Karamö, le prof virtuelLeçon 9 sur 49
Le réticulum endoplasmique
Je sais décrire le réticulum endoplasmique, distinguer ses deux formes et expliquer, à partir d'expériences, le trajet des protéines sécrétées dans la cellule.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire la structure du réticulum endoplasmique et sa continuité avec l'enveloppe du noyau
- Distinguer le réticulum granuleux et le réticulum lisse par leur aspect et leurs fonctions
- Expliquer le trajet d'une protéine sécrétée : REG, appareil de Golgi, vésicules, exocytose
- Interpréter une expérience de marquage radioactif de type « pulse-chasse »
Avant de commencer : Les leçons sur la synthèse des protéines et les ribosomes ; la structure de la cellule (membranes, noyau, organites).
1Je découvre
Au lycée de Mamou, Kadiatou regarde avec sa classe une photographie prise au microscope électronique : une cellule du pancréas. Le professeur explique que cette cellule fabrique des enzymes digestives, qu'elle déverse ensuite dans l'intestin pour digérer le riz, le fonio ou l'arachide que nous mangeons.
Sur la photo, presque tout le cytoplasme est rempli d'un réseau de membranes empilées, couvertes de petits points noirs. Plus près du bord de la cellule, on voit des sacs aplatis, puis de grosses sphères sombres.
« Ce réseau de membranes, c'est le réticulum endoplasmique, dit le professeur. Les points noirs sont des ribosomes. » Kadiatou se demande : pourquoi les ribosomes de cette cellule sont-ils collés à des membranes ? Et comment les enzymes fabriquées au cœur de la cellule arrivent-elles jusqu'à l'extérieur ?
Qu'est-ce que le réticulum endoplasmique, et quel rôle joue-t-il dans la fabrication et l'acheminement des protéines ?
2Je comprends
1. Structure du réticulum endoplasmique
Le réticulum endoplasmique (RE) est un réseau de membranes qui s'étend dans tout le cytoplasme des cellules eucaryotes (il n'existe pas chez les bactéries). Il est formé de saccules aplatis (citernes) et de tubes reliés entre eux, qui délimitent un espace intérieur, la lumière du réticulum, séparé du cytosol.
La membrane du réticulum est en continuité avec l'enveloppe nucléaire : l'espace entre les deux membranes de l'enveloppe du noyau communique avec la lumière du réticulum.
On distingue deux formes de réticulum, qui communiquent entre elles.
2. Le réticulum endoplasmique granuleux (REG)
Le REG (ou réticulum rugueux) porte des ribosomes fixés sur la face de sa membrane tournée vers le cytosol, ce qui lui donne un aspect granuleux. Il est formé surtout de saccules aplatis et empilés.
Ses fonctions :
- synthèse des protéines destinées à être sécrétées, à être placées dans la membrane plasmique ou à rejoindre certains organites (comme les lysosomes). Au fur et à mesure de leur fabrication, ces protéines passent à travers la membrane et se retrouvent dans la lumière du REG ;
- repliement des protéines dans leur forme correcte et début de leur maturation : par exemple, fixation de courtes chaînes de sucres (glycosylation) ;
- transport : des morceaux de membrane se détachent en formant des vésicules de transition, qui emportent les protéines vers l'appareil de Golgi.
Le REG est très développé dans les cellules qui sécrètent beaucoup de protéines : cellules du pancréas (enzymes digestives), plasmocytes (anticorps), cellules des glandes salivaires, cellules du foie (protéines du sang).
3. Le réticulum endoplasmique lisse (REL)
Le REL ne porte pas de ribosomes ; il est formé surtout de tubes. Ses fonctions varient selon les cellules :
- synthèse des lipides : phospholipides des membranes, et hormones stéroïdes (hormones sexuelles fabriquées par les testicules et les ovaires, hormones de la glande surrénale) ;
- détoxication dans les cellules du foie : il transforme certains médicaments, l'alcool et d'autres substances toxiques pour faciliter leur élimination ;
- participation à la libération du glucose à partir du glycogène dans le foie ;
- stockage du calcium : dans les fibres musculaires, un réticulum lisse très développé, le réticulum sarcoplasmique, libère le calcium qui déclenche la contraction.
- Ribosomes fixés sur la membrane
- Surtout des saccules aplatis
- Synthèse des protéines sécrétées et membranaires
- Repliement et début de maturation des protéines
- Abondant dans les cellules sécrétrices de protéines
- Pas de ribosomes
- Surtout des tubes
- Synthèse des lipides et des hormones stéroïdes
- Détoxication (foie), stockage du calcium (muscle)
- Abondant dans le foie, les glandes à stéroïdes, le muscle
4. Le trajet d'une protéine sécrétée
Une protéine destinée à être sécrétée suit un trajet précis, le long d'un véritable « circuit de production » de la cellule.
- 1Ribosome fixé sur le REG : la protéine est fabriquée et entre dans la lumière du réticulum
- 2REG : repliement et début de maturation (ajout de sucres)
- 3Vésicules de transition : transport du REG vers l'appareil de Golgi
- 4Appareil de Golgi : maturation finale, tri et concentration des protéines
- 5Vésicules (grains) de sécrétion : stockage près de la membrane plasmique
- 6Exocytose : la vésicule fusionne avec la membrane et libère la protéine à l'extérieur
L'exocytose peut se produire en continu, ou seulement quand la cellule reçoit un signal (par exemple l'arrivée d'aliments dans l'intestin, qui stimule le pancréas).
5. La preuve expérimentale : l'expérience « pulse-chasse »
Dans les années 1960, l'équipe de George Palade a suivi le trajet des protéines dans des cellules du pancréas grâce à un acide aminé radioactif, la leucine marquée.
- Pulse (impulsion) : on fournit la leucine radioactive pendant quelques minutes seulement. Elle est incorporée dans les protéines fabriquées à ce moment-là.
- Chasse : on remplace la leucine radioactive par de la leucine normale. Les nouvelles protéines ne sont plus marquées ; on ne suit donc que la « vague » de protéines marquées pendant le pulse.
- On observe les cellules par autoradiographie à différents moments.
Résultats (valeurs arrondies) : juste après le pulse, la radioactivité est dans le REG ; une vingtaine de minutes plus tard, elle est surtout dans l'appareil de Golgi ; au bout d'environ une heure ou plus, elle est dans les grains de sécrétion, puis on la retrouve à l'extérieur de la cellule.
Méthode
Pour analyser une expérience de marquage radioactif :
- Je dis ce qui est marqué et pourquoi (un acide aminé marque les protéines, l'uridine l'ARN, la thymidine l'ADN).
- Je décris, pour chaque moment, où se trouve la majorité de la radioactivité (avec les chiffres).
- Je relie les compartiments dans l'ordre chronologique : la radioactivité quitte l'un pour arriver dans le suivant.
- Je conclus : le lieu de synthèse est le premier compartiment marqué ; le trajet est l'ordre d'apparition.
Exemple
Dans une cellule du pancréas, après un pulse de leucine radioactive, on note où se trouve la radioactivité :
à 3 minutes : REG ; à 20 minutes : appareil de Golgi ; à 90 minutes : grains de sécrétion près de la membrane.
Interpréter.
La leucine est un acide aminé : elle marque les protéines fabriquées pendant le pulse.
À 3 minutes, les protéines marquées sont dans le REG : elles y ont été fabriquées, par les ribosomes fixés sur sa membrane.
À 20 minutes, elles sont dans l'appareil de Golgi : elles y ont été transportées depuis le REG (par des vésicules).
À 90 minutes, elles sont dans les grains de sécrétion : elles ont quitté le Golgi et attendent l'exocytose.
Trajet : REG, puis Golgi, puis grains de sécrétion, puis extérieur de la cellule.
Exemple
Une cellule du foie d'une personne qui prend un médicament pendant plusieurs semaines présente un REL beaucoup plus développé qu'avant le traitement. Proposer une explication.
Le REL des cellules du foie assure la détoxication : il transforme les médicaments et les substances toxiques pour qu'ils soient éliminés.
Face à une quantité importante et répétée de médicament, la cellule augmente la surface de son REL, ce qui augmente sa capacité de transformation.
C'est une adaptation de la cellule à son activité.
3Je retiens
Je retiens
Le réticulum endoplasmique est un réseau de membranes (saccules et tubes) des cellules eucaryotes, en continuité avec l'enveloppe nucléaire ; il délimite une lumière.
REG : porte des ribosomes ; fabrique les protéines sécrétées, membranaires et lysosomiales ; les replie et commence leur maturation.
REL : sans ribosomes ; synthèse des lipides et des hormones stéroïdes, détoxication (foie), stockage du calcium (muscle).
Trajet d'une protéine sécrétée : ribosome du REG, lumière du REG, vésicules de transition, appareil de Golgi, grains de sécrétion, exocytose.
L'expérience « pulse-chasse » (leucine radioactive) montre ce trajet par l'ordre d'apparition de la radioactivité.
4Erreurs fréquentes
- Dire que le REL fabrique des protéines : il n'a pas de ribosomes ; il fabrique surtout des lipides.
- Oublier l'appareil de Golgi dans le trajet des protéines sécrétées : les protéines ne passent pas directement du REG à la membrane.
- Confondre « pulse » et « chasse » : le pulse marque les protéines pendant un temps court ; la chasse permet de suivre ce lot sans en marquer de nouvelles.
- Placer le réticulum chez les bactéries : c'est un organite des cellules eucaryotes.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Décris la structure du réticulum endoplasmique.
b) Donne deux différences de structure et deux différences de fonction entre le REG et le REL.
c) Définis l'exocytose.
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a) Le réticulum endoplasmique est un réseau de membranes formé de saccules aplatis et de tubes reliés entre eux, qui délimitent une cavité, la lumière. Il s'étend dans tout le cytoplasme et est en continuité avec l'enveloppe nucléaire.
b) Structure : le REG porte des ribosomes et est surtout formé de saccules ; le REL n'a pas de ribosomes et est surtout formé de tubes. Fonction : le REG fabrique les protéines sécrétées et membranaires ; le REL fabrique des lipides (dont les hormones stéroïdes) et assure la détoxication dans le foie.
c) L'exocytose est la libération du contenu d'une vésicule hors de la cellule, par fusion de la membrane de la vésicule avec la membrane plasmique.
2Exercice 2
Remets dans l'ordre le trajet d'une enzyme digestive fabriquée par une cellule du pancréas : A. appareil de Golgi ; B. lumière du REG ; C. exocytose ; D. ribosome fixé sur le REG ; E. grain de sécrétion ; F. vésicule de transition.
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D, B, F, A, E, C.
3Exercice 3
Pour chaque cellule, dis quelle forme de réticulum sera la plus développée et justifie :
a) un plasmocyte, qui produit des anticorps (protéines) déversés dans le sang ;
b) une cellule du testicule qui fabrique la testostérone (hormone stéroïde) ;
c) une fibre musculaire.
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a) Plasmocyte : le REG, car il fabrique en grande quantité des protéines sécrétées (les anticorps).
b) Cellule du testicule : le REL, car il fabrique les hormones stéroïdes comme la testostérone.
c) Fibre musculaire : le réticulum lisse (réticulum sarcoplasmique), qui stocke et libère le calcium nécessaire à la contraction.
4Exercice 4
On compare deux cellules au microscope électronique. La cellule X possède un REG très abondant et de nombreux grains de sécrétion. La cellule Y possède surtout des ribosomes libres, peu de réticulum et pas de grains de sécrétion. Laquelle de ces cellules sécrète des protéines ? Justifie.
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C'est la cellule X. Un REG abondant indique une forte production de protéines destinées à sortir de la cellule, et les grains de sécrétion sont les vésicules qui les stockent avant l'exocytose. La cellule Y fabrique surtout des protéines qui restent dans son cytoplasme (ribosomes libres).
5Exercice 5
(Type BAC) On fournit à des cellules du pancréas de la leucine radioactive pendant 3 minutes, puis de la leucine non radioactive. On mesure le pourcentage de la radioactivité totale dans trois compartiments.
| Temps (min) | 3 | 10 | 20 | 40 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|
| REG (%) | 85 | 45 | 15 | 8 | 5 |
| Appareil de Golgi (%) | 10 | 45 | 70 | 42 | 10 |
| Grains de sécrétion (%) | 5 | 10 | 15 | 50 | 85 |
a) Pourquoi utilise-t-on de la leucine radioactive ? Pourquoi la remplace-t-on par de la leucine non radioactive ?
b) Décris l'évolution de la radioactivité dans chaque compartiment.
c) Déduis-en le lieu de synthèse et le trajet des protéines sécrétées.
d) Construis un schéma fonctionnel de la cellule montrant ce trajet (décris-le en légende).
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a) La leucine est un acide aminé : sa radioactivité permet de repérer les protéines fabriquées pendant les 3 minutes du pulse. On la remplace ensuite par de la leucine normale (chasse) pour ne plus marquer de nouvelles protéines et suivre uniquement le lot marqué.
b) Le REG contient 85 % de la radioactivité à 3 minutes, puis de moins en moins (5 % à 90 minutes). L'appareil de Golgi passe de 10 % à un maximum de 70 % à 20 minutes, puis diminue (10 % à 90 minutes). Les grains de sécrétion passent de 5 % à 85 % à 90 minutes.
c) Les protéines sont fabriquées dans le REG (premier compartiment marqué). Elles passent ensuite dans l'appareil de Golgi (maximum à 20 minutes), puis dans les grains de sécrétion (maximum à 90 minutes), avant d'être libérées par exocytose. Trajet : REG → Golgi → grains de sécrétion → extérieur.
d) Le schéma montre le noyau, le REG avec ses ribosomes, des vésicules de transition allant vers l'appareil de Golgi, des grains de sécrétion se détachant du Golgi et une vésicule fusionnant avec la membrane plasmique ; des flèches relient ces éléments dans cet ordre.
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6Je vérifie
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