Biologie cellulaire : questions d’entraînement avec explications

1Ce qu’est une cellule

La cellule est la plus petite unité du vivant. La théorie cellulaire dit que tous les êtres vivants sont faits de cellules, et que chaque cellule provient d’une cellule préexistante.

Il existe deux grands types :

• Les cellules procaryotes, comme les bactéries, sont petites et simples. Leur ADN est libre dans la cellule ; elles n’ont ni noyau ni autres organites entourés d’une membrane.
• Les cellules eucaryotes, comme celles des animaux, des plantes et des champignons, sont plus grandes. Leur ADN est conservé dans un noyau, et elles ont de nombreux organites : de petits compartiments ayant chacun leur fonction.

Les cellules végétales ont trois éléments qui manquent aux cellules animales : une paroi cellulaire de cellulose, des chloroplastes pour la photosynthèse et une grande vacuole centrale.

Imaginez une cellule eucaryote comme une usine. Le noyau est le bureau où se trouvent les plans, les ribosomes sont les machines, les mitochondries sont la centrale électrique et la membrane est le portail.

2Les organites et la membrane

• 1 Membrane cellulaire : une bicouche de phospholipides avec des protéines. Elle contrôle ce qui entre et sort.
• 2 Noyau : contient l’ADN. Le nucléole qu’il renferme fabrique les ribosomes.
• 3 Réticulum endoplasmique rugueux : un réseau de membranes couvert de ribosomes, qui fabriquent les protéines. Le réticulum lisse, sans ribosomes, fabrique les lipides.
• 4 Appareil de Golgi : modifie, trie et emballe les protéines dans des vésicules.
• 5 Mitochondrie : produit la plupart de l’ATP de la cellule, sa monnaie énergétique, par respiration aérobie.
• 6 Lysosome : dégrade avec des enzymes les éléments usés et les matières englobées.

Les substances traversent la membrane de différentes manières :

• Diffusion : les particules vont des fortes vers les faibles concentrations, sans énergie. Les petites molécules apolaires comme O₂ et CO₂ traversent ainsi.
• Osmose : l’eau traverse la membrane vers le côté qui contient le plus de particules dissoutes.
• Diffusion facilitée : diffusion à travers un canal ou une protéine de transport, toujours sans énergie. Le glucose entre ainsi dans la plupart des cellules.
• Transport actif : une pompe utilise de l’ATP pour déplacer des substances contre leur gradient, comme la pompe sodium–potassium.

3ADN, protéines et division cellulaire

L’ADN est une double hélice de deux brins de nucléotides. Chaque nucléotide comprend un sucre (le désoxyribose), un phosphate et l’une des quatre bases. Les bases s’apparient : A avec T, et C avec G.

Avant qu’une cellule se divise, elle copie son ADN. La réplication est semi-conservative : chaque nouvelle double hélice a un brin ancien et un brin nouveau.

Un gène devient une protéine en deux étapes :

1. La transcription dans le noyau : l’ARN polymérase copie le gène en ARNm. L’ARN contient de l’uracile (U) à la place de la thymine.
2. La traduction au niveau d’un ribosome : chaque groupe de trois bases d’ARNm, un codon, code pour un acide aminé. L’ARNt apporte les acides aminés, et la chaîne se replie en protéine.

Les cellules se divisent de deux manières :

• Mitose : une cellule donne deux cellules génétiquement identiques avec le jeu complet de chromosomes (46 chez l’humain). Utilisée pour la croissance et la réparation.
• Méiose : une cellule diploïde donne quatre cellules haploïdes génétiquement différentes, avec la moitié des chromosomes (23). Utilisée pour produire les ovules et les spermatozoïdes. Le crossing-over et l’assortiment indépendant créent la variation.

Les phases de la mitose sont la prophase, la métaphase, l’anaphase (les chromatides sont séparées) et la télophase, suivies de la cytocinèse.

4La méthode pas à pas

La plupart des questions testent l’un de ces quatre thèmes : la structure, le transport, le flux d’information (ADN → ARN → protéine) ou la division.

1. Trouvez le thème de la question et le mot clé : un organite, un type de transport, une enzyme, une phase.
2. Rappelez-vous la fonction qui lui correspond, en une phrase.
3. Pour un processus, suivez les étapes dans l’ordre : où il commence, quelles structures il traverse, où il se termine.
4. Pour un cas, demandez-vous ce qui change : quelle structure ou quelle étape est défaillante, et ce qui en découle.
5. Éliminez les options qui confondent des termes proches : mitose et méiose, transcription et traduction, diffusion et transport actif.

5Un exemple détaillé

Suivez chaque étape. Essayez de deviner la suivante avant de l’ouvrir.

6Erreurs fréquentes

• Confondre mitose et méiose. Mitose : 2 cellules diploïdes identiques. Méiose : 4 cellules haploïdes différentes.
• Confondre transcription (ADN → ARNm, dans le noyau) et traduction (ARNm → protéine, au ribosome).
• Penser que les procaryotes n’ont pas d’ADN. Ils ont de l’ADN, mais pas de noyau.
• Penser que l’osmose déplace le soluté. L’osmose est le mouvement de l’eau.
• Qualifier d’active la diffusion facilitée. Elle utilise une protéine mais pas d’énergie, et suit le gradient.
• Apparier A avec U dans l’ADN. Dans l’ADN, A s’apparie avec T ; U n’apparaît que dans l’ARN.

7À quoi ressemblent les questions d’examen

• Facile : termes clés et faits. La fonction d’un organite, l’appariement des bases, ce qu’est la diffusion ou la mitose, cellules végétales et animales.
• Moyen : application des concepts. L’osmose dans une solution donnée, les phases de la mitose et de la méiose, codons et mutations, glycolyse et respiration.
• Difficile : cas et analyse. Expériences classiques (Meselson–Stahl, Hershey–Chase), maladies expliquées au niveau cellulaire, signalisation cellulaire, cycle cellulaire et cancer.

Dans une question de cas, nommez la structure ou le processus qui tombe d’abord en panne. La bonne option est la conséquence directe de cette défaillance.