les protéines sont prêtes à être
transportées, des parties du REL bourgeonnent pour former des
vésicules qui enveloppent les protéines.
3) Les vésicules se dirigent ensuite vers la face cis de l’appareil de Golgi,
constitué d’un empilement de sacs membranaires incurvés (fig 2.7). Là,
elles fusionnent avec la membrane de l’appareil de Golgi et libèrent leur
charge à l’intérieur. Dans l’appareil de Golgi, certaines protéines sont
mises en réserve tandis que d’autres subissent d’autre modifications.
4) Lorsque les protéines modifiées sont prêtes à être transportées, des
parties de la face Trans de l’appareil de Golgi bourgeonnent pour
former des vésicules. Ces vésicules transportent les protéines vers la
membrane cellulaire ou vers d’autres destinations à l’intérieur des
cellules.
7
Les autres fonctions du système endomembranaire

Golgi : L’appareil de Golgi trie, enveloppe et distribue ces lipides ainsi que des
protéines. Il fabrique aussi des macromolécules, en particulier des glucides.
Dans un grand nombre de cellules végétales, l’appareil de Golgi synthétise des
pectines. Les pectines sont des polysaccharides non cellulosiques qui entrent
dans la structure des parois cellulaires.

"Sweet Home Apparatus" - the ultimate Golgi music video
Pectine : Les pectines (du grec ancien, « épaissi, caillé »), ou plus
largement les substances pectiques, sont des polyosides, rattachées aux
glucides. Ce sont des substances exclusivement d’origine végétale. La
pectine est présente en grande quantité dans les pépins et les zestes de
groseilles, pommes, coings et agrumes. Intérêt culinaire : La pectine du
commerce, dont celle souvent utilisée pour épaissir les confitures et les
gelées, est extraite du marc de pommes desséchées. Elle est vendue
sous forme liquide ou de cristaux.’ (wiki)
Figure: source wiki

RE lisse : responsable de la synthèse et du métabolisme des lipides, y compris
des stéroïdes et des phospholipides qui composent les membranes des cellules
et des organites.
Figure: cliquez sur figure pour suive à la source
Figure: dessiner un phospholipide
8
9

Les lysosomes produit également par l’appareil de Golgi se retrouvent dans la
cellule animale. Ils sont des sacs membranaires contenant plus de 40 enzymes.
Ces enzymes catalysent des réactions d’hydrolyse, qui décomposent des
macromolécules en molécules plus petites que la cellule peut réutiliser. Les
lysosomes digèrent des parties de la cellule qui sont trop vieilles ou devenues
inutiles. Ils dégradent aussi les bactéries et d’autres particules étrangères que
la cellule à ingérées. Les enzymes des lysosomes sont le plus efficaces dans un
milieu acide, dont de pH est proche de 5. Étant donné que le cytosol d’une
cellule a un PH d’environ 7.2 cette différence de pH protège la cellule. Même si
un lysosome se brise et déverse ses enzymes dans la cellule, celles-ci sont peu
susceptibles de digérer des parties de la cellule vivante.
Figure de l’internet : Cliquez sur l’image pour suivre le lien à la source
Autre référence super universitaire et intéressante cliquez ici
Les peroxysomes p.63
Les peroxysomes sont des sacs membranaires qui contiennent des enzymes. Ils
se forment par bourgeonnement du réticulum endoplasmique. Contrairement aux
enzymes des lysosomes, qui catalysent des réactions d’hydrolyse, les enzymes des
peroxysomes sont des oxydases, qui catalysent des réactions d’oxydoréduction. Les
peroxysomes dégradent de nombreuses biomolécules et certaines molécules toxiques.
Comme les substances toxiques s’accumulent dans le foie, les cellules de cet organe
contiennent beaucoup de peroxysomes. Par exemple, les peroxysomes du foie
oxydent et dégradent les molécules d’alcool. Un grand nombre des réactions
catalysées dans les peroxysomes produisent du peroxyde d’hydrogène (H 2O2) toxique.
C’est pourquoi tous les peroxysomes contiennent une enzyme appelée catalase, qui
décompose le peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène gazeux. Les peroxysomes,
de certaines cellules synthétisent des molécules. Dans la famille des peroxysomes, les
glyoxysomes présents dans les cellules végétales contiennent des enzymes qui
transforment les réserves lipidiques des graines en glucides pour nourrir l’embryon
lors de la germination.
Source pour image est la même que le PP ci-dessous
Cliquez ici pour visualiser un power point sur les peroxysomes
10
Les vésicules et les vacuoles p.63
Le terme vésicule désigne des sacs membranaires qui servent à transporter et à emmagasiner
des substances dans la cellule. Les vésicules se forment par bourgeonnement des membranes
des cellules et des organites. Elles peuvent aussi fusionner avec les membranes des cellules et
des organites pour libérer leur contenu. Une cellule végétale typique contient un grand
nombre de petites vésicules, mais surtout une grand vésicule centrale appelée vacuole.
La vacuole emmagasine de l’eau, des ions, des sucres, des acides aminés et des
macromolécules. Elle contient aussi des enzymes qui décomposent les macromolécules et les
déchets cellulaires. La quantité d’eau contenue dans la vacuole centrale détermine la pression
de turgescence, ou pression interne, de la cellule végétale. Lorsqu’elle est pleine, la vacuole
exerce une pression contre la paroi cellulaire. Cela augmente la pression de turgescence et
rend la cellule rigide. Cette pression est responsable de la rigidité des tiges flexibles des
plantes herbacées s’il n’y a pas assez d’eau, la vacuole rétrécit et s’éloigne de la paroi
cellulaire. (Plasmolyse) Par conséquent, les plantes qui manquent d’eau se fanent à mesure
que la pression de turgescence diminue dans leurs cellules.
Figure: Vésicule biologie Wiki
Figure: vésicule synaptique
Cliquez sur les images pour suivre à la source.
Figure Micelle
11
Les chloroplastes p.64
12
Les cellules des organismes eucaryotes responsables de la photosynthèse possèdent
en général d’une à plusieurs centaines de chloroplastes. Ces organites contiennent de
la chlorophylle, un pigment responsable de la photosynthèse qui absorbe de l’énergie
lumineuse La chlorophylle participe au mécanisme de conversion, par
oxydoréduction, du dioxyde de carbone et de l’eau en molécules organiques riches en
énergie. La figure 2.9 montre des piles de thylakoïde qui se trouvent dans un fluide
épais appelé Stroma. Les membranes de ces disques plats contiennent de la
chlorophylle. Chaque pile de thylakoïde forme un granum (grana au pluriel).
Dans cette figure on
a un aperçu d’une
partie de la
photosynthèse. (La
phase claire)
Figure cliquez sur image pour suivre à la source
Les mitochondries
Les activités et les réactions chimiques qui ont lieu dans la cellule exigent un
approvisionnement constant en énergie. Dans les cellules eucaryotes, les
mitochondries décomposent les molécules organiques riches en énergie afin de rendre
cette énergie utilisable. Elles possèdent une membrane externe lisse et une
membrane interne plissée. Les plies de la membrane interne sont des crêtes et
l’espace rempli de fluide de la membrane interne est la matrice. Les mitochondries et
les chloroplastes contiennent une partie de leur propre ADN qui code certaines de
leurs protéines, mais pas toutes.
13
La paroi cellulaire et le cytosquelette p.65
Les cellules des plantes, des champignons et de nombreux types de protistes possèdent une
paroi cellulaire qui les protège et les soutient. La composition de cette paroi varie selon le
type de cellules, mais elle consiste souvent en un mélange de polysaccharides ou de
glycoprotéines. Par exemple, la paroi des cellules végétales est constituée de cellulose et
d’autres substances comme les pectines, tandis que la paroi cellulaire des champignons
contient de la chitine.
Toutes les cellules renferment un réseau interne de fibres protéique qui forment le
cytosquelette. Les fibres du cytosquelette traversent le cytoplasme. Elles fournissent une
structure à la membrane cellulaire et aux organistes et les maintiennent en place. Les
vésicules et d’autres organites se déplacent le long de ces fibres, qui agissent comme des rails
reliant les parties de la cellule. Dans certaines cellules, les fibres du cytosquelette forment des
appendices qui permettent à la cellule de se propulser dans le fluide qui l’entoure. Le tableau
2.1 compare les fonctions des trois types de fibres protéiques qui composent le cytosquelette.
Tableau 2.1 : les fonctions des fibres protéiques dans le cytosquelette
14
15
Les cils et les flagelles p.68
Les cis vibratiles et les flagelles sont des filaments fixés à la paroi externe de certaines
cellules eucaryotes. Les filaments longs et peu nombreux (un ou deux) sont des
flagelles. Les filaments courts et nombreux sont des cils. Ces structures sont
constituées d’un pôle interne fait de microtubules et recouvert d’une membrane
externe qui en une extension de la membrane cellulaire.
Les flagelles ressemblent à des queues, et leurs battements font avancer les cellules.
Un spermatozoïde humain possède un seul flagelle, tandis que le spermatozoïde d’un
cycas (arbres) en possède des milliers. Chez les protistes unicellulaires comme les
paramécies, le mouvement ondulatoire des cils permet à ces organismes de se
déplacer. Chez les organismes multicellulaires comme les humaine, les cellules qui
bordent les voies respiratoires supérieurs sont couvertes de cils qui balaient les débris
emprisonnée dans le mucus vers l’arrière de la gorges où ils sont avalés ou éjectés par
la toux.
16
La membrane cellulaire p.68
Toutes les cellules baignent dans un liquide extracellulaire qui entoure toutes les
cellules. Le contenu des cellules est séparé physiquement du milieu aqueux par la
membrane cellulaire. Cette membrane remarquable et extraordinairement mince agit
comme une frontière sélective et dynamique. En 1972, deux biologistes américains,
Jonathans Singer et Garth Nicolson, ont proposé un modèle qui continue d’être utilisé
aujourd’hui. Ils ont visualisé les protéines insérées dans la bicouche de phopholipides
avec leurs segments non polaire en contact avec l’intérieur non polaire de la bicouche
et leurs parties polaires sortant de la surface de la membrane. Dans ce modèle de la
mosaïque fluide illustré à la figure 2.12 un mélange de protéines et d’autres molécules
flotte dans la bicouche fluide de phospholipides ou au-dessus.
17
Les caractéristiques du modèle de la mosaïque fluide p.69
Les phospholipides de la membrane sont retenus ensemble par des forces
intermoléculaires faibles plutôt que par des liaisons covalentes fortes, les molécules
peuvent se déplacer librement à l’intérieur de la membrane. En fait les phopholipides
d’une même couche changent de place des millions de fois par seconde, ce qui entraîne
une reconfiguration continuelle des surfaces de la membrane. Les queues non polaires
s’agglutinent et sont maintenues ensemble par des interactions hydrophobes.
La fluidité d’une bicouche de phospholipides
À la température ambiante, la bicouche de phospholipides a une viscosité semblable à
celle de l’huile végétale. La fluidité d’une bicouche est une propreté importante. Si la
bicouche est trop fluide, elle laisse passer trop de molécules vers l’intérieur ou
l’extérieur de la cellule. Si elle n’est pas assez fluide, elle empêche trop de molécules de
passer. Voici les facteurs qui influent sur la fluidité de la bicouche :
A) La température : Lorsque la température augmente la bicouche devient de
plus en plus fluide jusqu’au moment où elle cesse de jouer son rôle de
barrière. Lorsque la température diminue, la bicouche se solidifie et prend
une consistance gélatineuse.
B) La présence de liaison double dans les queues des acides gras : Les liaisons
doubles forment des nœuds dans les acides gras de la queue. En présence
d’une ou de plusieurs liaisons double, les acides gras se distendent et
deviennent plus fluides.
C) La longueur des queues d’acides gras : comme les attractions
intermoléculaires sont plus nombreuses dans les longues queues, les acides
gras sont plus compacts que dans les queues plus courtes, et cela réduit la
fluidité.
D) La présence de cholestérol influe aussi sur sa fluidité. Les membranes des
cellules eucaryotes contiennent souvent des molécules de cholestérol. À la
température ambiante et à des températures plus élevées, la présence de
cholestérol augmente les attractions intermoléculaires dans la membrane.
Celle-ci devient plus compacte et sa fluidité est réduite. Le cholestérol
empêche les membranes cellulaires humaines d’être trop fluides à la
température du corps. Par contre, à des températures plus basses, les
molécules de cholestérol brisent la structure compacte résultant de la
gélification des phospholipides. Le cholestérol augmente donc la fluidité de
la membrane cellulaire à basse température.
18
La fonction des protéines dans une bicouche de phospholipides
Les protéines liées aux membranes sont les protéines intrinsèques et les protéines
extrinsèques. Les protéines intrinsèques sont intégrées dans la membrane tandis que les
protéines extrinsèques sont attachées plus lâchement et de manière temporaire à la
surface de la membrane ou à des protéines intrinsèques.
Les protéines extrinsèques et certaines protéines intrinsèques contribuent à stabiliser la
membrane et à la maintenir en place en la reliant au cytosquelette de la cellule. Ces
protéines déterminent aussi le rôle de la membrane en remplissant certaine fonctions :
A) Le transport : Les protéines jouent un rôle essentiel en transportant des
substances à travers la membrane cellulaires.
B) La catalyse : Les enzymes des membranes cellulaires catalysent des réactions
chimiques.
C) La reconnaissance des cellules : Les chaînes de glucides qui dépassent des
glycoprotéines à la surface externe de la membrane cellulaire permettent aux
cellules de se reconnaître. C’est cette fonction qui permet aux cellules de
notre corps de reconnaître les envahisseurs nocifs comme les bactéries
pathogènes.
D) La réception et la transduction des signaux : Les protéines réceptrice de la
membrane cellulaire se lient pour signaler la présence de molécules, comme
les hormones, et changent alors de forme. Ce signal provoque une réponse
cellulaire. Les cellules peuvent donc recevoir des signaux du cerveau et
d’autres organes, et y répondre. (insuline)
19
Révision de la section 2.1 p.71
20
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