Biologie cellulaire exercices et méthodes - Licence PAces cAPes - Dunod
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Biologie
cellulaire
exercices et méthodes
Licence • PACES • CAPES
Sous la direction de Marc Thiry
Professeur à l’université de Liège (Belgique)
Pierre Rigo
Assistant pédagogique et acteur de la communication
scientifique à l’université de Liège (Belgique)
Sandra Racano
Diplômée de l’université de Liège (Belgique)
2e édition
P001-352-9782100754854.indd 1 18/07/2016 18:26Illustration de couverture : Coupe transversale dans une queue de souris.
À gauche, l’épiderme est formé de différentes couches superposées de cel-
lules épithéliales, dont les plus superficielles sont dépourvues de noyaux.
Cet épithélium repose sur un tissu conjonctif, incluant quatre incidences de
coupes dans des poils. Un petit massif de cellules glandulaires est annexé à
chaque poil. Cliché pris par le Prof. Marc Thiry.
© Dunod, 2014, 2016
Nouvelle présentation 2019
11 rue Paul Bert 92240 Malakoff
www.dunod.com
ISBN 978-2-10-080487-0
P001-352-9782100754854.indd 2 18/07/2016 18:26Table des matières
Avant-propos 5
Comment utiliser cet ouvrage ? 6
Remerciements 8
1 Unicité chimique du vivant 9
QCM……………………………………………………………………………………………… 18
Vrai ou faux…………………………………………………………………………………… 24
Exercices………………………………………………………………………………………… 29
Schéma de synthèse : La composition chimique des êtres vivants………………… 34
2 Unicité structurale du vivant et méthodes d’étude de la cellule 35
QCM……………………………………………………………………………………………… 45
Vrai ou faux…………………………………………………………………………………… 51
Exercices………………………………………………………………………………………… 54
Schéma de synthèse : Unicité structurale du vivant…………………………………… 59
Les méthodes d’étude de la cellule…………………………… 60
3 La périphérie cellulaire 61
QCM……………………………………………………………………………………………… 72
Vrai ou faux…………………………………………………………………………………… 77
Exercices………………………………………………………………………………………… 84
Schéma de synthèse : La périphérie cellulaire des eucaryotes……………………… 93
4 Le noyau 94
QCM…………………………………………………………………………………………… 104
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 109
Exercices……………………………………………………………………………………… 115
Schéma de synthèse : Le noyau………………………………………………………… 120
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
5 Le réticulum endoplasmique et les ribosomes 121
QCM…………………………………………………………………………………………… 130
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 135
Exercices……………………………………………………………………………………… 139
Schéma de synthèse : Le réticulum endoplasmique et les ribosomes…………… 148
6 L’appareil de Golgi 149
QCM…………………………………………………………………………………………… 153
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 156
Exercices……………………………………………………………………………………… 160
Schéma de synthèse : L’appareil de Golgi……………………………………………… 162
3
P001-352-9782100754854.indd 3 18/07/2016 18:267 Les lysosomes 163
QCM…………………………………………………………………………………………… 169
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 172
Exercices……………………………………………………………………………………… 176
Schéma de synthèse : Les lysosomes………………………………………………… 179
8 Les peroxysomes 181
QCM…………………………………………………………………………………………… 185
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 187
Exercices……………………………………………………………………………………… 190
Schéma de synthèse : Les peroxysomes……………………………………………… 192
9 Les mitochondries 193
QCM…………………………………………………………………………………………… 203
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 207
Exercices……………………………………………………………………………………… 212
Schéma de synthèse : Métabolisme énergétique…………………………………… 217
Les mitochondries……………………………………………… 218
10 Les chloroplastes 219
QCM…………………………………………………………………………………………… 230
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 234
Exercices……………………………………………………………………………………… 238
Schéma de synthèse : Les chloroplastes……………………………………………… 242
11 Les filaments cellulaires 243
QCM…………………………………………………………………………………………… 253
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 256
Exercices……………………………………………………………………………………… 261
Schéma de synthèse : Les filaments cellulaires……………………………………… 264
12 Les procaryotes 265
QCM…………………………………………………………………………………………… 273
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 276
Exercices……………………………………………………………………………………… 280
Schéma de synthèse : Les procaryotes………………………………………………… 286
13 La multiplication cellulaire 287
QCM…………………………………………………………………………………………… 297
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 301
Exercices……………………………………………………………………………………… 308
Schéma de synthèse : Cycle, mort et rythmes cellulaires chez les eucaryotes…… 315
La division cellulaire chez les eucaryotes
et chez les procaryotes……………………………………… 316
14 La reproduction des organismes 317
QCM…………………………………………………………………………………………… 328
Vrai ou faux………………………………………………………………………………… 332
Exercices……………………………………………………………………………………… 337
Schéma de synthèse : La reproduction des organismes…………………………… 343
La reproduction sexuée……………………………………… 344
Annexes 345
Index 348
4
P001-352-9782100754854.indd 4 18/07/2016 18:26Avant-propos
Le véritable enseignement n’est point de te parler mais de te conduire.
Antoine de Saint Exupéry
Ce livre a été conçu comme un outil pédagogique de schémas didactiques destinés à faciliter la com-
pour aider les étudiants des premières années préhension des données et leur mémorisation.
d’études supérieures à appréhender les concepts Puis, de nombreux exercices de différents types
fondamentaux de la biologie cellulaire. Une série (QCM, questions Vrai/Faux et exercices de syn-
d’exercices incite l’étudiant à se poser des ques- thèse) et de difficulté croissante, sont proposés
tions sur la matière et complète ainsi progressi- afin d’évaluer ses connaissances et d’appliquer
vement ses connaissances. les concepts fondamentaux de la biologie cellu-
L’ouvrage présente en quatorze chapitres les laire. Chaque QCM fait l’objet d’une correction
bases de la biologie cellulaire, en commençant commentée. Les questions Vrai/Faux jouissent
par un exposé sur l’unicité chimique des êtres également d’une réponse détaillée et les exer-
vivants, une présentation des plans d’organisa- cices de synthèse bénéficient de conseils métho-
tion du vivant et des méthodes d’investigation de dologiques pour aider l’étudiant à construire
la cellule qui sont le point de départ du progrès une réponse. Un ou deux schémas de synthèse
des connaissances dans le domaine. Les diffé- à la fin de chaque chapitre relient les différentes
rents compartiments structuraux et fonctionnels notions abordées pour aider à une réflexion
de la cellule eucaryote sont ensuite abordés suc- plus globale.
cessivement, de la membrane plasmique aux Des bonus web (exercices d’entraînement
filaments cellulaires en passant par le noyau et supplémentaires), téléchargeables sur la page
les différents organites. L’organisation morpho- associée à l’ouvrage sur dunod.com complètent
fonctionnelle de la cellule procaryote fait l’objet l’ouvrage.
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
du chapitre suivant. L’ouvrage se termine par Cet ouvrage de biologie cellulaire est destiné
deux chapitres consacrés à la continuité de la aux étudiants de licence de Sciences de la vie et
vie, le premier sur le cycle, la division et la mort de la PACES et aux candidats au CAPES de SVT
cellulaires et l’autre sur la reproduction des orga- (en France) ainsi qu’aux étudiants du premier
nismes et la différenciation cellulaire. Bachelier des Facultés de Sciences, de Méde-
Ce découpage est nécessairement arbitraire, cine et de Médecine vétérinaire (en Belgique).
c’est pourquoi dans chaque chapitre présentant Il pourra aussi être consulté avantageusement
une notion précise, de multiples renvois per- par tous ceux qui ressentent le besoin de mettre
mettent au lecteur de se référer rapidement aux à jour leurs connaissances dans un domaine en
données associées à la question traitée. perpétuelle évolution, et qui est devenu indispen-
Chaque chapitre débute par un rappel théorique sable à la compréhension des grandes fonctions
synthétique, sous forme de fiches, accompagné biologiques et à celle de leurs désordres.
5
P001-352-9782100754854.indd 5 18/07/2016 18:26Comment utiliser
Unicité chimique
du vivant
Mots-clés
1
• éléments chimiques • polysaccharides • protéines
• molécules inorganiques • lipides • acides aminés
• eau • acides gras • acides nucléiques
• sels minéraux
14 chapitres
• triglycérides • nucléotides
• molécules organiques • phospholipides • ADN
• glucides • stéroïdes • ARN
et leurs mots-clés
Retrouvez des exercices
supplémentaires sur la page
Plusieurs gouttelettes lipidiques dans
le cytoplasme d’une cellule humaine
MET. Cliché pris par le Prof. Marc Thiry. du cancer du sein. associée à l’ouvrage @
sur dunod.com
Des rappels de cours sous forme de fiches
Fiche 1 • la petite sous-unité a un coefficient de sédimentation de 40S (30S chez les proca-
ryotes). Elle est constituée d’une molécule d’ARNr 18S (16S chez les procaryotes) et
Le réticulum endoplasmique de 33 protéines ribosomiques (21 chez les procaryotes). Cette sous-unité contient le
Fiches
site d’attachement à l’ARNm ;
• la grande sous-unité possède un coefficient de sédimentation de 60S (50S chez les
Définition procaryotes) et est composée de trois molécules d’ARNr (28S, 5,8S et 5S) et de 46
Le réticulum endoplasmique est un système de cavités (ou citernes) limitées par une protéines ribosomiques (34 chez les procaryotes). Chez les procaryotes, en plus de
simple membrane comprenant deux compartiments qui communiquent l’un avec ces 34 protéines ribosomiques, la petite sous-unité n’est formée que de deux molé-
l’autre : le réticulum endoplasmique lisse (REL) et le réticulum endoplasmique cules d’ARNr (23S et 5S).
granuleux (REG). Les sous-unités du ribosome présentent trois sites de liaison aux ARNt (Figure 5.1) :
QCM
Ces deux compartiments ont un constituant commun de type membranaire, mais ils
• le site A retient l’ARNt qui porte le prochain acide aminé qui sera ajouté à la
diffèrent par la forme des cavités et par la présence sur la face externe de celles-ci, dans
chaîne polypeptidique naissante (on peut associer la lettre A à « arrivée de l’acide
le cas du REG, de ribosomes.
aminé ») ;
Le REL est formé d’un « labyrinthe » de fins canalicules interconnectés carac-
• le site P retient l’ARNt porteur de la chaîne peptidique en cours de synthèse (on
térisés par l’absence de ribosomes. Ce type de réticulum est fortement développé
peut associer la lettre P à « polypeptide en voie de formation ») ;
Vrai ou faux ?
dans les cellules synthétisant des stéroïdes et dans les cellules musculaires. Au sein
• le site E est l’endroit où l’ARNt déchargé de son acide aminé quitte le ribosome (on
de ces dernières, il porte le nom de réticulum sarcoplasmique et permet le stockage
peut associer la lettre E à exit).
des ions calcium, mais aussi leur libération quand les cellules se contractent (voir
Chapitre 11). Site P (site de liaison
Le REG a une organisation sacculaire ; ses membranes sont recouvertes de ribosomes. du peptidyl-ARNt)
La membrane du REG est en continuité avec la membrane externe du noyau. Il est par-
Site A (site de liaison
ticulièrement abondant dans les cellules séreuses, les plasmocytes (globules blancs) et
les neurones. Dans les cellules nerveuses, les citernes du REG sont rassemblées autour Site E (site
de l’aminoacyl-ARNt)
De nombreux
Exercices
de sortie, exit)
du noyau sous la forme d’agrégats appelés corps de Nissl.
La membrane du réticulum endoplasmique
E P A
Grande sous-unité
ribosomique
schémas
L’architecture moléculaire des membranes du réticulum est semblable à celle de la
membrane plasmique (bicouche lipidique et protéines, voir Chapitre 3). Toutefois, Site de liaison
les protéines sont en plus grande quantité que dans la membrane plasmique (70 % de l’ARNm
Petite sous-unité
au lieu de 60 %). Ces membranes possèdent notamment des enzymes nécessaires à ribosomique
la synthèse des protéines, au métabolisme des lipides et aux phénomènes de détoxi-
fication.
Figure 5.1 Schéma d’un ribosome
Le ribosome fonctionnel, c’est-à-dire composé des deux sous-unités réunies, a un
Fiche 2 coefficient de sédimentation de 80S (70S chez les procaryotes). La taille des ribosomes
5. Le réticulum endoplasmique
est d’environ 25 à 30 nm (20 nm chez les procaryotes).
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
Les ribosomes L’unité S, pour Svedberg, est une unité de mesure du coefficient de sédimentation
qui dépend des propriétés hydrodynamiques de la particule. Cette unité n’est pas Des astuces
et conseils
additive : le coefficient de sédimentation d’une particule composée de deux sous-par-
Les ribosomes sont des particules ribonucléoprotéines (ou RNP) constituées d’ARNr
ticules ne sera donc pas égal à la somme de leurs deux coefficients de sédimentation.
couplés à des protéines. Certains, appelés ribosomes liés, sont accolés à la face cytoso-
lique des membranes du réticulum ou de la membrane externe de l’enveloppe nucléaire,
En plus des ribosomes cytosoliques, les mitochondries et les chloroplastes renferment
d’autres, baptisés ribosomes libres, baignent au sein du cytosol. Ils assurent la synthèse
également des ribosomes de type procaryotique (voir Chapitres 9 et 10).
des protéines en assemblant des acides aminés dans un ordre prédéterminé, suite à la
lecture d’un ARNm.
Les ribosomes sont constitués de deux sous-unités de dimensions inégales qui sont
désignées en fonction de leur coefficient de sédimentation :
122 123
P001-352-9782100707119.indd 122 23/03/14 18:32P001-352-9782100707119.indd 123 23/03/14 18:33
6
P001-352-9782100754854.indd 6 18/07/2016 18:26cet ouvrage ? Des questions Vrai/Faux
Entraînement
Vrai ou faux
Des schémas de synthèse Des QCM
1.
pour s’auto-évaluer
La membrane
en fin de chapitre
plasmique des Vrai
lipidiques de comp cellules comporte Faux
osition moléculaire deux feuillets
2.
La membrane plasm identique.
ique est une struct
ure glycolipidiq
3.
Les protéines transm ue.
embranaires de
amphiphiles. la membrane plasm
ique sont
4. Les lipides composant
l’édifice membranair
5. La membrane plasmique e sont immobiles.
des fonctions distin
contient des proté
ines spécifiques
ctes. assurant
6. Chez les animaux, la
ce
membrane plasm
ET : Endosome Tardif
ique comporte
EP : Endosome Préco
de cholestérol influe
Entraînement
CR : Corps Résiduel
nçant la fluidité des molécules
7. La condition pour qu’un membranaire.
Appareil de Golg i
phénomène d’osm
nèse des lysosomes
compartiments ose soit observé
L : Lysosome
contenant des entre deux
d’une membrane solutions différ
perméable à l’eau entes est la présence
8. Les membranes plasm
sélective entre
QCM
iques forment
et imperméable
une frontière de
à tous les soluté
s.
Fiches
les cellules et leur perméabilité
environnement.
9. L’eau traverse la memb
rane cellulaire par
10. L’éthanol traverse la un transport actif.
tion extracellulaire
membrane plasm
ique par simple
11. Les transports actifs diffusion.
1. Parmperme
Fiche 2 : La bioge
ttent de rétablir
i les affirm
12. La pompe sodium-pot ations suiva l’isotonie entre deux
ntes sur la memmilieux.
assium entretient
❏❏ a. La membrane brane plasm ique, laquelle est exact
osomes
plasmique de par la polarité de la
la stœchiométrieplasmique est une membrane e?
enveloppe disco
13. La clathrine est❏un ❏ b. La membrane des échanges qu’elle effect ue. ntinue .
des composantplasmique prése
plasmique. s du glyco nte une
QCM
type cellulaire. calyx de la memb composition chimi
rane que invariable
14. La phagocytose❏❏est c. La
selon le
le memb rane plasmique
Fiche 5 : La diges
mécanisme
male
L
ort
dans les lipoprotéine par est
lequel le une cholestruct ure
tion intracellulaire
❏❏ d. La s de stérol symé
conte nutrique
memb
.
lysosomes
faible
Vésicules de transp
cellules rénales. rane
densiplasm
té (LDL)
iqueest entou
absor
Vésicule intraendoso
re bé
depar
nombcertai
reux
thèse : Les lys
❏❏ e. La membrane nesorganites dans
15. L’exocytose constitutiv plasmique contie
nt des protéines
la cellule.
cellul eaire.
permet, entre dont la nature varie
constant des phosp autres, le renou suivant le type
n
Vrai ou faux ?
holipides et des vellement
tio
plasmique. 2. Parmi les affirm glycoprotéines de la membrane
ra
et composition des
ations suivantes
atu
16. Le glycocalyx est fauss uneestruct
? sur les lipides
dation
membranaires,
M
ure propre aux laquelle est
17. Les protéines intram procaryotes.
❏❏ a. Les embra
ET
phospnaires
Fiche 4 : La diges
facilite leur fixatio holipisont
des toujou
contiers
n dans
dans la nnent
glyco sylées
des group
, ceemen
Dégra
la bicou
memb rane
che qui ts polair
es
Hétérophagie
18. Le glycocalyx interv plasm
lipidiq ue.ique. disposés en vis-à-
vis
❏❏ b. ient dans les
Les phosp proce
holipi des ssus de
19. La paroi végétale
❏❏ c.prima
sont amphrespir ation
iphiles. cellulaire.
Le chole
ire contie
n
et de la pectine. stérolntinflue
de la sur
cellul
tio
la ose,
fluidit
deé l’hém
d’autophagie
de la icellu
memb lose
Exercices
❏ d. Les glycolipide rane.
20. La paroi végétale❏est
ra
Schéma de syn
s possèdent une
Fiche 1 : Structure
atu
une structure qui activité antigénique
Vésicule
tissus végétaux. ❏ ❏ e. Le cholestérol, évolue en foncti .
M
hydrophobe on de l’âge des
, se dispo
21. Une cellule végét ment des chaînes aliphatiques se dans la zone corres
pondant à l’emp
Mitochondrie
des phospholipi
endoplasmique
ale peut surviv lace-
re sans paroi. des des biomembran
3. Parmi es.
EP
les structures
CR
cellulaires suiva
double bicouche ntes, laquelle n’est
76 lipidique ? pas délimitée
par une
d’endocytose
❏❏ a. Le noyau.
Vésicules
❏❏ b. La mitochondr
Lame de réticulum
P001-352-97821
ie.
00707119.indd ❏❏ c. Le chloroplaste
76
tion intracellulaire
.
❏❏ d. Les peroxysom
es.
e est un délit.
❏❏ e. Tous sont 23/03/14 18:35
Membrane plasmique
entourés d’une
double bicouche
lipidique.
e est un délit.
4.
lage
Parmi les affirm
ations suivantes
fausse ? sur les protéines
laire
ction non autorisé
Fiche 3 : Le recyc
membranaires,
laquelle est
❏❏ a. Toutes les
ction non autorisé
protéines memb
3. La périphérie cellu
Fiche 4 : La diges
ranaires exercent
❏❏ b. La protéine la même foncti
Autophagie
G est une proté on.
ine membranair
❏❏ c. Certaines e intrinsèque.
protéines de la
© Dunod. Toute reprodu
l’influx nerveux. membrane plasm
ique participent
à la transmission
© Dunod. Toute reprodu
❏❏ d. Les protéines de
de la membrane
plasmique sont
❏❏ e. Les protéines mobiles.
périphériques peuve
nt être glycosylées
.
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Des exercices pour s’entraîner Toutes les réponses commentées
avec des conseils méthodologiques
Réponses
Entraînement
Fiches
1. d. La chro
Exercices chromatine)
matine con
est essentie
densée (ou
hétéro-
la périphé llement loca Une enzyme
rie du noy lisée à appelée prim
brane inte au, associée la synthèse ase peut déb
rne de l’en à la mem- d’une chaî uter
velo ADN simple ne d’ARN à
l’intermédia ppe nucléai brin. Elle unit partir d’un
ire de la lam re par les ribonuc
du nucléol ina, ainsi qu’autou un à un, en les léotides
1. Si une membrane cellulaire contient, en poids, 20 % de lipides et 80 % de protéines, e. Quelque r appariant avec
condensée s mottes de d’ADN, ce ceux d’un
calculer le rapport moléculaire lipides/protéines sachant que les lipides ont un poids peuvent auss chromatine qui crée une brin
i être disp taire du brin amorce com
sein du noy plémen-
QCM
moléculaire moyen de 1 000 daltons et les protéines de 50 000 daltons. au. Le cent ersées au matrice à l’end
donc prin re du noyau d’un nouveau roit où l’init
cipalement renferme brin va se iation
2. Un récipient est séparé en deux compartiments A et B par une membrane perméable
(chromatine de l’euchro 6. c. Les frag produire.
aux molécules et ions de taille inférieure à celle d’une molécule de saccharose. En A, on décondensée matine ments d’Ok
2. e. La chro ). men ts de azaki son
place 800 ml d’une solution dont la composition est la suivante : lactose 1 mol/l et NaCl dés oxy ribo t des seg-
matine con nuc léot ides
tine) apparaî densée (hét qui sont prod
29,25 g/l. En B, on place 200 ml d’une solution dont la composition est la suivante : t sous la form érochroma- uits au cou (AD N)
gulières. C’es e de mottes des chromos rs de la répl
saccharose 0,2 M, urée 12 g/l et NaCl 0,585 %. ication
Vrai ou faux ?
t l’euchromat irré- omes. Lors
un aspect ine qui prés le brin reta de la répl
Les masses moléculaires de ces différentes substances sont les suivantes : saccharose : diffus. Ces ente rdé est syn ication,
deux type discontinue thétisé de
342 g/mol ; lactose : 342 g/mol ; NaCl : 58,5 g/mol ; urée : 60 g/mol. tine pourron s de chroma- , par petits manière
t être distingu ensuite liés fragments
de Feulgen és par la réac les uns aux qui sont
a) Calculez la pression osmotique « potentielle », c’est-à-dire celle que l’on pourrait , une coloratio tion autr
mise en évid n cytochim fragments es. Ces peti
mesurer dans un osmomètre fermé par une membrane uniquement perméable à l’eau, ence de l’AD ique de ont été dén ts
N. d’Okazaki, ommés frag
des solutions de départ. Détaillez votre calcul. 3. b. La fibr du nom de
leurs découv
ments
e chromat Ce ne son
b) Lorsque les solutions ont été placées dans leur compartiment respectif, quels non µm, est inienne de t donc pas reurs.
30 nm, et réplication, des amorces
une structur mais bien pour la
mouvements de molécules ou d’ions vont se produire ? de six nuc e en hélice des frag
léosomes formée déjà répliqué ments d’AD
chement des par tour. . N
Exercices
c) Dans quel compartiment le niveau du liquide sera-t-il le plus élevé à l’équilibre ? Le rappro-
nucléosome 7. e. Chez
d) Quelle sera, à l’équilibre, la concentration massique de NaCl dans chacun des est assuré s dans cett
par une hist e fibre les eucaryo
mique, l’his one internuc (ARNm, ARN tes, les ARN
compartiments ? tone H1. léoso- t et ARNr) transcrits
des quatre L’histone des molécu sont général
e) Quelle sera, à l’équilibre, la concentration molaire de l’urée dans chacun des histones du H3 est une les de très ement
nucléosome noyau prot cours d’un grande taill
compartiments ? . éique du processus e qui, au
transcriptio de maturat
4. e. Un nuc nnelle, son ion post-
Les dimensions des deux compartiments sont telles qu’en début d’expérience, le léosome est ARN fonc t transfor
mère d’histon constitué tionnels. mées en
es (deux exe d’un octa- intervienne Les ARNt
niveau de liquide dans chacun d’eux est identique. mplaires de nt dans la et les ARN
cune des r
histones cha- mais ne son synthèse
autour duq H2A, H2B t pas trad protéique,
Conseil méthodologique uel s’enroul , H3 et H4) uits en prot
e sur un L’ARN poly
quart un tour trois mérase se éines.
Différenciez bien les solutés qui peuvent passer au travers de la membrane et ceux qui segment (aussi app sert du brin
paires de d’ADN d’en elé brin anti matrice
en sont incapables. bases. L’his viron 140 support tem -sens, 3’→
partie du tone H1 ne fait pora 5’) com me
nucléosome pas ire pour l’hy
Utilisez la formule suivante pour les calculs de dilution : . Celui-ci pos nucléotides bridation
diamètre moy sède un qu’elle poly des
en de 10 nm. crit aussi bien mérise. Elle
Concentration initiale (Ci) × Volume initial (Vi) = Concentration finale (Cf) × Volume final (Vf) tinienne a La fibre chro les exons trans-
un diamètre ma- gènes. Les que les intr
de 30 nm. introns ne ons des
5. d. Les
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
3. La périphérie cellulaire
Ci × Vi = Cf × Vf transcrit prim seront élim
ADN poly aire inés du
d’amorcer mérases son par un proc
seules la t incapables sage qu’a essus d’ép
synthèse u cours de is-
cléotide. d’un polynu- transcriptio la maturat
Elles ne peu nnelle. ion post-
3. Quelle serait la morphologie d’un globule rouge placé dans chacune des solutions nucléotides vent qu’a
à l’extrémité jouter des 8. c. La poly
suivantes, en considérant que l’état d’équilibre est atteint ? Sachant que vis-à-vis de préexistante 3’-OH d’un mérisation
déjà apparié e chaîne niveau du de l’ARN
cette cellule, une solution isotonique présente une osmolarité de 0,3 OsM : du brin mat e avec les site d’initiat débute au
rice. C’est bases niveau du ion et s’ac
a) NaCl 0,15 M nucléotides une courte site de term hève au
(5 à 10 nuc chaîne de le début et inaison, qui
b) Saccharose 0,15 M amorce, qui léotides), la fin de l’un marque
assure le déb appelée La séquence ité de tran
d’un nouveau ut de la synt ATG sur le scription.
c) Saccharose 0,3 M brin. Lors hèse correspond brin sens
réplication de l’initiatio au codon de l’ADN
d) Saccharose 0,8 M de l’ADN cellu n de la de la de démarra
court brin laire, l’amorce trad uction prot ge (AUG)
e) Saccharose 0,3 M et lactose 0,3 M d’ARN doté est un éique (voir
d’une extrémi
té 3’ libre.
9. d. Les ARN Cha pitre 5).
f) Glucose 0,2 M r ne sont pas
106 Ils constitu traduits en
ent, avec protéines.
les protéine
s riboso-
83
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7821007071
19.indd 106
P001-352-9782100707119.indd 83 23/03/14 18:36
23/03/14 18:36
7
P001-352-9782100754854.indd 7 18/07/2016 18:26Remerciements
Je remercie très vivement tous ceux qui depuis plusieurs •• Prof. Dommès Jacques, université de Liège, faculté
années contribuent au bon fonctionnement du cours de des sciences, département des sciences de la vie, bio-
biologie cellulaire dispensé aux étudiants du premier logie moléculaire et biotechnologie végétales,
bachelier en Sciences, à l’université de Liège. Il s’agit •• Prof. Joris Bernard, université de Liège, département
en particulier du collectif enseignant de la faculté des des sciences de la vie, physiologie et génétique bac-
Sciences et des assistants qui encadrent les séances tériennes,
d’aide à l’étude et les travaux pratiques : Pierre Bal- •• Prof. Laurent Michel, université Paris-Sud d’Orsay
thasart, Sébastien Brouwers, Philippe Compère, Nadine XI, UFR Sciences, département de biologie, labora-
Coosemans, Véronique Goosse, Alain Hambuckers, toire de dynamiques cellulaires et modélisation,
Marielle Lebrun, Dorothée Pete, Ludovic Sottiaux, •• Prof. Nüsse Olivier, université Paris-Sud d’Orsay XI,
Nicolas Thelen et Marie-France Versali. UFR Sciences, signalisation calcique et interactions
Je tiens également à témoigner ma sincère reconnais- cellulaires dans le foie,
sance à toute l’équipe du projet « 1, 2, 3… Sciences » •• Dr O’Donohue Marie-Françoise, université Paul
et surtout à Françoise Bastin, Rudi Cloots et Nicolas Sabatier Toulouse 3, laboratoire de biologie molé-
Vandewalle, avec lesquels je partage depuis 2008 les culaire eucaryote,
tribulations de l’enseignement en première année du •• Prof. Peulen Olivier, université de Liège, faculté de
bachelier en Sciences. médecine, département des sciences biomédicales et
Un tout grand merci à l’unité de didactique des précliniques, laboratoire de recherche sur les métas-
sciences biologiques et en particulier à Marie-Noëlle tases,
Hindryckx et Corentin Poffé pour leur soutien dans ma •• Prof. Ploton Dominique, université de Reims Cham-
démarche pédagogique. pagne-Ardenne, UFR de médecine et de pharmacie,
Je remercie bien sûr tous mes collaborateurs grâce matrice extracellulaire et dynamique cellulaire,
auxquels j’ai pu enrichir et diversifier mes connais- •• Prof. Polette Myriam, université de Reims Cham-
sances en biologie cellulaire. Je pense en particulier pagne-Ardenne, plasticité de l’épithélium respira-
aux membres de mon unité de recherche en biolo- toire dans les conditions normales et pathologiques,
gie cellulaire et tissulaire du GIGA-Neurosciences : •• Prof. Pascal Poncin, université de Liège, faculté des
Marie Cloes, Nicolas Johnen, Patricia Piscicelli et sciences, département de biologie, écologie et évo-
Justine Renauld. lution, biologie du comportement - éthologie et psy-
Je souhaite associer à cet ouvrage tous les relecteurs chologie animale,
qui ont accepté de nous prodiguer leurs précieux com- •• Prof. Portetelle Daniel, université de Liège, faculté
mentaires et conseils, chacun dans leurs spécialités, de Gembloux Agro-Bio Tech, chimie et bio-indus-
sur les différents chapitres du livre. Je les en remercie tries, microbiologie et génomique,
chaleureusement. Il s’agit de : •• Prof. Remacle Claire, université de Liège, départe-
•• Prof. Blondel Marc, université de Bretagne Occiden- ment des sciences de la vie, unité de génétique,
tale (Brest), faculté de médecine des sciences de la •• Prof. Roingeard Philippe, université François Rabe-
santé, laboratoire de génétique, génomique fonction- lais (Tours), UFR de médecine, biologie cellulaire
nelle et biotechnologies, et virologie.
•• Prof. Castronovo Vincenzo, université de Liège, Je termine en exprimant toute ma gratitude à mes
faculté de médecine, département des sciences bio- deux assistants pédagogiques avec lesquels j’ai partagé
médicales et précliniques, biologie générale et cellu- cette belle expérience : Sandra qui a lancé le travail avec
laire et laboratoire de recherche sur les métastases, son esprit de synthèse et son sens critique aiguisé, et
•• Prof. Caudron Nicolas, université Joseph Fourier - Pierre qui a assuré l’essentiel du travail avec son grand
Grenoble I, UFR de chimie et de biologie (Valence), enthousiasme, sa fraîcheur, sa disponibilité, sa rigueur
dynamique cellulaire et cytosquelette, et son ouverture d’esprit.
8
P001-352-9782100754854.indd 8 18/07/2016 18:26Unicité chimique
du vivant 1
Mots-clés
••éléments chimiques ••polysaccharides ••protéines
••molécules inorganiques ••lipides ••acides aminés
••eau ••acides gras ••acides nucléiques
••sels minéraux ••triglycérides ••nucléotides
••molécules organiques ••phospholipides ••ADN
••glucides ••stéroïdes ••ARN
Plusieurs gouttelettes lipidiques dans le cytoplasme d’une cellule humaine du cancer du sein.
MET. Cliché pris par le Prof. Marc Thiry.
P001-352-9782100754854.indd 9 18/07/2016 18:26Fiche 1
Les éléments chimiques
Sur la planète Terre, il existe 94 éléments chimiques naturels qui diffèrent entre eux
par le nombre de protons au sein de leur noyau atomique. Ce critère est utilisé dans
le tableau périodique de Mendeleïev pour classer les différents éléments chimiques.
Dans celui-ci, le nombre de protons est appelé numéro atomique (Z) et les éléments
chimiques sont classés par numéro atomique croissant.
La composition élémentaire de la matière vivante est très différente de celle de la
lithosphère et de l’atmosphère. Ainsi, moins de la moitié des 94 éléments chimiques
trouvés sur la planète Terre sont retrouvés chez les organismes vivants.
De plus, la distribution de ces éléments dans les organismes vivants n’est pas nécessai-
rement proportionnelle à leur distribution dans la croûte terrestre. Dans cette dernière,
les quatre éléments les plus abondants sont, dans l’ordre, l’oxygène (O), le silicium (Si),
l’aluminium (Al) et le fer (Fe). Dans les organismes vivants, l’oxygène (O), le carbone
(C), l’hydrogène (H), et l’azote (N) représentent environ 95 % de la masse de la plupart
des cellules. Ainsi, l’oxygène est l’élément chimique le plus abondant dans les deux cas,
mais les trois autres diffèrent.
L’oxygène, le carbone, l’hydrogène et l’azote présentent la propriété de former des
liaisons covalentes entre eux en mettant en commun une paire d’électrons. De plus,
puisque la force d’une liaison covalente est inversement proportionnelle au poids ato-
mique des atomes liés et que ces quatre éléments font partie des plus légers, ils sont
donc capables de former des liaisons covalentes très fortes.
Enfin, le reste de la masse des cellules vivantes est constitué de calcium (Ca), phos-
phore (P), potassium (K), soufre (S), sodium (Na), chlore (Cl), magnésium (Mg) et
d’une dizaine d’autres éléments qui s’y trouvent à l’état de traces. Ces éléments repré-
sentent donc environ 5 % de la masse et sont appelés les oligo-éléments. Chacun de
ceux-ci est toutefois indispensable au bon fonctionnement de l’être vivant.
Fiche 2
Les composés inorganiques et organiques
L’eau et les autres molécules inorganiques
Les molécules inorganiques sont toutes les molécules sans squelette fait d’atomes de car-
bones liés à de l’hydrogène, par exemple le gaz carbonique (CO2), l’eau (H2O)…
La vie est dépendante de l’eau. Toutes les réactions du métabolisme de l’être vivant se
déroulent en milieu aqueux. L’eau est le constituant le plus abondant de la matière vivante.
Elle représente environ 75 % du poids total d’un individu. L’eau est une molécule polaire,
ce qui en fait un bon solvant. Cette propriété est le résultat d’une différence d’électroné-
gativité entre les différents atomes de l’eau. L’électronégativité peut être définie comme
la capacité d’un élément chimique à attirer les électrons d’un autre élément chimique.
Ainsi, puisque l’électronégativité de l’atome d’oxygène (O) est plus haute que celle de
l’hydrogène (H), l’eau présente un dipôle électrique permanent. Cette polarité lui permet
de réaliser des liaisons hydrogène intermoléculaires.
10
P001-352-9782100754854.indd 10 18/07/2016 18:26Les sels minéraux se présentent sous deux formes dans la matière vivante. Ils se
retrouvent d’une part dans la constitution de structures peu ou pas solubles (squelettes,
coquilles et carapaces), mais aussi en solution, dissociés en ions. Dans la cellule, un
Fiches
équilibre finement régulé est maintenu entre les différentes concentrations d’ions. Une
minime variation de la balance ionique peut avoir des effets désastreux sur l’être vivant.
À titre d’exemples, les ions interviennent notamment dans l’excitabilité neuromuscu-
laire, dans les effets osmotiques, comme cofacteurs de certaines protéines, etc.
Les molécules organiques
Un composé chimique est dit organique lorsqu’il possède au moins un atome de carbone
QCM
lié au minimum à un atome d’hydrogène. Les composés organiques présentent une haute
diversité structurelle et fonctionnelle, ainsi qu’une forte stabilité grâce aux propriétés
spécifiques de liaison de l’atome de carbone, sa valence lui permettant notamment de
former quatre liaisons covalentes avec d’autres atomes.
Les composés organiques jouent un rôle important dans les réactions chimiques du vivant.
Vrai ou faux ?
Les biomolécules organiques se classent en quatre grands groupes : glucides, lipides, pro-
téines et acides nucléiques. Certains glucides, les protéines et les acides nucléiques sont
des polymères, c’est-à-dire des molécules constituées d’un grand nombre d’unités structu-
rales identiques ou semblables, les monomères, unis par des liaisons covalentes.
Bien que les classes de polymères diffèrent par la nature de leurs monomères, les
mécanismes chimiques par lesquels les cellules synthétisent ou dégradent les macromo-
lécules sont identiques. Il s’agit respectivement d’une réaction de condensation, dans
laquelle deux monomères se lient par une liaison covalente et libèrent une molécule
Exercices
d’eau, ou d’une réaction d’hydrolyse, lorsqu’ils se scindent en monomères. Ces pro-
cessus se produisent à l’aide d’enzymes, des protéines qui augmentent la vitesse des
réactions chimiques en abaissant leur énergie d’activation.
Fiche 3
Les glucides
Les molécules organiques composées de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, avec un
ratio Hydrogène/Oxygène de deux pour un, sont appelées glucides ou hydrates de car-
bone (Cm(H2O)n avec m ≥ n). Ils sont une source d’énergie métabolique importante pour
1. Unicité chimique du vivant
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
les êtres vivants, l’énergie provenant de l’oxydation du glucose stocké sous forme de
polymères tels que le glycogène chez les animaux ou l’amidon chez les plantes.
Les monosaccharides ou oses
Ce sont des sucres simples non ramifiés dont tous les carbones portent une fonction
alcool (–OH), sauf un qui porte une fonction carbonyle, divisant les oses en aldoses
(fonction aldéhyde) ou cétoses (fonction cétone). On classe également les oses en fonc-
tion du nombre de carbones qu’ils possèdent : trioses, tétroses, pentoses, hexoses et
heptoses. Le glucose (C6H12O6, Figure 1.1) est, par exemple, un aldohexose.
Les oses sont généralement représentés par la projection de Fischer (Figure 1.1). Celle-ci
consiste en une représentation plane d’une molécule tridimensionnelle. Toutes les liaisons
chimiques sont représentées avec des lignes horizontales ou verticales, de telle sorte que la
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P001-352-9782100754854.indd 11 18/07/2016 18:26Vous pouvez aussi lire
