CYTOLOGIE - cours-examens.orgcours-examens.org/images/Etudes_superieures/TC_biologie/1_annee... ·...

CYTOLOGIE CYTOLOGIE IFSI IFSI 20102010

Françoise Charles-PétillonService de Cytologie, Cytogénétique, Biologie de la reproduction

CHRU Brest

INTRODUCTIONINTRODUCTION� Fin XVIIème siècle R. Hoocke 1ère observation d’une cellule végétale

microscope élémentaire (coupe de liège)

� 1858 Les cellules prennent naissance à partir d’autres cellules : théorie cellulaire (Virchow) qui ne cessera de se développer.

� 1865 Mendel bases théoriques de la génétique et de l’hérédité.

� Microscopie électronique à transmission 1935.

� Microscopie électronique à balayage 1956.

� Structure hélicoïdale de l’ADN Watson et Crick 1953.

� 1970 développement de la biologie moléculaire.

CELLULE

DEFINITIONDEFINITION : plus petite unitplus petite unitéé éélléémentairementaire limitée par membrane plasmique exprimant les propriles propriééttéés du vivant :s du vivant :

� Synthétiser ses constituants� Croître� Se multiplier

Les plus simples : bactéries isolées ou en colonies

Organisme supérieur = cités cellulaires : groupes cellules rassemblées (200 types cellulaires) vont se spécialiser, se différencier

� Constitution d’un tissu (osseux, épithélial…), d’un organe� En cellules indépendantes (sanguines, sexuelles)

� Remplir des fonctions spécialisées � Reliées communications intercellulaires

CELLULE

� CELLULES : unités élémentaires

� TISSUS• Épithéliaux • Conjonctifs (tissus osseux et cartilagineux)• Musculaires• Nerveux • Circulants

� ORGANESEstomac, poumon…

� APPAREILSDigestif, respiratoire

ORGANISMEORGANISME

CELLULE

TECHNIQUES D’ETUDECYTOLOGIECYTOLOGIE : morphologie des cellules microscopique

HISTOLOGIEHISTOLOGIE : morphologie des tissus (organes)macro et microscopique.

LESIONS LESIONS ANATOMOANATOMO--CYTOPATHOLOGIECYTOPATHOLOGIE

1) TECHNIQUES CLASSIQUES1) TECHNIQUES CLASSIQUES� MICROSCOPIE PHOTONIQUE OPTIQUE (MO)G 1000 à 1250. Le µm unité habituelle (10-⁶m = 10-³mm)

1) Prélèvements cytologiques : cellules isolées, peu épaisses

� Raclage (FC°U) : � étalement sur lames� fixation cytospray ou laque à cheveux� coloration (Harris-Shorr)

TECHNIQUES D’ETUDE

� Ponction organesponction directe (ganglion, thyroïde, sein…) ou guidée par écho, scanner

(poumon, pancréas, rein, médiastin…)� étalement� séchage à l’air� coloration (May-Grünwal-Giemsa MGG)

� Ponction séreuses : LCR, plèvre, péritoine, liquide articulaire(Tubes à bouchon rouge, flacons type copro ou ECBU)

� cytocentrifugation� dépôts sur lames� Coloration (MGG, Papanicolaou…)

Technique rapide 1 à 2 heures.

TECHNIQUES D’ETUDE2) Prélèvements histologiques : biopsies, pièces opératoires

� fixation (formol)� inclusion (paraffine)� coupes /microtome (successives, sériées, fines)� dépôts sur lames� déparaffinage� coloration (hématoxyline et éosine)

Technique au minimum 36 heures.

TECHNIQUES D’ETUDE� VARIANTES :

� Coupe en congélation : examen extemporané

� Contraste de phase, lumière polarisée, fluorescence

� MICROSCOPIE ELECTRONIQUE (ME) : nm (10-9m ou 10-3mm).

2) AUTRES TECHNIQUES2) AUTRES TECHNIQUES

� IMMUNOHISTOCHIMIE : marquage par AC

� CYTOMÉTRIE DE FLUX : marquage de milliers de cellules en qqs mn

� HYBRIDATION IN SITU : mise en évidence de séquences d’ADN

• FISH : fluorescent in situ hybridation• PCR : polymerase chain reaction

Cellule = ensemble ordonné de macromolécules

La matière vivante :� quatre éléments de base : H, C, O2, N largement représentés� éléments en Q. plus faible : fer, soufre, phosphore très importants� éléments sous forme de traces : oligo-éléments (Zn, Cu, Mn)

Les constituants de la cellule :

� Eau (60 à 65 % poids du corps)

� Sels minéraux :

� peu solubles (squelette) : Ca++, Mg++, Ph

� ioniques (dissous balance ionique +++) : Na+,K+, Ca++, Mg++, Cl-

� Composés organiques (contenant du carbone)

ARCHITECTURE CELLULAIRE

COMPOSESCOMPOSES ORGANIQUESORGANIQUES�Protides�Glucides�Lipides�Acides nucléiques�Vitamines

ProtidesProtides ++++++ constituants principaux de la cellule

� Acides Aminés : éléments de base, 20 dt 9 essentiels (alimentation)

� Peptides : courts enchaînements d’A.A. (insuline, Adréno C°Trophic H…)

� Protéines : polypeptides nombre élevé d’A.A. (hémoglobine, collagène…)

� rôle structural (membrane, récepteurs)

� rôle métabolique : fonctionnement cellulaire (enzymes, hormones)

ARCHITECTURE CELLULAIRE

ARCHITECTURE CELLULAIREGlucidesGlucides :

� Simples : monosaccharides ou oses (glucose, fructose, galactose)

� Complexes : polysaccharides :

� Holosides : 2 à 10 mol d’oses : maltose (2 glucoses) saccharose (glucose + fructose) lactose (glucose + galactose)……. amidon, glycogène…

� Hétérosides (Glycoprotéines, Glycolipides)

� source d’énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire :

�énergie immédiatement utilisable (glucose)

�énergie de réserve (glycogène)

� rôle dans la structure (glycosylation protéines, lipides)

ARCHITECTURE CELLULAIRELipidesLipides :

� Simples : acides gras

� Saturés (origine animale)

� Insaturés (origine végétale)

� Complexes :

� Phospholipides

� Glycolipides

� Stéroïdes (dérivés du cholestérol)

� réserve d'énergie (tissu adipeux)

� rôle dans la structure (membrane)

� rôle dans la synthèse hormones stéroïdes

Acides nuclAcides nuclééiquesiques ::NuclNuclééosidesosides = base azot= base azotéée + pentosee + pentose

NuclNuclééotides otides = base azot= base azotéée + pentose + e + pentose + acac. Phosphorique. Phosphorique

� Polymérisés :

� ADN acide désoxyribonucléique (chromosomes : génome)

� ARN acide ribonucléique (synthèse des protéines)

� Libres : rôle +++ voies métabolites

� transfert d’énergie chimique (Adénosine Mono Phosphate Cyclique, ADP, ATP)

� transport d’électrons (Flavine Adénine Dinucléoside, Nicotinamide Adénine Dinucléotide )

� voies de recherche, de nouvelles thérapeutiques

ARCHITECTURE CELLULAIRE

VitaminesVitamines : indispensables au fonctionnement cellulaire co-facteurs de réaction biochimique � Vit B, C : hydrosolubles

� Vit A, D, E, K : liposolubles

AntiAnti--oxydants : Vit A, D, Coxydants : Vit A, D, C

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Les macromolLes macromoléécules sont rcules sont rééparties dans la celluleparties dans la cellule

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Cellule procaryote (bactCellule procaryote (bactééries, alguesries, algues……))�� Taille de 1Taille de 1µµmm�� ADN etADN et�� Ribosomes Ribosomes intraintra--cytoplasmiquescytoplasmiques

ORGANISATIONORGANISATION 3 compartiments : 3 compartiments : � Membrane � Noyau (caryos)� Cytoplasme

Archéobactéries, bactéries de l’extrême : 100 °, PH à 1, abyssales

� Membrane plasmique

� Noyau

� Cytoplasme

�Taille de 5 à 50 µm

ARCHITECTURE CELLULAIRECellule eucaryote :Cellule eucaryote : 2 compartiments interd2 compartiments interdéépendants sur le plan pendants sur le plan fonctionnel, sfonctionnel, sééparparéée du milieu exte du milieu extéérieur par la membrane plasmiquerieur par la membrane plasmique

• taille de 50 nm

• ne font pas partie des êtres vivants

• pas de métabolisme propre

• se développe dans cellule hôte

• intégration du génome viral :

� mort de la cellule hôte

� transformation (cancer col utérus)

Un seul type d’acide nucléique

• ADN ou

• ARN

ARCHITECTURE CELLULAIREAAcaryote (virus)caryote (virus)

MITOSEMITOSE : Phase de division

INTERPHASEINTERPHASE : Croissance et différenciation avec 3 phases :

� G1 variable

� S

� G2G1 très longue = G0

� prolongée : hépatocytes, thyréocytes

� toute durée vie : neurones

G1 très courte : cellules souches sanguines

CYCLE CELLULAIREVie des cellules se dVie des cellules se dééroule sur un roule sur un MODE CYCLIQUEMODE CYCLIQUEalternance alternance mitose et interphase

APOPTOSEAPOPTOSE naturelle programmée

Indispensable au développement normal

pas d’inflammation

NNÉÉCROSECROSE accidentelle

Agressions (anoxie,…)

réaction inflammatoire

MORT CELLULAIRE2 MODALITES DE MORT CELLULAIRE 2 MODALITES DE MORT CELLULAIRE de nature diffde nature difféérenterente

INTRODUCTIONINTRODUCTION� Frontière de structure asymétrique : compartiment intra-cellulaire / milieu extra-cellulaire

Double couche lipidique, protéines membranaires, glucides

� Principales fonctions :

�� BarriBarrièère de protectionre de protection

�� TransportsTransports membranairesmembranaires : : filtre sélectif (nutriments / déchets)

� AdhAdhéésionsion et et antigantigéénicitnicitéé de surfacede surface : : reconnaissance du moi/non- moi

� Communication intercellulaireCommunication intercellulaire : : perçoit les modifications environnement et s’y adapte : capteur de signaux

MEMBRANE PLASMIQUE

MEMBRANE PLASMIQUESTRUCTURESTRUCTURE

�� M.E.M.E. triple feuillet : 2 couches sombres et 1 claire (8 nm)

�� Biochimie :Biochimie : mosaïque lipides-protéines et glucides

1. double feuillet lipidique1. double feuillet lipidique 50%, phospholipides et cholestérol

2. prot2. protééines membranaires ines membranaires 50%

• P. intrinsèques transmembranairesfortement liées

=> Transport : Cx, transporteurs

• P. extrinsèques périphériquesfaiblement liées

⇒ Enzymes

⇒ Adhésion

⇒ Forme cellulaire

MEMBRANE PLASMIQUESTRUCTURESTRUCTURE

�� Biochimie :Biochimie :

3 – glucides : cell-coat. 2 à 3 %, cellule enrobée de sucres

Face externe : longues chaînes fixées : G°Protéines, G°Lipides=> Rôle dans l’adhésion

=> Reconnaissance cellulaire (spz/ovule, cells système immunitaires/bactéries virus…

MEMBRANE PLASMIQUE

ASPECTS FONCTIONNELS ASPECTS FONCTIONNELS

1 – Barrière de protection

2 – Adhésion

- Antigénicité de surface : moi/non-moi

3 – Communication intercellulaire

4 - Transports membranaires

MEMBRANE PLASMIQUESTRUCTURESTRUCTURE mosamosaïïque fluide que fluide Protéines flottent sur une mer de lipides

Fluidité et déformabilité :

� Mouvements des lipides

� Mouvements des protéines

MEMBRANE PLASMIQUEADHESIONADHESIONEntre elles et avec milieu extérieur / molécules spécifiques « velcro »

� CAM Cell Adhesion Molecule : entre les cellules

� SAM Substrate Adhesion Molecule : entre cellules et substrat

Glycoprotéines :� Immunoglobulines : Neural Cell Adhesion Molecule, cells sanguines

� Cadhérines : jonctions cellulaires, cells épithéliales, musculaires…

� Sélectines : leucocytes, cellules endothéliales

� Intégrines : SAM

MEMBRANE PLASMIQUEADHESIONADHESION

Rôles : � Développement embryonnaire, cicatrisation, immunité

� Pathologie :

• anomalies des gènes codant pour ces protéines : malformation du SNC

• maladies A°-immunes : auto AC contre cadhérine des jonctions épidermiques : lupus, pemphigus

• infection : permet fixation et pénétration agents pathogènes

• cancérologie : perte des cadhérines des cells K : migration des cells

ANTIGENICITEANTIGENICITE

MEMBRANE PLASMIQUE

Moi biologique = expression du génome

Non moi = « étranger » système immunitaire tentera d’éliminer

Glucides du Glucides du cellcell coatcoat : reconnaissance cellulaire = th: reconnaissance cellulaire = thééorie cleforie clef--serrureserrure

Antigènes = molécules étrangères => production d’anticorps

•Ag Groupes sanguins A B : chaînes sucrées à surface hématies

•Ag carcino-embryonnaires : ACE marqueurs de la prolifération tumorale (Colorectal, S, B°P) CA 125 (ovarien)

Repose sur :� Jonctions intercellulaire de type «gap »

� Signaux électriques (Ts nerveux, musculaire)

� Molécules adhésion : CAM, SAM

� Signaux chimiques

Cellule K échappe à la communication → prolifération anormale

COMMUNICATIONCOMMUNICATION INTERCELLULAIREINTERCELLULAIRE

MEMBRANE PLASMIQUE

SIGNAUX CHIMIQUESSIGNAUX CHIMIQUES

�� S. EndocrineS. Endocrine : à distancePancréas (insuline / circulation)Thyroïde C (calcitonine / ↓ Ca++)

�� S. S. ParacrineParacrine : voisine• estomac (gastrine)• synapse neuro-musculaire• gaps

�� S. AutocrineS. Autocrine : elle-même• facteurs de croissance• cells cancéreuses

COMMUNICATION INTERCELLULAIRECOMMUNICATION INTERCELLULAIRE modesmodes

MEMBRANE PLASMIQUE

Suivant la distance entre cellule émettrice et cellule réceptrice

� Médiateurs Chimiques Locaux : F de crois., A.A. (histamine, sérotonine)

� Hormones : Insuline, ACTH, FSH, dérivés d’A.A. (adrénaline)

� N°Transmetteurs : NorA, AcCh, GammaAminoButyricAcid

Réponse rapide, courte

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRESCOMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signauxtypes de signauxSignal chimique hydrosoluble :Signal chimique hydrosoluble :Ne traversent pas la membrane Nécessitent des récepteurs spécifiques

MEMBRANE PLASMIQUE

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signauxtypes de signauxSignal chimique hydrosolubleSignal chimique hydrosoluble

MEMBRANE PLASMIQUE

schschéémama

Adrénaline (M°S): hormone de l’adaptation à effort - froid - stress

� Hormones thyroïdiennes

� Hormones stéroïdes : cortisol, testostérone, estradiol, progestérone…

Réponse tardive, longue durée

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signauxtypes de signaux

Signal chimique liposolubleSignal chimique liposoluble : : diffusion simple

MEMBRANE PLASMIQUE

Fixation sur région ADN et régulation de la transcription gènes

Signal chimique gazeuxSignal chimique gazeux : diffusion simple

� Monoxyde d’azote NO

TRANSMEMBRANAIRESTRANSMEMBRANAIRES = = Perméatifs : Petites molécules

+/- énergie

VVÉÉSICULAIRESSICULAIRES :: Substances haut poids Moléculaires

Déformation membrane

+ énergie

Cellule responsable maintien du milieu intra-cellulaire constantTRANSPORTSTRANSPORTS MEMBRANAIRES : MEMBRANAIRES : 2 types de transport2 types de transport

MEMBRANE PLASMIQUE

Gradient de [ ] : différence de composition chimique entre Mx intra et extra cellulaire : [ ] différentes d’ions et de petites molécules

1) Transport passif : dans sens gradient de [ ] du + concentré vers le moins concentré

1-1) Transport passif sans perméase Diffusion simple � Petite taille molécules� Absence de polarité� Absence de charge

1-2) Transport passif avec perméase Diffusion facilitée� Transporteurs passifs� Canaux ioniques :

� Potentiel-dépendants : Na+, Ca++, � Ligands dépendants : N°T pr ACh

TRANSPORTS MEMBRANAIRESTRANSPORTS MEMBRANAIRES TRANSMEMBRANAIRESTRANSMEMBRANAIRES

MEMBRANE PLASMIQUE

Eau Oxygène Glucose

MEMBRANE PLASMIQUE2) Transport actif contre gradient de [ ]Nécessite de l’ENERGIE

� Couplé à ATPase : pompes ioniques

Na+K+ C œur

Ca++ Muscle

K+H+ Estomac TT par IPP

� Couplé à un transport passif :

co-transport :

� Système symport : Na+ passif/glucose actif

� Système antiport : Na+ passif/H+ actif

Cau & Seité, ELLIPSES, 1999

MEMBRANE PLASMIQUETRANSMEMBRANAIRESTRANSMEMBRANAIRES

TRANSPORTS MEMBRANAIRESTRANSPORTS MEMBRANAIRES VVÉÉSICULAIRESSICULAIRESMouvements de la membrane plasmique ENERGIE

� Transport grosses particules

� Formation vésicules, vacuoles

� Exocytose

� Endocytose

MEMBRANE PLASMIQUE

Macrophages� Phagocytose

� Pinocytose

1) TRANSPORTS TRANSMEMBRANAIRES1) TRANSPORTS TRANSMEMBRANAIRES = = Perméatifs petites molécules+/- énergie

1) Dans sens gradient de [ ] passif sans énergie

� Transport passif sans perméase : Diffusion simple

� Transport passif avec perméase : Diffusion facilitée

� Transporteurs passifs

� Canaux ioniques : Potentiel- Ligands dépendants

2) Contre sens gradient de [ ] actif avec énergie : pompes ioniques, co-tansport(symport, antiport)

2) TRANSPORTS2) TRANSPORTS VVÉÉSICULAIRESSICULAIRES : : Substances haut poids moléculaire

Déformation membrane vacuoles : exo endocytose phagocytose

+ énergie

TRANSPORTS MEMBRANAIRESTRANSPORTS MEMBRANAIRES

MEMBRANE PLASMIQUE

ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE PLASMIQUEELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE PLASMIQUE

1)Spécialisations apicales :� Microvillosités :plateau strié, bordure en brosse, actine (entérocytes)

� Stéréocils (voies génitales chez l’homme)

� Cils vibratiles (bronches, trompes) microtubules

� Ondulations de la membrane (puzzle)

MEMBRANE PLASMIQUE

ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANEELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE

2) Jonctions intercellulaires : cell coat, ondulations de membrane (puzzle), jonctions membranaires spécifiques

� Jonctions étanches ou serrées : étanchéité (Entérocytes)

� Jonctions d'ancrage : cohésion

� Ceinture d'adhérence

� Boutons-pressions ou desmosomes

(Peau, Muscle cardiaque, col utérus)

� Jonctions communicantes ou "gap" : conduction

� Ions, sucre, petites molécules

(Muscle cardiaque, muscle lisse)

MEMBRANE PLASMIQUE

CELLULEBarrière de protectionTransports membranaires Adhésion et Antigénicité de surface Communication intercellulaire

CYTOPLASME et ORGANITES

3 types d'organites d3 types d'organites déélimitlimitéés par une membrane s par une membrane � Système endomembranaire�� Mitochondries � Peroxysomes

�� CytosolCytosol (hyaloplasme) espace entre les organites

�� CytosqueletteCytosqueletteProtéines filamenteuses

Ossature et musculature

�� Inclusions Inclusions Glycogène(foie, muscle), lipide (tissu adipeux, cells testiculaires),

mélanine (peau, poils), hémosidérine,

pigments exogènes (poussières, encre de chine)

�� Inclusions :Inclusions : débris d’hématies, , hémosidérine, cristaux d’hématoïdine

CYTOPLASME et ORGANITES

1) CYTOSOL :CYTOSOL : Gel aqueux ds lequel baignent tous organites

Comprend : Comprend :

� 85 % eau

� Protéines, AA

� Glucose

� ARN m, ARN t

� Ribosomes

� Matériaux pour fonctionnement

� Molécules pour énergie

Carrefour mCarrefour méétabolique tabolique

�� synthsynthèèse et se et stockage sucres & lipides

� synthèse protéines

CYTOPLASME et ORGANITES

2) CYTOSQUELETTECYTOSQUELETTE Assemblage de protéines filamenteuses.

3 types de fibres : microfilaments d’actine, filaments intermédiaires, microtubules

Rôle ds mouvement : musculaturemusculature de la cellule

Rôle de squelette : ossatureossature de la cellule

1)1) MICROFILAMENTSMICROFILAMENTS D'ACTINED'ACTINE : abondants, rôle mécanique et moteur

Dans toutes cellules, non spécifiques

� Rôle ds viscosité

� Rôle ds mobilité (cellules, protéines, organites, endocytose, exocytose)

� Rôle ds mitose (formation de l'anneau contractile)

� Rôle mécanique (micro villosités, jonctions)

� Rôle ds adhésivité (fixation aux molécules d'adhérences cellulaires)

CYTOPLASME et ORGANITES

2) FILAMENTS INTERMEDIAIRES2) FILAMENTS INTERMEDIAIRES : rôle architectural. Spécifique

� Kératine (tissus épithéliaux)

� Neuro-filaments (axones des neurones)

� Glial Fibrillary Acidic Protein GFAP (cellules gliales, cellules du SNP)

� Vimentine (cell. mésenchymateuses)

� Desmine (cell. musculaires lisses, fibroblastes)

� dans le nucléoplasme, FI nucléoplasmique : lamine

CYTOPLASME et ORGANITES

3) MICROTUBULES3) MICROTUBULES

� Microtubules "instables" : polymérisation / dépolymérisation

� Rôle moteur (dynamique des chromosomes au cours de mitose)

� Rôle ds transport (mitochondries, vacuoles d'endocytose)

� Maintien de la forme des cellules différenciées

� Microtubules "stables" :

� Centres cellulaires (centrosome)

� Cils

CYTOPLASME et ORGANITES

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE Système complexe cavités, canalicules limités par membrane communiquant avec membrane plasmique : flux membranaire inter communicantflux membranaire inter communicant

1 1 –– ENVELOPPE NUCLEAIREENVELOPPE NUCLEAIRE

2 2 –– RRÉÉTICULUM ENDOPLASMIQUETICULUM ENDOPLASMIQUE

3 3 -- APPAREIL DE GOLGIAPPAREIL DE GOLGI

4 4 –– VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES

CYTOPLASME et ORGANITES

CYTOPLASME et ORGANITES

SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE cytoplasmiqueSYSTEME ENDOMEMBRANAIRE cytoplasmique

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 1 1 -- RRÉÉTICULUM ENDOPLASMIQUETICULUM ENDOPLASMIQUE : labyrinthe

schschéémama

� R. E. GRANULAIRE : REG RER

2 aspects /traduction ADN

� citernes aplaties

� ribosomes (= protéines + ARN r)

Accolement temporaire

� synthèse des protéines

(hépatocytes, cells sanguines…) Maillet, MASSON, 1995

� RIBOSOMESSynthétisés ds le nucléole� Libres ds le cytoplasme� Accolés à la membrane

CYTOPLASME et ORGANITES

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 1 1 -- RRÉÉTICULUMTICULUM ENDOPLASMIQUEENDOPLASMIQUE labyrinthe

� R. E. LISSE : tubes

� Synthèse et stockage des lipides

� membranes

� h. stéroïdes, cholestérol…

(cells de Leydig, hépatocytes…)

� Détoxification

cytochrome P 450 (cells foie, rein, intestin…) Maillet, MASSON, 1995

CYTOPLASME et ORGANITES

Tolérance drogue et alcool => modif. REL

� Stockage des ions Ca++

3 3 –– VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVésicules (vacuoles) d’exo ou endocytose stockageLysosomes : enzymes digestives lytiques « système digestif »

Maillet, MASSON, 1995

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

CYTOPLASME et ORGANITES

2 2 -- APPAREIL DE GOLGIAPPAREIL DE GOLGI saccules + vésicules + tubes = dictyosome. Lieu de trafic

� Transformation des protéines

� Maturation et finition

� Synthèse & modif. glucides

(G°protéines : glycosylation protéines).

� Lieu d’emballage :« étiquettes de destination »(Pro-insuline => insuline)

3 3 –– VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVésicules (vacuoles) d’exo ou endocytose stockageLysosomes : enzymes digestives lytiques « système digestif »

CYTOPLASME et ORGANITES

� Système endomembranaire� Mitochondries� Peroxysomes

CYTOPLASME et ORGANITES�� 3 types d'organites d3 types d'organites déélimitlimitéés par une membrane s par une membrane

4) MITOCHONDRIES4) MITOCHONDRIESProduction d’énergie : ATP stockée

« Centrales d’énergie »

Support de la respiration cell

MorphologieMorphologie :

2 membranes / 2 chambres

Biochimie Biochimie

� Membrane externeMembrane externe : pores, T. Passifs

� Membrane interneMembrane interne : crêtes. enzymes +++ (ATPsynthase, cytochr. P450) T. actifs ions

� Espace Espace intermembranaireintermembranaire : chbre externe: chbre externe id cytoplasme ; H+ cytochr. C

� Matrice : chbre interneMatrice : chbre interne :

Génome (ADN mt, ARN, ribosomes mt) et Enzymes

Maillet, MASSON, 1995

CYTOPLASME et ORGANITES

4) MITOCHONDRIES4) MITOCHONDRIESFonctionsFonctions

Production d’énergie ATP

� B oxydation des acides grasB oxydation des acides gras

�� Cycle de KrebsCycle de Krebs

�� ChaChaîîne respiratoirene respiratoire

�� Phosphorylation oxydative Phosphorylation oxydative

1 mol1 moléécule de glucose : 36 ATPcule de glucose : 36 ATP

CYTOPLASME et ORGANITES

Mitochondries nombreuses Mitochondries nombreuses dsds cellscells actives (foie, muscle)actives (foie, muscle)

4) MITOCHONDRIES4) MITOCHONDRIESAutres fonctionsAutres fonctions

� Synthèse h. stéroïdes

� Rôle ds concentration Ca++

� Rôle ds détoxification

� Rôle ds mort cellulaire

CYTOPLASME et ORGANITES

5) PEROXYSOMES 5) PEROXYSOMES � Enzymes

� Oxydases : utilisent O2 neutraliser substances toxiques

� Catalases : transforment peroxyde d’hydrogène en eau

� Cytochrome P450

� Rôle ds production et dégradation de peroxyde d’hydrogène

� Rôle ds détoxification (cells foie, rein)

� Consomment oxygène (mitochondries)

CYTOPLASME et ORGANITES

CYTOCHROMESCYTOCHROMES ::�� Cytochrome C : protCytochrome C : protééines ines prpr transport des etransport des e-- de la chade la chaîîne respiratoirene respiratoire

�� Cytochrome P450 : enzymes des membranes des mitochondries, Cytochrome P450 : enzymes des membranes des mitochondries, peroxysomes, du REL pour dperoxysomes, du REL pour déétoxificationtoxification……

Ds toutes cellules. Hématies. Unique, parfois multiple Indispensable à la vie cellulaire et à la multiplication � Contrôle activité cytoplasme� Contient et conserve information génétique (génome)

ASPECT DU NOYAU EN ASPECT DU NOYAU EN INTERINTER--PHASEPHASE�� NUCLEOPLASME NUCLEOPLASME (id cytosol)�� ENVELOPPE NUCLEAIRE ENVELOPPE NUCLEAIRE �� NUCLEOLESNUCLEOLES�� CHROMATINECHROMATINE

NOYAU

Maillet, MASSON, 1995

ENVELOPPE NUCLEAIRE ENVELOPPE NUCLEAIRE 2 membranes

� Externe en continuité RE

� Interne : chromatine / FI lamina dense

Pores : Molécules, ARN

NOYAU

SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE ENVELOPPE NUCLEAIREENVELOPPE NUCLEAIRE

RRÉÉTICULUM ENDOPLASMIQUETICULUM ENDOPLASMIQUE

APPAREIL DE GOLGIAPPAREIL DE GOLGI

VESICULES, LYSOSOMESVESICULES, LYSOSOMES

NUCLEOLESNUCLEOLES 1 ou 2

Réseau de mailles :

� fibrilles

� grains d’ARNr

Site d’assemblage des ribosomes (pores)

NOYAU

CHROMATINECHROMATINE Aspect morphologique (MO) fin réseau irrégulier

� Hetérochromatine : mottes (ADN spiralés, condensés)

� Euchromatine : espaces clairs (ADN non spiralés : replication ou transcription)

CHROMATINECHROMATINE Aspect biochimique

Chromosome dédoublé condensé métaphase

Collier de perles : histones (protéines)

Double hélice d’ADN : fibre nucléosomique

2 chromatides /centromère

ADN et histones

⇒ Chromatine

⇒ Condensée en chromatides

NOYAU

Cau & Seité, ELLIPSES, 1999

Bases azotées

�� PyrimidiquesPyrimidiques : Cytosine Thymine

�� PuriquesPuriques : Adénine Guanine

Liaisons hydrogènes :

C C ◄▬►◄▬►GG A A ◄▬►◄▬►TT

ComplCompléémentaritmentaritéé des basesdes bases

CHROMATINECHROMATINE Aspect biochimique : enchaînements de nucléotides

Nucléotides : union

� Phosphate (« boulon »)

� Sucre (pentose : désoxyribose)

� Base azotée

Brin sens 5’-3’

Brin anti-sens 3’-5’

NOYAU

Au total : � Noyau contient ADN macromolécules fragmentées en plusieurs segments :

chromosomes� Contiennent et conservent l’information génétique (génome)� Au moment de la division cellulaire : une copie conforme de cette

information transmise aux cells filles ss forme de chromosomes� Au cours de l’interphase, le noyau impose au cytoplasme la synthèse des

protéines / « plan de fabrication » conforme à l’information ds ADN

NOYAU

�� Interphase : Interphase : chromatine chromatine

� croissance

� différenciation

� G1, S, G2

PHENOMENES DE MULTIPLICATIONCYCLE CELLULAIRECYCLE CELLULAIRE Modifications de la cellule entre sa formation et sa division en 2 cells-filles identiques (génome)� Cellules diploïdes : 46 chr� Cellules haploïdes : 23 chr (Ovocytes, Spermatozoïdes)

�� MitoseMitose : chromosome: chromosome

� division

� transmission intégrale de l’information génétique

CYCLE CELLULAIRECYCLE CELLULAIRE : : 2 2 éétapestapes

1ère SVT, HATIER, 1993

INTERPHASEINTERPHASE

G1G1 : Σèse ARN et protéines

SS : Réplication ADN & Σèse des protéines

ADN polymérase /point initiateur : œil ou bulle de réplication

Fourchette de réplication : Y

Déroulement des hélices

Séparation de l’ADN en 2 chaînes

Matrice : modèle

C C ◄▬►◄▬►G AG A◄▬►◄▬►TT

G2G2 : Σèse ARN et protéines

G1G1

SS

G2G2

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

REPLICATION : phase S

SEMI-CONSERVATIVE Brin ancien et brin nouvellement synthétisé

ORIENTEE

� Brin avancé : sens de l’ouverture de la fourche de réplication,

� Brin retard : en direction opposée.

POINTS DE CROISSANCE MULTIPLES

INTERPHASEINTERPHASE

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

Maillet, MASSON, 1995

Après mitose, 3 éventualités :

� Maturation et mort cellulaire

� Nouveau cycle cellulaire : Phase G1

� Phase de différenciation prolongée G0

Cellules génétiquement identiques

�� Prophase : Prophase : chr. spiralés, , fuseau mitotique (centrioles Microtubules)

�� MMéétaphase : taphase : plaque équatoriale

�� AnaphaseAnaphase : migration des chromosomes le long des M°T

��TTéélophase : lophase : anneau contractile, scission

MITOSEMITOSE Synthèse protéines très faible 4 phases

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

Prophase Prophase fuseau mitotique MMéétaphase taphase plaque équatoriale

AnaphaseAnaphase migration chromosomes M°T TTéélophase lophase anneau contractile scission

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

MEIOSEMEIOSE 2 fonctions +++ Réduction de ½ stock chromosomesBrassage de l’information génétique

Maillet, MASSON, 1995

Division cell diploïde : 2n chromos. � 4 cells haploïdes (4 gamètes) � 1 chr de chaque paire

11èère division : rre division : rééductionnelle ductionnelle � Tétrades� Enjambement (crossing-over)� Brassage intra chromosomique

n chromosomes à 2 chromatides

22èème division : me division : ééquationnelle quationnelle � Pas de réplication préalable � Séparation des chromatides� Brassage inter chromosomique

n chromosomes à 1 chromatide

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

MEIOSE gamMEIOSE gaméétogentogenèèse : se : Spermatogenèse Ovogenèse

1ère SVT, HATIER, 1993 Ponte ovulatoire : 1 seul ovocyte

400 000 Ovogonies

Prophase de 1ère Division M bloquée jusqu’à puberté

Oeuf

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

Maillet, MASSON, 1995

CaryotypeCaryotype 23 paires de chromosomes 5 groupes (taille, centromère, bras)

46, XX 46, XY

Diagnostic antDiagnostic antéénatal natal (amniocentèse 14èmeSA) : conseil génétique - DPI

• Trisomie 21, 8, 13, 18 (3 Chr.) 47, XY

• T. gonosomique : 47, XXX / 47, XXY

• Monosomie : 45, X0 (Sme de Turner)

• Mucoviscidose : gène CFTR chr 7

Pathologie tumorale : ss typage lymphomes, PNET

GGéénotype : patrimoine gnotype : patrimoine géénnéétique tique PhPhéénotype : traduction du patrimoinenotype : traduction du patrimoine

CYTOGENETIQUECYTOGENETIQUE étude du nombre, structure des chromosomes

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

FACTEURS AGISSANT SUR LE CYCLEFACTEURS AGISSANT SUR LE CYCLE

�� FACTEURS DE CROISSANCE ET INHIBTIONFACTEURS DE CROISSANCE ET INHIBTION� Facteur de croissance épidermique (EGF)� Facteur de croissance d’origine plaquettaire (PDGF)� Interféron β bloque effets mitogènes

�� SUBSTANCES PERTURBANT CYCLE CELLULAIRESUBSTANCES PERTURBANT CYCLE CELLULAIRE� Sur les différentes phases du cycle : antimitotiques

� Bloquant phase G1 (méthotrexate)� Bloquant phase S (cytosine, arabinoside)� Bloquant phase G2 (ATB, antimétaboliques, agents alkylants)� Bloquant phase M : fuseau mitotique (colchicine, vincristine)

� Action sur les chromosomes :� Séparation défectueuse (tripaflavine)� Fragmentation (ypérite, radiations ionisantes)

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

SYNTHESE DES PROTEINES

CODE GENETIQUECODE GENETIQUE ::� Correspondance entre les codons et les A.A.

� Protéines (phrases) enchaînement d’A.A.(mots)

� 20 A.A. différents

Gène = séquence de nucléotides d’ADN codant pour une séquence d’AASegment d’ADN portant instructions correspondant à chaine polypeptidique

� Protéines indispensables structure et fonctionnement cellulaire� Production des protéines dirigée / information génétique (noyau) � Le « plan » protéines existe en langage codé

2 grandes étapes :

�� TRANSCRIPTIONTRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN: COPIE D'ADN EN ARN noyau (G1 G2)

�� TRADUCTIONTRADUCTION : DE L: DE L’’ARN EN PROTEINESARN EN PROTEINES cytoplasme

ADNADN : : Bases azotBases azotééeses

�� PyrimidiquesPyrimidiques : Cytosine Thymine

�� PuriquesPuriques : Adénine Guanine

Liaisons hydrogènes complémentarité

C ◄▬►G A ◄▬►T

Nucléotide : base + pentose + ac. Phosphorique

CODE GENETIQUECODE GENETIQUE

SYNTHESE DES PROTEINES

Lettres = 4 bases

Mots = 20 A.A.

Phrases = protéines

Code gCode géénnéétiquetique = correspondance entre codons / A.A.

Information génétique codée en 3 nucléotides successifs CodonsCodons : triplets

� 4³ : 64 codons

� 61 codons A.A.

� 3 codons signal d’arrêt :TAA TAG TGA

Codon dCodon déépart universelpart universel :

�ATG pour Méthionine.

� Protéines commencent par même A.A. Méthionine

CODE GENETIQUECODE GENETIQUE

SYNTHESE DES PROTEINES

ADN : Information génétique plan « codé »

Gène : séquence nucléotides codant pour une séquence A.A.10 à 30 000 gènes exprimés/200 000 : 10% ADN nécessaire pour coder protéines d’une cellule

CODE GENETIQUECODE GENETIQUE

Protéines

SYNTHESE DES PROTEINES

1ère SVT, HATIER, 1993

I) TRANSCRIPTIONI) TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN : COPIE D'ADN EN ARN noyaunoyau� A chaque génération milliers copiesARN à partir même segment d’ADN

� Phases G1- G2 : chrtine décompactée

� ARN polymérase (promoteur) déroule ADN : une chaîne sera copiée

Appariement bases ThymineThymine = UracileUracile

C ◄▬► G A ◄▬►U

� ARN monocaténaire

� 3 codons signal d’arrêt TAA TAG TGA

� Codon départ universel : ATG

� ARN quitte le noyau (pores) ARNm

SYNTHESE DES PROTEINES

�� ARN messager (ARN messager (nuclnuclééoplasmeoplasme))

�� ARN transfert (ARN transfert (nuclnuclééoplasmeoplasme))

�� ARN ribosomal 50 % (nuclARN ribosomal 50 % (nuclééole)ole)

�� Complexes Complexes RiboNuclRiboNuclééoProtoProtééiquesiques

I) TRANSCRIPTIONI) TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN: COPIE D'ADN EN ARNARN noyaunoyau

SYNTHESE DES PROTEINES

ARN m et ribosomes = polysomesARN m et ribosomes = polysomes

Outils :

� ARN m

� ARN t (adaptateur)

� A.A.

� Ribosomes

� Énergie (ATP), enzymes

Étapes :

� Phase d’initiation

� Phase d élongation

� Phase de terminaison

II) TRADUCTION DE LII) TRADUCTION DE L’’ARN EN PROTEINESARN EN PROTEINES cytoplasmecytoplasme

Traduction message génétique RibosomesRibosomes

SYNTHESE DES PROTEINES

II) TRADUCTION DE LII) TRADUCTION DE L’’ARN EN PROTEINESARN EN PROTEINES cytoplasmecytoplasme� Phase d’initiation : signal AUG/UAC ARNt porteur de Méthionine sur ribosome

Complémentarité anticodon/ codon ARN messager C ◄▬► G A ◄▬►U

� Phase d’élongation : accrochage successif A.A. (ordre défini par ARNm)

� Phase de terminaison : 1 des 3 codons arrêt de synthèse UAA, UGA, UAG

Libération chaîne polypeptidique

Ribosomes accolés au RE ou libres

1ère SVT, HATIER, 1993

SYNTHESE DES PROTEINES

CODECODE GENETIQUEGENETIQUE

1ère SVT, HATIER, 1993

20 A.A.20 A.A. InsulineInsuline : 2 cha: 2 chaîînes nes polypeptidiques 21 AA & polypeptidiques 21 AA & 30 AA30 AACollagCollagèènene : 3 cha: 3 chaîînes nes polypeptidiques 1050 AApolypeptidiques 1050 AAHHéémoglobinemoglobine : 2 cha: 2 chaîînes nes 141 et 2 cha141 et 2 chaîînes 146 AAnes 146 AA

SYNTHESE DES PROTEINES

A.A. /plusieurs codonsA.A. /plusieurs codons

� Modifications post-traductionnelles � Adressage

� Avec signal d’entrée ds RE (par le flux membranaire) : enveloppe nucléaire, app de golgi (maturation et finition), lysozomes, membrane� Sans signal d’entrée ds RE : mitochondries, peroxysomes, nucléoplasme, membrane, système endomembranaire

DEVENIR DES PROTEINES SYNTHETISEES DEVENIR DES PROTEINES SYNTHETISEES

REGULATION DE LA TRANSCRIPTIONREGULATION DE LA TRANSCRIPTION3 groupes d’informations

� Génome propre à cellule (anomalie génétique─› malformation)� Origine cytosolique : informations véhiculées par les échanges nucléo-cytoplasmiques� Origine extracellulaire (récepteurs membranaires, intracellulaires)

SYNTHESE DES PROTEINES

DIFFERENCIATION CELLULAIREDIFFERENCIATION CELLULAIREAcquisition par cellules d’une spécialisation morphologique et fonctionnellebasée sur utilisation partielle du génome, différente d’une cellule à l’autre

SYNTHESE DES PROTEINES

Les cellules spécialisées n’utilisent qu’une seule partie de l’informationgénétique différente d’un tissu à l’autre.

Phénomènes de régulation : répression de certaines gènes ou activationd’autres gènes (rôle facteurs de croissance, molécules d’adhésion)

Réversible ds certaines situations (cancer)

10 à 30 000 gènes exprimés/200 000 : 10% ADN nécessaire pour coder protéines d’une cellule

GENIE GENETIQUE GENIE GENETIQUE � Depuis 25 ans : manipulations d’ADN� 300 000 gènes codant pour 2 à 3 millions de protéines, � 90 % du génome humain est décrypté

� Sonde moléculaire : instrument essentiel du génie génétique basé sur la complémentarité des 2 chaînes d’ADN

� Génie génétique : technologie de l’ADN recombinant : création nouvelles molécules et intégration dans organisme. Modifier programme génétique des cellules.

SYNTHESE DES PROTEINES

GENIEGENIE GENETIQUEGENETIQUE

� Trangénèse : introduction ou inactivation d’un gènePlantes transgéniques 1983 (tabac, tournesols), 1995 (tomates) colza, soja, maïs� Création de médicaments : protéines rares ds la cellule produite àl’échelle industrielle par tech. PCR

� facteur VIII (coagulation) � hormone de croissance� insuline

� Séquençage du génome création de banques-bibliothèques d’ADN « empreintes génétiques » : identité génétique de chaque individu (code barre). Fichier National des Empreintes Génétiques.

SYNTHESE DES PROTEINES

GENIE GENETIQUE GENIE GENETIQUE SYNTHESE DES PROTEINES

� Clonage injection d’un fragment d’ADN particulier à partir d’une cellule. Transfert du noyau d’une cell embryonnaire ou adulte dans un ovocyte privéde noyau.

� Thérapeutique (cellules souches embryonnaires) but médical, autorisé dscertains pays (Chine, Corée sud, GB, Pays-Bas, Belgique, Suède)Cellules souches : cellules indifférenciées, qui peuvent s’autorenouveller àl’identique ou se différencier dans certaines conditions.

� Reproductif développement d’un embryon sans fécondation jusqu’à la naissance (pas autorisé)

� Thérapie génique remplacer un gène défectueux par une version normale

� Production d’énergie : caractéristique fondamentale organismes vivants

� Nutriments (glucose, ac. Gras, glycérol, AA)<=<=<=<= digestion aliments (glucide, lipide, protide) = source d’énergie des cellules

� Au cours de mécanismes anaérobies et aérobies : E des nutriments est convertie en ATP.� L’E de ATP utilisée pour activités cellulaires :

� synthèse des protéines, � transports membranaires actifs� mouvements mécaniques� réactions enzymatiques

PHENOMENES ENERGETIQUES

� Certaines cells n’utilisent, comme source d’E, que le glucose (hématies, cells nerveuses)� A jeun : la satisfaction des besoins énergétiques est assurée à partir des réserves (glycogène : muscle, triglycérides : ts adipeux)� Dépense énergétique est permanente, variable en fonction de l’activité

� État d’équilibre permanent (cellules détruites et remplacées)

Métabolisme : toutes les étapes de transformation chimiqueCatabolisme : dégradationAnabolisme : édification de molécules (biosynthèse)

PHENOMENES ENERGETIQUES

�� STOCKAGE DES NUTRIMENTS STOCKAGE DES NUTRIMENTS � Une partie des nutriments immédiatement utilisée� l’autre mise en réserve et utilisée / besoins1- EN POST PRANDIAL1-1- Glucides : apportés au niveau intestinal, acheminés vers le foie

(galactose et fructose transformés en glucose)� Glucose : principale source d’E utilisée, libéré ds circulation,

alimente toutes les cellules, pour générer ATP� Stockage :

� Triglycérides (tissu adipeux : 80à 85 % des réserves d’E)� Glycogène : glycogénogenèse (foie, muscle)

Glycémie régulée par hormones (insuline, glucagon)

PHENOMENES ENERGETIQUES

�� STOCKAGE DES NUTRIMENTS STOCKAGE DES NUTRIMENTS 1- EN POST PRANDIAL1-2- Lipides : (chylomicrons) transformés en acides gras & glycérol,

stockés en TG ds le tissu adipeuxRôle structural (membranes, hormones stéroïdes, sels biliaires)1-3- Acides aminés : acheminés vers le foie :� Synthèse des protéines plasmatiques (albumine), de la coagulation, de

transport� Transformés en corps cétoniques� A.A par voie sanguine vers autres cellules (synthèse des protéines)

Rôle structural (membranes, cytosquelette) et fonctionnel (enzymes)� A.A en excès dégradés en ammoniaque et éliminés par reins (urée)

PHENOMENES ENERGETIQUES

� 2 - ETAT DE JEÛNE [glucose] baisse (principale source d’E) 2 mécanismes se mettent en place 2.1 - Utilisation des réserves� Glycogénolyse ds le foie (glucose immédiatement utilisé)� Glycogénolyse ds muscles squelettiques (ac. Pyruvique puis glucose ds

foie, puis ds circulation sanguine)� Lipolyse (Ts adipeux : glycérol, converti en glucose ds foie :

néoglucogénèse)� Protéines dégradées (converties en glucose ds foie) qd jeûne persiste.

muscle cardiaque

Foie et muscle jouent rôle +++ ds le stockage du glucose (glycogène).Foie seul organe à sécréter du glucose dans le sang.

PHENOMENES ENERGETIQUES

� 2 - ETAT DE JEUNE [glucose] baisse (principale source d’E)

2.2 - Épargne du glucose si le jeûne se prolonge

PHENOMENES ENERGETIQUES

� Dans le cycle de Krebs (+ graisse et de protéines)

� L’activité des cells nerveuses dépendantes du glucose, les autres organes réduisent leur oxydation du glucose au profit de celle des lipides.

1- GLYCOLYSE ANAEROBIE Dans le cytosolNe consomme pas d’oxygèneGlucose transformé en Pyruvate2 molécules ATP

2 - PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Dans la mitochondrie Consomme de l’oxygèneCycle de KrebsRendement important 34 molécules d’ATP

MECANISMES DE PRODUCTION D'ENERGIEMECANISMES DE PRODUCTION D'ENERGIEPHENOMENES ENERGETIQUES