Exercice 1

Des hépatocytes sont isolés :

• soit à partir de souris contrôle (Cont)
• soit de souris déficientes en récepteur au LDL (LDLRKO)
• soit de souris déficientes en ARH (ARHKO). L'ARH est une molécule qui possède un domaine de fixation à une protéine intracellulaire, la clathrine, et un domaine de fixation aux récepteurs membranaires.

Puis ces hépatocytes sont cultivés en présence de LDL radioactif. On obtient les résultats ci-dessous.

Sur la base de ces résultats :

• a. Quelles sont les molécules impliquées dans la situation contrôle ?
• b. Faire un schéma simple décrivant le lien entre ces molécules.
• c. Trouvez la ou les assertion(s) correcte(s) et justifiez :
  1. L’absence d’ARH augmente l’internalisation du LDL.
  2. L’ARH diminue le taux de LDL dans le milieu de culture.
  3. L’ARH est un autre type de récepteur du LDL.
  4. L’ARH, en interagissant avec la clathrine, pourrait participer à l’endocytose des récepteurs du LDL.

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Exercice 2

a. Donner des arguments en faveur de l’idée que les eucaryotes découlent des procaryotes (théorie de l’endosymbiose - Lynn Margulis).

Par exemple, sous forme d’un tableau comparatif, indiquer les principales caractéristiques d’une cellule procaryote et d’une cellule eucaryote en soulignant leurs différences majeures.

b. Comment vérifier cette théorie expérimentalement ou par des approches théoriques (exemple : la bioinformatique) ?

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Exercice 3

Structure et rôle des membranes.

- Décrivez l’emplacement des protéines membranaires et certaines de leurs fonctions.
- Citez les classes des lipides constitutifs de la membrane plasmique.
- Quelles sont les autres molécules constitutives des membranes et leur rôle ?
- Les membranes des organites des eucaryotes ont-elles toutes une composition semblable ?
- Pourquoi une cellule eucaryote peut-elle assurer des fonctions plus diverses, complexes et spécialisées qu’une cellule procaryote ?
- Combien de membrane(s) ont les organites ou composés suivants : noyau - ribosome - photosystème II - peroxysome - mitochondrie - chloroplaste - DNA polymérase - spliceosome - complexe antigène-anticorps - lysosome ?

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Exercice 4

Trouvez la ou les assertion(s) correcte(s) :

a. Le transport des protéines d’un compartiment à l’autre : 1. Peut s’effectuer de façon co-traductionnelle ou post-traductionnelle. / 2. Implique toujours des vésicules. / 3. Utilise les mêmes mécanismes pour les différents compartiments. / 4. Peut se faire par l’intermédiaire de vésicules. / 5. Requiert de l’énergie.

b. La phagocytose : 1. S’effectue grâce à des manteaux de clathrine. / 2. Implique des microfilaments d’actine. / 3. Peut concerner des molécules inertes comme des poussières de charbon. / 4. Permet de détruire des micro-organismes pathogènes. / 5. Permet d’internaliser du LDL.

c. Les lysosomes : 1.  Sont délimités par une double membrane. / 2.  Ont un pH proche de celui du cytosol. / 3.  Sont formés par bourgeonnement du réticulum endoplasmique. / 4.  Contiennent des enzymes hydrolytiques (hydrolases). / 5.  Ne digèrent que des produits cytosoliques.

d. Quelles propriétés correspondent à celles de la membrane plasmique (protéines et lipides) : 1. Barrière pour la plupart de solutés physiologiques / 2. Attachement à la matrice extracellulaire / 3. Biosynthèse des lipides / 4. Localisation de réactions enzymatiques / 5. Réceptivité à l'environnement extérieur.

e. La mitochondrie : 1. Contient un réseau membraneux nommés thylakoïdes. / 2. Contient un ADN monocaténaire circulaire. / 3. Contient dans sa matrice l’équipement nécessaire à la synthèse protéique. / 4. Est capable de synthétiser la totalité de ses propres protéines. / 5. Contient dans sa matrice l’équipement enzymatique nécessaire à la biosynthèse des acides gras. / 6. Le cycle de Krebs produit du NADH, de l'ATP et du CO2. / 7. Intervient dans le catabolisme du glucose. / 8. Est un site important de production de l’ATP. / 9. La phosphorylation oxydative est le processus par lequel les électrons issus du NADH sont cédés à l’ATP. / 10. En condition aérobie, la phosphorylation oxydative n’est pas la source principale d’ATP de la cellule. / 11. Le transfert des électrons permet l'accumulation de H+ dans la matrice mitochondriale. / 12. L’ATP synthase utilise le gradient de sodium.

f. Le nucléosome : 1. Est composé de tubuline et d’ARN. / 2. Est composé d’histones et d’ADN. / 3. Sert à empaqueter l’ADN dans une structure compacte. / 4. Sert à séparer les chromosomes. / 5. Dégrade l’ADN

g. Lequel de ces éléments n’entre pas dans la composition des acides nucléiques : 1. L’azote. 2. Le carbone. / 3. L’hydrogène. / 4. Le soufre. / 5. L’oxygène.

h. Indiquez la ou les proposition(s) fausse(s) : 1. Un génome est constitués soit d’ADN soit d’ARN. / 2. Le génome des cellules Eucaryotes n’est pas seulement nucléaire. / 3. Le génome des bactéries n’est pas seulement chromosomique. / 4. Le génome des organites est plus petit que le génome nucléaire. / 5. Les génomes des chloroplastes et des mitochondries sont identiques.

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Exercice 5

5a. Légendez la figure ci-dessous (numéros 1 à 13).

Source : Wikipédia

5b. Donner les caractéristiques principales et les fonctions assurées par le noyau, la mitochondrie, le chloroplaste, les ribosomes.
5c. Décrivez le cheminement des protéines en cours de biosynthèse entre ces compartiments.
5d. Que contiendrait d'autre une cellule végétale ?
5e. Quels sont les points communs et/ou différences entre les lysosomes, les peroxysomes et les glyoxysomes ?

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Exercice 6

Quel est le nom des molécules suivantes ?

A quelles structures appartiennent-elles le cas échéant ?
Dans quels processus biologique(s) sont-elles impliquées ?

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Exercice 7

Placer les éléments suivants sur l’échelle ci-dessous

grain de sable, diamètre moyen des protéines fibrillaires, cellules eucaryotes, acides aminés, ribosomes, acides gras, protéines, longueur de l’ADN de E. Coli, mitochondries, organisme entier, longueur moyenne des protéines fibrillaires, macromolécules, diamètre de l’ADN de E. Coli, glucose, noyau eucaryotes, petites molécules, cellules procaryotes.

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Exercice 8

Répondre par VRAI ou FAUX.

Exercice 9

a. Faire un tableau des principales techniques et des buts de ces techniques pour aller de l'observation des cellules à la purification et l'analyse des macromolécules biologiques.

b. Rappeler les principes de la centrifugation en gradient de densité, de la centrifugation différentielle, de la chromatographie sur gel de filtration, de la chromatographie d’échange d’ions, de l’électrophorèse d’ADN et celle des protéines.

c. Comment séparer les hépatocytes du milieu de culture (exercice n°1 ci-dessus) ?

d. Pourquoi la radioactivité dans les cellules LDLR-KO et ARH-KO n’est-elle pas nulle ?

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Exercice 10

a. Rappeler la structure des bases, des oses et des nucléotides constitutifs des acides nucléiques.

b. Légendez la figure ci-dessous et décrivez le rôle de cette molécule.

Source : Wikipédia

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Exercice 11

Trouver les assertions correctes pour chacun des points suivants (source : "Cell Biology Promotion").

a. La maturation de l’ARNm : a) L’épissage des ARNm constitue le mécanisme d’ajout de la coiffe. b) L’épissage fait intervenir des ribonucléoprotéines spécifiques. c) La coiffe protège l’ARNm des dégradations dues aux nucléases. d) Les ARNm eucaryotes sont polyadénylés (coté 3’). e) Les ribosomes assurent l’excision des introns.

b. Dans les cellules eucaryotes : a) Les ARNr précurseurs sont synthétisés à partir de nombreuses unités de transcription séparées par des séquences intercalaires. b) Le gène de l’ARNr code pour une protéine. c) Les ARNr 5,8S, 28S et 5S forment la sous-unité ribosomale 60S. d) Les ARNr 18S forment la sous-unité ribosomale 40S.

c. Une séquence nucléotidique est traduite quand elle est sous forme : a) D’ADN. b) D’ARNr. c) D’ARNt. d) D’ARNm.

d. Les ARN ribosomaux (ARNr) : a) Sont traduits en protéines ribosomales. b) Servent à la traduction. c) S’associent aux protéines ribosomales pour former les ribosomes. d) Sont transcrits en partie dans le nucléole. e) Transportent les acides aminés pour la synthèse protéique.

e. La séquence des acides aminés d’une protéine : a) Est déterminée par la séquence nucléotidique de son ARN messager. b) Est déterminée par la séquence nucléotidique de son gène codant. c) Influence fortement la forme de sa molécule. d) Constitue la structure primaire de sa molécule. e) S’assemble dans le sens N-terminal => C-terminal.

f. A propos du code génétique : a) Un codon est une suite de trois nucléotides. b) Plusieurs acides aminés peuvent être appelés par un même codon. c) Plusieurs codons différents peuvent appeler un même acide aminé. d) Deux codons consécutifs peuvent avoir un nucléotide en commun. e) Procaryotes et Eucaryotes partagent le même code génétique.

g. L’expression d’une protéine à partir d’ADN génomique : a) Requiert la transcription d’un gène. b) Est spécifique des cellules eucaryotes. c) Est initiée dans le noyau et poursuivie dans le cytoplasme. d) Nécessite la traduction d’ARN ribosomal (ARNr). e) Nécessite la maturation du transcrit primaire en ARN messager.

h. La traduction : a) Est un évènement qui se produit dans le noyau. b) Requiert des ARN messager (ARNm) et des ribosomes. c) Nécessite la disponibilité des acides aminés. d) Se fait à partir de l’ADN génomique. e) Est un phénomène spécifique des eucaryotes.

i. La synthèse d’une protéine : a) Exige la présence du réticulum endoplasmique rugueux. b) Peut s’effectuer en absence d’ARNm. c) Réalise l’assemblage des acides aminés dans le sens N-terminal => C-terminal. d) Donne naissance à une chaine polypeptidique non remaniable. e) Nécessite la présence d’ARN de transfert.

j. La molécule d’ARN : a) Est la principale forme de stockage de l’information génétique chez les eucaryotes. b) Est un polymère de nucléotides liés par des liaisons phosphodiester. c) Est une copie du brin matrice (codant) de l’ADN. d) Peut manifester des activités catalytiques. e) Est un composant important du ribosome.

k. La molécule d'ARNm d'une cellule eucaryote : a) Code plusieurs protéines tout à fait différentes. b) Est le résultat d’un processus de maturation d’un transcrit primaire). c) Ne peut être traduite que par les ribosomes associés au réticulum endoplasmique. d) Possède une queue polyadénylée. e) Peut être traduite simultanément par plusieurs ribosomes.

l. Les ARN de transfert (ARNt) : a) S’associent à l’ARN messager pour assurer la traduction. b) Sont traduits en protéines de transport. c) Permettent la synthèse de la chaîne polypeptidique suivant le code génétique. d) S’apparient à l’ARN messager par reconnaissance « codon / anti-codon ». e) Sont des composants structuraux du ribosome.

m. Lors de la traduction : a) Le codon AUG définit l’arrêt de la traduction. b) Le codon AUG code pour la méthionine. c) Un codon est une séquence des 3 acides aminés. d) Un codon correspond à un acide aminé unique. e) Un acide aminé correspond à un ou plusieurs codons différents.

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Exercice 12

a. Quelles sont les principales caractéristiques des acides aminés ?

b. Quels sont les différents types de structure des protéines ?

c. Compléter le schéma ci-dessous.

La masse molaire (MM) moyenne d’un acide aminé est 120 g. mol^-1.
La densité moyenne ρ d’une protéine soluble est 1,33 g. cm^-3.

Le volume spécifique ν (inverse de la densité) d’un soluté est le volume occupé par 1,0 g de ce soluté.
Nombre d’Avogadro : N = 6,023 molécules.mol^-1.

En général : volume = [MM x n] / N = MM / [r x N]

• Calculez  le volume spécifique (en ml. g^-1) d’une protéine soluble « moyenne ».
• Calculez  la masse molaire d’une protéine constituée de 270 acides aminés.
• Calculez  la masse (en g. molécule^-1) d’une seule molécule de cette protéine.
• Calculez  le volume (en ml. molécule^-1) occupé par une seule molécule de cette protéine.
• Si on assimile cette protéine à une sphère, est-elle complètement enchâssée dans une membrane d’une épaisseur de 60 Å ?
• Dés lors, peut-elle se comporter comme un récepteur membranaire ?
• L’approximation d’une sphère est-elle correcte pour toutes les protéines ?

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Exercice 13

a. Si on dénombre les nucléotides d’un brin d’ADN, quel est le résultat correct ? A = C / A+G = C+T / A+T = G+T / A = 2C / A = 2T

b. Soit le brin d’ADN monocaténaire :         5’-TACGCCTAGCTTACGCAT-3’
Combien y a-t-il de liaisons phosphodiester dans le brin bicaténaire ?
Combien y a-t-il de liaisons hydrogène dans le brin bicaténaire ?

c. Quelles sont les bases susceptibles de s’apparier dans le brin monocaténaire d’ARN suivant :         5’-AUGGAACGCCUUUACGUUC-3’
Combien y a-t-il de liaisons hydrogène dans le brin replié sur lui-même ?

d. Soit la séquence d’ADN :         5’-CTACCCTGAGGTAATTGGCATC-3’
Quelle est la séquence du brin complémentaire après réplication ?
Quelle est la séquence de l’ARN après transcription en utilisant ce brin complémentaire comme brin sens ?

e. Soit la séquence d’un fragment d’ADN :

5’-TTAATATGTGCTACTTCGAACACTGTCCCAAAGGTTAGTAATT-3’
3’-AATTATACACGATGAAGCTTGTGACAGGGTTTCCAATCATTAA-5’

Quelles sont les séquences des ARN qui pourraient être transcrits à partir de ce fragment d’ADN ?
Un seul ARN ainsi obtenu peut-être traduit. Pourquoi ?
Cet ARN qui peut-être traduit est l’ARN messager codant la vasopressine (une hormone). Quelle est la séquence de la vasopressine ?
La forme active biologiquement de la vasopressine est un nanopeptide avec Cys en N-terminal. Pourquoi ?

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