PHARMA3 ACCESS APPLI.

NOYAU
- RAPPELS + QCMs
- QCMs de CONCOURS
- TESTS NOTES et CORRIGES

Noyau. Rappels

C'est l'organite qui caractérise les cellules eucaryotes. Observé au cours du XVIIe siècle, le noyau fut pour la première fois interprété comme un constituant essentiel et permanent de la cellule par Robert Brown, à la suite de ses observations sur des épidermes d'Orchidées, en 1831.

1. Caractéristiques

- Nombre : En général, la cellule contient un noyau : cellule mononucléée.

Il existe cependant certaines cellules anucléées (hématies) ou bien polynucléées (fibres musculaires striées squelettique). - Forme : Pendant l’interphase, la forme du noyau est sphérique ou ovoïde. Il peut aussi être polylobé.

- Taille : elle varie entre 3 et 10 µm de diamètre. Elle est quantifiée par le Rapport NucléoPlasmique (R.N.P).

RNP = volume du noyau / volume du cytoplasme.

- RNP supérieur à 1 : cellules indifférenciées.
- RNP égal 1 : Cellules cancéreuses.
- RNP inférieur à 0.15 : cellules adultes, différenciées, sauf lymphocytes et spermatozoïdes (RNP = 0.8).
- Plus la cellule est différenciée, plus RNP augmente. En effet, une cellule différenciée tend à augmenter son activité transciptionnelle.

Par contre, le R.N.P d’une cellule en division diminue de façon très importante.

2. Organisation du noyau

2.1. Enveloppe nucléaire



C’est une double membrane (70% protéines et 30% lipides) séparée par un espace périnucléaire de nature protéique et de 20-50 nm d’épaisseur :

- Membrane nucléaire externe, recouverte de ribosomes et en continuité directe avec les membranes du réticulum endoplasmique rugueux.

- Membrane nucléaire interne, recouverte d’une couche protéique fibreuse: la lamina.

L’enveloppe nucléaire est percée de pores nucléaires qui permettent la communication entre le cytoplasme et le nucléoplasme :

- molécules transportées du cytoplasme vers le noyau: protéines de formation de la chromatine, protéines de formation de la lamina et protéines qui régulent l’activité de réplication et de transcription de l’ADN.

- molécules synthétisées dans le noyau et exportées vers le cytoplasme : les ARN.



Chaque pore est formé par une structure appelée le complexe du pore nucléaire, qui semble être composé d’au moins 100 protéines différentes (les nucléoporines), arrangées selon une symétrie octagonale (d’ordre 8). Ce complexe correspond à une fusion des membranes externes et internes. Leur nombre varie de 3 000 à 4 000 par noyau (2 à 60 /μm²).

le transport de molécules entre le noyau et le cytoplasme est à la fois rapide et sélectif. Seules les macromolécules portant les signaux adéquats peuvent franchir cette barrière sélective dans un sens ou dans l'autre.

2.2. Lamina

C’est une couche protéique (10 à 20 nm d’épaisseur) constituée de filaments intermédiaires assemblés à partir de 3 protéines: lamines nucléaires A, B et C.



2.3. Nucléoplasme

Le nucléoplasme (matrice gélatineuse) renferme la quasi-totalité de l'information génétique, soit 2m d'ADN double brin enfermé dans une structure chromatinienne présentant dans le temps différents niveaux de condensation.

Le nucléoplasme contient également des ions, des protéines, des enzymes et des nucléotides. S’y trouvent également les nucléoles et la chromatine.

2.4. Chromatine

C’est la forme sous laquelle apparaît le matériel génétique quand la cellule n’est pas en division: enchevêtrement de filaments qui est la forme la plus décondensée des chromosomes.



C’est un assemblage d’ADN et de protéines, principalement histones et non histones (PNH).
L’hétérochromatine est dense, très opaque aux e-. Située contre l’enveloppe nucléaire et en amas isolés au centre du noyau.
L’euchromatine est diffuse, claire et dispersée. Constituée de fines fibres associées à l’hétérochromatine.
l'hétérochromatine reste généralement condensée (aspect sombre), ce qui est d'ailleurs sa caractéristique principale. Cette forte condensation la rend inactive sur le plan de la transcription et contribue à la stabilité du génome.
L'hétérochromatine est une forme de chromatine caractérisée par sa structure compacte et son manque d'activité génétique. Elle se distingue de l'euchromatine, qui est plus décondensée (aspect clair) et permet la transcription des gènes.
- L'hétérochromatine constitutive:
Toujours condensée et présente dans toutes les cellules. On la trouve principalement au niveau des centromères et des télomères.
L'hétérochromatine facultative:
Peut être condensée ou décondensée selon le type de cellule et le stade de développement. Elle peut contenir des gènes qui sont inactivés dans certaines cellules mais actifs dans d'autres.

La condensation de l'hétérochromatine est maintenue par des modifications épigénétiques, comme la méthylation de l'ADN et des histones, qui rendent l'accès à l'ADN plus difficile pour la machinerie de transcription.
En résumé, l'hétérochromatine est une structure condensée qui joue un rôle essentiel dans la régulation de l'expression génique et la stabilité du génome.

L'euchromatine représente généralement 90% de la chromatine. Cependant, elle n'est pas souvent sous transcription active:

- l'euchromatine active, moins condensée et pouvant être transcrite, représente 10 % de l'euchromatine totale.
- l'euchromatine inactive, qui a un niveau de condensation intermédiaire et qui ne peut être transcrite, représentant 90 % de l'euchromatine.

Remarque: le corpuscule de Barr est une forme d'hétérochromatine facultative sexuelle. Il s'agit d'un chromosome X inactivé chez les femelles mammifères, qui se condense et devient hétérochromatine. Ce processus est essentiel pour la compensation du dosage génique entre les sexes.

2.5. Nucléole

C’est une structure de quelques micromètres de diamètre dans le noyau qui peut être isolée et caractérisée. Le nucléole reste non délimitée par une membrane. Il contient de l'ADN (chromatine condensée et non condensée), des protéines et des ARN.

La taille du nucléole est de 1 à 2 μm , mais sa taille varie selon les populations de cellules. Dans les cellules les plus actives dans la synthèse des protéines, le nucléole est bien développé et proéminent. Il est courant que certaines cellules contiennent plus d'un nucléole. La taille du nucléole dans les cellules indifférenciées est généralement plus grande que dans les cellule différenciées.

Le nucléole est le site de biosynthèse des ribosomes (la cellule peut en synthétiser 2 000 à 3 000/min). La transcription des ARNr (sauf le 5S) et leur maturation conduisent à la formation des sous-unités des ribosomes.
La fonction du nucléole réside dans la transcription des ARNr, assemblage des ribosomes et maturation des ARNr.
Le nucléole est la structure spécialisée du noyau où se déroule la transcription de la majorité des ARNr (18S, 5,8S et 28S). L'ARNr 5S, quant à lui, est transcrit en dehors du nucléole, dans le nucléoplasme, mais toujours à l'intérieur du noyau.

Les ARNr 18S, 5,8S et 28S sont transcrits à partir d'un précurseur unique (45S) par l'enzyme ARN polymérase I.
L'ARNr 45s est transcrit au niveau du nucléole, et plus précisément dans le composant fibrillaire dense (CFD).
le centre fibrillaire (CF) n'est pas la composante fibrillaire dense ; ce sont deux régions distinctes du nucléole.


A l'aide de l'ARN polymérase I, la transcription de l'ARNr se fait dans la composante fibrillaire dense qui contient notamment la fibrillarine, une protéine impliquée dans le traitement de l'ARNr.
Pour rappel, les ARNr 28s, 5,8s et 5s sont des composants de la grande sous-unité ribosomale 60s, contrairement aux ARNr 16s et 18s qui constituent la petite sous-unité chez les bactéries et les eucaryotes, respectivement.

- Assemblage des ribosomes: Le nucléole est également le lieu où les ARNr sont associés aux protéines ribosomiques pour former les sous-unités ribosomiques.

Au niveau du nucléoplasme (partie du noyau hors du nucléole):
- Transcription de l'ARNr 5S: Cet ARNr est transcrit par l'ARN polymérase III.
- Lieu de stockage: Le nucléoplasme contient les gènes pour l'ARNr 5S et sert de zone de transition pour les ARNr avant leur assemblage final dans le nucléole.

- Centre fibrillaire:

c’est le siège de l'allongement des ARN pré-ribosomique.

- Composant granulaire (zone de stockage des préribosomes): contient des particules pré-ribosomiques (ribonucléoprotéines) à aspect granulaire de 15-20 nm de diamètre.

- Centre fibrillaire dense: entourant les centres fibrillaires, c'est une chromatine compacte. Elle correspond aux organisateurs nucléolaires (segments d’ADN qui expriment les gènes sous forme d’ARNr).

C’est donc le lieu de synthèse de l’ARNr, qui sera assemblé avec les protéines ribosomales cytoplasmiques pour former les s/u des ribosomes. Ils correspondent sur les chromosomes en division à des constrictions secondaires.



3. Chromosomes

C’est le support physique des gènes, constitués surtout d’ADN et de protéines. Ils sont présents dans les cellules de tous les êtres vivants, en forme de bâtonnet dans le noyau des cellules eucaryotes et circulaires chez les bactéries.

Le nombre chromosomique est caractéristique de chaque espèce, ex: 46 chez l’homme.

4 . L’ADN et nucléosome

En 1953, James Watson, physicien anglais, et Francis Crick, biologiste américain, qui travaillent au Cavendish laboratory à Cambdrige, proposent une structure hélicoïdale de la molécule d’ADN.

a- Structure primaine. Un nucléoside est constitué d'un sucre + une base azotée.

Un nucléotide est constitué d'un phosphate + un sucre + une base azotée.

L’ADN est un polymère de nucléotides.

De la chromatine aux chromosomes:
La longueur totale de la double hélice d’une cellule humaine est de 1,90m alors que la longueur totale du chromosome métaphasique est de 220μm. Donc pour être contenu dans le chromosome, l’ADN doit être condensé 8600 fois (environ 1900000/220).

Nucléosome :

L’ADN des cellules eucaryotes se combine avec des protéines basiques appelées histones pour former des structures appelées nucléosomes. Ces structures contiennent 4 paires de particules protéiques histones:
(H2A)x2,
(H2B)x2,
(H3)x2 et
(H4)x2.
Elle sont ensemble entourées deux fois par le filament d’ADN d’une longueur de 60 paires de base (pB).
Entre les nucléosomes, il y a les liens internucléosomiques constitués d’ADN associé à l’histone H1.
L'histone 1 n'est pas un constituant du coeur du nucléosome!.

Les histones contribuent à la condensation de l'ADN !



- Fibre nucléosomique : L'étape suivante est une étape de maturation nécessitant la présence d'ATP, au cours de laquelle les nucléosomes sont régulièrement espacés et forment le nucléofilament. Pendant cette étape, les histones nouvellement incorporées sont désacétylées. Cette étape condense l’ADN de 6 à 7 fois.



- Nucléofilament : La formation de ce filament cylindrique de 10 nm induit un raccourcissement de la fibre nucléosomique d’un facteur 7 (structure en collier de perles).

- Fibre chromatinienne ou chromosomique : Ensuite l'incorporation des histones internucléosomales est accompagné par le repliement (d’ordre 7) du nucléofilament en fibre de 30 nm dont la structure n'est pas élucidée à ce jour.

Deux modèles principaux existent : le modèle de type solénoïde et le modèle de type zig zag.



Au MEB, la surface de cette fibre chromatinienne apparaît couverte de boucles, les microconvules: formations provenant du repliement du nucléofilament avec un facteur de condensation de cette fibre d’ordre 10

Enfin, au cours de la prophase ces microconvules vont à leur tour s’enrouler autour d’une colonne axiale formée de protéines non-histones (ordre 20).

Ce processus permet de passer d’une longueur totale de 1,90 m pour l’ADN humain à une longueur de 220 μm correspondant à la longueur totale des chromosomes. C’est une condensation d’environ 8000 fois.

Le degré de condensation et la visibilité maximale des chromosomes sont atteints à la métaphase: ils sont constitués de 2 chromatides identiques liées au niveau du centromère.



- Le centromère ou constriction primaire est une région étranglée du chromosome où les 2 chromatides sont reliées entre elles.
Chaque chromatide porte un centre organisateur de microtubules: le kinétochore qui joue un rôle dans les mouvements des chromosomes lors de la division. Les bras du chromosome sont situés de part et d’autre de ce centromère.



- Les constrictions secondaires (rétrécissements localisés sur les chromosomes distincts du centromère (constriction primaire) correspondent à l’emplacement d’un nucléole en période interphasique, il s’agit de l’organisateur nucléolaire qui contient les gènes ribosomiques (voir figure).

- Les télomères sont des séquences d’ADN particulières situées aux extrémités des chromosomes. Ils sont composés de répétitions d’une courte séquence qui contient un ensemble de nucléotides G voisins. Par exemple, chez l’homme : GGGTTA. Ils jouent un rôle de stabilisation et de protection des extrémités chromosomiques empêchant les chromosomes de fusionner entre eux.



Les centromères et les télomères sont riches en hétérochromatine.

6- Transmission de l’information génétique

En prenant l’exemple du cycle biologique humain, il est possible de connaître la progression du nombre de chromosomes.
L’être humain a reçu 46 chromosomes, 23 du père et 23 de la mère. Ces chromosomes paternels et maternels se sont assemblés dans le noyau d’une cellule unique appelée zygote formée par la fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule. A partir de ce zygote, la mitose produit les milliards de cellules somatiques qui composent l’organisme humain. Ce même processus continue d’engendrer de nouvelles cellules pour remplacer les cellules mortes ou endommagées.

Par contre, les spermatozoïdes et les ovules sont produits par un autre type de division cellulaire, la méiose, qui produit des cellules filles non identiques à la cellule mère et qui contient 2 fois moins de chromosomes (23 seulement). La méiose se produit uniquement au niveau des organes reproducteurs.

6.1. Mitose

Un cycle cellulaire complet comporte 2 phases :

- La mitose = la division cellulaire proprement dite.
- L’interphase (où il y'a réplication de l'ADN) sépare 2 mitoses.

a) Interphase : constituée de 3 périodes : G1, S et G2.





- La phase G1, du terme anglais Gap (= vide), c'est-à-dire pas d’activité réplicative de l’ADN. Pendant cette phase, il y a une synthèse intense de divers ARN (ARNm, ARNr...), de divers enzymes (ADN polymérase, ARN polymérase...) et de diverses protéines (histones...) : la cellule se prépare à la réplication de son ADN. En effet, la phase G1 du cycle cellulaire est une période de croissance où la cellule reconstruit ses réserves. Il y'a augmentation du volume cellulaire et d'organites

- La phase S: C’est la phase de la biosynthèse de l’ADN. La cellule duplique son ADN, à ce moment la cellule diploïde (2n) aura 4C d’ADN et 4N de chromosomes.

La phase S est la phase de synthèse des histones, protéines qui s'associent à l'ADN, et qui vont pouvoir être utilisées lors de la condensation de l'ADN en chromosomes.

- La phase G2 : La cellule est toujours en condition tétraploïde (4N et 4C). La synthèse protéique est intense et concerne surtout les protéines de l’appareil mitotique. A ce moment, la cellule augmente grandement de volume mais elle n’est pas encore en division, la mitose est en préparation. G2 est aussi une phase de croissance.

La durée des phases G1, S, et G2 du cycle cellulaire varie considérablement selon le type de cellule et les conditions expérimentales. En général:

- la phase G1 peut durer de quelques heures à plusieurs années,
- la phase S dure entre 6 et 20 heures,
- la phase G2 entre 2 et 6 heures.

la mitose (phase M), plus courte, dure généralement entre 1 et 2 heures (? M rôle mécanique, uniquement)

Contrôle du cycle cellulaire (interphase + mitose):

Trois points de contrôle régule le cycle cellulaire.

- L’intégrité de l’ADN est évaluée au point de contrôle G1.
- La duplication adéquate des chromosomes est évaluée au point de contrôle G2.
- L’attachement de chaque kinétochore à une fibre du fuseau est évalué au point de contrôle M (point de contrôle de la Métaphase, bien avant la séparation des chromatides soeurs en anaphase). C'est un contrôle en cours de mitose.

Quelles sont les protéines des points de contrôle ?:

Le franchissement des points de contrôle est sous la dépendance de trois familles de protéines :

- les cyclines,
- les Cdk (kinases cycline-dépendante) et
- les protéines inhibitrices.

ces protéines vérifient :

- Le patrimoine génétique.
- Les conditions nécessaires à la division (réserves, volume cytoplasmique).

Les kinases dépendantes de la cycline (cdk) : sont désignées par l’abréviation cdk, appartiennent à une famille d’enzymes qui catalysent des réactions nécessaires pour que la cellule puisse terminer son cycle. Les kinases sont des enzymes de phosphorylation.

L’activité enzymatique des cdk nécessite leur association aux cyclines.

Les cyclines : leur rôle principal est d’activer les protéines cdk en formant des complexes avec elles.

Les cyclines sont une grande famille de polypeptides dont la concentration varie au cours du cycle cellulaire.

-- Le facteur MPF (mitosis promoting factor ; facteur promoteur de la mitose) : contrôle l’entrée de la cellule en mitose, en s’assurant que la cellule ne présente pas d’anomalie.
Chez l’homme, le MPF est constitué par une molécule de cdk1 avec une molécule de cycline B.



-- La protéine P53 : elle appartient au Cdk, contrôle l’intégrité de l’ADN en phase G1 et G2 et s’oppose à la réplication de l’ADN anarchique. A peu près 50% des cas de cancers sont liés à des mutations du gène P53.

Protéines inhibitrices:

La protéine RB (pRb, protéine du rétinoblastome), codée par le gène RB1 (gène suppresseur de tumeur), est un régulateur clé du cycle cellulaire, en particulier au point de contrôle G1/S. La pRb bloque S en maintenant l'état quiescent (G0).

La pRb supprime les tumeurs en se liant à des facteurs de transcription E2F (pour les inhiber), les empêchant de stimuler la division cellulaire.

Ainsi, la phosphorylaion de la protéine Rb (rétinoblastome) par le complexe cycline D/Cdk4-6 entraine la libération des facteurs de transcription E2F et permet l'expression des gènes nécessaires à la progression vers la phase S (figure).



Démonstration: Lorsque pRb est inactivée (par exemple, par phosphorylation par des kinases dépendantes des cyclines), elle se dissocie de E2F, permettant la progression du cycle cellulaire et la division.

la réplication de l'ADN, qui se produit pendant la phase S du cycle cellulaire, est régulée par les kinases dépendantes des cyclines (Cdk ou cyclines dependent kinases) de la phase S (S-Cdk). Ces kinases (enzymes de phosphorylation) activent l'initiation de la réplication en phosphorylant des protéines clés, telles que celles impliquées dans la formation et l'activation des origines de réplication.

La voie de signalisation pRB, comprenant pRB, E2F, et les complexes cycline D/CDK4-6, est une cible importante dans la régulation du cycle cellulaire et dans le développement des cancers, y compris le rétinoblastome.

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b) Mitose :

La mitose s’articule autour de 4 phases, suivies par la division cytoplasmique (cytodiérèse).

- Prophase : La chromatine se condense (se spiralise) en chromosomes bien visibles au microscope. Chaque chromosome est formé de deux chromatides soeurs unies par un centromère.

Durant cette phase:

- le nucléole se désintègre

peu à peu puis disparaît totalement.
- Le centrosome (qui comporte deux centrioles) qui a commencé à se dupliquer depuis la fin de la phase S, se dédouble et chaque centrosome s’entoure de microtubules rayonnants (aster) et se déplace vers un pôle opposé de la cellule formant ainsi deux asters diamétralement opposés.



- La membrane nucléaire a disparu et les fuseaux des microtubules commencent à irradier des centrosomes.



- Métaphase:
Les chromosomes, dont la spiralisation est maximale, sont animés de mouvements par les fibres du fuseau achromatique. Ils finissent par se placer dans la région médiane de la cellule à égale distance des deux pôles formant la plaque équatoriale (ou plaque métaphasique).
Les microtubules kinétochoriens sont dirigés de part et d’autre des chromatides vers les centrioles.
Les chromatides soeurs ne sont pas encore séparées.
La métaphase est la phase durant laquelle la plupart des études morphologiques sur les chromosomes mitotiques sont réalisées.



Le point de contrôle M, ou point de contrôle du fuseau, est une étape cruciale du cycle cellulaire qui se déroule pendant la phase M (mitose). Son rôle principal est de garantir que les chromosomes sont correctement alignés et attachés aux microtubules du fuseau mitotique avant que la cellule ne procède à la séparation des chromatides sœurs.
Lorsque tous les chromosomes sont correctement attachés et que la tension est établie, le point de contrôle M donne le feu vert pour la phase suivante de la mitose, l'anaphase, où les chromatides sœurs se séparent.

- Anaphase : Au cours de cette phase, les centromères se fissurent et les chromatides soeurs se séparent en deux chromosomes indépendants. Chacun de ces chromosomes contient un centromère qui est lié à un pôle de la cellule par une fibre du fuseau achromatique.
Chaque chromosome se déplace vers un pôle de la cellule par raccourcissement des microtubules kinétochoriens qui se dépolymérisent. C’est donc dans cette phase que chaque copie du chromosome est distribuée à chaque cellule fille.



- Télophase: Au cours de la télophase, les chromatides atteignent les pôles de la cellule, les microtubules kinétochoriens deviennent de plus en plus courts et se dépolymérisent.
- A ce moment, les chromosomes fils se regroupent autour de l’aster, se déroulent et deviennent moins apparents.
- Le nucléole réapparaît de nouveau et
- de nouvelles membranes nucléaires se reforment autour des noyaux des cellules filles.
- Le fuseau mitotique et les microtubules disparaissent.



c) La cytodiérèse: La division cytoplasmique débute en fin d’anaphase ou lors de la télophase. Au cours de cette phase finale de la mitose, la membrane plasmique de la cellule en division s’invagine dans la région médiane de la cellule formant un sillon de division qui se creuse peu à peu jusqu’à scinder la cellule en deux cellules filles.

Dans la cellule animale, un anneau contractile d’actine et myosine se forme dans la zone équatoriale et se contracte, tirant la membrane vers l’intérieur. Ainsi, une rainure de clivage est provoquée qui étrangle le cytoplasme jusqu’à ce que les 2 cellules filles se séparent.



Dans la cellule végétale, des vésicules golgiennes chargées en substances pariétales se placent à l’équateur de la cellule pour former une paroi. Puis la membrane cellulaire se développe des deux côtés, formant 2 cellules filles complètement séparées.

En biologie, la cytodiérèse et la cytocinèse sont des termes souvent utilisés de manière interchangeable pour désigner la division du cytoplasme d'une cellule mère en deux cellules filles après la division du noyau (caryocinèse). Cependant, le terme clivage centrifuge fait référence à un mécanisme spécifique de cytocinèse, celui observé dans les cellules végétales, où la séparation se fait par la formation d'une plaque cellulaire depuis le centre vers la périphérie de la cellule.



Schéma récapitulatif sur takween.com

6.2. Méiose

C’est une division cellulaire particulière dans laquelle une cellule diploïde à 2n chromosomes donne naissance à 4 cellules haploïdes à n chromosomes. C’est une division réductionnelle qui réduit de moitié le nombre de chromosomes.
La seconde division est équationnelle : elle scinde chaque chromosome en deux chromatides.





a) Méiose I :

- Prophase I : constituée de cinq stades:

--- Leptotène (=condensation) l’ADN se condense en chromosomes déjà constitués de 2 chromatides.

--- Zygotène (=disposition par paire) les chromosomes homologues s’apparient formant des bivalents.

--- Pachytène (= échange de matériel génétique) les 2 chromatides ne sont plus reliées que par le centromère formant des tétrades. A ce stade, commence le crossing-over.

--- Diplotène : les chromosomes ne restent unis qu’au niveau des crossing-over.

Le complexe synaptonémal est une structure protéique particulière qui apparaît (stade zygotène) puis disparaît (diplotène) au cours de la prophase I de méiose. Ce complexe permet l’association des chromosomes homologues entre eux lors du stade Zygotène et plus précisément à la fin du Leptotène de la première division de méiose, cet appariement est un synapsis.

--- Diacinèse : nouvelle condensation des chromosomes et séparation des chromatides qui restent attachées au niveau des chiasmas. Le nucléole et la membrane nucléoles disparaissent.

- Métaphase I: les bivalents se disposent en plaques équatoriales avec formation du fuseau achromatique et disparition de la membrane nucléaire et des nucléoles.
- Anaphase I: les chromosomes homologues se séparent et migrent vers les pôles. La rupture des chiasmas aboutit à l’échange de morceaux de chromosomes entre les chromosomes homologues.
- Télophase I: formation de noyaux fils haploïdes.


b) Méiose II :

- Prophase 2: Disparition de l’enveloppe nucléaire et Formation du fuseau achromatique.
- Métaphase 2: Les chromatides se placent au centre de la plaque équatoriale.
- Anaphase 2: séparation des chromatides qui migrent vers les pôles opposés.
- Télophase 2: Formation de 4 cellules haploïdes résultant des 2 divisions chromatiques

7- La synthèse protéique

Voir complément dans la partie acides nucléiques et information génétique.

C’est le processus par lequel une cellule assemble une chaîne protéique en combinant des acides aminés isolés présents dans son cytoplasme, guidé par l'information contenue dans l'ADN. Elle se déroule en deux étapes au moins : la transcription de l'ADN en ARN messager et la traduction de l'ARN messager en une protéine.

L’information est localisée dans le noyau (sous forme d'ADN) et la synthèse des protéines s’effectue dans le cytoplasme (au niveau des ribosomes du réticulum endoplasmique) : l'ADN ne sort pas du noyau. L'information passe au cytoplasme sous forme d'une copie : l'ARN.



7.1. Transcription : première étape de la synthèse d'une protéine. C’est la copie du gène (ADN) en une molécule d'ARN.

Les ARN sont synthétisés à partir de segments bien définis de l’ADN. Ce sont des unités de transcription ou gènes. Chaque unité de transcription présente un site promoteur et un site de terminaison que les enzymes de transcription, ARN polymérases (ARNpol) reconnaissent.



La transcription pour les ARN messagers commence par l'ouverture et le déroulement d'une portion de la molécule en double hélice d'ADN. Au fur et à mesure de sa progression le long de l'ADN, l'ARN-polymérase II incorpore des nucléotides présents dans le milieu cellulaire. Cette incorporation s'effectue par complémentarité des bases azotées avec l'un des brins de la molécule d'ADN : l'adénine (A) se place en face de la thymine (T) et l'uracile (U) se place en face de l'adénine (A), la cytosine(C) se place en face de la guanine (G) et inversement.

Le brin d'ARN messager ainsi synthétisé est complémentaire du brin d'ADN transcrit.

L'information contenue dans l'ARN messager est identique à celle du brin d'ADN non transcrit. Le nucléotide uracile (U) occupe dans l'ARN la place du nucléotide thymine (T) de l'ADN.

L'ARN-polymérase II se déplace toujours dans le même sens sur un brin et dans le sens opposé.

sur l'autre brin. Elle se détache sur un site présentant des caractéristiques particulières signalant la fin du gène. Ensuite, lorsque l'ARN-polymérase s'est détachée, les deux brins d'ADN s'associent de nouveau au fur et à mesure de l'avancée de l'enzyme, et se retrouvent comme ils étaient avant la synthèse d'ARN.

Remarque importante : De l'ARN est produit très rapidement et en grande quantité : plusieurs molécules d'ARN-polymérase effectuent simultanément la transcription du même gène.

Plusieurs gènes peuvent être transcrits simultanément dans le noyau d'une même cellule.

7.2. Traduction : de l'ARNm à la protéine.

La traduction se déroule dans le cytoplasme des cellules eucaryote, au sein de structures spécialisées : les polysomes comprenant:

- une molécule d'ARN messager mature.

- des ribosomes.

- des acides aminés précurseurs.

Chaque ribosome se lie à l'ARN au niveau du codon AUG ou codon d’initiation puis progresse le long de l'ARN jusqu'à un codon stop (UAA ou UAG ou UGA) où le ribosome se détache et libère le polypeptide synthétisé.

Au cours de son déplacement, le ribosome met en place chaque acide aminé en fonction du codon correspondant sur l'ARN. Au cours de sa progression la chaîne peptidique s'allonge donc d'un acide aminé tous les trois nucléotides de l'ARN.





L’anticodon est un groupe de 3 nucléotides localisé dans la structure des ARN de transfert. Ce triplet s’apparie spécifiquement à la séquence complémentaire du codon présent sur le brin d’ARNm. Cette complémentarité spécifique « codon-anticodon » permet de faire correspondre un acide aminé à un codon, selon le code génétique.

Lorsque l’appariement « codon-anticodon » se fait dans le ribosome, celui-ci peut ajouter l’AA à la protéine en cours de synthèse.



7.3. Le code génétique

C'est la correspondance entre les codons c'est-à-dire les triplets de nucléotides des ARNm et les acides aminés enchaînés lors de la production d'une protéine (séquence peptidique).



- Un codon code toujours pour le même AA.
- Un AA peut être codé par plusieurs codons différents : le code génétique est redondant.
- Il existe des codons-stop: triplets de nucléotides marquant la fin de l'information le long d'un ARN m.
- Il existe un codon d’initiation: le codon AUG qui marque le début de l'information génétique sur un ARNm.

- le code génétique est universel: il est le même chez tous les êtres vivants.



La reconnaissance entre une molécule d’ARNt et l’acide aminé approprié se fait grâce à des enzymes :les aminoacyl-ARNt synthétases.

Il existe 20 enzymes, toutes présentes dans le cytoplasme, capables de reconnaître à la fois l’acide aminé et l’ARNt correspondant et de permettre leur couplage. L’enzyme d’activation libère l’ARNt chargé (ARNt attaché à son AA) et peut ensuite charger un autre ARNt.L’énergie libérée par la rupture de la liaison AA - ARNt permet la création d’une liaison AA-AA.



Schéma de la synthèse protéique chez les eucaryotes.

Remarque : Les introns sont donc des régions non-codantes (supprimés par épissage). Seules les exons des régions codantes sont exprimées.

Voir QCM sur Transcription et traduction (fichier information génétique)

QCMs DE CONCOURS

TESTS NOTES et CORRIGES:

- Test QCM corrigé sur les Acides nucléiques et Information génétique sur le site takween

INFORMATIONS CONCOURS ---- EUCARYOTES-PROCARYOTES-VIRUS-MICROSCOPIE ---- MEMBRANE PLASMIQUE ---- HYALOPLASME ---- NOYAU ---- MITOCHONDRIE et CHLOROPLASTE--- SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE --