Sciences · Biologie
Le noyau cellulaire
Le noyau est le compartiment des cellules eucaryotes qui renferme l’ADN : il conserve l’information génétique, la copie avant chaque division et contrôle quels gènes sont exprimés.
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Le noyau est l’organite le plus visible d’une cellule au microscope : une sphère d’environ 5 à 10 micromètres de diamètre, souvent située au centre. Il est la marque des eucaryotes (animaux, plantes, champignons, protistes) ; les bactéries et les archées, dites procaryotes, n’en ont pas. Il a été décrit pour la première fois de façon précise par le botaniste écossais Robert Brown en 1831, dans des cellules d’orchidée.
Structure du noyau
L’enveloppe nucléaire
Le noyau est entouré de deux membranes séparées par un mince espace. La membrane externe est en continuité avec le réticulum endoplasmique. Sur la face interne, un réseau de protéines, la lamina nucléaire (faite de lamines), soutient l’enveloppe et organise la chromatine. Des mutations du gène de la lamine A causent la progéria, une maladie de vieillissement accéléré.
Les pores nucléaires
L’enveloppe est percée de plusieurs milliers de pores, de véritables portes contrôlées formées d’une trentaine de protéines différentes (les nucléoporines). Ils laissent sortir les ARN messagers et les sous-unités des ribosomes, et entrer les protéines nécessaires au noyau (enzymes de réplication, facteurs de transcription), reconnues grâce à une courte séquence d’adressage.
La chromatine
L’ADN n’est pas libre : il s’enroule autour de protéines, les histones, formant des perles appelées nucléosomes. Cet ensemble ADN-protéines est la chromatine. Elle existe sous deux états :
| État | Aspect | Activité |
|---|---|---|
| Euchromatine | Peu condensée, claire au microscope électronique | Gènes accessibles, activement transcrits |
| Hétérochromatine | Très condensée, sombre | Gènes peu ou pas exprimés |
Au moment de la division, la chromatine se condense au maximum et devient visible sous forme de chromosomes. Chez l’être humain, les quelque 2 mètres d’ADN d’une cellule tiennent dans un noyau d’environ 6 micromètres.
Le nucléole
Zone dense, sans membrane, le nucléole fabrique les ARN ribosomiques et assemble les sous-unités des ribosomes. Une cellule qui produit beaucoup de protéines possède souvent un nucléole volumineux, voire plusieurs.
Les fonctions du noyau
- Conserver l’information génétique : il protège l’ADN des agressions chimiques et mécaniques du cytoplasme.
- Répliquer l’ADN : avant chaque division, l’ensemble du génome est copié (voir réplication de l’ADN).
- Transcrire les gènes : l’ADN est copié en ARN messager, ensuite exporté vers le cytoplasme pour y être traduit en protéines. Séparer transcription (noyau) et traduction (cytoplasme) permet une étape de maturation de l’ARN : l’épissage, qui retire les introns.
- Réguler l’expression des gènes : par l’état de la chromatine, les facteurs de transcription et les marques épigénétiques, le noyau décide quels gènes sont actifs. C’est ce qui distingue un neurone d’une cellule de peau, alors qu’ils portent le même ADN.
Le noyau pendant la division
Lors de la mitose, l’enveloppe nucléaire se fragmente chez les animaux et les plantes, les chromosomes condensés sont répartis entre les deux cellules filles, puis une nouvelle enveloppe se reforme autour de chaque lot. Chez de nombreux champignons et protistes, la mitose est dite « fermée » : l’enveloppe reste intacte.
Cellules sans noyau ou à plusieurs noyaux
| Cas | Exemple | Explication |
|---|---|---|
| Aucun noyau (anucléée) | Globule rouge des mammifères | Le noyau est expulsé lors de la maturation, laissant plus de place à l’hémoglobine |
| Aucun noyau | Plaquettes sanguines | Fragments de cellules |
| Plusieurs noyaux | Fibre musculaire squelettique | Fusion de nombreuses cellules précurseurs |
| Plusieurs noyaux | Ostéoclaste (cellule qui résorbe l’os) | Fusion cellulaire |
| Deux noyaux différents | Paramécie | Un macronoyau (fonctionnement) et un micronoyau (reproduction) |
L’origine du noyau
L’apparition du noyau, il y a environ 2 milliards d’années, reste l’une des grandes questions de la biologie. Plusieurs hypothèses s’affrontent : un repli de la membrane d’un ancêtre procaryote, une origine liée à l’acquisition des mitochondries, voire une origine virale. Aucune n’est aujourd’hui démontrée. Les recherches sur les archées d’Asgard, les plus proches parentes connues des eucaryotes, éclairent progressivement ce passage.
Questions fréquentes
Toutes les cellules ont-elles un noyau ?
Non. Les bactéries et les archées n’en ont pas : leur ADN se trouve dans une zone du cytoplasme appelée nucléoïde. Chez les eucaryotes, quelques cellules spécialisées le perdent, comme les globules rouges des mammifères.
Tout l’ADN est-il dans le noyau ?
Presque tout. Les mitochondries possèdent leur propre petit ADN (16 569 paires de bases chez l’humain), et les chloroplastes des plantes aussi. Ces ADN sont hérités uniquement de la mère chez la plupart des animaux.
Quelle différence entre noyau et nucléole ?
Le noyau est l’organite entier, délimité par une enveloppe. Le nucléole est une région à l’intérieur du noyau, sans membrane, spécialisée dans la fabrication des ribosomes.