Le noyau interphasique
On distingue les eucaryotes, des procaryotes en fonction du noyau. Ces derniers présentent différents aspects au cour de la vie cellulaire.
1/ Le cycle cellulaire:
État haploïde (23 chromosomes) à C = Quantité d'ADN
Pendant la mitose, le noyau a un aspect condensé, prenant fortement les colorants basiques.
A l'interphase, les chromosomes sont "décondensés" et forment la Chromatine, c'est la période la plus active avec:
-G1 La phase de transcription avec la synthèse d'ADN, ARN,...
-S Synthèse d'ADN
-G2 Phase pré-mitotique
- M Division cellulaire
Pour les cellules qui ne se divisent plus, il n'y a pas de phase S, elles vont en phase Go définitivement ou transitoirement. Par exemple: les neurones ou certaines qui sont en attentes de stimulations. Le marquage de l'ADN par la radioactivité (acide animé: thimidine H3 Titrié) se fait pendant la phase S.
2/ Structure générale du noyau observée en phase G1 et G2
Schéma No2
On distingue deux densités différentes:
-Une dense, très colorables, souvent fixée sur l'enveloppe, c'est l'hétérochromatine.
-Une plus claire, au centre, c'est l'euchromatine
Le nucléole est très dense en microscopie électroniques et est riche en protéines plus ou moins grosses. Le nucléoplasme est la phase soluble qui imprègne le nucléole et les deux types de chromatine. Les pores nucléaires représentent le lieu de passage des macromolécules entre le noyau et le cytoplasme.
Observation au microscope électronique à haute résolution:
Schéma No3
Le nucléole est très dense au microscope électronique, il est riche en protéines et est plus ou moins gros. le nucléoplasme est une phase soluble qui imprègne le nucléole et les deux types de chromatine. les ports nucléaires représentent le lieu de passage des macromolécules entre le noyau et le cytoplasme.
no3
Le complexe du pore correspond à 8 sous-unités qui définissent un tunnel. La chromatine est fortement attachée à la lamina et elle ne flotte pas librement dans le nucléoplasme. Le nombre et la densité des pores sont variables d'une cellule à l'autre et est à peu près proportionnelle à l'activité de transcription.
Cas de l'ovocyte de xénope (amphibien):
Nature et composition des pores nucléaires :
digestion enzymatique, deux types de traitement :
- par des protéases : trypsine,...
- par des nucléases: DNases, RNases,...
Le traitement par des protéases ou les nucléases, ont le même effet, il y a disparition de l'anneau qui est digéré. Cela permet de dire qu'il est de nature Ribonucléoprotéique (RNP). Cette observation permet de penser, qu'il y a une association entre les protéines qui forment le complexe et les molécules qui traversent le pore. Lle passage par le port n'est pas un simple passage passif.
La membrane nucléaire est plus ou moins ressemblante à celle du RE, du point de vue pourcentage de protéines et de lipides. L'enveloppe nucléaire est en continuité avec le REG. Quand on localise des enzymes dans le REG, on peut aussi les retrouver dans l'espace périnucléaire, comme la cytochrome 450. C'est un compartiment de stockage, qui n'a pas les mêmes activités enzymatiques que le RE. La concentration en eau du nucléoplasme est inférieure à celle du cytoplasme.
2/Composition chimique :
L'ADN contient des caractères héréditaires et représente une constante de l'espèce point il s'agit d'une molécule longue, bicaténaire, fortement contrainte dans le noyau.
Mesure de la quantité d'ADN dans différentes espèces ( idée d'évolution des espèces avec la quantité d'ADN)
On s'aperçoit que la quantité d'ADN n'a pas de signification génétique pour l'espèce, ce n'est pas la quantité qui compte mais la qualité du contenu.
L'ARN du noyau est très hétérogène et est différent de ceux du cytoplasme. On distingue des précurseurs qui subissent une maturation avant d'aller dans le cytoplasme.
Dans le noyau on trouve :
- les pré-messagers qui sont de grosses molécules à courte durée de vie. 90 % d’entre elles sont dégradées en 10 à 30 minutes dans le noyau. ils ne passeront pas dans le cytoplasme, seuls les 10 % restants y passeront et se sont les ARN messager.
- les pré-ribosomes sont plus gros et seulement 10 % passeront dans le cytoplasme. Leur stockage et leur maturation ont lieu dans le nucléole.
- les ARN associés au nucléole et aux chromosomes, ont un poids moléculaire variant entre 4,5s et 10s. On ne les trouve pas dans le cytoplasme. Leur durée de vie est longue.
- les ARN initiateurs de la réplication de l'ADN sont très petits et sont dégradés après avoir joué leur rôle d'initiation. Leur présence empêche la fermeture des deux chaînes de l'ADN.
Protéines retrouvées dans le noyau :
Les histones:
faire schéme chromato
Les histones H4,la transformation de H3, H2a, H2b ont une affinité forte pour
l'ADN et comportent une partie basique en N terminale. Les histones H1ont une
affinté moindre pour l'ADN et possède une partie basique en C terminale. Dans le
noyau, elles peuvent être phosphorylés ou acétylisées en fonction des régions,
ainsi, l'affinité pour l'ADN augmente ou diminue. Tout cela joue un rôle lors de
la division cellulaire permettant la transformation de la chromatine en
chromosomes.
Les protéines non histones:
Ont été identifiées:
-des protéines de structures associées aux chromosomes et à la chromatine.
-des protéines contractiles types Actine et myosine.
-des protéines de types polymérases et bien d'autres.
3/Organisation moléculaire de la chromatine
A/ donner expérimentale : trois types d'expérience pluridisciplinaires:
a) méthode physique :
La distraction de particules comme les neutrons donne une idée de la forme des molécules dans l'espace et le rayon de giration ( Rayon de la spire élémentaire du solénoïde). la chromatine, comprenant à la fois l'ADN et les histones à un rayon de giration de 5 nanomètres. Les histones seul, ont un rayon de 3 nanomètres, ceci donne un renseignement important sur l'emplacement de l'ADN par rapport aux histones, car dans ce cas, on peut dire que l'ADN est en dehors des histones et que du coup cela implique qu'il est accessible.
b/méthode biochimique :
Elle utilise des enzymes purifiées comme la DNase extraite du staphylocoque. On effectue une attaque ménagée, en limitant le temps d'action de la DNase I. Sur la chromatine ainsi coupée, on sépare les histones de l'ADN et on constate qu'il y a coupure toutes les 200 paires de base. Pourtant, la DNase 1 peut couper toutes les régions de l'ADN. Les 200 paires de base doivent appartenir à des régions de l'ADN protégées par l'action de la DNase 1. Cette longueur n'est pas constante, elle varie en fonction de l'espèce: par exemple pour l’Aspergillus (Champignons filamenteux de type moisissure), il y a 150 paires de bases.
Par cette méthode, des segments d'ADN sont ainsi isolés. La même expérience est prolongée et sachant que l'ADNase I n’attaque pas les histones, on finit par désorganiser tout l'ADN. En observant différents moments, on constate une période de ralentissement de l'attaque, ce moment est invariant d'une espèce à l'autre et concerne 140 paires de bases. En regardant les Histones, on s'aperçoit que l’histone H1 s'est détachée et est passée en solution. On constate alors que l'histone H1 a une localisation différente des autres.
En faisant une contre expérience en utilisant l'ADN ase 1 sur de l'ADN purifiée, on voit que l'ADN est totalement dégradé en nucléotide et que par conséquent l'ADNase I n'avait pas de région d'action privilégiée.
c/Études au microscope électronique :
Principes : sur une grille de cuivre, recouverte d'un film plastique, on dépose des noyaux et on laisse sécher. On place l'ensemble dans un évaporateur sous vide où des métaux lourds sont pulvérisés à 45 degrés d'incidence.
On observe alors une structure en chapelet ou en collier.
mettre schéma chapelet ADN histones
B/Modèle de KORNBERG:
Il s'agit d'un filament nucléosomique que l'on trouve dans l’euchromatine et l'hétérochromatine.
mettre schéma de l'histone h1 avec l'ADN
L'ADN fait un tour 3/4 par nucléosome. Il est entouré en super hélice autour des nucléosomes et forme un lien entre deux nucléosomes. L’histone H1 se situe au niveau du lien interne nucléosique et joue un rôle de verrouillage de l'ADN sur le nucléosome pour empêcher sa despiralisation. On peut désassembler ou assembler les histones en faisant varier la température et la force ionique du milieu. À basse force ionique et à basse température, les nucléosomes se coupent en deux. Dans la chromatine native, on trouve des nucléosomes plus près les uns des autres.
4/Le nucléole :
C'est un petit organite dans son électron, en nombre constant, sans membrane avec un contour flou. il comporte deux zones concentriques:
- une zone périphérique granulaire
- une zone centrale fibrillaire
mettre schéma nucléole
Pré ARN 45S
Filament d'ADN avec les histones. C'est le filament nucléosomique nucléolaire, contenant les gènes servant à la synthèse d'ARN organisateur nucléolaire. Il y a des protéines associées à l'ARN ribosomal et elles sont synthétisées dans le cytoplasme par les polysomes, puis elles retournent dans le noyau pour s'associer aux ARN en cours d'élongation. Le pré ARN 45S est coupé en ARN 18S et 28S. L'assemblage des sous unités se fait dans la zone granulaire du nucléole.
L'ARN 5S n'est pas transcrit dans le nucléole mais dans d'autres régions de la chromatine, il est associé à l'ARN 28S dans la zone granulaire.
La région granulaire est constituée de pré particules ribosomales. L'activité du nucléole traduit l'activité de synthèse de protéines de la cellule.
5/Organisation du génome des eucaryotes:
1/ Technique d'analyse de la cellule
5/ Appareil de Golgi ou Dictyosome
13/ Complément sur la méthodologie de recherche en biologie cellulaire
