Exercices: Les organites cellulaires

Associer chaque organite à sa fonction de base : mitochondrie, chloroplaste, ribosome, appareil de Golgi, lysosome, réticulum endoplasmique, vacuole et noyau.

Indiquer quels organites et structures sont caractéristiques de la cellule végétale et absents de la cellule animale, et lesquels sont communs aux deux types de cellules.

Classer les organites et structures de la cellule eucaryote en deux groupes : ceux délimités par une membrane et ceux qui en sont dépourvus. Donner au moins deux exemples de chaque groupe.

Dans une coupe de cellule eucaryote animale, on distingue six organites ou structures caractéristiques : 1) mitochondrie, 2) réticulum endoplasmique rugueux, 3) appareil de Golgi, 4) lysosome, 5) noyau et 6) centrosome. Décrire en une phrase la fonction de base de chacun d'eux.

Observer l'image d'une cellule eucaryote végétale en coupe. Identifier les structures signalées par les numéros de 1 à 6 et expliquer, en la comparant à la cellule animale, quel rôle jouent la paroi cellulaire et la grande vacuole dans la forme et la rigidité des cellules végétales.

Localiser dans quel organite ou structure cellulaire se déroule chacun de ces processus et justifier brièvement votre réponse : la respiration aérobie, la photosynthèse, la synthèse des protéines destinées à être sécrétées et la digestion intracellulaire de matériaux vieillis.

Dans une expérience de marquage par pulses (pulse-chase) avec de la leucine tritiée (³H-Leu) dans des cellules bêta pancréatiques qui synthétisent l'insuline, on quantifie la localisation de la radioactivité à 5, 20 et 60 minutes de suivi.

A) Prévoir dans quels organites ou compartiments cellulaires le signal radioactif se concentrera majoritairement à chacun des trois temps, en décrivant les transformations que subit la protéine dans chaque organite.

B) Si, avant d'ajouter le pulse de leucine, on traite les cellules par la bréfeldine A (un médicament qui, en inhibant l'activation d'ARF et la formation des vésicules COP I, bloque le trafic vésiculaire du RER vers le Golgi), prévoir où s'accumulera l'insuline radioactive à 60 minutes et quelle répercussion cela aura sur la glycémie de l'organisme.

C) Vers où se dirigerait l'insuline si une mutation délétait sa séquence signal hydrophobe N-terminale ? Justifier votre réponse.

Considérer deux altérations cellulaires provoquées artificiellement :

1. Une mutation dans les protéines MICOS qui maintiennent la courbure de la membrane mitochondriale interne entraîne la disparition totale des crêtes ; la membrane interne se transforme en une vésicule lisse concentrique à la membrane externe.

2. Une toxine rompt sélectivement la continuité des membranes thylacoïdiennes du chloroplaste, de sorte que leurs composants lipidiques et protéiques se dispersent en lamelles ouvertes qui font communiquer directement la lumière thylacoïdienne avec le stroma.

Prévoir et justifier l'impact de chaque altération sur la synthèse nette d'ATP associée respectivement à la respiration mitochondriale et à la phase photochimique de la photosynthèse. Fonder votre argumentation sur l'hypothèse chimiosmotique de Mitchell, la compartimentation des protons et le rapport surface/volume des membranes énergétiques.

L'analyse morphométrique en microscopie électronique de trois lignées cellulaires humaines inconnues (A, B et C) donne les données suivantes sur le pourcentage du volume cellulaire occupé par chaque organite :

• Type A : Mitochondries : 38 % ; Réticulum endoplasmique lisse : 17 % ; REG : 5 % ; Appareil de Golgi : 2 % ; Granules de sécrétion : < 1 %.

• Type B : Mitochondries : 6 % ; Réticulum endoplasmique lisse : 2 % ; REG : 34 % ; Appareil de Golgi : 20 % ; Granules de sécrétion : 15 %.

• Type C : Mitochondries : 5 % ; Réticulum endoplasmique lisse : 2 % ; REG : 4 % ; Appareil de Golgi : 3 % ; Lysosomes et phagosomes : 26 %.

Attribuer de façon argumentée à chaque type cellulaire l'une des fonctions physiologiques suivantes : contraction mécanique et homéostasie du calcium (fibre musculaire squelettique), sécrétion massive de protéines (cellule acineuse pancréatique) ou destruction de pathogènes phagocytés (macrophage). Justifier chaque attribution en reliant la fonction attribuée à l'abondance des organites correspondants.

Défi du thème. Futur chercheur biomédical, vous devez analyser des échantillons cellulaires réels à partir de micrographies électroniques. Votre objectif est de réaliser une fiche technique comparative qui illustre la diversité cellulaire et la fonction des organites.

1. Recueil de données : Accéder au dépôt scientifique public Cell Image Library (cellimagelibrary.org) et sélectionner deux micrographies avec une échelle graphique visible : une bactérie et une cellule eucaryote (animale ou végétale) dans laquelle les organites se distinguent bien.

2. Mesure et étalonnage : Mesurer à la règle la barre d'échelle et les dimensions cellulaires. À l'aide de la relation $\text{Grossissement} = \frac{\text{Mesure observée}}{\text{Mesure réelle}}$, calculer la taille réelle des deux cellules et de deux organites représentatifs (comme la mitochondrie ou le chloroplaste), en exprimant les valeurs en $\mu\text{m}$ (par ex. $1,5\ \mu\text{m}$).

3. Rapport argumenté : Concevoir un tableau comparatif opposant procaryotes et eucaryotes, en justifiant la fonction des organites mesurés et en expliquant comment ils appuient les postulats modernes de la théorie cellulaire et l'hypothèse endosymbiotique.

Seront évalués :

• La précision dans le calcul des tailles cellulaires réelles et l'usage correct des échelles en $\mu\text{m}$.

• L'identification morphologique et la justification fonctionnelle appropriée des organites.

• La rigueur conceptuelle dans la mise en lien des observations avec la théorie cellulaire et les modèles d'organisation.