EXPLORATION DE LA CELLULE. Du plus grand… …au plus petit !

EXPLORATION DE LA

CELLULE

EXPLORATION DE LA

CELLULE

Du plus grand…

…au plus petit !

Taille des cellulesTaille des cellules

Bactérie (2 µm)

Virus (50 à 100 nm)

Protéine ~ 3 nm

Si une cellule animale avait la taille d'un immeuble de six logements

1 µm = 1/1000 mm

1 nm = 1/1000 µm

Les méthodes d'étude

• Les microscopies– Les microscopes photoniques– Les microscopes électroniques

• Le fractionnement cellulaire

Histoire de la microscopie

Le premier microscope

Robert Hooke 1665

Mince tranche de liège

Van Leeuwenhoek

(1632-1723)

Les microscopes optiques actuels

Microscope confocal

Les microscopes électroniques

Zoom sur une épingleX 50

X 1250

X 6000

X 30 000

Les méthodes d'étude

• Les microscopies– Les microscopes photoniques– Les microscopes électroniques

• Le fractionnement cellulaire

Généralités

1. Cellules procaryotes et eucaryotes

2. La taille des cellules

3. La compartimentation

La théorie cellulaire

• Tous les êtres vivants sont faits de cellules (au moins une cellule).

• La cellule est l'unité de base du vivant.

Un être humain contient quelque chose comme 10 000 milliards de cellules (1013). Chacune de ces cellules est un être vivant.

• Toute cellule provient d'une autre cellule

Ces cellules ne sont différenciées qu'en seulement 200 types (sang, foie, os...). Ces cellules ont une durée de vie limitée. Notre peau est entièrement changée en 1 semaine. L'ensemble de nos globules rouges est, lui, renouvelé en quatre mois.

• 1 à 3 µm en général

• pas d'organites présents (sauf ribosomes)

• matériel génétique non enfermé dans un noyau délimité

Cellules procaryotes:

1. Cellules procaryotes et eucaryotes

Cellules eucaryotes:

• 10 à 100 µm en général (20 µm en moyenne)

• Nombreux organites internes faits de membranes.

• Matériel génétique délimité par une membrane = noyau

Cellules procaryotes : 1 à 10 µm

Cellules eucaryotes : 10 à 100 µm

Plus petits procaryotes : ~ 0,1 à 1 µm

Bactéries d'environ 1 à 2 µm de diamètre vues au

microscope optique (X1000)

Plus petite cellule humaine = spermatozoïde (~ 3 µm)

Plus grande cellule humaine = ovule (~ 100 µm)

Les cellules d'une puce sont-elles plus petites que celles d'une baleine bleue?

La taille des cellules est limitée par leur rapport surface / volume

Si on augmente le diamètre d'une cellule:

• La surface augmente au carré

• Le volume augmente au cube

Plus la taille augmente, plus le volume devient important par rapport à la surface. Le rapport surface / volume diminue.

2. Pourquoi les cellules sont-elles si petites ??

Un cube de 1 m de côté:

Surface = 6 x 1 m2 = 6 m2

Volume = 1 m3

Rapport surface / volume = 6

Surface = 6 x (5x5) = 150 m2

Volume = 125 m3

Rapport surface / volume = 1,2

On augmente la taille du cube à 5 m de côté :

Un volume de 5x5x5 cubes de 1 m de côté:

Surface = 6 m2 x 125 = 750 m2

Volume = 125 m3

Rapport surface / volume = 6

Les échanges entre la cellule et son milieu se font par la surface de la membrane cellulaire.

Ces échanges sont proportionnels à la surface de la cellule.

3. La compartimentation

• Nécessité absolue de membranes internes, qui définissent des compartiments

• Cela permet de réaliser en même temps, dans la même cellule, des processus normalement incompatibles

• Corrélation entre structure et activité.

Structure générale d'une cellule animale

Structure générale d'une cellule végétale

Le cytoplasme

Matière semi-liquide : le cytosol

Composition :

85% d'eau

des glucides

lipides

protéines

ARN…

Et des ORGANITES intra-cellulaires

Le noyau

Le noyau

NucléoleSynthèse des ribosomes (10 000 par minute…)

Le noyau

Au moment de la division cellulaire, la chromatine s'organise en chromosomes

Le noyau

L'ADN d'une petite bactérie, l'Escherichia coli * 2µm de longueur soit 2 millionièmes de mètre

sur 1 µm de large et un poids d'environ 10-12 grammes * contient 2 000 gènes simples d'environ 1 000

bases chacun. Son ADN compte donc environ 2 000 000 bases.

Le gène de la dystrophine chez l'Homme (gène qui code une protéine, la dystrophine, dont l'absence provoque la terrible myopathie de Duchenne) comprend lui 2 300 000 bases.

Le noyau

Retour sur nos chromosomes

Nos 23 chromosomes contiennent au total environ 3,5x109 bases. Prenons, une page "A4" comprenant 3 000 caractères alphabétiques. Il nous faudrait 5 000 livres de 200 pages pour obtenir un nombre égal de caractères. Une belle petite bibliothèque !!!

Mises bout à bout, les 46 molécules d'ADN d'une seule cellule auraient une longueur de 1,5 mètre. Cet ensemble est, toutefois, compacté à l'extrême et tient dans un espace de 10 millionième de mètre de diamètre !!! L'ensemble de l'ADN contenu dans un être humain mesurerait donc 40 milliards de kilomètres soit 300 fois la distance Terre-Soleil…

Les séquences entre deux individus sont semblables à 99,9 %.

Les Ribosomes

Le ribosome

Les ribosomes

Ribosomes libres et liés

Les 2 sous-unités s'associent au moment de la traduction

Différences entre les ribosomes procaryotes et eucaryotes

Streptomycine => initiation de la synthèse

Erythromycine => lecture de l'ARN

Tétracycline => arrivée des acides aminés

Chloramphénicol => liaisons entre les acides aminés.

Organite qui assemble les protéines conformément au code génétique.

Les ribosomes

Le réseau des membranes intracellulaires

Membrane nucléaire

Réticulum endoplasmique

Appareil de Golgi

Lysosomes

Peroxysomes

Vacuoles

Membrane plasmique

Le réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique

Reticulum = réseau

Endoplasmique = dans le cytoplasme

=> tubules et citernes

=> rugueux et lisse

Le réticulum endoplasmique lisse

Synthèse des lipides

graisses, phospholipides, hormones stéroïdiennes

Métabolisme des glucides

glucose-phosphate => régulation de la glycémie

Détoxication des médicaments, drogues et poisons

augmentation de la solubilité

alcool et tolérance

alcool et médicaments

Le réticulum endoplasmique rugueux

Le réticulum endoplasmique rugueux

• Synthèse des protéines de sécrétion

• Glycosylation des glycoprotéines

• Vésicules de transition

• Synthèse des membranes intracellulaires

(naissance de l'ensemble des membranes de la cellule)

Réticulum endoplasmique

L'appareil de Golgi

L'appareil de Golgi

Fonctions :

- fabrication

- affinage

- entreposage

- triage

- expédition

Face cis = entrée des produits

Face trans = expédition

Modification de certaines molécules (glycosylation)

Création de nouvelles molécules

Triage par apposition d'étiquettes moléculaires.

L'appareil de Golgi

1 2

3

4Transport vesiclebuds off

Ribosome

Sugarchain

Glycoprotein

Secretory(glyco-) proteininside transportvesicle

ROUGH ER

Polypeptide

Les lysosomes

Les lysosomes

Sac membraneux rempli d'enzymes hydrolytiques.

Uniquement chez les animaux !

pH acide (5) : protection de la cellule vis-à-vis d'enzymes potentiellement dangereuses.

Issus du bourgeonnement de l'appareil de Golgi

Impliqués dans la phagocytose

Impliqués dans le recyclage interne (autophagie).

Ex. de la cellule du foie, qui renouvelle 50% de ses molécules chaque semaine.

Lysosomes

Figure 4.11B

Rough ER

Transport vesicle(containing inactivehydrolytic enzymes)

Golgiapparatus

Plasmamembrane

LYSOSOMES

“Food”

Engulfmentof particle

Foodvacuole

Digestion

Lysosomeengulfingdamagedorganelle

Les lysosomes

Impliqués dans certaines maladies humaines.

Maladies de surcharge = absence d'une enzyme de dégradation.

Glycogénose = accumulation de glycogène dans le foie

Maladie de Tay-Sachs = absence d'une lipase =>

altération des fonctions cérébrales

Thérapie génique ??

Les vacuoles

Les vacuoles

Animales =

phagosomes

vacuoles contractiles des protistes d'eau douce

Végétales = TONOPLASTE (très important)

• réservoir de matière organique

• réservoir d'ions potassium ou chlorure

• idem au lysosomes animaux (hydrolyse)

• décharge pour produits toxiques

• pigments, ou produits toxiques pour prédateurs

Mouvements membranaires (1)

Mouvements membranaires (2)

La membrane plasmique

La membrane plasmique

Les peroxysomes

1. membrane simple

2. produit du peroxyde d'hydrogène H2O2

3. découpage des lipides, détoxication de l'alcool dans le foie

4. grand nombre dans les graines en germination (lipides => glucides)

Les mitochondries

• d'une à plusieurs milliers par cellule

• de 1 à 10 m

• contient de l'ADN (!)

• espace inter-membranaire / matrice mitochondriale

• chaîne respiratoire => production d'ATP

Les mitochondries

Le chloroplaste

Le chloroplaste

Le chloroplaste

• membre de la famille des "plastes"

• amyloplastes

• chromoplastes

• 2m sur 5m

• thylakoïdes empilés en grana

• conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique

Le cytosquelette Réseau de fibres qui parcourt tout le cytoplasme

=> ossature de la cellule

Mais il lui permet aussi de changer de forme (échafaudage qu'on peut déplacer d'un endroit à un autre)

Et pourquoi pas, de se déplacer (cils, flagelles, pseudopodes, cyclose)

= > musculature de la cellule

3 sortes de fibres :

• microtubules

• filaments intermédiaires

• microfilaments (filaments d'actine)

Le cytosquelette

Le cytosquelette

Microtubules MicrofilamentsFilaments

intermédiaires

-Tubes-Paroi formée des 13 colonnes de tubuline-25nm de diamètre, dont 15 nm de lumière

Deux brins d'actine entortillés

7nm de diamètre

Diverses protéines fibreuses

Superhélice (cable)

8-12nm de diamètre

Mobilité cellulaire (cils et flagelles)

Mouvement des chromosomes

Mouvements des organites

Maintien de la forme

Contraction musculaire

Cyclose

Mobilité cellulaire (pseudopodes)

Sillon de division cellulaire

Maintien et changement de forme de la cellule

Fixation d'organites

Maintien de la forme

Le cytosquelette

Les flagelles

Cils et flagelles

La contraction musculaire

Les pseudopodes

Les pseudopodes

La surface cellulaireLa paroi cellulaire des cellules végétales

paroi primaire

lamelle moyenne (pectines)

paroi secondaire (bois)

Le glycocalyx des cellules animales

glycoprotéines, glycolipides

identité des cellules (ABO, ovules)

Les jonctions intercellulaires (plasmodesmes)

La paroi de la cellule végétale

Quelques exemples de différents types cellulaires

Surface de la peau (grenouille)

cellule

On connaît près de 200 types différents de cellules dans le corps humain. Chaque type remplit une fonction précise.

Feuille d'Élodée (petite plante aquatique)

Feuille vue en coupe

Qu’est-ce que c’est?

Sac rempli de gras

Autres structures de la cellule

Neurones

Figure 20.4

Free surface ofepithelium

BasementMembrane(extracellularmatrix)

Underlyingtissue

Cellnuclei

A. SIMPLE SQUAMOUS EPITHELIUM(lining the air sacs of the lung)

B. SIMPLE CUBOIDAL EPITHELIUM(forming a tube in the kidney)

C. SIMPLE COLUMNAR EPITHELIUM(lining the intestine)

D. STRATIFIED SQUAMOUS EPITHELIUM(lining the esophagus)

Les 6 types de tissus conjonctifs

Figure 20.5

Cell

A. LOOSE CONNECTIVE TISSUE(under the skin)

Collagenfiber

Otherfibers

B. ADIPOSE TISSUE

Fatdroplets

Cellnucleus

C. BLOOD

White bloodcells

Red bloodcells

Plasma

D. FIBROUS CONNECTIVE TISSUE(forming a ligament)

Cellnucleus

Collagenfibers

E. CARTILAGE(at the end of a bone)

Cells

Matrix

F. BONE

Centralcanal

Matrix

Cells

Figure 20.6

Unit ofmusclecontraction

A. SKELETAL MUSCLE

Musclefiber

Nucleus

B. CARDIAC MUSCLE

Musclefiber

Nucleus

Junction betweentwo cells

C. SMOOTH MUSCLE

Muscle fiberNucleus

FIN

FIN