Cytoplasme

Le cytoplasme est composé d’organelles (ou « organelles ») ayant différentes fonctions. Parmi les organites les plus importants figurent les ribosomes, les vacuoles et les mitochondries. Chaque organite a une fonction spécifique dans la cellule et dans le cytoplasme. Le cytoplasme contient une partie du génome de l’organisme. Bien que la plus grande partie se trouve dans le noyau, certains organites, notamment les mitochondries ou les chloroplastes, possèdent une certaine quantité d’ADN.

RibosomesModifier

Structure d’un ribosome. Les sous-unités majeures (1) et mineures (2) sont liées.

Les ribosomes sont des granules cytoplasmiques présents dans toutes les cellules, et mesurent environ 20 nm. Ils portent également l’ARN ribosomal.

La synthèse des protéines a lieu sur les ribosomes dans le cytoplasme. Les ARN messagers (ARNm) et les ARN de transfert (ARNt) sont synthétisés dans le noyau, puis transmis au cytoplasme sous forme de molécules distinctes. L’ARN ribosomal (ARNr) entre dans le cytoplasme sous la forme d’une sous-unité ribosomale. Comme il existe deux types de sous-unités, les deux sous-unités sont jointes dans le cytoplasme avec des molécules d’ARNm pour former des ribosomes actifs complets.

Les ribosomes actifs peuvent être suspendus dans le cytoplasme ou liés au réticulum endoplasmique rugueux. Les ribosomes en suspension dans le cytoplasme ont pour fonction principale de synthétiser les protéines suivantes :

1. Protéines qui vont faire partie du cytosol.
2. Protéines qui vont construire des éléments structuraux.
3. Protéines qui constituent des éléments mobiles dans le cytoplasme.

Le ribosome est constitué de deux parties, une sous-unité majeure et une sous-unité mineure ; celles-ci quittent le noyau cellulaire séparément. Par expérience, on peut induire qu’ils sont maintenus ensemble par des charges, puisque lorsque la concentration en Mg+2 est abaissée, les sous-unités ont tendance à se séparer.

LysosomesEdit

Les lysosomes sont des vésicules sphériques, de 0,1 à 1 μm de diamètre. Ils contiennent environ 50 enzymes, généralement hydrolytiques, dans une solution acide ; les enzymes ont besoin de cette solution acide pour un fonctionnement optimal. Les lysosomes maintiennent ces enzymes séparées du reste de la cellule, les empêchant de réagir chimiquement avec les éléments cellulaires et les organites.

Les lysosomes utilisent leurs enzymes pour recycler les différents organites de la cellule, en les engloutissant, en les digérant et en libérant leurs composants dans le cytosol. Ce processus est appelé autophagie, et la cellule digère les structures inutiles de sa propre structure. Le matériel est englouti par des vésicules du réticulum endoplasmique et de l’appareil de Golgi pour former un autophagosome. En se liant au lysosome primaire, il forme un autophagolysosome et suit le même processus que ci-dessus.

Dans l’endocytose, les matériaux sont collectés depuis l’extérieur de la cellule et engloutis par endocytose à travers la membrane plasmique, formant un phagosome. Le lysosome se lie au phagosome pour former un phagolysosome et déverse son contenu dans le phagosome, dégradant les substances présentes dans le phagosome. Une fois hydrolysées, les molécules utilisables passent dans la cellule pour entrer dans les voies métaboliques, et ce qui n’est pas nécessaire à la cellule est rejeté à l’extérieur de la cellule par exocytose.

Les lysosomes déversent également leurs enzymes à l’extérieur de la cellule (exocytose) pour dégrader davantage d’autres matériaux. Compte tenu de leurs fonctions, leur présence est élevée dans les globules blancs, car ils ont pour fonction de dégrader les corps envahissants.

VacuolesEdit

La vacuole est un sac de fluide entouré d’une membrane. Dans la cellule végétale, la vacuole est unique et de grande taille ; dans la cellule animale, en revanche, il y a plusieurs vacuoles, plus petites. La membrane qui l’entoure est appelée le tonoplaste. La vacuole des cellules végétales contient une solution de sels minéraux, de sucres, d’acides aminés et parfois de pigments comme l’anthocyane.

La vacuole végétale a plusieurs fonctions :

• Les sucres et les acides aminés peuvent servir de réserve alimentaire temporaire.
• Les anthocyanes ont une pigmentation qui donne la couleur aux pétales.
• Elles possèdent généralement des enzymes et peuvent prendre en charge la fonction des lysosomes.

La fonction des vacuoles dans la cellule animale est d’agir comme un lieu de stockage des protéines ; ces protéines sont stockées pour une utilisation ultérieure, ou plutôt pour être exportées hors de la cellule par le processus d’exocytose. Au cours de ce processus, les vacuoles fusionnent avec la membrane et leur contenu est déplacé hors de la cellule. La vacuole peut également être utilisée pour le processus d’endocytose ; ce processus consiste à transporter dans la cellule des matériaux situés à l’extérieur de celle-ci et qui ne peuvent pas traverser la membrane.

Réticulum endoplasmiqueEdit

Le réticulum endoplasmique est un système complexe et une collection de membranes interconnectées, formant un squelette cytoplasmique. Ils forment un vaste système de canaux et maintiennent les ribosomes ensemble. Leur forme peut varier, car leur nature dépend de la disposition des cellules, qui peuvent être comprimées ou organisées de manière lâche.

Image d’un noyau, du réticulum endoplasmique et de l’appareil de Golgi.
(1) Noyau (2) Pore nucléaire (3) Réticulum endoplasmique rugueux (RER) (4) Réticulum endoplasmique lisse (REL) (5) Ribosome dans le RER (6) Protéines en cours de transport (7) Vésicule (transport) (8) Appareil de Golgi (9) Côté Cis de l’appareil de Golgi (10) Côté Trans de l’appareil de Golgi (11) Citerne de l’appareil de Golgi.

Ensemble de cavités fermées de forme très variable : feuillets aplatis, vésicules globulaires ou tubes sinueux. Celles-ci communiquent entre elles et forment un réseau continu séparé du hyaloplasme par la membrane du réticulum endoplasmique. Par conséquent, le contenu fluide du cytoplasme est divisé en deux parties : l’espace luminal ou cisternal contenu dans le réticulum endoplasmique et l’espace cytosolique comprenant l’extérieur du réticulum endoplasmique.

Principales fonctions :

• Circulation des substances qui ne sont pas libérées dans le cytoplasme.
• Servir de zone de réactions chimiques.
• Synthèse et transport des protéines produites par les ribosomes fixés à leur membrane (RER uniquement).
• Glycosylation des protéines (RER uniquement).
• Production de lipides et de stéroïdes (REL uniquement).
• Fournir un squelette structurel pour maintenir la forme des cellules.

Réticulum endoplasmique rugueuxModifié

Lorsque la membrane est entourée de ribosomes, on l’appelle le réticulum endoplasmique rugueux (RER). La principale fonction du RER est la synthèse des protéines, et c’est précisément pour cette raison qu’il est plus présent dans les cellules en croissance ou sécrétant des enzymes. De même, les dommages causés à la cellule peuvent provoquer une augmentation de la synthèse des protéines, et le RER se forme, prédisant que des protéines sont nécessaires pour réparer les dommages.

Les protéines sont transformées et se déplacent vers une région du RER, l’appareil de Golgi. Des macromolécules autres que les protéines sont également synthétisées dans ces corps.

Réticulum endoplasmique lisseEdit

En l’absence de ribosomes, il est appelé réticulum endoplasmique lisse (SER). Sa principale fonction est de produire les lipides de la cellule, à savoir les phospholipides et le cholestérol, qui font ensuite partie des membranes cellulaires. Les autres lipides cellulaires (acides gras et triglycérides) sont synthétisés dans le cytosol ; c’est pour cette raison qu’il est plus abondant dans les cellules qui ont des sécrétions annexes, comme une glande sébacée. Il est cependant rare dans la plupart des cellules.

Appareil de GolgiModifié

L’appareil de Golgi, nommé d’après son découvreur, Camillo Golgi, a une structure similaire au réticulum endoplasmique, mais est plus compact. Il est composé de sacs membranaires de forme discoïde et est situé près du noyau cellulaire.

Un dictyosome est le nom donné à chaque pile de sacs. Elles mesurent environ 1 µm de diamètre et regroupent environ 6 citernes, bien que chez les eucaryotes inférieurs leur nombre puisse atteindre 30. Dans les cellules eucaryotes, l’appareil de Golgi est plus ou moins développé, en fonction de leur fonction. Dans chaque cas, le nombre de dictyosomes varie de quelques uns à de nombreux.

Diagramme du système endomembraneux d’une cellule eucaryote.

L’appareil de Golgi est constitué d’une ou plusieurs séries de citernes légèrement incurvées et aplaties, délimitées par des membranes, et c’est ce qu’on appelle la pile de Golgi ou dictyosome. Les extrémités de chaque cisternae sont dilatées et entourées de vésicules qui fusionnent avec ce comportement, ou s’en séparent par gémination.

L’appareil de Golgi est structurellement et biochimiquement polarisé. Il a deux faces distinctes : la face cis, ou de formation, et la face trans, ou de maturation. Le côté cis est situé près des membranes du RE. Ses membranes sont fines et sa composition est similaire à celle des membranes du réticulum. Autour d’elle se trouvent les vésicules de Golgi, également appelées vésicules de transition, qui sont dérivées du RE. La face trans est généralement proche de la membrane plasmique. Ses membranes sont plus épaisses et ressemblent à la membrane plasmique. Des vésicules plus grandes, les vésicules sécrétoires, sont situées sur cette face.

Leurs fonctions sont variées :

• Modification des substances synthétisées dans le RER : les substances provenant du RER sont transformées dans l’appareil de Golgi. Ces transformations peuvent être des agrégations de résidus glucidiques pour atteindre la structure finale ou être protéolysées pour acquérir leur conformation active. Par exemple, dans le RER des cellules acineuses du pancréas, on synthétise la proinsuline qui, grâce aux transformations qu’elle subit dans l’appareil de Golgi, va acquérir la forme ou la conformation définitive de l’insuline. Les enzymes présentes à l’intérieur des dictyosomes sont capables de modifier les macromolécules par glycosylation (ajout de glucides) et phosphorylation (ajout de phosphates). Pour ce faire, l’appareil de Golgi transporte certaines substances telles que les nucléotides et les sucres du cytoplasme vers l’organite. Les protéines sont également marquées avec des séquences signal qui déterminent leur destination finale, par exemple, le mannose-6-phosphate est ajouté aux protéines destinées aux lysosomes.
• Produire des glycoprotéines nécessaires à la sécrétion en ajoutant un glucide à la protéine.
• Pour produire des enzymes sécrétoires, comme les enzymes digestives du pancréas : les substances traversent tous les saccules de l’appareil de Golgi et lorsqu’elles atteignent la face trans du dictyosome, sous forme de vésicules sécrétoires, elles sont transportées vers leur destination à l’extérieur de la cellule, en traversant la membrane cytoplasmique par exocytose. Les protéoglycanes qui constituent la matrice extracellulaire des animaux en sont un exemple. L’appareil de Golgi est l’organite de la synthèse majeure des glucides. Les enzymes du Golgi s’en chargeront par l’intermédiaire d’un résidu de xylose. Une autre façon de marquer une protéine peut être par sulfatation d’une sulfotransférase, qui gagne une molécule de soufre à partir d’un donneur appelé PAPS. Ce processus a lieu dans les GAG des protéoglycanes ainsi que dans les noyaux protéiques. Ce niveau de sulfatation est très important pour les fonctions de marquage des protéoglycanes et donne une charge négative nette au protéoglycane.
• Ségrégation des glucides tels que ceux utilisés pour restaurer la paroi cellulaire.
• Transport et stockage des lipides.
• Formation des lysosomes primaires.

Croquis d’une mitochondrie. (1) membrane interne (2) membrane externe (3) espace intermembranaire (4) matrice.

MitochondriesEdit

Les mitochondries sont un organite que l’on peut trouver dans toutes les cellules eucaryotes, bien que dans les cellules hautement spécialisées elles puissent être absentes. Le nombre de mitochondries varie selon le type de cellule, et leur taille est généralement comprise entre 5 μm de long et 0,2 μm de large.

Elles sont entourées d’une double membrane. La membrane la plus externe contrôle le mouvement des substances qui entrent et sortent de la cellule et sépare l’organite du hyaloplasme. La membrane externe contient des protéines de transport spécialisées qui permettent aux molécules de passer du cytosol dans l’espace intermembranaire.

Les membranes mitochondriales sont constituées de phospholipides et de protéines. Ces deux matériaux sont liés entre eux pour former un réticulum lipido-protéique. Les mitochondries ont différentes fonctions :

• Oxydation du pyruvate en CO2m couplée à la réduction des porteurs électroniques nad+ et fad (en nadh et fadh2)
• Transfert des électrons de nadh et fadh2 vers o2, couplé à la génération d’une force motrice protonique
• Utilisation de l’énergie stockée dans le gradient électrochimique de protons pour la synthèse d’ATP par le complexe f1 f0.

La membrane interne est repliée vers le centre, donnant lieu à des extensions appelées cristae, dont certaines s’étendent sur toute la longueur de l’organite. Leur principale fonction est d’être principalement la zone où se déroulent les processus respiratoires. La surface de ces cristaux comporte des granules sur leur longueur.

L’espace entre les deux membranes est l’espace intermembranaire. Le reste de la mitochondrie est la matrice. C’est un matériau semi-rigide contenant des protéines, des lipides et un peu d’ADN.

MatriceEdit

La matrice consiste en une composition de matériau semi-fluide. Il a une consistance gélatineuse due à la présence d’une forte concentration de protéines hydrosolubles, est composé à 50 % d’eau et comprend :

• Des molécules d’ADN double circulaire (l’ADN mitochondrial), qui contiennent des informations permettant de synthétiser un certain nombre de protéines mitochondriales.
• Molécules d’ARN mitochondrial formant les mitorribosomes, qui sont distincts du reste des ribosomes cellulaires.
• Ribosomes (les mitorribosomes), qui sont situés à la fois libres et attachés à la membrane mitochondriale interne. Ils sont similaires aux ribosomes bactériens.
• Ions, calcium et phosphate, ADP, ATP, coenzyme-A et un grand nombre d’enzymes.

Membrane interneEdit

Cette membrane mitochondriale a une plus grande surface en raison des crêtes mitochondriales. Elle est plus riche en protéines que les autres membranes cellulaires. Ses lipides ne comprennent pas de cholestérol, et elle est riche en un phospholipide rare, la cardiolipine.

Ses protéines sont variées, mais se distinguent par :

• Les protéines qui forment la chaîne qui transporte les électrons vers l’oxygène moléculaire (chaîne respiratoire)
• Un complexe enzymatique, l’ATP synthase, qui catalyse la synthèse de l’ATP et se compose de trois parties : Une sphère d’environ 9 nm de diamètre. C’est la partie catalytique du complexe et elle est appelée facteur F.
• Protéines transporteuses, qui permettent aux ions et aux molécules de traverser la membrane mitochondriale interne, qui est assez imperméable au passage des ions.

Membrane externeModifié

La membrane externe des mitochondries ressemble aux autres membranes cellulaires, notamment celle du réticulum endoplasmique. Ses composants comprennent :

• Des protéines, qui forment de grands « canaux aqueux ou porines », la rendant très perméable, contrairement à la membrane mitochondriale interne.
• Enzymes, tels que ceux qui activent les acides gras pour l’oxydation dans la matrice.

Espace intermembranaireEdit

Sa composition est similaire à celle du hyaloplasme. Les fonctions comprennent :

• Les oxydations respiratoires.
• Synthèse protéique mitochondriale. Cette fonction est assurée de la même manière que la synthèse des protéines dans le hyaloplasme.

PéroxysomesEdit

Structure de base d’un peroxysome.

Les peroxysomes (ou microcorps) sont des corps sphériques, liés à la membrane, d’un diamètre compris entre 0,5 et 1,5 μm. Ils se forment par bourgeonnement à partir du réticulum endoplasmique lisse. En plus d’être granuleux, ils n’ont pas de structure interne. Ils possèdent un certain nombre d’enzymes importantes sur le plan métabolique, en particulier l’enzyme catalase, qui catabolise la dégradation du peroxyde d’hydrogène. C’est pourquoi on les appelle des peroxysomes. La dégradation du peroxyde d’hydrogène est représentée par une équation.

H 2 O 2 + R ′ H 2 ⟶ R ′ + 2 H 2 O {displaystyle H_{2}O_{2}+R’H_{2}{2}longrightarrow R’+2H_{2}O}