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Salle 09 · Aile III — La vie

La cellule, cité miniature

Que se passe-t-il réellement à l'intérieur d'une cellule ?

À l'intérieur d'une cellule, des moteurs tournent, des marcheurs avancent et des milliards de cellules se renouvellent chaque jour. Cette salle sépare les mesures faites en laboratoire des conclusions qu'on voudrait en tirer.

Coupe d'une cellule avec ses organites.
Reconstitution numérique — illustration d'ambiance de la salle 09, non une photographie scientifique.

Les merveilles de cette salle

Ce que la recherche a vérifié

Que se passe-t-il réellement à l'intérieur d'une cellule ? Voici une sélection de résultats sourcés, accompagnés de la nuance qui les rend honnêtes.

  • ÉTABLI — fait scientifique établi F-050

    Une molécule unique d'ATP synthase bactérienne a été observée tournant à une vitesse maximale de 352 ± 16 tours par seconde à 37 °C.

    Nuance : Vitesse maximale extrapolée d'un ajustement de Michaelis-Menten, mesurée sur des molécules isolées in vitro.

    Source : Hiroshi et al., 2005 (S013)

  • ÉTABLI — fait scientifique établi F-051

    La rotation de ce moteur se décompose en un sous-pas de 80° puis un sous-pas de 40°, soit un pas complet de 120°.

    Nuance : Les valeurs plus anciennes de 90° et 30° ont été révisées par les auteurs.

    Source : Hiroshi et al., 2005 (S013)

  • ÉTABLI — fait scientifique établi F-052

    La constante de Michaelis de cette rotation est de 31 ± 7 micromolaires pour l'ATP.

    Nuance : Mesure à 37 °C sur l'enzyme de Bacillus PS3.

    Source : Hiroshi et al., 2005 (S013)

  • ÉTABLI — fait scientifique établi F-053

    En 1997, Noji et ses collègues ont observé directement, pour la première fois, la rotation d'une molécule isolée de F1-ATPase.

    Nuance : Article fondateur de l'étude des moteurs moléculaires en molécule unique.

    Source : Hiroyuki et al., 1997 (S014)

  • ÉTABLI — fait scientifique établi F-054

    La kinésine avance sur un microtubule par pas discrets de 8 nanomètres, en consommant une molécule d'ATP par pas.

    Nuance : Mesure à charge quasi nulle ; le couplage peut varier sous forte contrainte mécanique.

    Source : Mark J. Schnitzer et Steven M. Block, 1997 (S015)

  • ÉTABLI — fait scientifique établi F-055

    Une molécule de kinésine effectue en moyenne une centaine de pas avant de se détacher de son microtubule.

    Nuance : Propriété dite de processivité, mesurée in vitro.

    Source : Mark J. Schnitzer et Steven M. Block, 1997 (S015)

  • DÉBATTU — recherche en cours ou débattue F-056

    Dans certaines conditions contrôlées, le travail maximal fourni par la F1-ATPase par pas de 120° est presque égal au maximum thermodynamique permis par l'hydrolyse d'un ATP.

    Nuance : D'autres travaux soulignent un rendement inférieur à 100 % selon la vitesse et les conditions ; formuler comme « proche du maximum », jamais « égal à 100 % ».

    Source : Shoichi Toyabe et al., 2011 (S016)

  • RÉFLEXION — lecture personnelle F-060

    Observer un moteur tournant dans une cellule peut susciter une interrogation sur l'origine de l'organisation du vivant ; cette interrogation n'est pas un résultat de biochimie.

    Nuance : Badge RÉFLEXION : séparer la description mécanistique et la question du pourquoi.

    Source : Hiroshi et al., 2005 · Hiroyuki et al., 1997 (S013, S014)

En images

Quatre regards sur cette salle

  • Coupe d'une cellule avec noyau, mitochondries et membranes internes.
    Reconstitution numérique — coupe de cellule et organites.
  • Moteur moléculaire à trois lobes traversant une membrane.
    Reconstitution numérique — moteur moléculaire et flux de particules.
  • Filament cellulaire avec deux protéines motrices et une vésicule.
    Reconstitution numérique — kinésine et microtubule.
  • Mitochondrie isolée avec ses membranes internes lumineuses.
    Reconstitution numérique — crêtes internes d'une mitochondrie.

Interaction phare

Faire tourner un moteur moléculaire

Réglez la concentration d'ATP de 0 à 1 000 micromolaires. Le rotor à trois lobes accélère, les particules affluent, et la légende distingue la vitesse mesurée de celle que déduit le modèle.

Intérieur cellulaire sombre destiné à recevoir la visualisation d'un moteur.
Reconstitution numérique — moteur moléculaire stylisé.

Rendu en cours de préparation.

0 micromolaire

Modèle et mesures : ne pas confondre

La vitesse affichée est calculée avec une relation de Michaelis-Menten à partir de la vitesse maximale mesurée (352 ± 16 tours par seconde) et de la constante de Michaelis (31 ± 7 micromolaires), mesurées in vitro à 37 °C sur l'enzyme de Bacillus PS3 (Ueno et ses collègues, 2005, source S013). La valeur maximale est elle-même extrapolée d'un ajustement, pas mesurée directement à saturation. La rotation se fait par un sous-pas de 80° puis un de 40°, soit 120° par pas complet (fait F-051) ; les valeurs plus anciennes de 90° et 30° ont été révisées. Le rendement « proche du maximum thermodynamique » reste DÉBATTU (fait F-056). L'extrapolation à 1 600 tours par seconde à 60 °C (fait F-147) n'est pas une mesure. Observer ce moteur peut susciter une question sur l'origine de l'organisation du vivant : cette question est une RÉFLEXION (fait F-060), pas un résultat de biochimie.

Questions fréquentes

Objections et réponses

Nous préférons publier les objections que les lecteurs posent réellement, plutôt que de les éviter.

Dire « moteur », n'est-ce pas supposer un ingénieur ?

C'est une analogie fonctionnelle courante en biologie : elle décrit un couplage chimie-mouvement, elle n'implique pas à elle seule une conclusion métaphysique. Nous publions la description mécanistique avec le badge ÉTABLI et la question du pourquoi avec le badge RÉFLEXION (fait F-060).

Ce moteur est-il parfait ?

Non. Le travail maximal par pas de 120° est « presque égal » au maximum thermodynamique dans certaines conditions contrôlées (source S016, fait F-056), mais d'autres travaux mesurent un rendement inférieur selon la vitesse. Nous gardons ce point en DÉBATTU et évitons la formule « moteur parfait ».

Pourquoi ne donnez-vous pas le nombre d'ATP produits par jour ?

Parce que ce chiffre dépend fortement du type cellulaire et de l'activité, et que notre point A-014 n'a pas encore reçu de source primaire de rang A. Nous préférons ne rien publier plutôt que d'avancer un ordre de grandeur non vérifié.

Audioguide de la salle

Écouter cette salle

La cellule — les moteurs du vivant

Durée réelle 1 min 25 · voix française

Lire la transcription intégrale

Que se passe-t-il réellement à l'intérieur d'une cellule ?

En 1997, Noji et ses collègues ont observé directement, pour la première fois, la rotation d'une molécule isolée.

En 2005, Ueno et son équipe ont mesuré la vitesse maximale de ce moteur, l'ATP synthase : trois cent cinquante-deux tours par seconde, plus ou moins seize, à trente-sept degrés.

La rotation se décompose en un pas de quatre-vingts degrés puis un pas de quarante, soit cent vingt degrés au total.

La constante de Michaelis est de trente et un plus ou moins sept micromolaires.

Autre marcheur : la kinésine avance sur un microtubule par pas de huit nanomètres, en consommant une molécule d'ATP par pas, et effectue environ cent pas avant de se détacher.

Retenons trois réserves.

Ces vitesses sont mesurées in vitro, sur des molécules isolées, et la valeur maximale est extrapolée d'un ajustement enzymatique.

Le rendement du moteur, proche du maximum thermodynamique dans certaines conditions, reste DÉBATTU selon la vitesse.

Enfin, le corps humain renouvelle environ trois cent trente milliards de cellules par jour, soit trois millions huit cent mille par seconde, pour une personne de référence de soixante-dix kilogrammes.

Observer un moteur tourner peut susciter une question sur l'origine de l'organisation du vivant ; cette question n'est pas un résultat de biochimie.

Nous la publions avec le badge RÉFLEXION.

RÉFLEXION — lecture personnelle

Et vous, qu'en pensez-vous ?

Observer un moteur tournant dans une cellule peut susciter une interrogation sur l'origine de l'organisation du vivant ; cette interrogation n'est pas un résultat de biochimie.

RÉFLEXION Une lecture biblique

« Ses qualités invisibles, sa puissance éternelle et sa divinité, se voient clairement depuis la création du monde, car on les perçoit par les choses qu'il a faites. »

Romains 1:20, traduction personnelle

Un moteur moléculaire qui tourne, des chaînes de montage qui assemblent les protéines : la biochimie décrit comment fonctionne la cellule. L'apôtre Paul invite à se demander ce que ces œuvres disent de leur Auteur, que la Bible nomme Jéhovah.

Cette rubrique propose une réflexion, pas une conclusion scientifique. Le badge RÉFLEXION la distingue des faits établis.

15 faits vérifiés sont rattachés à cette salle dans notre corpus de recherche.