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4.7A : Le noyau et les ribosomes - Biologie


Présent dans les cellules eucaryotes, le noyau contient le matériel génétique qui détermine l'ensemble de la structure et de la fonction de cette cellule.

Objectifs d'apprentissage

  • Expliquer le but du noyau dans les cellules eucaryotes

Points clés

  • Le noyau contient l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines.
  • Présent dans le nucléoplasme, le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes.
  • La chromatine est constituée d'ADN enroulé autour des protéines histones et est stockée dans le nucléoplasme.
  • Les ribosomes sont de grands complexes de protéines et d'acide ribonucléique (ARN) responsables de la synthèse des protéines lorsque l'ADN du noyau est transcrit.

Mots clés

  • histone: l'une quelconque des diverses protéines hydrosolubles simples qui sont riches en acides aminés basiques lysine et arginine et sont complexées avec l'ADN dans les nucléosomes de la chromatine eucaryote
  • nucléole: un corps visible, arrondi, non lié à une membrane dans le noyau d'une cellule
  • chromatine: un complexe d'ADN, d'ARN et de protéines dans le noyau cellulaire à partir duquel les chromosomes se condensent pendant la division cellulaire

Le noyau

L'une des principales différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes est le noyau. Comme discuté précédemment, les cellules procaryotes n'ont pas de noyau organisé tandis que les cellules eucaryotes contiennent des noyaux liés à la membrane (et des organites) qui abritent l'ADN de la cellule et dirigent la synthèse des ribosomes et des protéines.

Le noyau stocke la chromatine (ADN plus protéines) dans une substance semblable à un gel appelée nucléoplasme. Pour comprendre la chromatine, il est utile de considérer d'abord les chromosomes. La chromatine décrit le matériel qui compose les chromosomes, qui sont des structures au sein du noyau qui sont constituées d'ADN, le matériel héréditaire. Vous vous souvenez peut-être que chez les procaryotes, l'ADN est organisé en un seul chromosome circulaire. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures linéaires. Chaque espèce eucaryote a un nombre spécifique de chromosomes dans les noyaux des cellules de son corps. Par exemple, chez l'homme, le nombre de chromosomes est de 46, alors que chez les mouches des fruits, il est de huit. Les chromosomes ne sont visibles et distinguables les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. Afin d'organiser la grande quantité d'ADN dans le noyau, des protéines appelées histones sont attachées aux chromosomes ; l'ADN est enroulé autour de ces histones pour former une structure ressemblant à des perles sur une ficelle. Ces complexes protéine-chromosome sont appelés chromatine.

Le nucléoplasme est également l'endroit où se trouve le nucléole. Le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes. Les ribosomes, de grands complexes de protéines et d'acide ribonucléique (ARN), sont les organites cellulaires responsables de la synthèse des protéines. Ils reçoivent leurs « commandes » pour la synthèse des protéines du noyau où l'ADN est transcrit en ARN messager (ARNm). Cet ARNm se déplace vers les ribosomes, qui traduisent le code fourni par la séquence des bases azotées de l'ARNm en un ordre spécifique d'acides aminés dans une protéine.

Enfin, la frontière du noyau est appelée enveloppe nucléaire. Il se compose de deux bicouches phospholipidiques : une membrane externe et une membrane interne. La membrane nucléaire est continue avec le réticulum endoplasmique, tandis que les pores nucléaires permettent aux substances d'entrer et de sortir du noyau.


4.7A : Le noyau et les ribosomes - Biologie

Présent dans les cellules eucaryotes, le noyau contient le matériel génétique qui détermine l'ensemble de la structure et de la fonction de cette cellule.

Objectifs d'apprentissage

Expliquer le but du noyau dans les cellules eucaryotes

Points clés à retenir

Points clés

  • Le noyau contient l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines.
  • Présent dans le nucléoplasme, le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes.
  • La chromatine est constituée d'ADN enroulé autour des protéines histones et est stockée dans le nucléoplasme.
  • Les ribosomes sont de grands complexes de protéines et d'acide ribonucléique (ARN) responsables de la synthèse des protéines lorsque l'ADN du noyau est transcrit.

Mots clés

  • histone: l'une quelconque des diverses protéines hydrosolubles simples qui sont riches en acides aminés basiques lysine et arginine et sont complexées avec l'ADN dans les nucléosomes de la chromatine eucaryote
  • nucléole: un corps visible, arrondi, non lié à une membrane dans le noyau d'une cellule
  • chromatine: un complexe d'ADN, d'ARN et de protéines dans le noyau cellulaire à partir duquel les chromosomes se condensent pendant la division cellulaire

Le noyau

L'une des principales différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes est le noyau. Comme discuté précédemment, les cellules procaryotes n'ont pas de noyau organisé tandis que les cellules eucaryotes contiennent des noyaux liés à la membrane (et des organites) qui abritent l'ADN de la cellule et dirigent la synthèse des ribosomes et des protéines.

Le noyau stocke la chromatine (ADN plus protéines) dans une substance semblable à un gel appelée nucléoplasme. Pour comprendre la chromatine, il est utile de considérer d'abord les chromosomes. La chromatine décrit le matériel qui compose les chromosomes, qui sont des structures au sein du noyau qui sont constituées d'ADN, le matériel héréditaire. Vous vous souvenez peut-être que chez les procaryotes, l'ADN est organisé en un seul chromosome circulaire. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures linéaires. Chaque espèce eucaryote a un nombre spécifique de chromosomes dans les noyaux des cellules de son corps. Par exemple, chez l'homme, le nombre de chromosomes est de 46, alors que chez les mouches des fruits, il est de huit. Les chromosomes ne sont visibles et distinguables les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. Afin d'organiser la grande quantité d'ADN dans le noyau, des protéines appelées histones sont attachées aux chromosomes. L'ADN est enroulé autour de ces histones pour former une structure ressemblant à des perles sur une ficelle. Ces complexes protéine-chromosome sont appelés chromatine.

L'ADN est très organisé: Cette image montre différents niveaux d'organisation de la chromatine (ADN et protéine). Le long des fils de chromatine, complexes protéine-chromosome déroulés, nous trouvons de l'ADN enroulé autour d'un ensemble de protéines histones.

Le noyau stocke le matériel héréditaire de la cellule: Le noyau est le centre de contrôle de la cellule. Le noyau des cellules vivantes contient le matériel génétique qui détermine toute la structure et la fonction de cette cellule.

Le nucléoplasme est également l'endroit où se trouve le nucléole. Le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes. Les ribosomes, de grands complexes de protéines et d'acide ribonucléique (ARN), sont les organites cellulaires responsables de la synthèse des protéines. Ils reçoivent leurs "ordres" pour la synthèse des protéines du noyau où l'ADN est transcrit en ARN messager (ARNm). Cet ARNm se déplace vers les ribosomes, qui traduisent le code fourni par la séquence des bases azotées de l'ARNm en un ordre spécifique d'acides aminés dans une protéine.

Les ribosomes sont responsables de la synthèse des protéines: Les ribosomes sont constitués d'une grande sous-unité (en haut) et d'une petite sous-unité (en bas). Au cours de la synthèse des protéines, les ribosomes assemblent les acides aminés en protéines.

Enfin, la frontière du noyau est appelée enveloppe nucléaire. Il se compose de deux bicouches phospholipidiques : une membrane externe et une membrane interne. La membrane nucléaire est continue avec le réticulum endoplasmique, tandis que les pores nucléaires permettent aux substances d'entrer et de sortir du noyau.


Deux morceaux font le tout

Il y a deux morceaux ou sous-unités pour chaque ribosome. Chez les eucaryotes, les scientifiques ont identifié les sous-unités 60-S (grande) et 40-S (petite). Même si les ribosomes ont des structures légèrement différentes selon les espèces, leurs zones fonctionnelles sont toutes très similaires.

Par exemple, les procaryotes ont des ribosomes légèrement plus petits que les eucaryotes. Le modèle 60-S/40-S fonctionne bien pour les cellules eucaryotes, tandis que les cellules procaryotes ont des ribosomes constitués de sous-unités 50-S et 30-S. C'est une petite différence, mais l'une des nombreuses que vous trouverez dans les deux types de cellules différents. Les scientifiques ont utilisé cette différence dans la structure des ribosomes pour développer des médicaments capables de tuer les micro-organismes procaryotes qui causent des maladies. Il existe même des différences structurelles entre les ribosomes trouvés dans les mitochondries et les ribosomes libres.


Chromatine

L'enveloppe nucléaire est ponctuée de pores qui contrôlent le passage des ions, des molécules et de l'ARN entre le nucléoplasme et le cytoplasme (Figure 2). Le nucléoplasme est le fluide semi-solide à l'intérieur du noyau, où se trouvent la chromatine et le nucléole.

Vous vous souvenez peut-être que chez les procaryotes, l'ADN est organisé en un seul chromosome circulaire. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures linéaires. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures au sein du noyau qui sont constituées d'ADN, de matériel héréditaire et de protéines. Cette combinaison d'ADN et de protéines est appelée chromatine. Chaque espèce a un nombre spécifique de chromosomes dans le noyau de ses cellules corporelles. Par exemple, chez l'homme, le nombre de chromosomes est de 46, alors que chez les mouches des fruits, le nombre de chromosomes est de huit.

figure 3 Cette image montre des chromosomes appariés. Chaque paire de chromosomes est représentée dans une couleur différente. En réalité, les chromosomes ne sont pas colorés et semblent généralement grisâtres. (Crédit : modification du travail par les données de la barre d'échelle du NIH de Matt Russell)

Les chromosomes ne sont visibles et distinguables les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. Lorsque la cellule est dans les phases de croissance et d'entretien de son cycle de vie, les chromosomes ressemblent à un tas de fils enroulés et enchevêtrés. Ces complexes protéine-chromosome déroulés sont appelés chromatine (Figure 4) La chromatine décrit le matériel qui constitue les chromosomes à la fois lorsqu'ils sont condensés et décondensés.

Figure 4 Cette image montre différents niveaux d'organisation de la chromatine (ADN et protéine).


Variantes d'histones

  • Nous avons des gènes pour 8 variétés différentes d'histone 1 (H1). La variété trouvée sur un lieur particulier dépend de facteurs tels que
    • le type de cellule,
    • où il se trouve dans le cycle cellulaire, et
    • son stade de différenciation.
    • H3 est remplacé par CENP-A ("centromère protéine A") au niveau des nucléosomes à proximité des centromères. Le fait de ne pas remplacer CENP-A par H3 dans ces régions bloque la structure et la fonction du centromère.
    • H2A est remplacé par la variante H2A.Z au niveau des promoteurs et des amplificateurs de gènes.
    • Toutes les histones "standard" sont remplacées par des variantes au fur et à mesure du développement des spermatozoïdes.

    En général, les histones "standard" sont incorporées dans les nucléosomes au fur et à mesure que le nouvel ADN est synthétisé pendant la phase S du cycle cellulaire. Plus tard, certaines sont remplacées par des histones variantes selon les conditions de la cellule.


    4.7A : Le noyau et les ribosomes - Biologie

    Les ribosomes sont comme de minuscules usines dans la cellule. Ils fabriquent des protéines qui remplissent toutes sortes de fonctions pour le fonctionnement de la cellule.

    Où se trouvent les ribosomes à l'intérieur de la cellule ?

    Les ribosomes sont soit situés dans le liquide à l'intérieur de la cellule appelé cytoplasme, soit attachés à la membrane. Ils peuvent être trouvés dans les cellules procaryotes (bactéries) et eucaryotes (animaux et plantes).

    Les ribosomes sont un type d'organite. Les organites sont des structures qui remplissent des fonctions spécifiques pour la cellule. Le travail du ribosome est de fabriquer des protéines. D'autres organites incluent le noyau et les mitochondries.

    • Grande sous-unité - La grande sous-unité contient le site où de nouvelles liaisons sont créées lors de la création de protéines. On l'appelle le "60S" dans les cellules eucaryotes et le "50S" dans les cellules procaryotes.
    • Petite sous-unité - La petite sous-unité n'est vraiment pas si petite, juste un peu plus petite que la grande sous-unité. Il est responsable de la circulation de l'information lors de la synthèse des protéines. On l'appelle le "40S" dans les cellules eucaryotes et le "50S" dans les cellules procaryotes.

    Le travail principal du ribosome est de fabriquer des protéines pour la cellule. Il peut y avoir des centaines de protéines à fabriquer pour la cellule, donc le ribosome a besoin d'instructions spécifiques sur la façon de fabriquer chaque protéine. Ces instructions proviennent du noyau sous forme d'ARN messager. L'ARN messager contient des codes spécifiques qui agissent comme une recette pour dire au ribosome comment fabriquer la protéine.

    Il y a deux étapes principales dans la fabrication des protéines : la transcription et la traduction. Le ribosome fait l'étape de traduction. Vous pouvez aller ici pour en savoir plus sur les protéines.


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    Origine du noyau et transport dépendant de Ran pour sauvegarder la biogenèse du ribosome dans une cellule chimérique

    Fond: L'origine du noyau est un problème central concernant l'origine des eucaryotes. L'ascendance commune des complexes de pores nucléaires (NPC) et des complexes de revêtement des vésicules indique que le noyau a évolué via la modification d'un système endomembranaire préexistant. Un tel scénario autogène est réalisable biologiquement cellulaire, mais on ne sait pas quels étaient les mécanismes sélectifs ou neutres qui avaient conduit à l'origine du compartiment nucléaire.

    Résultats: Une force sélective clé au cours de l'origine autogène du noyau aurait pu être la nécessité de séparer les usines de ribosomes du cytoplasme où les protéines ribosomiques (RP) du protomitochondrium ont été synthétisées. Après son absorption par une cellule anucléaire, le protomitochondrium a transféré plusieurs de ses gènes RP au génome de l'hôte. Les RP alphaprotéobactériennes et les ribosomes hôtes de type archaebactérie ont donc été synthétisés dans le même cytoplasme. Cela aurait pu conduire à la formation de ribosomes chimériques. Je propose que le noyau ait évolué lorsque la cellule hôte a compartimenté ses usines de ribosomes et le génome étroitement lié pour réduire le chimérisme des ribosomes. Cela a été réalisé par étapes successives en faisant d'abord évoluer le chaperonage dépendant de la karyophérine et du RanGTP des RP, suivi de l'évolution d'un réseau membranaire pour servir de barrière de diffusion, et enfin d'un tamis d'hydrogel pour assurer une perméabilité sélective au niveau des pores nucléaires. Des simulations informatiques montrent qu'une ségrégation progressive du cytoplasme et du nucléoplasme via ces étapes peut progressivement réduire le chimérisme des ribosomes.

    Conclusion: Le chimérisme des ribosomes peut fournir un lien direct entre les forces sélectives et les mécanismes de l'évolution du transport et de la compartimentation nucléaires. Le scénario moléculaire détaillé présenté ici apporte une solution à l'évolution progressive de la compartimentation nucléaire à partir d'un stade anucléaire.

    Réviseurs : Cet article a été révisé par Eugene V Koonin, Martijn Huynen, Anthony M. Poole et Patrick Forterre.


    4.7A : Le noyau et les ribosomes - Biologie

    Le noyau est peut-être la structure la plus importante à l'intérieur des cellules animales et végétales. C'est le principal centre de contrôle de la cellule et agit un peu comme le cerveau de la cellule. Seules les cellules eucaryotes ont un noyau. En fait, la définition d'une cellule eucaryote est qu'elle contient un noyau alors qu'une cellule procaryote est définie comme n'ayant pas de noyau.

    Le noyau est un organite à l'intérieur de la cellule. Cela signifie qu'il a une fonction spéciale et qu'il est entouré d'une membrane qui le protège du reste de la cellule. Il flotte dans le cytoplasme (le fluide à l'intérieur de la cellule).

    Combien y a-t-il de noyaux dans une cellule ?

    La plupart des cellules n'ont qu'un seul noyau. Ce serait déroutant s'il y avait deux cerveaux ! Cependant, certaines cellules se développent avec plus d'un noyau. Ce n'est pas courant, mais cela arrive.

    • Enveloppe nucléaire - L'enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes distinctes : la membrane externe et la membrane interne. L'enveloppe protège le noyau du reste du cytoplasme dans la cellule et empêche les molécules spéciales à l'intérieur du noyau de sortir.
    • Nucléole - Le nucléole est une grande structure dans le noyau qui fabrique principalement des ribosomes et de l'ARN.
    • Nucléoplasme - Le nucléoplasme est le liquide qui remplit l'intérieur du noyau.
    • Chromatine - La chromatine est composée de protéines et d'ADN. Ils s'organisent en chromosomes avant la division cellulaire.
    • Pore ​​- Les pores sont de petits canaux à travers l'enveloppe nucléaire. Ils permettent le passage de molécules plus petites, telles que les molécules d'ARN messager, mais gardent les molécules d'ADN plus grosses à l'intérieur du noyau.
    • Ribosome - Les ribosomes sont fabriqués à l'intérieur du nucléole puis envoyés à l'extérieur du noyau pour fabriquer des protéines.

    La fonction la plus importante du noyau est de stocker l'information génétique de la cellule sous forme d'ADN. L'ADN contient les instructions sur le fonctionnement de la cellule. ADN signifie acide désoxyribonucléique. Les molécules d'ADN sont organisées en structures spéciales appelées chromosomes. Les sections d'ADN sont appelées gènes et contiennent des informations héréditaires telles que la couleur et la taille des yeux. Vous pouvez aller ici pour en savoir plus sur l'ADN et les chromosomes.


    Noyau - Définition, structure, fonctions et diagramme

    La structure d'un noyau englobe la membrane nucléaire, le nucléoplasme, les chromosomes et le nucléole.

    Membrane nucléaire

    • La membrane nucléaire est une structure à double couche qui renferme le contenu du noyau. La couche externe de la membrane est reliée au réticulum endoplasmique.
    • Comme la membrane cellulaire, l'enveloppe nucléaire est constituée de phospholipides qui forment une bicouche lipidique.
    • L'enveloppe aide à maintenir la forme du noyau et aide à réguler le flux de molécules entrant et sortant du noyau à travers les pores nucléaires. Le noyau communique avec le reste de la cellule ou le cytoplasme à travers plusieurs ouvertures appelées pores nucléaires.
    • Ces pores nucléaires sont les sites d'échange de grosses molécules (protéines et ARN) entre le noyau et le cytoplasme.
    • Un espace rempli de fluide ou espace périnucléaire est présent entre les deux couches d'une membrane nucléaire.

    Nucléoplasme

    • Le nucléoplasme est la substance gélatineuse contenue dans l'enveloppe nucléaire.
    • Aussi appelé caryoplasme, ce matériau semi-aqueux est similaire au cytoplasme et est composé principalement d'eau avec des sels dissous, des enzymes et des molécules organiques en suspension à l'intérieur.
    • Le nucléole et les chromosomes sont entourés de nucléoplasme, qui a pour fonction d'amortir et de protéger le contenu du noyau.
    • Le nucléoplasme soutient également le noyau en aidant à maintenir sa forme. De plus, le nucléoplasme fournit un milieu par lequel des matériaux, tels que des enzymes et des nucléotides (sous-unités d'ADN et d'ARN), peuvent être transportés à travers le noyau. Les substances sont échangées entre le cytoplasme et le nucléoplasme à travers les pores nucléaires.
    • Le noyau contient une structure dense sans membrane composée d'ARN et de protéines appelées nucléole.
    • Certains des organismes eucaryotes ont un noyau qui contient jusqu'à quatre nucléoles.
    • Le nucléole contient des organisateurs nucléolaires, qui font partie des chromosomes sur lesquels se trouvent les gènes de synthèse des ribosomes. Le nucléole aide à synthétiser les ribosomes en transcrivant et en assemblant des sous-unités d'ARN ribosomique. Ces sous-unités se rejoignent pour former un ribosome lors de la synthèse des protéines.
    • Le nucléole disparaît lorsqu'une cellule subit une division et se reforme une fois la division cellulaire terminée.
    • Le noyau est l'organite qui abrite les chromosomes.
    • Les chromosomes sont constitués d'ADN, qui contient des informations sur l'hérédité et des instructions pour la croissance, le développement et la reproduction des cellules.
    • Les chromosomes sont présents sous la forme de chaînes d'ADN et d'histones (molécules de protéines) appelées chromatine.
    • Lorsqu'une cellule est au repos, c'est-à-dire qu'elle ne se divise pas, les chromosomes sont organisés en de longues structures enchevêtrées appelées chromatine.
    • La chromatine est en outre classée en hétérochromatine et euchromatine en fonction des fonctions. Le premier type est une forme hautement condensée, transcriptionnellement inactive, principalement présente à côté de la membrane nucléaire. D'autre part, l'euchromatine est une organisation délicate et moins condensée de la chromatine, que l'on trouve en abondance dans une cellule de transcription.

    Outre le nucléole, le noyau contient un certain nombre d'autres corps non délimités par la membrane. Ceux-ci comprennent les corps de Cajal, les Gémeaux des corps enroulés, l'association polymorphe des caryosomes interphasiques (PIKA), les corps de la leucémie promyélocytaire (LMP), les paraspecches et les taches d'épissage.