Ribosomes

Le soutien structurel, la catalyse des réactions chimiques, la régulation du passage des substances à travers la membrane cellulaire, la protection contre les maladies et les principaux composants des cheveux, des ongles, des os et des tissus - ce sont toutes des fonctions assurées par les protéines. La synthèse des protéines, essentielle à l'activité cellulaire, se produit principalement dans de minuscules structures cellulaires appelées ribosomes. La fonction des ribosomes est si vitale qu'on les trouve dans toutes sortes d'organismes, des bactéries procaryotes et des archées aux eucaryotes. En fait, on dit souvent que la vie se résume à des ribosomes qui fabriquent d'autres ribosomes ! Dans l'article suivant, nous allons examiner la définition, la structure et la fonction des ribosomes.

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    Définition des ribosomes

    Le biologiste cellulaire George Emil Palade a observé pour la première fois les ribosomes à l'intérieur d'une cellule à l'aide d'un microscope électronique dans les années 1950. Il les a décrits comme de "petits composants particulaires du cytoplasme". Quelques années plus tard, le terme ribosome a été proposé lors d'un symposium et a ensuite été largement accepté par la communauté scientifique. Le mot vient de "ribo" = acide ribonucléique (ARN), et du mot latin "soma" = corps, c'est-à-dire un corps d'acide ribonucléique. Ce nom fait référence à la composition des ribosomes, qui sont constitués d'ARN ribosomal et de protéines.

    Un ribosome est une structure cellulaire non délimitée par une membrane, composée d'ARN ribosomal et de protéines, et dont la fonction est de synthétiser des protéines .

    La fonction du ribosome dans la synthèse des protéines est tellement essentielle pour toutes les activités cellulaires que deux prix Nobel ont été décernés à des équipes de recherche qui étudient le ribosome.

    Le prix Nobel de physiologie ou de médecine a été décerné en 1974 à Albert Claude, Christian de Duve et George E. Palade "pour leurs découvertes concernant l'organisation structurelle et fonctionnelle de la cellule". La reconnaissance des travaux de Palade comprenait la découverte et la description de la structure et de la fonction des ribosomes. En 2009, le prix Nobel de chimie a été décerné à Venkatraman Ramakrishnan, Thomas Steitz et Ada Yonath pour la description détaillée de la structure du ribosome et de sa fonction au niveau atomique. Le communiqué de presse précise : "Le prix Nobel de chimie 2009 récompense des études portant sur l'un des processus fondamentaux de la vie : la traduction par le ribosome de l'information contenue dans l'ADN en vie. Les ribosomes produisent des protéines qui, à leur tour, contrôlent la chimie de tous les organismes vivants. Les ribosomes étant essentiels à la vie, ils constituent également une cible majeure pour les nouveaux antibiotiques".

    Structure des ribosomes

    Lesribosomes comprennent deux sous-unités (Fig. 1), l'une grande et l'autre petite, toutes deux composées d'ARN ribosomique (ARNr) et de protéines. Ces molécules d'ARNr sont synthétisées par le nucléole à l'intérieur du noyau et combinées avec des protéines. Les sous-unités assemblées quittent le noyau pour rejoindre le cytoplasme. Au microscope, les ribosomes ressemblent à de petits points que l'on peut trouver libres dans le cytoplasme, mais aussi liés à la membrane continue de l'enveloppe nucléaire externe et au réticulum endoplasmique (Fig. 2).

    Schéma des ribosomes

    Le schéma suivant représente un ribosome avec ses deux sous-unités en train de traduire une molécule d'ARN messager (ce processus est expliqué dans la section suivante).

    Fonction des ribosomes

    Comment les ribosomes savent-ils comment synthétiser une protéine spécifique ? Rappelle-toi que le noyau transcrivait auparavant les informations des gènes en molécules d'ARN messager -ARNm- (la première étape de l'expression des gènes). Ces molécules ont fini par sortir du noyau pour se retrouver dans le cytoplasme, où l'on trouve également les ribosomes. Dans un ribosome, la grande sous-unité est située au-dessus de la petite, et dans l'espace entre les deux, la séquence d'ARNm passe pour être décodée.

    La petite sous-unité du ribosome "lit" la séquence de l'ARNm, et la grande sous-unité synthétise la chaîne polypeptidique correspondante en reliant les acides aminés. Cela correspond à la deuxième étape de l'expression des gènes, la traduction de l'ARNm en protéine. Les acides aminés nécessaires à la synthèse des polypeptides sont apportés du cytosol au ribosome par un autre type de molécule d'ARN, appelé de façon appropriée ARN de transfert (ARNt).

    Les ribosomes libres dans le cytosol ou liés à une membrane ont la même structure et peuvent changer d'emplacement. Les protéines produites par les ribosomes libres sont généralement utilisées dans le cytosol (comme les enzymes pour la décomposition des sucres) ou sont destinées aux membranes des mitochondries et des chloroplastes ou importées dans le noyau. Les ribosomes liés synthétisent généralement des protéines qui seront incorporées dans une membrane (du système endomembranaire) ou qui sortiront de la cellule sous forme de protéines sécrétoires.

    Le système endomembranaire est un composite dynamique d'organites et de membranes qui compartimentent l'intérieur d'une cellule eucaryote et travaillent ensemble pour réaliser les processus cellulaires. Il comprend l'enveloppe nucléaire externe, le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, la membrane plasmique, les vacuoles et les vésicules.

    Les cellules qui produisent continuellement beaucoup de protéines peuvent avoir des millions de ribosomes et un nucléole proéminent. Une cellule peut également modifier le nombre de ribosomes pour réaliser ses fonctions métaboliques si nécessaire. Le pancréas sécrète de grandes quantités d'enzymes digestives, c'est pourquoi les cellules pancréatiques ont des ribosomes en abondance. Les globules rouges sont également riches en ribosomes lorsqu'ils sont immatures, car ils doivent synthétiser l'hémoglobine (la protéine qui se lie à l'oxygène).

    Il est intéressant de noter que nous pouvons trouver des ribosomes dans d'autres parties d'une cellule eucaryote, en plus du cytoplasme et du réticulum endoplasmique rugueux. Les mitochondries et les chloroplastes (organites qui transforment l'énergie pour une utilisation cellulaire) ont leur propre ADN et leurs propres ribosomes. Ces deux organites ont très probablement évolué à partir de bactéries ancestrales qui ont été englouties par les ancêtres des eucaryotes au cours d'un processus appelé endosymbiose. Par conséquent, comme les bactéries libres précédentes, les mitochondries et les chloroplastes possédaient leur propre ADN bactérien et leurs propres ribosomes.

    Quelle serait l'analogie avec les ribosomes ?

    Les ribosomes sont souvent appelés "usines cellulaires" en raison de leur fonction de construction de protéines. Comme il y a beaucoup de ribosomes (jusqu'à des millions !) à l'intérieur d'une cellule, tu peux les considérer comme les ouvriers, ou les machines, qui font le travail d'assemblage dans l'usine. Ils reçoivent des copies ou des plans (ARNm) des instructions d'assemblage (ADN) de leur patron (le noyau). Ils ne fabriquent pas eux-mêmes les composants des protéines (acides aminés), qui se trouvent dans le cytosol. Par conséquent, les ribosomes ne font que relier les acides aminés d'une chaîne polypeptidique conformément au plan.

    Pourquoi les ribosomes sont-ils importants ?

    La synthèse des protéines est essentielle à l'activité cellulaire, ils fonctionnent comme diverses molécules vitales, notamment des enzymes, des hormones, des anticorps, des pigments, des composants structurels et des récepteurs de surface. Cette fonction essentielle est attestée par le fait que toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes, possèdent des ribosomes. Bien que les ribosomes bactériens, archéens et eucaryotes diffèrent par la taille de leurs sous-unités (les ribosomes procaryotes sont plus petits que les ribosomes eucaryotes) et par leurs séquences d'ARNr spécifiques, ils sont tous composés de séquences d'ARNr similaires et ont la même structure de base avec deux sous-unités : la petite décode l'ARNm et la grande relie les acides aminés entre eux. Il semble donc que les ribosomes aient évolué très tôt dans l'histoire de la vie, ce qui reflète également l'ascendance commune de tous les organismes.

    L'importance de la synthèse des protéines pour l'activité cellulaire est exploitée par de nombreux antibiotiques (substances actives contre les bactéries) qui ciblent les ribosomes bactériens. Les aminoglycosides sont un type de ces antibiotiques, comme la streptomycine, et se lient à la petite sous-unité ribosomale, empêchant la lecture précise des molécules d'ARNm. Les protéines synthétisées ne sont pas fonctionnelles, ce qui entraîne la mort de la bactérie. Comme nos ribosomes (les ribosomes eucaryotes) présentent suffisamment de différences structurelles par rapport aux ribosomes procaryotes, ils ne sont pas affectés par ces antibiotiques.
    Mais qu'en est-il des ribosomes mitochondriaux ? Rappelle-toi qu'ils ont évolué à partir d'une bactérie ancestrale, et que leurs ribosomes sont donc plus proches des procaryotes que des eucaryotes. Les modifications des ribosomes mitochondriaux après l'événement endosymbiotique pourraient les empêcher d'être affectés autant que les ribosomes bactériens (la double membrane pourrait servir de protection). Cependant, des recherches récentes suggèrent que la plupart des effets secondaires de ces antibiotiques (lésions rénales, perte d'audition) sont associés au dysfonctionnement des ribosomes mitochondriaux.

    Ribosomes - Points clés

    • Toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes, possèdent des ribosomes pour la synthèse des protéines.
    • Les ribosomes synthétisent les protéines par la traduction des informations codées dans les séquences d'ARNm en une chaîne polypeptidique.
    • Les sous-unités ribosomiques sont assemblées dans le nucléole à partir de l'ARN ribosomique (transcrit par le nucléole) et des protéines (synthétisées dans le cytoplasme).
    • Les ribosomes peuvent être libres dans le cytosol ou liés à une membrane ont la même structure et peuvent interchanger leur emplacement.
    • Les protéines produites par les ribosomes libres sont généralement utilisées dans le cytosol, destinées aux membranes des mitochondries et des chloroplastes, ou importées dans le noyau.
    Questions fréquemment posées en Ribosomes
    Qu'est-ce qu'un ribosome ?
    Un ribosome est une structure cellulaire qui synthétise les protéines à partir des acides aminés, selon l'information génétique apportée par l'ARN messager.
    Où se trouvent les ribosomes dans la cellule ?
    Les ribosomes se trouvent soit librement dans le cytoplasme, soit attachés au réticulum endoplasmique rugueux.
    Quelle est la fonction principale des ribosomes ?
    La fonction principale des ribosomes est de décoder l'ARN messager pour assembler les protéines nécessaires à la cellule.
    Les ribosomes sont-ils présents dans toutes les cellules ?
    Oui, les ribosomes sont présents dans toutes les cellules, aussi bien procaryotes qu'eucaryotes, car ils sont essentiels à la synthèse des protéines.
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    Teste tes connaissances avec des questions à choix multiples

    Les ribosomes libres et les ribosomes liés diffèrent par leur structure.

    Si une cellule a un nombre extrêmement élevé de ribosomes et un nucléole proéminent, cette cellule est très probablement :

    Où trouves-tu les ribosomes dans une cellule eucaryote ?

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