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Vidéo de la leçon : Le Noyau Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la structure du noyau dans une cellule eucaryote et à rappeler la structure et la fonction de la chromatine et des chromosomes.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la structure du noyau dans une cellule eucaryote. Nous explorerons également la structure et la fonction de la chromatine et des chromosomes, alors plongeons nous dans le monde passionnant du noyau.

Si vous avez déjà examiné des cellules de pelure d’oignon au microscope, vous avez alors probablement vu quelque chose de semblable. Ici, nous pouvons voir toutes les cellules individuelles qui composent la pelure d’oignon, et le petit point que nous pouvons voir à l’intérieur de chaque cellule est le noyau. Mais qu'est-ce que c'est en réalité? Le noyau est un organite délimité par une membrane qui contient le matériel génétique d’un organisme, son ADN. Rappelez-vous qu’un organite n’est qu’une structure subcellulaire qui remplit une fonction particulière. Le noyau de chaque cellule humaine contient un amas de deux mètres d’ADN étroitement compacté et organisé. Si nous prenions tous les brins d’ADN de toutes vos cellules et les mettions bout en bout, il mesurerait 6,2 milliards de kilomètres. C’est plus de 41 fois la distance entre la Terre et le Soleil.

Maintenant, regardons de plus près les cellules. Toutes les cellules ont au moins une membrane cellulaire et un peu de cytoplasme, mais toutes les cellules ne possèdent pas de noyau, par exemple les bactéries. Nous pouvons utiliser ces informations pour séparer les organismes vivants en deux groupes. Les cellules qui contiennent un noyau et d'autres organites liés à une membrane sont appelées cellules eucaryotes, et celles qui n'en contiennent pas sont appelées cellules procaryotes. Puisque cette vidéo est consacrée au noyau, nous allons nous concentrer sur les cellules eucaryotes. Le cytoplasme d’une cellule eucaryote est un liquide gélatineux contenant de l’eau, des sels dissous et d’autres molécules organiques. Il abrite également plusieurs organites et autres structures, par exemple les mitochondries, qui produisent de l'énergie, les ribosomes, qui sont responsables de la synthèse des protéines, et les chloroplastes, qui sont le siège de la photosynthèse chez les plantes.

Les eucaryotes sont des organismes comme nous, les êtres humains, qui sommes principalement constitués de cellules eucaryotes. En fait, tout organisme multicellulaire connu est eucaryote, qu’il s’agisse d’un végétal, d’un animal ou d’un champignon. Bien que certains eucaryotes soient unicellulaires, par exemple, les amibes et les levures. Voyons maintenant le noyau plus en détail.

Le noyau est un organite sphérique qui contient le matériel génétique d’une cellule eucaryote. Comme vous pouvez le voir dans ce schéma, il s’agit généralement du plus gros organite d’une cellule animale. Si nous parlons de plus d’un noyau, nous les appelons des noyaux, au pluriel. Lorsque nous examinons des cellules au microscope, nous pouvons colorer les noyaux afin qu’ils soient plus faciles à identifier. Si nous observons les cellules de pelure d’oignon comme celles que nous avons vues au début de la vidéo, la seule raison pour laquelle les noyaux sont visibles est qu’ils ont été colorés à l’iode, ce qui leur donne une couleur orange-brun. Le noyau a une structure intérieure complexe. Il est entouré d’une double membrane appelée enveloppe nucléaire, qui est généralement en continuité avec un autre organite appelé réticulum endoplasmique.

L’enveloppe nucléaire est responsable de la séparation du contenu du noyau du reste de la cellule, protégeant ainsi l’ADN des réactions qui peuvent se produire dans le cytoplasme cellulaire. C'est ce qu'on appelle la compartimentation, et elle se produit dans tous les organites qui ont des membranes. L’enveloppe nucléaire contient de minuscules ouvertures appelées pores nucléaires à travers lesquelles de petites substances peuvent passer entre le noyau et le cytoplasme, mais pas les molécules plus grosses. Par exemple, alors que les molécules d’ADN sont trop grandes pour passer à travers les pores nucléaires et restent donc dans le noyau, les molécules d’ARNm sont plus petites. Ils peuvent ainsi se déplacer à travers les pores nucléaires vers les ribosomes situés dans le cytoplasme pour effectuer la synthèse des protéines.

Utilisons une analogie pour mieux comprendre le rôle de l’enveloppe nucléaire. Imaginez que le noyau soit une bibliothèque scolaire contenant de grandes quantités d’informations dans des livres ou, dans le cas du noyau, du matériel génétique. Les portes de la bibliothèque représentent les pores nucléaires présents dans l’enveloppe nucléaire. Alors que les petits objets comme les livres peuvent entrer et sortir de la bibliothèque par les portes, les objets plus gros comme les étagères peuvent être plus difficiles à entrer et sortir.

Dans le noyau se trouve une substance semblable à un gel appelée nucléoplasme. Les réactions chimiques qui se produisent dans le nucléoplasme sont séparées du cytoplasme, ou compartimentées, par l’enveloppe nucléaire. Remarquez comment les mots cytoplasme et nucléoplasme ont le même suffixe « -plasme ». En effet, le cytoplasme est la partie liquide de la cellule et le nucléoplasme est la partie liquide du noyau. Le nucléoplasme contient de l’ADN sous forme de chromatine ainsi que de nombreuses autres substances, notamment des nucléotides et des enzymes, qui sont utilisées dans la réplication de l’ADN. Si vous n'êtes pas sûr de ce que nous entendons par le terme chromatine, ne vous inquiétez pas car nous y reviendrons un peu plus tard dans la vidéo.

La dernière structure que nous allons examiner, qui se trouve également dans le nucléoplasme, est le nucléole. Le nucléole est l’endroit où les ribosomes sont produits à partir de protéines et d’ARN. Comme le nucléole est très dense, il est généralement facile à repérer sur une image au microscope. Les ribosomes se composent d’une grande sous-unité et d’une petite sous-unité. Ces sous-unités sortent du noyau par des pores nucléaires et s’assemblent pour former un ribosome lorsque la synthèse des protéines doit être effectuée. Comme nous pouvons le voir sur notre schéma de cellules, de nombreux ribosomes restent libres dans le cytoplasme, mais certains peuvent également se fixer au réticulum endoplasmique rugueux. Les molécules d’ARNm, qui se déplacent également à travers les pores nucléaires, se lient ensuite aux ribosomes lorsque des protéines spécifiques doivent être fabriquées. Ceci démontre le rôle important que jouent les ribosomes dans la synthèse des protéines.

Maintenant que nous avons examiné la structure du noyau, vous vous demandez peut-être ce qui le rend si spécial pour que presque toutes les cellules d’un organisme complexe en nécessitent un pour fonctionner efficacement. Pour répondre à cette question, nous devons connaître le précieux matériel génétique que le noyau est là pour protéger : l’ADN.

L’ADN est une molécule spécialisée qui est généralement double brin et a une forme hélicoïdale. Chaque molécule d’ADN contient de nombreux gènes. Vous vous rappelez peut-être qu’un gène est un segment d’ADN qui code souvent pour une protéine spécifique essentielle aux activités de la cellule. Nous avons déjà mentionné que l’ADN d’une seule cellule humaine s’étend sur deux mètres de long. Alors, comment tout cet ADN rentre-t-il dans une cellule si petite qu’elle ne peut pas être vue à l’œil nu? La réponse est qu’il est très bien compacté. L’ADN eucaryote est enroulé autour de protéines spécialisées appelées histones, qui à leur tour s’enroulent pour former une fibre de chromatine. La fibre de chromatine s’enroule et se condense pour former un chromosome, situé dans le noyau. Ce processus de compactage de l’ADN c’est un peu comme plier vos vêtements afin que vous puissiez tous les ranger dans votre valise lorsque vous partez en vacances.

Découvrons-en un peu plus sur les chromosomes. Un chromosome est une molécule unique d’ADN et ses protéines associées, qui contient du matériel génétique sous forme de gènes. Nous pensons souvent que les chromosomes ont une forme en X, mais il est important de noter que la plupart du temps, en réalité ce n’est pas le cas. Voici à quoi ressemble un chromosome unique non dupliqué.

Au cours de la division cellulaire, l’ADN est dupliqué. Le chromosome dupliqué est toujours appelé chromosome, mais il se compose maintenant de deux chromatides sœurs, qui sont réunies au niveau du centromère. C’est pourquoi un chromosome dupliqué ressemble à un X lorsque nous l’examinons au microscope. Même si un chromosome non dupliqué ressemble à une chromatide, il serait incorrect de l'appeler ainsi car il ne devient une chromatide que pendant la division cellulaire lorsqu'il fait partie d'un chromosome dupliqué. Les chromosomes changent de structure et d’apparence en fonction de l’étape du cycle cellulaire dans laquelle se trouve une cellule donnée.

Une cellule a un cycle de vie appelé cycle cellulaire, qui peut être divisé en une phase de croissance I, qui est l’abréviation de interphase, et une phase de division M, où une cellule se divise soit par mitose, soit par méiose. La mitose produit des cellules filles génétiquement identiques. C'est la façon dont un organisme se développe et dont les cellules sont remplacées si elles sont endommagées. La méiose, quant à elle, produit des cellules reproductrices génétiquement uniques, appelées gamètes. Les gamètes contiennent la moitié du matériel génétique d'une cellule somatique et sont nécessaires à la reproduction sexuée. Il s'agit de la fusion d'un gamète avec un autre gamète du sexe biologique opposé, et le matériel génétique des parents est transmis à la progéniture.

Une cellule typique passe la majeure partie de sa vie au stade de l'interphase, où elle se prépare à subir la division cellulaire. Pendant la première partie de l’interphase, la cellule se développe. Ensuite, le matériel génétique de chaque chromosome de la cellule est copié exactement par réplication de l’ADN. Ainsi, les nouvelles cellules filles auront exactement le même ADN que la cellule mère d’origine. Une fois la réplication de l’ADN terminée, la cellule se développe à nouveau et se prépare à la division cellulaire par mitose ou par méiose. Voici un schéma de quelques cellules typiques en microscope optique. Pour pouvoir copier l'ADN pendant l'interphase, il ne peut pas être sous la forme condensée d'un chromosome. Donc, au microscope optique, nous ne pourrions distinguer aucune structure spécifique. En revanche, lors de la phase de division cellulaire de la mitose ou de la méiose, les chromosomes se condensent et sont désormais visibles.

Rappelez-vous que l’ADN est dupliqué à ce stade, les chromosomes ont donc une forme en X car ils sont chacun constitués de deux chromatides. Si nous zoomions sur l’un de ces chromosomes, cela ressemblerait à ceci, deux chromatides sœurs maintenues ensemble par une séquence d’ADN spécialisée appelée centromère. C’est le centromère qui permet à la cellule de contrôler la distribution de l’ADN pendant la division cellulaire afin que les deux cellules filles reçoivent la même quantité d’ADN.

Dans la plupart des organismes eucaryotes multicellulaires, le noyau se décompose avant la division cellulaire, ne laissant qu’un groupe de fibres spécialisées appelées fuseau mitotique. Ces fibres du fuseau s'attachent aux centromères pendant la division cellulaire pour attirer un nombre égal de chromatides à chaque extrémité de la cellule. Une fois que la cellule s'est divisée en deux, un nouveau noyau se forme autour des chromosomes dans chacune des nouvelles cellules filles.

Maintenant que nous avons tout appris sur la structure du noyau et sur la fonction de la chromatine et des chromosomes, essayons de répondre à quelques questions pratiques.

Le schéma fourni est un dessin d’une cellule eucaryote. Quelle structure est indiquée par Y?

Cette question nous présente un schéma d’une cellule eucaryote. Les cellules eucaryotes contiennent un noyau et d’autres organites délimités par une membrane. Nous pouvons voir que notre structure mystérieuse Y est située à l’intérieur d’une structure circulaire plus grande entourée de replis membranaires. Cette structure plus grande est le noyau, et les replis membranaires constituent le réticulum endoplasmique rugueux, le réticulum endoplasmique lisse et l’appareil de Golgi. Pour déterminer ce que représente Y, passons en revue les structures du noyau.

Le noyau abrite toute l’information génétique nécessaire à la production de protéines et à d’autres processus vitaux. L’information génétique est stockée dans une longue molécule appelée ADN, qui est enroulée dans la chromatine afin qu’elle puisse tenir dans le noyau. Comme nous pouvons le voir, la chromatine est représentée sous forme de longs brins minces et n’est donc pas notre structure mystérieuse. Le noyau est entouré par l’enveloppe nucléaire, qui contient des pores nucléaires qui permettent aux petites molécules comme l’ARNm d’y entrer et d’en sortir. L’enveloppe nucléaire est directement en contact avec le réticulum endoplasmique rugueux et n’est donc pas non plus la structure Y.

Le dernier composant du noyau est une grande structure dense appelée nucléole. Le nucléole est le siège de la synthèse des ribosomes. Vous vous souvenez peut-être que les ribosomes sont les organites responsables de la synthèse des protéines. Nous avons donc résolu le mystère et déduit que la structure Y est le nucléole.

Essayons de répondre ensemble à une deuxième question pratique.

Comment les substances passent-elles entre l’intérieur du noyau et le cytoplasme cellulaire environnant? (A) à travers les pores nucléaires, (B) par des brèches de l’enveloppe nucléaire, (C) à travers les stomates nucléaires, ou (D) via les tissus de transport nucléaire.

Le noyau est un organite délimité par une membrane qui contient la majorité du matériel génétique d’une cellule eucaryote sous forme d’ADN. Sa fonction est de protéger l’ADN des réactions qui se produisent dans le cytoplasme, et cela à l’aide de sa membrane, appelée enveloppe nucléaire. Cependant, certains matériaux doivent passer entre le noyau et le cytoplasme afin de donner à la cellule des instructions essentielles. Alors, comment cela se passe-t-il? L’enveloppe nucléaire contient de petites ouvertures appelées pores nucléaires, que certaines molécules peuvent traverser. Les chromosomes ne peuvent pas passer à travers les pores nucléaires car ils sont trop gros. Les molécules d’ARNm, en revanche, sont beaucoup plus petites et peuvent donc passer facilement.

Grâce aux pores nucléaires, l’ARNm peut passer du noyau au cytoplasme où il peut s’associer à un ribosome, et ensemble, ils peuvent effectuer la synthèse des protéines. Nous avons donc déterminé que la bonne réponse est la (A): les substances passent entre l’intérieur du noyau et le cytoplasme cellulaire environnant par les pores nucléaires.

Récapitulons quelques-uns des points essentiels sur le noyau que nous avons abordés dans cette vidéo. Le noyau est un organite délimité par une membrane qui contient l’ADN d’un organisme. Contrairement aux cellules procaryotes, les cellules eucaryotes contiennent un noyau et d’autres organites délimités par une membrane. Le noyau est entouré d’une enveloppe nucléaire contenant des pores nucléaires. Le nucléoplasme est la partie liquide du noyau, qui contient le nucléole et l’ADN sous forme de chromatine. Les cellules ont un cycle de vie appelé cycle cellulaire. Et enfin, lors de la division cellulaire, les chromosomes sont dupliqués et ont par conséquent une structure en forme de X constituée de deux chromatides sœurs.

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