Structure de la cellule et de ses organites
La cellule eucaryote est composée de quatre éléments principaux : la membrane, qui assure une fonction de barrière et se compose d'une bicouche phospholipidique avec des protéines intégrées ; le cytoplasme, qui comprend le cytosol et les organites ; le noyau, qui stocke l'information héréditaire ; et le système d'organites qui assurent les processus biochimiques.
- Les ribosomes sont des organites non membranaires responsables de la traduction.
- Les mitochondries sont des organites à double membrane qui réalisent la synthèse de l'ATP.
- L'appareil de Golgi est un organite à simple membrane impliqué dans le transport et la modification des protéines, ainsi que dans la synthèse des lysosomes.
- Le réticulum endoplasmique : rugueux (synthèse protéique) et lisse (synthèse lipidique, détoxification, régulation du calcium).
- Le cytosquelette est constitué de microfilaments et de microtubules qui maintiennent la forme de la cellule.
La cellule végétale contient en outre des vacuoles, des plastes et une paroi cellulaire cellulosique. La cellule animale possède un centrosome et des lysosomes. Les cellules prokaryotes sont dépourvues d'organites membranaires ; leur ADN est représenté par un nucléoïde circulaire.
Transport membranaire
Le transport passif se fait selon le gradient de concentration sans dépense énergétique : diffusion simple (O₂, CO₂ à travers la bicouche lipidique), osmose (eau à travers une membrane semi-perméable) et diffusion facilitée par des protéines transporteurs (glucose).
Le transport actif nécessite de l'ATP et s'effectue contre le gradient de concentration. Exemples : la pompe sodium-potassium, l'exocytose et l'endocytose. Selon le sens du transfert, on distingue l'uniport, le symport et l'antiport.
Cycle cellulaire, mitose et méiose
Le cycle cellulaire se compose d'une interphase (G1 — croissance, S — réplication de l'ADN, G2 — préparation à la division) et de la division proprement dite. Les points de contrôle G1/S, G2/M et du fuseau métaphasique garantissent l'intégrité de l'ADN et l'orientation correcte des chromosomes. En phase G0, la cellule est au repos.
La mitose est la division des cellules somatiques aboutissant à la formation de deux cellules filles identiques. Étapes : prophase (condensation de la chromatine), métaphase (formation de la plaque équatoriale), anaphase (séparation des chromatides sœurs), télophase avec cytocinèse.
La méiose produit quatre cellules haploïdes et assure la variabilité combinatoire. La prophase I comprend cinq stades : leptotène, zygotène, pachytène (avec crossing-over), diplotène (les chiasmas sont visibles) et diacinèse. La seconde division de la méiose est similaire à la mitose.
Acides nucléiques et compaction de l'ADN
L'ADN stocke l'information génétique, l'ARN participe à sa mise en œuvre. Un nucléotide se compose d'une base azotée (A, G, C, T/U), d'un sucre à cinq atomes de carbone (désoxyribose ou ribose) et d'un groupe phosphate. L'ADN forme une double hélice antiparallèle (5'→3' complémentaire de 3'→5').
Types d'ARN : ARNm (matrice pour la synthèse des protéines), ARNt (acheminement des acides aminés), ARNr (structurel et catalytique dans les ribosomes), micro-ARN et petits ARN interférents (régulation de l'expression), longs ARN non codants.
Niveaux de compaction de l'ADN : nucléosome (ADN enroulé autour d'un octamère d'histones), solénoïde de 30 nm (stabilisé par l'histone H1), structure en boucles (cohésines) et chromosome condensé.
Réplication, transcription, traduction
La réplication est semi-conservative, antiparallèle et nécessite une amorce. Étapes : initiation (déroulement de l'hélice par les hélicases, formation de la fourche de réplication), élongation (synthèse d'ADN par l'ADN polymérase dans le sens 5'→3'), terminaison. Chez les procaryotes, il existe une seule origine de réplication sur le chromosome circulaire ; chez les eucaryotes, il y a de multiples points d'initiation et un complexe ORC.
La transcription : l'ARN polymérase se lie au promoteur, synthétise l'ARNm et s'arrête lorsqu'elle atteint le terminateur. Chez les eucaryotes, elle est suivie d'une maturation — coiffe, polyadénylation et épissage avec élimination des introns ; chez les procaryotes, la transcription et la traduction se déroulent simultanément dans le cytoplasme.
La traduction a lieu sur le ribosome au niveau des sites A, P et E. L'ARNt apporte les acides aminés, entre lesquels se forment des liaisons peptidiques. La terminaison se produit aux codons stop UAA, UAG, UGA.
Code génétique et expression des gènes
Le code génétique comprend 64 codons, dont 3 sont des codons stop. Propriétés : triplets, universalité, non-chevauchement, non-ambiguïté et redondance (dégénérescence).
Chez les eucaryotes, l'expression est régulée par des promoteurs et des enhancers, des activateurs et des répresseurs, l'épissage alternatif, des modifications épigénétiques (méthylation de l'ADN, acétylation des histones) et des micro-ARN. Chez les procaryotes, le système opéronique est à l'œuvre : l'exemple classique est l'opéron lactose, où la présence de lactose inactive le répresseur et déclenche la synthèse de la lactase.
Mutations et réparation de l'ADN
Les mutations se divisent en géniques, chromosomiques (insertions, délusions, inversions) et génomiques (modification du nombre de chromosomes, par exemple la trisomie 21).
Chez les procaryotes, on distingue la photoréactivation (photoréase), la réparation par excision, la réparation post-réplicative, sujette aux erreurs, et la réparation SOS. Chez les eucaryotes, les mécanismes sont similaires mais plus précis ; la réparation des mésappariements ainsi que la réparation des cassures simple et double brin par jonction d'extrémités homologues ou non homologues interviennent également.
Bases biochimiques : protéines, lipides, glucides
Les protéines sont constituées d'acides aminés et assurent des fonctions catalytique, de transport, structurale, de défense, régulatrice, énergétique, de réserve et réceptrice. Niveaux de structure : primaire (séquence), secondaire (hélices α, feuillets β), tertiaire (globule) et quaternaire (par exemple, l'hémoglobine).
Les lipides constituent une source concentrée d'énergie, la base des membranes, les précurseurs des hormones stéroïdiennes et de la vitamine D, et assurent l'assimilation des vitamines liposolubles A, D, E, K. Ils se divisent en saturés et insaturés. Ils sont dégradés en glycérol et en acides gras.
Les glucides sont la principale source d'énergie et sont stockés sous forme de glycogène. Les glucides simples (glucose, fructose) sont assimilés rapidement, les complexes (amidon, fibres) le sont lentement. Le métabolisme cellulaire se compose d'anabolisme (synthèse avec dépense d'énergie) et de catabolisme (dégradation avec libération d'énergie).
Points clés
- La cellule eucaryote possède des organites membranaires ; la cellule procaryote se limite à un nucléoïde et des ribosomes.
- Le transport à travers la membrane est passif (diffusion, osmose) ou actif (pompe Na⁺/K⁺, endocytose et exocytose).
- La mitose produit des cellules filles identiques, tandis que la méiose génère des cellules sexuelles haploïdes et assure la variabilité combinatoire.
- L'ADN est compacté sous forme de nucléosomes, de solénoïde, de boucles et de chromosome.
- La réplication est semi-conservative et antiparallèle ; la synthèse s'effectue toujours dans le sens 5'→3'.
- Chez les eucaryotes, l'ARNm subit une addition de coiffe, une polyadénylation et un épissage avant de quitter le citoplasme.
- Le code génétique est constitué de triplets, universel, dégénéré et non ambigu.
- Le métabolisme associe des processus anaboliques et cataboliques, garantissant l'équilibre énergétique de la cellule.