Objectifs

• Décrire la structure et le rôle du noyau, des ribosomes, du réticulum endoplasmique, de l'appareil de Golgi, de la mitochondrie et du chloroplaste.
• Reconnaître ces organites sur une électronographie à partir de critères précis.
• Exploiter des résultats expérimentaux pour retrouver le trajet d'une protéine sécrétée.
• Expliquer la notion de compartimentation et son intérêt pour la cellule.
• Relier l'abondance d'un organite à la fonction d'une cellule.

Partie 1 : l'enquête, le trajet d'une protéine exportée

Dans les années 1960, le biologiste George Palade et ses collègues ont voulu savoir quel chemin suit une protéine sécrétée dans la cellule. Ce travail fait partie de ceux qui lui ont valu le prix Nobel de médecine en 1974.

Le principe de l'expérience

Les résultats (valeurs arrondies et simplifiées)

Exemple résolu 1 : exploiter le tableau

Dans quel ordre la protéine traverse-t-elle les compartiments ? Cherche d'abord.

flowchart LR
  A[Noyau ADN] -->|ARN messager| B[Ribosomes du réticulum rugueux]
  B --> C[Réticulum rugueux]
  C -->|vésicule| D[Appareil de Golgi]
  D -->|vésicule de sécrétion| E[Membrane plasmique]
  E --> F[Extérieur de la cellule]
  G[Mitochondries] -.->|énergie ATP| C

Partie 2 : les cartes d'identité des organites

Le noyau : le centre des informations

Il contient l'ADN, qui porte l'information génétique. Il est entouré d'une enveloppe nucléaire formée de deux membranes, percée de pores nucléaires par lesquels sortent notamment les ARN messagers, copies des instructions. On y voit souvent un nucléole, zone sombre où se préparent les constituants des ribosomes. Taille : quelques micromètres, c'est en général le plus gros organite d'une cellule animale.

Les ribosomes : les machines à assembler les protéines

Ce sont de très petits grains, sans membrane, qui lisent l'ARN messager et assemblent les acides aminés en protéines. Ils sont libres dans le cytoplasme (protéines qui restent dans la cellule) ou fixés sur le réticulum (protéines destinées aux membranes ou à l'exportation).

Le réticulum endoplasmique

Réseau de sacs et de tubes aplatis, limité par une membrane, en continuité avec l'enveloppe du noyau.

• Rugueux (REG) : couvert de ribosomes, il fabrique les protéines à exporter ou à placer dans les membranes, qui entrent dans sa cavité.
• Lisse (REL) : sans ribosomes, il fabrique des lipides et participe, dans le foie, à la neutralisation de certaines substances toxiques.

L'appareil de Golgi : finition et expédition

Empilement de saccules aplatis et un peu courbés, entourés de nombreuses petites vésicules. Il reçoit les protéines du réticulum, les modifie (par exemple en leur ajoutant des sucres), les trie et les emballe dans des vésicules vers leur destination.

La mitochondrie : la centrale énergétique

Organite de un à quelques micromètres, limité par deux membranes : la membrane interne forme des replis, les crêtes, qui augmentent sa surface. C'est le lieu de la respiration cellulaire, qui utilise le dioxygène pour produire l'ATP, la « monnaie énergétique » de la cellule. Elle possède son propre petit ADN.

Le chloroplaste : le capteur de lumière (cellules végétales)

Présent chez les végétaux chlorophylliens et les algues, limité par deux membranes, il contient des sacs aplatis empilés, les thylakoïdes, qui portent la chlorophylle. C'est le lieu de la photosynthèse : il utilise l'énergie lumineuse pour fabriquer de la matière organique à partir de \(\ce{CO2}\) et d'eau. Il possède lui aussi son propre ADN.

Schéma à légender

Place le nom de chaque organite sur ce schéma simplifié d'une cellule animale sécrétrice.

Partie 3 : la compartimentation

La compartimentation est la division de la cellule eucaryote en compartiments séparés par des membranes. Chaque compartiment a son propre contenu (enzymes, concentration en ions, acidité…) adapté à sa fonction.

• Des réactions incompatibles peuvent avoir lieu en même temps dans des compartiments différents.
• Les substances utiles sont concentrées au bon endroit : les réactions sont plus efficaces.
• La surface des membranes internes (crêtes, thylakoïdes, réticulum) offre beaucoup de place aux enzymes fixées.
• Les échanges entre compartiments sont contrôlés : pores du noyau, vésicules qui bourgeonnent et fusionnent.

Exemple résolu 2 : relier les organites à la fonction

Trois cellules sont observées au microscope électronique : A contient énormément de réticulum rugueux et un Golgi très développé ; B contient de très nombreuses mitochondries ; C contient de nombreux chloroplastes. Associe chaque cellule à : cellule de muscle, cellule de feuille de manioc, cellule de pancréas.

Erreurs fréquentes

• « Les cellules animales ont des chloroplastes » : non, seules les cellules chlorophylliennes (végétaux, algues) en ont ; les cellules végétales ont, elles, aussi des mitochondries.
• « Le ribosome est un organite à membrane » : non, il n'a pas de membrane, et il existe aussi chez les bactéries.
• « Les protéines sont fabriquées dans le Golgi » : non, elles sont fabriquées par les ribosomes ; le Golgi les modifie, les trie et les expédie.
• « La mitochondrie fabrique l'énergie à partir de rien » : elle convertit l'énergie chimique des nutriments (comme le glucose) en ATP, en utilisant le dioxygène.

Récapitulatif

• Une protéine sécrétée suit le trajet : ribosomes du réticulum rugueux → Golgi → vésicules de sécrétion → extérieur.
• Noyau (2 membranes, ADN, pores), ribosomes (sans membrane, synthèse des protéines), réticulum (rugueux : protéines ; lisse : lipides), Golgi (modification, tri, expédition).
• Mitochondrie (2 membranes, crêtes) : respiration et ATP. Chloroplaste (2 membranes, thylakoïdes) : photosynthèse.
• La compartimentation sépare les fonctions par des membranes et rend la cellule eucaryote plus efficace.

Sources : Fondation Nobel, prix Nobel de physiologie ou médecine 1974 (Claude, de Duve, Palade) ; Alberts et al., « Biologie moléculaire de la cellule ».