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Ribosomes et ADN dans le chloroplaste

Ribosomes et ADN dans le chloroplaste



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Existe-t-il plusieurs copies d'ADN circulaire et lié à la membrane ribosomes DANS CHLOROPLAST ? Y a-t-il des polysomes ?


Le chloroplaste, possédant de multiples copies circulaires de son chromosome et de ses propres gènes d'ARNt et de ribosome, ressemble davantage aux systèmes bactériens dont il est issu. Voir le commentaire de @A.Kennard

Les polysomes trouvés dans les bactéries sont fréquemment des ARNm uniques auxquels sont attachés plusieurs ribosomes. Cet article montre que des polysomes chloroplastiques ont été observés au milieu des années 1960 par sédimentation centrifuge.


Chloroplaste

Le chloroplaste, que l'on ne trouve que dans les cellules des algues et des plantes, est un organite cellulaire qui produit de l'énergie par photosynthèse. Le mot chloroplaste vient du grec khloros, signifiant "vert", et plastes, signifiant « formé ». Il a une forte concentration de chlorophylle, la molécule qui capte l'énergie lumineuse, ce qui donne à de nombreuses plantes et algues une couleur verte. Comme la mitochondrie, on pense que le chloroplaste a évolué à partir de bactéries autrefois libres.


Quel organite de cellule végétale contient son propre ADN et ses propres ribosomes ?

Chloroplastes et mitochondries partager beaucoup en commun. Les deux organites ont deux couches de membranes – appelées membranes externe et interne. Les chloroplastes et les mitochondries ont également leurs propres copies de ADN, qui sont indépendants des noyaux cellulaires. Il existe des spécialistes ribosomes à l'intérieur des chloroplastes et des mitochondries pour fabriquer des protéines uniquement pour ces organites. Les scientifiques pensent que les chloroplastes et les mitochondries sont dérivés des bactéries qui ont été englouties par les premiers ancêtres des cellules eucaryotes d'aujourd'hui. Cette théorie est appelée la théorie endosymbiotique.

[Dans cette figure] Le chloroplaste et son emplacement relatif à l'intérieur des cellules végétales.

[Dans cette figure] A gauche : la structure de la mitochondrie montrant de nombreux replis des membranes et de l'ADNmt. A droite : une mitochondrie entourée de RE rugueux sous un microscope électronique à transmission.


Ribosomes et ADN dans le chloroplaste - Biologie

Les chloroplaste a son propre ADN qui code pour les protéines redox impliquées dans . Mesure directe du taux de transfert de chloroplaste ADN dans le noyau" .
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Discute de l'évolution des mitochondries et chloroplastes chez les eucaryotes. . Il n'y a pas d'histones associées à la ADN. . Les Chloroplaste Génome.
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Même si chloroplaste ADN (ADNcp) est, en général, hautement conservé à la fois dans . le taux peut également être trouvé pour chloroplaste ADN le transfert reste à déterminer. .
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UN BALAYAGE SÉLECTIF À S. LATIFOLIA ET S. DIOICA CHLOROPLAST ADN . Ainsi, en utilisant uniquement chloroplaste ADN à des fins phylogénétiques et phylogéographiques.
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Les chloroplaste ADN de Chlamydomonas reinhardtii de type sauvage a été isolé dans un . SAGER R, ISHIDA M. CHLOROPLAST ADN A CHLAMYDOMONAS. .
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Ce processus est effectué dans des organites spécialisés appelés chloroplastes. . (ADN), le stroma contient chloroplaste ADN ainsi que des ribosomes et des ARN spéciaux. .
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ADN transfert à partir de chloroplaste au noyau est beaucoup plus rare dans. Chlamydomonas que . De plus, nous n'avons pas pu détecter chloroplaste ADN-des séquences dérivées parmi .
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intact ADN molécules de chloroplastes, à quoi ressembleraient ces molécules ? . histoire de la recherche sur chloroplaste ADN (ADNcp) pour élucider pourquoi il a fallu plus de .
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Environ 500 à 10 000 exemplaires de ces chloroplaste ADN des cercles sont présents par cellule. . Depuis chloroplaste ADN est petit, il a été caractérisé dans de nombreuses plantes .
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La présence de chloroplaste ADN a été créé en 1963. . chloroplaste ADN a été largement analysé et le nucléotide complet .
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Pour éviter cela, certaines plantes GM ont des ADN inséré dans le chloroplaste. . Mesure directe du taux de transfert de chloroplaste ADN dans le noyau.
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Chloroplastes contenir plusieurs copies d'un ADN molécule (le plastome) qui . notre compréhension actuelle de chloroplaste ADN réplication et examiner le courant.
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Chloroplaste ADN a été obtenu à partir de plantes F1 d'un certain nombre de croisements dans lesquels L. . C'est une preuve concluante que chloroplaste ADN est hérité de manière maternelle. .
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Bibliothèque de mutants photosynthétiques (PML). PML est une bibliothèque de mutants de maïs induits par transposon, ADN échantillons et les données phénotypiques, disponibles pour l'étude de chloroplaste .
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Biologie4Kids.com ! Le site web qui enseigne les bases de la biologie et des sciences de la vie à tous ! . Ce processus se déroule dans le chloroplaste. .
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La forme ellipsoïde chloroplaste est enfermé dans une double membrane et la zone . (ADN), le stroma contient chloroplaste ADN ainsi que des ribosomes et des ARN spéciaux. .
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Le Cytosquelette

Si vous deviez retirer tous les organites d'une cellule, la membrane plasmique et le cytoplasme seraient-ils les seuls composants restants ? Non. Dans le cytoplasme, il y aurait toujours des ions et des molécules organiques, ainsi qu'un réseau de fibres protéiques qui aide à maintenir la forme de la cellule, fixe certains organites dans des positions spécifiques, permet au cytoplasme et aux vésicules de se déplacer à l'intérieur de la cellule, et permet les organismes unicellulaires se déplacent de façon autonome. Collectivement, ce réseau de fibres protéiques est connu sous le nom de cytosquelette. Il existe trois types de fibres dans le cytosquelette : les microfilaments, également appelés filaments d'actine, les filaments intermédiaires et les microtubules (Figure (PageIndex<3>)).

Figure (PageIndex<3>) : des microfilaments, des filaments intermédiaires et des microtubules composent un cytosquelette cellulaire.

Les microfilaments sont les plus minces des fibres cytosquelettiques et fonctionnent dans le déplacement des composants cellulaires, par exemple, pendant la division cellulaire. Ils maintiennent également la structure des microvillosités, le repliement étendu de la membrane plasmique que l'on trouve dans les cellules dédiées à l'absorption. Ces composants sont également courants dans les cellules musculaires et sont responsables de la contraction des cellules musculaires. Les filaments intermédiaires ont un diamètre intermédiaire et ont des fonctions structurelles, telles que le maintien de la forme de la cellule et l'ancrage des organites. La kératine, le composé qui renforce les cheveux et les ongles, forme un type de filament intermédiaire. Les microtubules sont les plus épaisses des fibres du cytosquelette. Ce sont des tubes creux qui peuvent se dissoudre et se reformer rapidement. Les microtubules guident le mouvement des organites et sont les structures qui attirent les chromosomes vers leurs pôles pendant la division cellulaire. Ils sont également les composants structurels des flagelles et des cils. Dans les cils et les flagelles, les microtubules sont organisés en un cercle de neuf microtubules doubles à l'extérieur et de deux microtubules au centre.

Le centrosome est une région proche du noyau des cellules animales qui fonctionne comme un centre d'organisation des microtubules. Il contient une paire de centrioles, deux structures perpendiculaires l'une à l'autre. Chaque centriole est un cylindre de neuf triplets de microtubules.

Le centrosome se réplique avant qu'une cellule ne se divise, et les centrioles jouent un rôle en tirant les chromosomes dupliqués vers les extrémités opposées de la cellule en division. Cependant, la fonction exacte des centrioles dans la division cellulaire n'est pas claire, car les cellules dont les centrioles ont été retirés peuvent toujours se diviser et les cellules végétales, qui manquent de centrioles, sont capables de division cellulaire.

Flagelles et Cils

Les flagelles (singulier = flagelle) sont de longues structures ressemblant à des cheveux qui s'étendent de la membrane plasmique et sont utilisées pour déplacer une cellule entière (par exemple, le sperme, Euglena). Lorsqu'elle est présente, la cellule n'a qu'un seul flagelle ou quelques flagelles. Cependant, lorsque des cils (singulier = cil) sont présents, ils sont nombreux et s'étendent sur toute la surface de la membrane plasmique. Ce sont des structures courtes ressemblant à des cheveux qui sont utilisées pour déplacer des cellules entières (comme la paramécie) ou déplacer des substances le long de la surface externe de la cellule (par exemple, les cils des cellules tapissant les trompes de Fallope qui déplacent l'ovule vers l'utérus, ou les cils tapissant les cellules des voies respiratoires qui déplacent les particules vers la gorge que le mucus a piégées).


Les effets à plusieurs niveaux de la lumière sur la dynamique des ribosomes dans les chloroplastes programment des changements de traduction à l'échelle du génome et spécifiques à psbA

Les plantes et les algues s'adaptent aux conditions lumineuses fluctuantes pour optimiser la photosynthèse, minimiser les dommages photo et prioriser les investissements énergétiques. Les changements dans la traduction des ARNm des chloroplastes sont connus pour contribuer à ces adaptations, mais la portée et l'ampleur de ces réponses ne sont pas claires. Pour clarifier la phénoménologie, nous avons utilisé le profilage des ribosomes pour analyser la traduction des chloroplastes dans les semis de maïs à la suite de passages de l'obscurité à la lumière et de la lumière à l'obscurité. Les résultats ont résolu plusieurs niveaux de régulation. (i) L'ARNm psbA présente un gain spectaculaire de ribosomes en quelques minutes après le passage des plantes à la lumière et revient à une faible occupation des ribosomes en une heure dans l'obscurité, en corrélation avec la nécessité de remplacer la PsbA endommagée dans le photosystème II. (ii) L'occupation des ribosomes sur tous les autres ARNm des chloroplastes reste similaire à celle de midi même après 12 heures dans l'obscurité. (iii) L'analyse de la dynamique des ribosomes en présence de lincomycine a révélé une diminution globale du taux d'allongement de la traduction peu de temps après le passage des plantes à l'obscurité. La pause des ribosomes chloroplastiques sur des sites spécifiques a très peu changé au cours de ces régimes de décalage de la lumière. Une analyse similaire mais moins complète chez Arabidopsis a donné des résultats similaires à l'exception d'une tendance à la réduction de l'occupation des ribosomes à la fin de la nuit. Nos résultats montrent que tous les ARNm des chloroplastes, à l'exception de psbA, conservent une occupation des ribosomes similaire à la suite de changements de lumière à court terme, mais sont néanmoins traduits à des taux plus élevés à la lumière en raison d'une augmentation du taux d'élongation à l'échelle du plastome. Un recrutement induit par la lumière de ribosomes à l'ARNm de psbA se superpose à cette réponse globale, produisant une augmentation rapide et massive de la synthèse de PsbA. Ces résultats mettent en évidence la réponse traductionnelle unique de la psbA dans les chloroplastes matures, clarifient les étapes de la traduction de la psbA qui sont régulées par la lumière dans le contexte de la réparation du photosystème II et fournissent une base sur laquelle explorer les mécanismes sous-jacents aux effets spécifiques et globaux de la lumière. sur la traduction des chloroplastes.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.

Les figures

Fig 1. Comparaison à l'échelle du génome de l'occupation des ribosomes…

Fig 1. Comparaison à l'échelle du génome de l'occupation des ribosomes sur les ARNm des chloroplastes de maïs après lumière-à-obscurité et sombre-à-clair…

Fig 2. Empreinte du ribosome et abondance d'ARN…

Fig 2. Empreinte du ribosome et abondance d'ARN pour les gènes chloroplastiques suite à des changements de lumière à l'aube…

Fig 3. Les analyses des polysomes appuient les conclusions de…

Fig 3. Les analyses de polysomes appuient les conclusions de Ribo-seq.

Lysats de feuilles préparés à partir de plantes cultivées comme…

Fig 4. Distribution des empreintes de ribosomes le long…

Fig 4. Distribution des empreintes de ribosomes le long des ORF chloroplastiques dans la lumière et l'obscurité.

Fig 5. Évolution dans le temps des changements dans…

Fig 5. Évolution dans le temps des changements de psbA occupation des ribosomes et synthèse des protéines après lumière…

100 kDa sont probablement les produits du gène nucléaire PEP Carboxylase et PPDK.

Fig 6. Évolution dans le temps de la clairance des ribosomes…

Fig 6. Évolution dans le temps de la clairance des ribosomes après un traitement à la lincomycine à la lumière contre foncé.

Fig 7. Capture de ribosomes sur des sites ressemblant à…

Fig 7. Capture du ribosome sur des sites ressemblant à des régions d'initiation de la traduction après un traitement à la lincomycine.

Fig 8. Occupation des ribosomes chloroplastiques et protéines…

Fig 8. Occupation des ribosomes chloroplastiques et synthèse des protéines chez Arabidopsis suite à des changements clair-à-sombre et sombre-à-clair.


L'hydrolyse de l'ATP et un gradient H + sont utilisés pour stimuler l'importation de protéines dans les mitochondries

Le transport directionnel nécessite de l'énergie. Dans la plupart des systèmes biologiques, l'énergie est fournie par l'hydrolyse de l'ATP. L'importation de protéines mitochondriales est alimentée par l'hydrolyse de l'ATP sur deux sites discrets, l'un à l'extérieur des mitochondries et l'autre dans la matrice (Figure 12-27). De plus, une autre source d'énergie est requise : un gradient électrochimique H+ à travers la membrane mitochondriale interne.

12-27

Le rôle de l'énergie dans l'importation de protéines dans la matrice mitochondriale. (1) lié hsp70 cytosolique est libéré de la protéine dans une étape qui dépend de l'hydrolyse de l'ATP. Après insertion initiale de la séquence signal et des portions adjacentes du polypeptide (suite. )

Le premier besoin en énergie se produit au stade initial du processus de translocation, lorsque la protéine précurseur dépliée, associée aux protéines chaperonnes, interagit avec les récepteurs d'import mitochondriaux. Comme discuté au chapitre 6, la libération de polypeptides nouvellement synthétisés de la famille hsp70 de protéines chaperons nécessite l'hydrolyse de l'ATP. Expérimentalement, l'exigence de hsp70 et d'ATP dans le cytosol peut être contournée si la protéine précurseur est artificiellement dépliée avant de l'ajouter aux mitochondries purifiées.

Une fois que la séquence signal a traversé le complexe TOM et s'est liée à l'un ou l'autre des complexes TIM, une translocation supplémentaire à travers le TIM nécessite un gradient électrochimique H + à travers la membrane interne. Le gradient électrochimique est maintenu par le pompage de H + de la matrice vers l'espace intermembranaire, entraîné par des processus de transport d'électrons dans la membrane interne. En revanche, la membrane mitochondriale externe, comme celle des bactéries à Gram négatif (voir Figure 11-17), contient une protéine porogène appelée porine et est donc librement perméable aux ions inorganiques et aux métabolites (mais pas à la plupart des protéines), donc que les gradients d'ions ne peuvent pas être maintenus à travers elle. L'énergie du gradient électrochimique H + à travers la membrane interne n'est pas seulement utilisée pour aider à piloter la plupart de la synthèse d'ATP de la cellule, elle est également utilisée pour piloter la translocation des signaux de ciblage à travers les complexes TIM. Le mécanisme précis par lequel cela se produit n'est pas connu, mais il est possible que les composants électriques du gradient (le potentiel de membrane, voir Figure 14-13) aident à conduire la séquence de signal chargée positivement dans la matrice par électrophorèse.

Les protéines chaperons Hsp70 dans l'espace matriciel ont également un rôle dans le processus de translocation, et elles constituent le troisième point du processus d'importation auquel l'ATP est consommé, comme nous le verrons ensuite.


Biologie 171

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire la structure des cellules eucaryotes
  • Comparer les cellules animales avec les cellules végétales
  • Énoncer le rôle de la membrane plasmique
  • Résumer les fonctions des principaux organites cellulaires

Avez-vous déjà entendu l'expression « la forme suit la fonction ? » C'est une philosophie que de nombreuses industries suivent. En architecture, cela signifie que les bâtiments doivent être construits pour soutenir les activités qui seront menées à l'intérieur de ceux-ci. Par exemple, un gratte-ciel devrait comprendre plusieurs rangées d'ascenseurs. Un hôpital doit avoir sa salle d'urgence facilement accessible.

Notre monde naturel utilise également le principe de la fonction suivant la forme, en particulier en biologie cellulaire, et cela deviendra clair à mesure que nous explorerons les cellules eucaryotes ((Figure)). Contrairement aux cellules procaryotes, les cellules eucaryotes ont : 1) un noyau lié à la membrane 2) de nombreux organites liés à la membrane tels que le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les chloroplastes, les mitochondries et autres et 3) plusieurs chromosomes en forme de bâtonnet. Parce qu'une membrane entoure le noyau de la cellule eucaryote, elle a un "vrai noyau". Le mot «organelle» signifie «petit organe» et, comme nous l'avons déjà mentionné, les organites ont des fonctions cellulaires spécialisées, tout comme les organes de votre corps ont des fonctions spécialisées.

À ce stade, il devrait être clair pour vous que les cellules eucaryotes ont une structure plus complexe que les cellules procaryotes. Les organites permettent de compartimenter différentes fonctions dans différentes zones de la cellule. Avant de passer aux organites, examinons d'abord deux composants importants de la cellule : la membrane plasmique et le cytoplasme.



Si le nucléole n'était pas capable de remplir sa fonction, quels autres organites cellulaires seraient affectés ?

La membrane plasmique

Comme les procaryotes, les cellules eucaryotes ont une membrane plasmique ((Figure)), une bicouche phospholipidique avec des protéines intégrées qui sépare le contenu interne de la cellule de son environnement environnant. Un phospholipide est une molécule lipidique avec deux chaînes d'acides gras et un groupe contenant du phosphate. La membrane plasmique contrôle le passage des molécules organiques, des ions, de l'eau et de l'oxygène dans et hors de la cellule. Les déchets (tels que le dioxyde de carbone et l'ammoniac) quittent également la cellule en passant à travers la membrane plasmique.


Les membranes plasmiques des cellules spécialisées dans l'absorption se replient en projections en forme de doigt que nous appelons microvillosités (singulier = microvillosités) ((Figure)). Ces cellules tapissent généralement l'intestin grêle, l'organe qui absorbe les nutriments des aliments digérés. C'est un excellent exemple de fonction de suivi de forme.
Les personnes atteintes de la maladie cœliaque ont une réponse immunitaire au gluten, qui est une protéine du blé, de l'orge et du seigle. La réponse immunitaire endommage les microvillosités et, par conséquent, les personnes atteintes ne peuvent pas absorber les nutriments. Cela conduit à la malnutrition, des crampes et de la diarrhée. Les patients souffrant de maladie cœliaque doivent suivre un régime sans gluten.


Le cytoplasme

Le cytoplasme est la région entière de la cellule entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire (une structure dont nous parlerons bientôt). Il est composé d'organites en suspension dans le cytosol en forme de gel, le cytosquelette et divers produits chimiques ((Figure)). Même si le cytoplasme se compose de 70 à 80 pour cent d'eau, il a une consistance semi-solide, qui provient des protéines qu'il contient. Cependant, les protéines ne sont pas les seules molécules organiques du cytoplasme. Le glucose et autres sucres simples, les polysaccharides, les acides aminés, les acides nucléiques, les acides gras et les dérivés du glycérol sont également présents. Les ions de sodium, de potassium, de calcium et de nombreux autres éléments se dissolvent également dans le cytoplasme. De nombreuses réactions métaboliques, y compris la synthèse des protéines, ont lieu dans le cytoplasme.

Le noyau

Typiquement, le noyau est l'organite le plus important dans une cellule ((Figure)). Le noyau (pluriel = noyaux) abrite l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines. Regardons-le plus en détail ((Figure)).


L'enveloppe nucléaire

L'enveloppe nucléaire est une structure à double membrane qui constitue la partie la plus externe du noyau ((Figure)). Les membranes interne et externe de l'enveloppe nucléaire sont des bicouches phospholipidiques.

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. Le nucléoplasme est le fluide semi-solide à l'intérieur du noyau, où se trouvent la chromatine et le nucléole.

Chromatine et chromosomes

Pour comprendre la chromatine, il est utile d'explorer d'abord les chromosomes , les 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 le noyau de chaque cellule. 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. Lorsque la cellule est dans les phases de croissance et d'entretien de son cycle de vie, les protéines s'attachent aux chromosomes et elles ressemblent à un tas de fils enroulés et enchevêtrés. Nous appelons ces complexes protéine-chromosome déroulés la chromatine ((Figure)). La chromatine décrit le matériel qui compose les chromosomes à la fois lorsqu'ils sont condensés et décondensés.



Le Nucléole

Nous savons déjà que le noyau dirige la synthèse des ribosomes, mais comment fait-il cela ? Certains chromosomes ont des sections d'ADN qui codent pour l'ARN ribosomique. Une zone de coloration sombre dans le noyau appelée nucléole (pluriel = nucléoles) agrège l'ARN ribosomique avec les protéines associées pour assembler les sous-unités ribosomiques qui sont ensuite transportées à travers les pores de l'enveloppe nucléaire vers le cytoplasme.

Ribosomes

Les ribosomes sont les structures cellulaires responsables de la synthèse des protéines. Lorsque nous les regardons au microscope électronique, les ribosomes apparaissent soit sous forme d'amas (polyribosomes), soit sous forme de petits points uniques qui flottent librement dans le cytoplasme. Ils peuvent être attachés au côté cytoplasmique de la membrane plasmique ou au côté cytoplasmique du réticulum endoplasmique et à la membrane externe de l'enveloppe nucléaire ((Figure)). La microscopie électronique nous montre que les ribosomes, qui sont de gros complexes de protéines et d'ARN, sont constitués de deux sous-unités, une grande et une petite ((Figure)). Les ribosomes reçoivent leurs « commandes » pour la synthèse des protéines du noyau où l'ADN se transcrit en ARN messager (ARNm). L'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 acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines.


Parce que la synthèse des protéines est une fonction essentielle de toutes les cellules (y compris les enzymes, les hormones, les anticorps, les pigments, les composants structurels et les récepteurs de surface), il y a des ribosomes dans pratiquement chaque cellule. Les ribosomes sont particulièrement abondants dans les cellules qui synthétisent de grandes quantités de protéines. Par exemple, le pancréas est responsable de la création de plusieurs enzymes digestives et les cellules qui produisent ces enzymes contiennent de nombreux ribosomes. Ainsi, nous voyons un autre exemple de fonction suivant la forme.

Mitochondries

Les scientifiques appellent souvent les mitochondries (singulier = mitochondrie) les « centrales électriques » ou « usines d'énergie » des cellules, car elles sont responsables de la fabrication de l'adénosine triphosphate (ATP), la principale molécule porteuse d'énergie de la cellule. L'ATP représente l'énergie stockée à court terme de la cellule. La respiration cellulaire est le processus de fabrication de l'ATP en utilisant l'énergie chimique du glucose et d'autres nutriments. Dans les mitochondries, ce processus utilise de l'oxygène et produit du dioxyde de carbone comme déchet. En fait, le dioxyde de carbone que vous expirez à chaque respiration provient des réactions cellulaires qui produisent du dioxyde de carbone comme sous-produit.

En accord avec notre thème de la forme suivant la fonction, il est important de souligner que les cellules musculaires ont une très forte concentration de mitochondries qui produisent de l'ATP. Vos cellules musculaires ont besoin d'une énergie considérable pour maintenir votre corps en mouvement. Lorsque vos cellules ne reçoivent pas assez d'oxygène, elles ne produisent pas beaucoup d'ATP. Au lieu de cela, la production d'acide lactique accompagne la petite quantité d'ATP qu'ils produisent en l'absence d'oxygène.

Les mitochondries sont des organites à double membrane de forme ovale ((Figure)) qui ont leurs propres ribosomes et ADN. Chaque membrane est une bicouche phospholipidique enrobée de protéines. La couche interne a des plis appelés crêtes. Nous appelons la zone entourée par les plis la matrice mitochondriale. Les crêtes et la matrice ont des rôles différents dans la respiration cellulaire.


Peroxysomes

Les peroxysomes sont de petits organites ronds entourés de membranes simples. Ils effectuent des réactions d'oxydation qui décomposent les acides gras et les acides aminés. Ils détoxifient également de nombreux poisons qui peuvent pénétrer dans le corps. (Beaucoup de ces réactions d'oxydation libèrent du peroxyde d'hydrogène, H2O2, ce qui serait dommageable pour les cellules cependant, lorsque ces réactions sont confinées aux peroxysomes, les enzymes décomposent en toute sécurité le H2O2 dans l'oxygène et l'eau.) Par exemple, les peroxysomes dans les cellules du foie détoxifient l'alcool. Les glyoxysomes, qui sont des peroxysomes spécialisés dans les plantes, sont responsables de la conversion des graisses stockées en sucres. Les cellules végétales contiennent de nombreux types différents de peroxysomes qui jouent un rôle dans le métabolisme, la défense contre les agents pathogènes et la réponse au stress, pour n'en citer que quelques-uns.

Vésicules et vacuoles

Les vésicules et les vacuoles sont des sacs liés à la membrane qui fonctionnent dans le stockage et le transport. Outre le fait que les vacuoles sont un peu plus grosses que les vésicules, il existe une distinction très subtile entre elles. Les membranes vésiculaires peuvent fusionner avec la membrane plasmique ou d'autres systèmes membranaires à l'intérieur de la cellule. De plus, certains agents tels que les enzymes dans les vacuoles végétales décomposent les macromolécules. La membrane de la vacuole ne fusionne pas avec les membranes des autres composants cellulaires.

Cellules animales versus cellules végétales

À ce stade, vous savez que chaque cellule eucaryote a une membrane plasmique, un cytoplasme, un noyau, des ribosomes, des mitochondries, des peroxysomes et, dans certaines, des vacuoles, mais il existe des différences frappantes entre les cellules animales et végétales. Alors que les cellules animales et végétales ont des centres d'organisation des microtubules (MTOC), les cellules animales ont également des centrioles associés au MTOC : un complexe que nous appelons le centrosome. Les cellules animales ont chacune un centrosome et des lysosomes alors que la plupart des cellules végétales n'en ont pas. Les cellules végétales ont une paroi cellulaire, des chloroplastes et d'autres plastes spécialisés, et une grande vacuole centrale, contrairement aux cellules animales.

Le Centrosome

Le centrosome est un centre d'organisation des microtubules situé près des noyaux des cellules animales. Il contient une paire de centrioles, deux structures perpendiculaires l'une à l'autre ((Figure)). Chaque centriole est un cylindre de neuf triplets de microtubules.


Le centrosome (l'organite d'où proviennent tous les microtubules) se réplique avant qu'une cellule ne se divise, et les centrioles semblent jouer un rôle en tirant les chromosomes dupliqués vers les extrémités opposées de la cellule en division. Cependant, la fonction exacte des centrioles dans la division cellulaire n'est pas claire, car les cellules dont le centrosome a été retiré peuvent toujours se diviser et les cellules végétales, qui manquent de centrosomes, sont capables de division cellulaire.

Lysosomes

Les cellules animales ont un autre ensemble d'organites que la plupart des cellules végétales n'ont pas : les lysosomes. Les lysosomes sont l'« élimination des déchets » de la cellule. Dans les cellules végétales, les processus digestifs se déroulent dans les vacuoles. Les enzymes des lysosomes aident à décomposer les protéines, les polysaccharides, les lipides, les acides nucléiques et même les organites usés. Ces enzymes sont actives à un pH bien inférieur à celui du cytoplasme. Par conséquent, le pH dans les lysosomes est plus acide que le pH du cytoplasme. De nombreuses réactions qui ont lieu dans le cytoplasme ne pourraient pas se produire à un pH bas, donc encore une fois, l'avantage de compartimenter la cellule eucaryote en organites est évident.

La paroi cellulaire

Si vous examinez (Figure), le diagramme des cellules végétales, vous verrez une structure externe à la membrane plasmique. Il s'agit de la paroi cellulaire, un revêtement rigide qui protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule. Les cellules fongiques et certaines cellules protistes ont également des parois cellulaires. Alors que le composant principal des parois cellulaires procaryotes est le peptidoglycane, la principale molécule organique de la paroi cellulaire de la plante (et de certains protistes) est la cellulose ((Figure)), un polysaccharide composé d'unités de glucose. Avez-vous déjà remarqué que lorsque vous mordez dans un légume cru, comme le céleri, il craque ? C'est parce que vous déchirez les parois cellulaires rigides des cellules de céleri avec vos dents.


Chloroplastes

Comme les mitochondries, les chloroplastes ont leur propre ADN et ribosomes, mais les chloroplastes ont une fonction totalement différente. Les chloroplastes sont des organites de cellules végétales qui effectuent la photosynthèse. La photosynthèse est la série de réactions qui utilisent le dioxyde de carbone, l'eau et l'énergie lumineuse pour produire du glucose et de l'oxygène. C'est une différence majeure entre les plantes et les animaux. Les plantes (autotrophes) sont capables de fabriquer leur propre nourriture, comme les sucres, tandis que les animaux (hétérotrophes) doivent ingérer leur nourriture.

Comme les mitochondries, les chloroplastes ont des membranes externes et internes, mais dans l'espace délimité par la membrane interne d'un chloroplaste se trouve un ensemble de sacs membranaires remplis de fluide interconnectés et empilés que nous appelons thylakoïdes ((Figure)). Chaque pile de thylakoïdes est un granum (pluriel = grana). Nous appelons le fluide enfermé par la membrane interne qui entoure le grana le stroma.


Les chloroplastes contiennent un pigment vert, la chlorophylle, qui capte l'énergie lumineuse qui entraîne les réactions de la photosynthèse. Comme les cellules végétales, les protistes photosynthétiques ont également des chloroplastes. Certaines bactéries effectuent la photosynthèse, mais leur chlorophylle n'est pas reléguée à un organite.

Endosymbiose Nous avons mentionné que les mitochondries et les chloroplastes contiennent de l'ADN et des ribosomes. Vous êtes-vous demandé pourquoi ? Des preuves solides indiquent l'endosymbiose comme explication.

La symbiose est une relation dans laquelle les organismes de deux espèces distinctes dépendent les uns des autres pour leur survie. L'endosymbiose (endo- = « à l'intérieur ») est une relation mutuellement bénéfique dans laquelle un organisme vit à l'intérieur de l'autre. Les relations endosymbiotiques abondent dans la nature. Nous avons déjà mentionné que les microbes qui produisent de la vitamine K vivent à l'intérieur de l'intestin humain. Cette relation est bénéfique pour nous car nous sommes incapables de synthétiser la vitamine K. Elle est également bénéfique pour les microbes car ils sont protégés des autres organismes et du dessèchement, et ils reçoivent une nourriture abondante de l'environnement du gros intestin.

Les scientifiques ont remarqué depuis longtemps que les bactéries, les mitochondries et les chloroplastes sont de taille similaire. Nous savons également que les bactéries ont de l'ADN et des ribosomes, tout comme les mitochondries et les chloroplastes. Les scientifiques pensent que les cellules hôtes et les bactéries ont formé une relation endosymbiotique lorsque les cellules hôtes ont ingéré à la fois des bactéries aérobies et autotrophes (cyanobactéries) mais ne les ont pas détruites. Au cours de plusieurs millions d'années d'évolution, ces bactéries ingérées se sont spécialisées dans leurs fonctions, les bactéries aérobies devenant des mitochondries et les bactéries autotrophes devenant des chloroplastes.

La vacuole centrale

Auparavant, nous avons mentionné les vacuoles comme des composants essentiels des cellules végétales. Si vous regardez (Figure)b, vous verrez que les cellules végétales ont chacune une grande vacuole centrale qui occupe la majeure partie de la zone cellulaire. La vacuole centrale joue un rôle clé dans la régulation de la concentration en eau de la cellule dans des conditions environnementales changeantes. Avez-vous déjà remarqué que si vous oubliez d'arroser une plante pendant quelques jours, elle se fane ? En effet, lorsque la concentration en eau dans le sol devient inférieure à la concentration en eau dans la plante, l'eau sort des vacuoles centrales et du cytoplasme. Au fur et à mesure que la vacuole centrale rétrécit, elle laisse la paroi cellulaire sans support. Cette perte de soutien des parois cellulaires de la plante entraîne un aspect flétri.

La vacuole centrale prend également en charge l'expansion de la cellule. Lorsque la vacuole centrale contient plus d'eau, la cellule devient plus grande sans avoir à investir une énergie considérable dans la synthèse d'un nouveau cytoplasme.

Résumé de la section

Comme une cellule procaryote, une cellule eucaryote a une membrane plasmique, un cytoplasme et des ribosomes, mais une cellule eucaryote est généralement plus grande qu'une cellule procaryote, a un véritable noyau (ce qui signifie qu'une membrane entoure son ADN) et a d'autres organites liés à la membrane qui permettent de compartimenter les fonctions. La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique enrobée de protéines. The nucleus’s nucleolus is the site of ribosome assembly. We find ribosomes either in the cytoplasm or attached to the cytoplasmic side of the plasma membrane or endoplasmic reticulum. They perform protein synthesis. Mitochondria participate in cellular respiration. They are responsible for the majority of ATP produced in the cell. Peroxisomes hydrolyze fatty acids, amino acids, and some toxins. Vesicles and vacuoles are storage and transport compartments. In plant cells, vacuoles also help break down macromolecules.

Animal cells also have a centrosome and lysosomes. The centrosome has two bodies perpendicular to each other, the centrioles, and has an unknown purpose in cell division. Lysosomes are the digestive organelles of animal cells.

Plant cells and plant-like cells each have a cell wall, chloroplasts, and a central vacuole. The plant cell wall, whose primary component is cellulose, protects the cell, provides structural support, and gives the cell shape. Photosynthesis takes place in chloroplasts. The central vacuole can expand without having to produce more cytoplasm.

Art Connections

(Figure) If the nucleolus were not able to carry out its function, what other cellular organelles would be affected?

(Figure) Free ribosomes and rough endoplasmic reticulum (which contains ribosomes) would not be able to form.

Free Response

You already know that ribosomes are abundant in red blood cells. In what other cells of the body would you find them in great abundance? Pourquoi?

Ribosomes are abundant in muscle cells as well because muscle cells are constructed of the proteins made by the ribosomes.

What are the structural and functional similarities and differences between mitochondria and chloroplasts?

Both are similar in that they are enveloped in a double membrane, both have an intermembrane space, and both make ATP. Both mitochondria and chloroplasts have DNA, and mitochondria have inner folds called cristae and a matrix, while chloroplasts have chlorophyll and accessory pigments in the thylakoids that form stacks (grana) and a stroma.

Why are plasma membranes arranged as a bilayer rather than a monolayer?

The plasma membrane is a bilayer because the phospholipids that create it are amphiphilic (hydrophilic head, hydrophobic tail). If the plasma membrane was a monolayer, the hydrophobic tails of the phospholipids would be in direct contact with the inside of the cell. Since the cytoplasm is largely made of water, this interaction would not be stable, and would disrupt the plasma membrane of the cell as the tails were repulsed by the cytoplasm (in water, phospholipids spontaneously form spherical droplets with the hydrophilic heads facing outward to isolate the hydrophobic tails from the water). By having a bilayer, the hydrophilic heads are exposed to the aqueous cytoplasm and extracellular space, while the hydrophobic tails interact with each other in the middle of the membrane.

Glossaire


7.4B: Chloroplasts

  • Contributed by Gary Kaiser
  • Professor (Microbiology) at Community College of Baltimore Country (Cantonsville)
  1. Briefly describe chloroplasts and state their function.
  2. State where in the chloroplasts the pigments and the electron transport chains needed to convert light energy into ATP are located.

Chloroplasts (see Figure (PageIndex<41>)) are disk-shaped structures ranging from 5 to 10 micrometers in length. Like mitochondria, chloroplasts are surrounded by an inner and an outer membrane . The inner membrane encloses a fluid-filled region called the stroma that contains enzymes for the light-independent reactions of photosynthesis. Infolding of this inner membrane forms interconnected stacks of disk-like sacs called thylakoids, often arranged in stacks called grana. The thylakoid membrane, that encloses a fluid-filled thylakoid interior space, contains chlorophyll and other photosynthetic pigments as well as electron transport chains. The light-dependent reactions of photosynthesis occur in the thylakoids. The outer membrane of the chloroplast encloses the intermembrane space between the inner and outer chloroplast membranes (see Figure (PageIndex<41>)).

The thylakoid membranes contain several pigments capable of absorbing visible light. Chlorophyll is the primary pigment of photosynthesis. Chlorophyll absorbs light in the blue and red region of the visible light spectrum and reflects green light. There are two major types of chlorophyll, chlorophyll une that initiates the light-dependent reactions of photosynthesis, and chlorophyll b, an accessory pigment that also participates in photosynthesis. The thylakoid membranes also contain other accessory pigments. Carotenoids are pigments that absorb blue and green light and reflect yellow, orange, or red. Phycocyanins absorb green and yellow light and reflect blue or purple. These accessory pigments absorb light energy and transfer it to chlorophyll.

They are found in plant cells and algae. Like Mitochondria, chloroplasts are surrounded by two membranes. The outer membrane forms the exterior of the organelle while the inner membrane folds to form a system of interconnected disclike sacs called thylakoids. The thylakoids are arranged in stacks called grana. The space enclosed by the inner chloroplast membrane is called the stroma. Chloroplasts replicate giving rise to new chloroplasts as they grow and divide. They also have their own DNA and ribosomes.

The thylakoid membranes contain the pigments chlorophyll and carotenoids, as well as enzymes and the electron transport chains used in photosynthesis (def), a process that converts light energy into the chemical bond energy of carbohydrates. Energy trapped from sunlight by chlorophyll is used to excite electrons in order to produce ATP by photophosphorylation. The light-dependent reactions that trap light energy and produce the ATP and NADPH needed for photosynthesis occur in the thylakoids. The light-independent reactions of photosynthesis use this ATP and NADPH to produce carbohydrates from carbon dioxide and water, a series of reactions that occur in the stroma of the chloroplast.


Conservation and degradation of cytoplasmic and chloroplast ribosomes in Chlamydomonas reinhardtii ☆

Radioactive isotopic labeling experiments have shown that chloroplast 70 s and cytoplasmic 79 s ribosomes as well as their RNA are conserved from generation to generation during vegetative growth of the unicellular green alga, Chlamydomonas reinhardtii.

Under controlled experimental conditions, the total population of vegetative cells of C. reinhardtii in liquid culture could be induced to undergo a synchronous gametogenic cell division, which produced sexually competent gametes. In striking contrast to the vegetative growth, approximately 90% of the preexisting vegetative ribosomes were found to have degraded during this sexual differentiation (16 to 18 hr in duration). The extent of degradation was similar for both the cytoplasmic and chloroplast ribosomes the starting times of these two degradation processes were, however, temporally separated by approximately five hours. Concurrent degradation of both cytoplasmic and chloroplast ribosomal RNA was also demonstrated, although much less degradation of transfer RNA in the 4s region was observed. The DNA synthesis that accompanied the gametogenic cell division utilized exclusively the degraded products of RNA as nucleotide precursors. Other degraded RNA contributed to the enlarged 10% trichloroacetic acid-soluble pool and also was released into the culture medium.


The complete structure of the chloroplast 70S ribosome in complex with translation factor pY

Chloroplasts are cellular organelles of plants and algae that are responsible for energy conversion and carbon fixation by the photosynthetic reaction. As a consequence of their endosymbiotic origin, they still contain their own genome and the machinery for protein biosynthesis. Here, we present the atomic structure of the chloroplast 70S ribosome prepared from spinach leaves and resolved by cryo-EM at 3.4 Å resolution. The complete structure reveals the features of the 4.5S rRNA, which probably evolved by the fragmentation of the 23S rRNA, and all five plastid-specific ribosomal proteins. These proteins, required for proper assembly and function of the chloroplast translation machinery, bind and stabilize rRNA including regions that only exist in the chloroplast ribosome. Furthermore, the structure reveals plastid-specific extensions of ribosomal proteins that extensively remodel the mRNA entry and exit site on the small subunit as well as the polypeptide tunnel exit and the putative binding site of the signal recognition particle on the large subunit. The translation factor pY, involved in light- and temperature-dependent control of protein synthesis, is bound to the mRNA channel of the small subunit and interacts with 16S rRNA nucleotides at the A-site and P-site, where it protects the decoding centre and inhibits translation by preventing tRNA binding. The small subunit is locked by pY in a non-rotated state, in which the intersubunit bridges to the large subunit are stabilized.

Mots clés: chloroplast cryo‐EM pY ribosome translation.

© 2016 The Authors. Published under the terms of the CC BY NC ND 4.0 license.

Les figures

Figure 1. Architecture of the chloroplast 70S…

Figure 1. Architecture of the chloroplast 70S ribosome

Structure of the chloroplast 70S ribosome. 50S…

Structure of the chloroplast 70S ribosome. 50S subunit proteins are in blue, 23S rRNA in cyan, 5S rRNA in green, 4.5S rRNA in red, 30S subunit proteins in gold, 16S rRNA in pale yellow, E‐site tRNA in pink and translation factor pY in green. Plastid‐specific ribosomal proteins cS22, cS23, bTHXc, cL37 and cL38 are shown in red.

Protein and rRNA elements conserved between chloroplast and bacterial 70S ribosome are in blue and grey, respectively. Chloroplast‐specific rRNA elements are shown in purple. Plastid‐specific ribosomal proteins and additional protein extensions are in red and yellow, respectively. Translation factor pY is shown in green. Structural landmarks of the 70S ribosome are indicated.


Voir la vidéo: happy tube-ribosom (Août 2022).