Biologie · Chapitre 1 · Fiche 4/5

Les organites de la cellule eucaryote

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Une cellule eucaryote n'est pas un simple sac rempli de liquide : c'est une usine organisée en ateliers spécialisés, les organites. Chacun est délimité par une ou deux membranes et remplit une tâche précise (fabriquer, trier, digérer, produire de l'énergie). Cette fiche passe en revue tous ces ateliers : où ils sont, à quoi ils ressemblent, et surtout ce qu'ils font. C'est la carte d'identité que les QCM exigent.

1Vue d'ensemble : la cellule, une usine compartimentée

Définition1.1eucaryote, organite, cytoplasme

Une cellule eucaryote (du grec eu- « vrai » et karyon « noyau») possède un vrai noyau, c'est-à-dire un compartiment entouré d'une membrane qui isole son ADN du reste de la cellule. Un organite est un compartiment interne délimité par une membrane et spécialisé dans une fonction. Le cytoplasme désigne tout le contenu situé entre la membrane plasmique et le noyau ; le cytosol est la partie liquide du cytoplasme dans laquelle baignent les organites.

Le modèle mental à garder. Vois la cellule comme une usine : le noyau = la direction (les plans), les ribosomes = les ouvriers, le réticulum endoplasmique et le Golgi = la chaîne de montage puis l'expédition, les lysosomes = le service de recyclage, les mitochondries = la centrale électrique. Tout le reste de la fiche décline cette image.

<span class="figref">Figure 1</span> — Cellule animale eucaryote — vue d'ensemble des principaux organites. — Figure 1 — Cellule animale eucaryote — vue d'ensemble des principaux organites.

Légende

Noyau — centre de commande, contient l'ADN.
Membrane cytoplasmique (= membrane plasmique) — la frontière sélective de la cellule.
Réticulum endoplasmique — réseau de membranes replié, chaîne de fabrication.
Ribosome — minuscule machine qui assemble les protéines.
Appareil de Golgi — centre de tri et d'expédition des protéines.
Mitochondrie — productrice d'énergie (respiration).
Cytosol — liquide de fond où baignent les organites.
Matrice extracellulaire (MEC) — réseau de soutien à l'extérieur de la cellule.

Pourquoi le microscope est obligatoire

Une cellule est trop petite pour l'œ il nu. L'ordre de grandeur suivant tombe régulièrement au concours.

Formule1.1Tailles et pouvoir de résolution

Pouvoir de résolution de l'œ il nu $\approx 0.2\,\mathrm{mm}$ . Taille d'une cellule : $10\text{ à }100\,\mathrm{\mu m}$ .

où :

Pouvoir de résolution = plus petite distance entre deux points pour qu'on les distingue encore comme séparés ; pour l'œ il humain, environ $0.2\,\mathrm{mm}$ .
$1\,\mathrm{\mu m}$ $= 10^{-6}\,\mathrm{m} = 0.001\,\mathrm{mm}$ (un micromètre = un millième de millimètre).
Une cellule de $10\,\mathrm{\mu m}$ $= 0.01\,\mathrm{mm}$ est donc 20 fois plus fine que ce que l'œ il sépare $\Rightarrow$ invisible à l'œ il nu.

Conclusion : les cellules ne s'observent qu'au microscope (photonique jusqu'à $\sim0.2\,\mathrm{\mu m}$ de résolution, électronique pour les organites plus petits).

ExempleRanger six objets biologiques par taille croissante

Question classique : classe par taille croissante acide aminé, enzyme, ribosome, virus du SIDA, mitochondrie, ovocyte. La bonne réponse suit la logique « brique $\to$ machine $\to$ organite $\to$ cellule » :

\underbrace{\text{acide aminé}}_{\sim0.8\,\mathrm{nm}} < \underbrace{\text{enzyme}}_{\sim5\,\mathrm{nm}} < \underbrace{\text{ribosome}}_{\sim25\,\mathrm{nm}} < \underbrace{\text{virus (VIH)}}_{\sim120\,\mathrm{nm}} < \underbrace{\text{mitochondrie}}_{\sim1\,\mathrm{\mu m}} < \underbrace{\text{ovocyte}}_{\sim120\,\mathrm{\mu m}}.

Repère : une enzyme est une protéine, donc plus grosse qu'un acide aminé (sa brique) mais bien plus petite qu'un ribosome, qui est lui-même un assemblage de plusieurs molécules.

2Le centre de commande et les ouvriers : noyau et ribosome

Le noyau : la direction de l'usine

Définition2.1Noyau

Le noyau est le plus gros organite. Il stocke et protège l'ADN (le matériel génétique) et pilote toute l'activité de la cellule : il contient « toutes les informations utiles au fonctionnement et au développement » de la cellule.

Trois éléments à connaître par cœ ur :

L'enveloppe nucléaire est une double membrane (une membrane externe + une membrane interne). La membrane externe est en continuité directe avec le réticulum endoplasmique rugueux (voir §3).
Elle est percée de pores nucléaires (complexes protéiques) : ce sont les portes contrôlées par lesquelles passent les molécules entre le noyau et le cytoplasme (par exemple l'ARN messager qui sort vers les ribosomes).
La chromatine est l'ADN associé à des protéines. Le nucléole est une zone plus dense du noyau : c'est le lieu de transcription des ARN ribosomiques (ARNr) et d'assemblage des sous-unités de ribosomes.

<span class="figref">Figure 2</span> — Coupe du noyau : enveloppe à double membrane, pores, chromatine et nucléole. — Figure 2 — Coupe du noyau : enveloppe à double membrane, pores, chromatine et nucléole.

Légende

Étiquettes traduites de l'anglais :

Nuclear envelope $\to$ Enveloppe nucléaire (double membrane).
Outer / Inner membrane $\to$ Membrane externe / interne.
Nucleolus $\to$ Nucléole — fabrique les ARN ribosomiques ; n'est pas entouré de sa propre membrane.
Nucleoplasm $\to$ Nucléoplasme (le liquide intérieur du noyau).
Chromatin $\to$ Chromatine : Heterochromatin $\to$ hétérochromatine (compacte), Euchromatin $\to$ euchromatine (déroulée, active).
Ribosomes $\to$ Ribosomes (posés sur la membrane externe).
Nuclear pore $\to$ Pore nucléaire.

Attention

Le noyau a une double membrane, mais on parle souvent d'« enveloppe à double membrane percée de pores » : le détail « + pores » est distinctif du noyau. Ne confonds pas le nucléole (fabrique des ARNr, sans membrane propre) avec le noyau (le compartiment entier).

Le ribosome : l'ouvrier qui assemble les protéines

Définition2.2Ribosome

Le ribosome est la machine qui réalise la synthèse des protéines (étape de traduction : lire l'ARN messager et enchaîner les acides aminés). Il est fait d'ARN ribosomiques (ARNr) et de nombreuses protéines. Il ne possède aucune membrane.

Il est formé de deux sous-unités : une petite (qui lit l'ARNm) et une grande (qui porte l'activité peptidyl transférase, celle qui soude les acides aminés entre eux). L'assemblage des deux sous-unités constitue le ribosome fonctionnel ; l'ARNm passe entre elles.
Ribosomes libres : dispersés dans le cytosol $\to$ fabriquent les protéines qui restent dans la cellule. Ribosomes liés : accrochés au réticulum endoplasmique rugueux $\to$ fabriquent les protéines destinées à être sécrétées ou insérées dans une membrane. Un polyribosome = plusieurs ribosomes traduisant simultanément le même ARNm.

Remarque

Le ribosome est le seul « organite » sans membrane, et c'est aussi le seul présent aussi bien chez les procaryotes que chez les eucaryotes. Chez les eucaryotes on en trouve dans le cytosol et à l'intérieur des mitochondries (et des chloroplastes chez les végétaux) : retiens ce point, il éclaire la théorie endosymbiotique (§4).

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3. Le système endomembranaire : fabriquer, emballer, expédier, digérer
4. Les centrales énergétiques : mitochondrie, chloroplaste et endosymbiose
5. Squelette et moteurs : cytosquelette, centrosome, cils et flagelles
… et 1 de plus

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