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La biologie cellulaire – L’histologie Les maladies infectieuses Cours N°2 – 3 - 4 – Docteur Cécile BORGET Cours dispensés à la faculté de médecine Pierre et Marie CURIE Site Saint Antoine 27 rue Chaligny – 75012 - Paris

FPESD – 92 rue de la Victoire – 75009 – Paris – Email : formation_fpesd@orange.fr

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Introduction : Tous les tissus vivants sont composés de cellules et d’un environnement favorable à leur survie (la matrice extracellulaire). Un organisme complexe est constitué de tissus possédant différentes fonctions, eux-mêmes formant des organes spécialisés (voir figure 1). La formation d'un tissu implique à la fois un processus de prolifération (augmentation de masse) et un processus de différenciation (spécialisation).

ANATOMIE D’UNE CELLULE La cellule est une unité vivante qui a sa vie propre, c'est-à-dire qui a sa propre homéostasie (biochimie), mais en même temps doit répondre aux besoins de l'organisme, c'est-à-dire interagir avec celui ci pour sa survie et son bon fonctionnement

Les cellules sont caractérisées par leur membrane, leur noyau et leur cytoplasme. Une cellule a un diamètre de 5 à 100 micromètres à et contient environ un milliard de molécules protéiques, constituant à peu près 60 de sa masse sèche. On pense qu'il y a environ 10.000 types différents de protéines dans une cellule. Pour bien fonctionner, les cellules ont compartimenté leur processus biochimiques dans le cytoplasme et ces compartiments sont les organites cellulaires (ou organelles) (voir figure 3).

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=> CYTOPLASME ET ORGANITES Selon leur fonction principale, les organites interviennent dans les processus de synthèse ou de dégradation métaboliques. Cette distinction arbitraire a l'intérêt de montrer le dynamisme du métabolisme cellulaire. Les constituants sont soumis à un renouvellement permanent qui permet à la cellule de répondre au mieux aux sollicitations physiologiques.

Pour la synthèse le noyau : c’est le lieu de localisation et réplication de l'information génétique (ADN), synthèse des ARN messagers (ARNm), de transfert (ARNt) et ribosomaux (ARNr) (ce dernier est synthétisé dans une structure nucléaire distincte appelée nucléole), la mitochondrie : y siège métabolisme de l'oxygène et synthèse d'ATP (source d'énergie) et NAD(P)H (pouvoir réducteur), le réticulum endoplasmique (RE) : synthèse des (glyco) protéines (RE-rugueux) et lipides (RE-lisse), l'appareil de Golgi : maturation de (glyco)protéines et formation de vésicules de sécrétion. Pour la dégradation

26 l'endosome : recyclage des membranes et des protéines de surface, les lysosomes : dégradation des protéines, lipides et polysaccharides, les peroxysomes : détoxification des molécules potentiellement dangereuses. Pour la structure le cytosquelette : détermine la forme cellulaire, régit les contractions, les mouvement, joue un rôle pendant la division cellulaire (mitose). En général, toutes les cellules ont les mêmes organites, mais en fonction de leur rôle dans l'organisme (de leur spécialisation), ils sont plus ou moins développés (plus ou moins apparents) : Dans les cellules pancréatiques, l’appareil de Golgi est abondant pour la production d'enzymes digestives Dans les cellules lymphocytaires B du plasma on trouve un abondant réticulum endoplasmique pour la production d'anticorps Dans les cellules hépatiques figurent d’abondants péroxysomes pour détoxifier le sang Dans les cellules leucocytaires (globules blancs) existent d’abondants lysosomes chargés de tuer les microbes Dans les cellules musculaires : abondant cytosquelette (actine et myosine) pour la contraction/ décontraction de la cellule qui fait la particularité de ce tissu musculaire Dans les cellules nerveuses on y trouve un abondant cytosquelette (tubuline) impliqué dans le transport des vésicules de neurotransmetteurs du corps au bout de l’axone, vers la synapse. => LA MEMBRANE CYTOPLASMIQUE

Les cellules sont entourées par la membrane plasmique qui est une barrière indispensable entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire. La membrane plasmique est un film très fin constitué de molécules protéiques (50 % de la masse) et lipidiques (également 50 %). La taille des molécules lipidiques est petite (environ 700 Da) comparée à celle des molécules protéiques ( > 10.000 Da). Dans la membrane il y a donc beaucoup plus de molécules lipidiques que de molécules protéiques. Toutes les membranes de la cellule sont construites sur ce principe car toutes sont à la fois imperméables et filtrantes pour les mêmes types moléculaires.

27 Les lipides de la membrane plasmique Les lipides forment une double couche (épaisse de 5 à 6 nm) qui est relativement imperméable au passage de la plupart des molécules hydrosolubles (protéines, hormones, ions). Même les petites molécules comme le glucose ou l'adrénaline mettent un temps considérable pour traverser. La membrane est donc une barrière très efficace ! Mais elle peut facilement être franchie par des molécules hydrophobes telles que les alcools, les stéroïdes et les anesthésiques généraux (pentobarbital). La structure en double couche est due aux propriétés amphiphiles des molécules lipidiques. Celles-ci possèdent ainsi une extrémité hydrophile (aimant l'eau ou polaire) et une extrémité hydrophobe (craignant l'eau ou apolaire) Il existe une grande variabilité de lipides membranaires. Les plus abondants sont les phospholipides Les lipides sont synthétisés dans le réticulum endoplasmique lisse Certains lipides sont glycosylés : les glycolipides Les résidus glucidiques, tels que galactose, glucose mais aussi acide sialique, sont ajoutés aux lipides dans l'appareil de Golgi. Le cholestérol est un lipide de structure distincte. Il joue un rôle particulier au sein de la membrane en la rendant moins déformable (plus rigide) et en diminuant sa perméabilité aux petites molécules hydrosolubles Les protéines de la membrane cytoplasmique Bien que la structure de base de la membrane plasmique (et de toute membrane biologique) soit déterminée par la double couche lipidique, la plupart des fonctions spécifiques sont portées par les protéines. En conséquence, entre les différents types de cellules, les quantités et les types de protéines dans la membrane plasmique sont extrêmement variables. Des différences structurales et fonctionnelles existent également entre la membrane plasmique et les membranes intracellulaires des organites (mitochondrie, noyau, etc.). Les fonctions principales des protéines membranaires sont: Echange sélectif de matière (transporteurs membranaires, canaux ioniques et protéines impliquées dans l'exocytose et l'endocytose) : ex : na et k pour les neurones. Adhérence à la matrice extracellulaire et aux cellules adjacentes (intégrines et cadhérines) Des protéines membranaires spécialisées jouent un rôle très important à la fois dans le développement et l'intégrité anatomique des tissus en favorisant l’interaction cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire Connexion avec le cytosquelette Réception des signaux extracellulaires Transduction du signal par des molécules effectrices Support d'activités enzymatiques En bref, la membrane est un tissu à la fois imperméable et filtrant permettant le maintien d’un gradient entre les deux milieux mais jouant un rôle dans l’apport de nutriments à la cellule pour la synthèse (protéines, énergie

28 Transport membranaire Le caractère hydrophobe de la double couche lipidique permet à la cellule de maintenir des concentrations de solutés différentes de part et d'autre de la membrane, c'est-à-dire entre cytoplasme et milieu extracellulaire et ceci est vrai pour chaque compartiment cellulaire (mitochondrie, lysosome, réticulum endoplasmique, etc). La séparation des compartiments définis par la membrane ne doit cependant pas être totale et des échanges moléculaires sont nécessaires à la vie cellulaire. Les cellules ont ainsi développé des systèmes de transport d'ions et de macromolécules faisant intervenir des protéines membranaires : transporteurs, pompes ou canaux. Les raisons pour lesquelles les cellules ont besoin de ces protéines de transport membranaire sont les suivantes : 1. approvisionnement en métabolites, 2. élimination des déchets métaboliques, 3. maintien de concentrations ioniques bien définies. Passage de la membrane par diffusion simple Ce mode de transport ne fait pas intervenir de protéines membranaires. Il est limité aux gaz (O2, NO2, CO2, CO), aux molécules lipophiles (hormones stéroïdes et thyroïdiennes, urée, éthanol, etc.) et, dans certaines limites, à H2O Passage de la membrane par protéines de transport La diffusion par un transporteur (une protéine de membrane) augmente très largement la vitesse et la sélectivité de transport par rapport à la diffusion simple. La diffusion par un transporteur permet également de transporter les solutés contre leur gradient chimique (concentration) et électrique (différence de potentiel membranaire). Le transport réalisé contre le gradient électrique ou chimique consomme de l'énergie et on parle alors de transport actif. Le transport actif permet le maintien de concentrations de solutés différentes de part et d'autre de la membrane. Il y a trois principales classes de protéines membranaires de transport : Les canaux, pores permettant le mouvement passif d'ions (canaux ioniques) ou de molécules de petite taille (, glucides, acides aminés, nucléotides) Les pompes. Ce sont des protéines qui hydrolysent l'ATP et qui sont donc qualifiées d'ATPases. Les transporteurs qui assurent un transport « aidé » en général d’une pompe créant un gradient préalable indispensable au transport LE CYTOSQUELETTE Le cytosquelette est impliqué dans de nombreuses fonctions qui concernent la défense contre les agressions mécaniques, la forme de la cellule et les divers mouvements cellulaires et intracellulaires. Tous les éléments du cytosquelette sont des structures protéiques allongées résultant de la polymérisation d'éléments monomériques. Filaments d’actine et myosine Microtubules Filaments intermédiaires (cytokératine et vimentine) Le cytosquelette forme un réseau complexe de filaments et tubules qui s'étend dans tout le cytoplasme. Contrairement au squelette osseux qui est rigide, le cytosquelette est une

29structure très dynamique qui se réorganise continuellement au cours des différents évènements cellulaires (migration, division, etc.) LES MITOCHONDRIES

Elles jouent un rôle primordial dans la production de l'ATP nécessaire au déroulement des fonctions cellulaires (fournisseur universel de l'énergie). La production de l'ATP nécessite un fort approvisionnement en métabolites tels que glucose et acides gras (et dans le cas de dénutrition extrême, acides aminés), un approvisionnement géré à partir des réserves (ex : foie ou sang) par des hormones (glucagon, insuline et adrénaline). Une cascade d’évènements chimiques mitochondriaux vont aboutir à la production d’ATP : c’est la « phosphorylation oxydative» Une autre cascade utilise cet ATP pour produire énergie et ADP : c’est « le cycle de Krebs ». Les processus se déroulent dans des sites bien déterminés et le passage de métabolites d'un site à l'autre est assuré par de nombreux transporteurs. En plus de son rôle de production d'ATP, la mitochondrie participe à la synthèse des lipides, et à l'homéostasie cellulaire du calcium. Elle est impliquée dans la « mort cellulaire programmée ou apoptose » En bref : la mitochondrie est une centrale énergétique cellulaire indispensable à la survie et au bon fonctionnement cellulaire LE NOYAU Le noyau est généralement sphérique et sa taille est proportionnelle à la dimension de la cellule. Le noyau est généralement situé au centre de la. Par ailleurs, même si l'on compte généralement un seul noyau par cellule, certaines cellules comme les cellules musculaires striées, peuvent être plurinucléées. D'autres noyaux ont une forme irrégulière comme les noyaux lobés de certains globules blancs. Ajoutons que les globules rouges font exception en étant les seules cellules de l'organisme à ne pas avoir de noyau. Le noyau est entouré d'une enveloppe composée d'une double membrane. La couche externe de l'enveloppe nucléaire semble être une portion du réticulum endoplasmique rugueux appliquée au noyau. Plusieurs polysomes s'y retrouvent accolés ce qui porte à croire que la membrane nucléaire est le siège d'une activité intense de synthèse de protéines. La membrane nucléaire, à la différence de la membrane cytoplasmique, semble criblée de "pores" que l'on retrouve par milliers sur toute sa surface. Ces pores ne sont pas de simples trous mais sont des structures protéiques très dynamiques qui

30effectuent et contrôlent activement les échanges entre le noyau (centre de contrôle) et le cytoplasme (usine). À titre d'exemple, pour répondre à l'activité de synthèse du noyau, des molécules comme des bases azotées, des phosphates, des sucres doivent traverser les pores dans le sens du cytoplasme vers l'intérieur du noyau. Comme le noyau ne possède pas de source d'énergie autonome, des molécules énergiquement riches comme l'ATP doivent aussi pénétrer dans le noyau. De même, des macromolécules comme des hormones peuvent aussi pénétrer dans le noyau afin d'y régler, à la source, l'activité cellulaire. En sens inverse, les pores assument aussi le passage de macromolécules du noyau vers le cytoplasme, en particulier celles des copies de l'information génétique sous forme d'ARN messager, d'ARN ribosomal (ARNr) et d'ARN de transfert (ARNt), toutes ces molécules étant synthétisées dans le noyau. La membrane nucléaire délimite un nucléoplasme relativement homogène. Ce nucléoplasme est au noyau ce que le cytoplasme est à la cellule. Le nucléoplasme est composé d'une solution aqueuse dans laquelle on retrouve généralement une structure appelée "nucléole", l'ensemble des chromosomes qui constituent le matériel génétique et une profusion de molécules indispensables à l'activité de synthèse effectuée dans le noyau.

31 Le matériel génétique d'une cellule existe sous la forme de molécules d'ADN associées à des protéines, appelées histones; c'est pourquoi on parle souvent de nucléoprotéines. Ces molécules de nucléoprotéines se présentent sous deux formes selon que la cellule soit en phase de division ou non. Durant l'interphase, (phase où la cellule n'est pas en division), les filaments d'ADN sont fins de façon à ce que l'information génétique soit accessible et utilisable pour la synthèse des protéines: on parle alors de filament de chromatine. Par ailleurs, au moment où s'amorce la division cellulaire, la molécule d'ADN se dédouble de telle sorte que la chromatine se spiralise, s'enroule et se condense formant une sorte de boudin double que l'on appelle chromosome. Chaque branche du chromosome porte alors le nom de chromatide. Ces deux chromatides sont attachés l'un à l'autre par le centromère. Chaque cellule humaine nucléée possède 46 chromosomes distincts. Chromatine et chromosome représentent donc deux états différents d'une même molécule, l'ADN. Cette distinction étant maintenant faite, on utilisera de façon générale le terme de chromosome. La plus petite pièce d'information portée par l'ADN s'appelle un gène. Un gène est donc une portion de la molécule d'ADN qui contient le code original à partir duquel on peut fournir un message clair indiquant précisément le nombre, le type et la séquence des acides aminés qui doivent être assemblés pour donner une protéine spécifique. Sur un même chromosome, on peut retrouver des milliers de gènes différents codant chacun pour une protéine différente. Chaque noyau des cellules du corps contient 46 de ces chromosomes dont 23 proviennent de l'ovule de notre mère et 23 du spermatozoïde de notre père. Du point de vue fonctionnel, les molécules d'ADN formant les chromosomes contiennent l'information de l'ensemble des caractères héréditaires transmissibles d'une cellule à l'autre ainsi que tous les codes nécessaires à la synthèse des différentes protéines qui composent l'organisme. Les 46 chromosomes seront donc les artisans de deux processus excessivement important pour la cellule, la division cellulaire et la synthèse des protéines. Afin que puisse se réaliser la synthèse des protéines dans le cytoplasme alors que l'information génétique se trouve prisonnière dans le noyau, celui ci fournit au cytoplasme une grand quantité de molécules impliquées dans les processus de synthèse : les ARN (ARN ribosomal (ARNr), des ARN de transfert (ARNt) et des ARN messager (ARNm)). Le nucléole est responsable de la synthèse particulière des ARNr ce qui qu’il soit très apparent dans les cellules actives comme dans les cellules nerveuses et les cellules sécrétrices. L’ARN est transporté par les ribosomes dans le cytoplasme pour la synthèse protéique. En conclusion, les chromosomes formés d'ADN représentent l'information nécessaire à la cellule pour synthétiser toutes les protéines qui lui permettent d'assurer le maintien de sa structure, la réalisation de sa fonction spécifique ainsi que sa descendance au sein de l'organisme dont elle fait partie. Le noyau devient par la même occasion le siège de l'hérédité. Dans une cellule, , le centre de contrôle de l'activité cellulaire se situe dans le noyau. Le noyau renferme ainsi toutes les instructions génétiques nécessaires à la production des protéines par la cellule et à sa multiplication. Dans une usine, la gestion incombe aux administrateurs qui délivrent les copies de leurs instructions en ayant soin de conserver leurs originaux. Le noyau est donc le « centre de gestion et de production » de la cellule. Vocabulaire : molécule eucaryote et procaryote : avec ou sans noyau LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE ET RIBOSOMES

32 C’est un réseau péri- nucléaire de saccules et canalicules composé de 2 compartiments : le RE rugueux dont la surface est piqueté de « ribosomes » et le RE lisse qui en est dépourvu ; ils communiquent entre eux

D'un point de vue fonctionnel, le réticulum endoplasmique est un réseau de membranes qui établit la communication entre les différentes régions de la cellule. Ainsi, grâce à sa continuité avec la membrane cytoplasmique, le réticulum endoplasmique peut acheminer les molécules combustibles et les nutriments absorbés vers les organites qui vont les utiliser pour produire de l'ATP ou faire la synthèse de différentes molécules. La continuité qu'il présente avec la membrane nucléaire permet aussi au noyau d'envoyer des commandes de synthèse dans le cytoplasme. Enfin, le réticulum endoplasmique peut transporter certaines molécules synthétisées dans une région vers d'autres régions cellulaires où elles peuvent être ensuite traitées, utilisées ou exportées. La fonction du réticulum endoplasmique est aussi la synthèse des molécules qu'il transporte: molécules lipidiques comme par exemple, stéroïdes sexuels, triglycérides dans les cellules adipeuses ainsi que certains produits de sécrétion fréquemment rencontrés dans les cellules glandulaires telles les glandes salivaires et sébacées de la peau ; synthèse de molécules protéiques quand le tissu concerné est très actif au plan métabolique : cellules hépatiques et dans les cellules nerveuses par exemple Le réticulum endoplasmique rugueux sert d'abord de support physique aux ribosomes qui effectuent l'assemblage des acides aminés en protéines. Lorsque la nouvelle protéine est terminée, celle-ci traverse la membrane du réticulum par l'intermédiaire de pores membranaires incorporées dans la membrane du réticulum rugueux. Ainsi, les protéines passent du cytoplasme vers l'intérieur des tubes du réticulum rugueux. Les protéines sont ensuite transportées vers des citernes du réticulum puis accumulées dans des microvésicules formées à partir du bourgeonnement de la membrane de ce même réticulum endoplasmique. Finalement, ces microvésicules sont libérées dans le cytoplasme et participent à la formation d'un nouvel organite, les saccules de l'appareil de Golgi. En bref : le RE et les ribosomes ont une fonction de synthèse mais aussi « d’empaquetage » et d’acheminement des molécules vers les sites ou la cellule les utilisera L’APPAREIL DE GOLGI

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L'appareil de Golgi a la même origine que le réticulum endoplasmique: il s'agit donc d'un organite membranaire doué des mêmes propriétés que la membrane cytoplasmique ainsi que de celle du réticulum endoplasmique. Au niveau de la cellule, on peut reconnaître l'appareil de Golgi à l'arrangement très ordonné de ses cavités aplaties, les citernes.. Les citernes du Golgi ne forment pas des structures isolées et figées. Il s’y forme des saccules par fusion des microvésicules provenant du réticulum endoplasmique rugueux. Ces saccules se déforment, bourgeonnent et se fusionnent, puis sont graduellement éliminées, libérant leur produit sous forme de vésicules de sécrétion dans le cytoplasme ; ces vésicules fusionnent ensuite avec la membrane plasmique pour être libérées dans le secteur extracellulaire. Du point de vue fonctionnel, l'appareil de Golgi participe activement au processus de sécrétion c'est-à-dire au processus libérant les produits finis hors de la cellule qui les a produits. En bref, l'appareil de Golgi sert d'organe de traitement, d'entreposage et d'emballage des produits de sécrétion fabriqués au niveau du réticulum endoplasmique rugueux, ceci jusqu'à ce que la cellule reçoive la commande de sécréter. Au moment de la livraison, les vésicules de sécrétion se fusionnent à la membrane cytoplasmique et quittent la cellule par exocytose. Plusieurs cellules humaines fabriquent toutes sortes de protéines de sécrétion. Cette sécrétion peut être endocrine c'est-à-dire que les protéines sont libérées directement dans le milieu interstitiel et de là dans le sang, ou la sécrétion peut être exocrine, c'est-à-dire dans une cavité externe de l'organisme. Exemples : Les cellules épithéliales sécrètent des protéines de collagène dans le milieu interstitiel afin de s'assurer un soutien adéquat. Les cellules des glandes salivaires sécrètent différentes protéines qu'elles libèrent dans les canaux salivaires formant ainsi la salive qui se déverse dans la cavité buccale. Les cellules pancréatiques qui fabriquent l'insuline emmagasinent cette hormone dans des vésicules de sécrétion jusqu'à ce que la cellule reçoive la commande de sécréter l'hormone dans le sang afin que certaines cellules puissent utiliser efficacement le glucose comme combustible ou comme matière première. Cette fonction sécrétrice de l'appareil de Golgi est en relation directe avec le dynamisme de ses membranes. Compte tenu de l'importance des membranes dans le fonctionnement de l'appareil de Golgi, on peut imaginer que le maintien de l'intégrité de celles-ci est capitale pour la cellule. Le maintien des membranes golgiennes est particulièrement important dans le cas des cellules qui produisent des enzymes qui seront déversées dans

34le tube digestif au moment de la digestion des aliments ingérés. Normalement, ces enzymes sont emballées et isolées du cytoplasme par les membranes golgiennes ceci jusqu'à ce que la cellule soit prête à les sécréter dans des canaux qui débouchent dans la cavité externe du tube digestif. La rupture de ces membranes golgiennes et par ricochet le déversement éventuel de ces enzymes digestives dans la cellule risqueraient de provoquer la digestion des cellules elles-mêmes. LES LYSOSOMES Les vésicules golgiennes ne servent pas toutes pour la sécrétion de protéines hors de la cellule. Certaines vésicules contiennent des enzymes qui agissent à l'intérieur de la cellule pour « l’épurer » et qui ne peuvent être laissées libres dans le cytoplasme: on parle des lysosomes. Du point de vue structural, les lysosomes sont de petites vésicules membraneuses de formes et de dimensions variables; une cellule peut en contenir plusieurs centaines. Les lysosomes contiennent un grand nombre d'enzymes différentes capables de digérer de grosses molécules comme des protéines, des glucides, des lipides, des acides nucléiques.. La membrane des lysosomes, quoique fragile, est résistante à l'action digestive des enzymes qu'elle contient. Le rôle joué par cette membrane est d'une importance capitale puisqu'elle protège efficacement le cytoplasme environnant contre le contenu corrosif du lysosome. Du point de vue fonctionnel, les lysosomes constituent le système digestif de la cellule. Leur activité est très diversifiée et consiste à dégrader des matériaux extracellulaires d'origine exogène (hétérophagie) ou des matériaux intracellulaires d'origine endogène (autophagie). Au cours de la vie cellulaire, certaines molécules se dénaturent de même que les organites peuvent vieillir et se détériorer. C'est alors que les cellules pratiquent l'autophagie (du grec autos: soi-même) c'est-à-dire que les lysosomes de ces cellules engloutissent et digèrent une partie de leur propre matériel cellulaire. Cette autophagie permet ainsi d'éliminer du vieux matériel pendant que s'effectue le remplacement des constituants digérés. Une cellule peut donc se maintenir en vie pendant de nombreuses années tout en possédant du matériel cellulaire relativement jeune. Par exemple, les cellules cérébrales vieilles de plusieurs années détruisent et reconstruisent continuellement au fil des ans leurs ribosomes, leurs mitochondries et leurs membranes, ceci au rythme de leurs besoins cellulaires. L'autophagie semble aussi un processus qui s'active lorsque le milieu interstitiel des cellules est inadéquat comme par exemple en période de jeûne. Dans ce cas, les cellules utilisent progressivement leur propre substance en sélectionnant par ordre de priorité les constituants de façon à pouvoir rester fonctionnelle le plus longtemps possible. Dans les cas extrêmes où sévit la famine, les organismes en sont réduits à digérer les protéines de leurs propres cellules musculaires. Dans le cas de l'hétérophagie (du grec hétéros: autre), la cellule digère du matériel extracellulaire. Il y a alors « phagocytose » (endocytose). Le matériel phagocyté est alors enfermé dans une vésicule dont la membrane est issue de la membrane cytoplasmique. L'ensemble forme un phagosome. Le phagosome se fusionne ensuite avec un lysosome puis la digestion du matériel phagocyté s'effectue. On peut donc déduire ici que les lysosomes sont particulièrement nombreux dans les cellules où la phagocytose est très active, en l'occurrence dans les cellules comme les macrophages et certains globules blancs (leucocytes) dont la fonction principale est de débarrasser l'organisme de ses vieilles cellules et des microorganismes étrangers. À ce titre, les lysosomes deviennent donc de la machinerie spécialisée qui permet à ces cellules spécialisées de remplir leur fonction. En bref, le lysosome est « l’usine de retraitement des déchets » de la cellule ; grâce à leur contenu enzymatique, les lysosomes interviennent dans la vie cellulaire en assurant

35la digestion des produits nutritifs ingérés par la cellule et la destruction des organites cellulaires qui ont perdu leur raison d'être dans la cellule. NAISSANCE VIE ET MORT CELLULAIRE LE CYCLE CELLULAIRE Le cycle cellulaire est le passage d'une cellule mère à 2 cellules filles :celui ci se réalise en 2 phases distinctes : L'interphase et la mitose. L'interphase L'interphase est la période la plus longue du cycle cellulaire. Pendant l'interphase, la cellule se prépare à la division cellulaire. La phase G1 : lors de cette période, le métabolisme de la cellule est très actif. Les synthèses sont intenses. La taille de la cellule augmente. La phase S : chaque cellule possède 23 paires de chromosomes soit 23 chromatides venant du côté maternel et 23 chromatides venant du côté paternel. Pour créer une nouvelle cellule, la copie de ce matériel génétique est indispensable. La phase S consiste en la réplication de l'ADN pour former 23 + 23 nouvelles chromatides. Finalement, lors de la phase S, la cellule passe d'un matériel génétique constitué de 46 chromosomes à 1 chromatide à 46 chromosomes à 2 chromatides. La phase G2 : C'est une période de préparation. Les synthèses sont faibles car réalisées en G1 et S. La mitose La mitose, qui ne dure qu'une heure, aboutit à la formation de 2 cellules filles à partir de la cellule mère. La répartition du matériel cellulaire (Reticulum, mitochondries) mais surtout des chromosomes doit se faire de manière parfaitement équitable. La Prophase C’est la phase la plus longue de la mitose. L'ADN se présente sous la forme de chromatides de plusieurs centimètres de long, enfermées dans un noyau de quelques µm seulement. La prophase consiste en la condensation de la chromatine pour former des structures compactes. Les chromosomes apparaissent alors visibles au microscope optique. Cette condensation permettra une séparation aisée des chromatides lors de la répartition finale. Les microtubules entrent en jeu pour « polariser le matériel génétique et le séparer La métaphase Les chromosomes sont bien individualisés, le degré de condensation des chromatides est maximal. Les chromosomes sont alors formés de 2 chromatides sœurs identiques issues de la réplication et unies au niveau de leur centromère. Ils se regroupent sous l’action du fuseau mitotique au niveau de la plaque équatoriale. Finalement les centromères se retrouvent tous alignés sur cette plaque imaginaire. L’anaphase C’est la phase la plus courte de la mitose. Lors de l'anaphase se produit la séparation des chromatides sœurs pour répartir le matériel génétique de manière égale (et identique) entre les 2 futures cellules filles. La télophase Elle commence quand la migration est finie. C’est l’inverse de la prophase. - Les chromosomes se décondensent - Formation d’une nouvelle enveloppe nucléaire - Réapparition du nucléole - Disparition du fuseau mitotique La cytokinèse.

36La cellule s'étrangle en son centre. On obtient 2 cellules filles qui peuvent alors reprendre un cycle CONTENU EN ADN SELON LA PHASE D’ETAT DE LA CELLULE

DUREE DE VIE DES CELLULES Les cellules ont une durée de vie déterminée. Certaines cellules de la peau ne vivent que 8 heures, tandis que les cellules nerveuses et musculaires non endommagées peuvent durer toute la vie. Les cellules qui tapissent les intestins se divisent tout au long de notre vie, mais celles des reins et des poumons cessent de se diviser lorsque le corps atteint sa taille adulte. MORT CELLULAIRE Deux types principaux de mort cellulaire sont distingués : la nécrose et l'apoptose ; Nécrose La nécrose, irréversible, survient après un stade de souffrance cellulaire réversible, dont la durée est très variable. La nécrose résulte de la digestion enzymatique de la cellule et de la dénaturation de ses protéines. C'est un phénomène essentiellement cytoplasmique, puis nucléaire répondant à une agression de la cellule par un agent externe.

37 La nécrose de coagulation dite aussi nécrose ischémique car elle s'observe surtout (mais non exclusivement) dans les organes privés de leur apport sanguin (voir le chapitre pathologie vasculaire). L'ensemble de la cellule prend un aspect fantomatique avec conservation de sa taille et de sa forme. Le cytoplasme est homogène, laqué, très coloré par l'éosine. Le noyau est rétracté et hypercolorable (pycnose). Les noyaux, en pycnose, de taille réduite (pointes de flèche) sont difficilement distingués des noyaux des polynucléaires qui ont envahi la région nécrosée. . La nécrose de liquéfaction. Le cytoplasme est peu colorable, parfois invisible. Le noyau est fragmenté (caryorrhexis) ou disparaît (caryolyse). Apoptose (mort cellulaire programmée ou suicide cellulaire) L'apoptose permet l'élimination normale des cellules des tissus en renouvellement. Elle joue un rôle inverse à celui de la mitose dans la régulation des populations cellulaires. C'est un phénomène essentiellement nucléaire, puis cytoplasmique répondant à une programmation génétique. Le programme de « suicide » cellulaire est activé pour éliminer sélectivement les cellules devenues indésirables. Il peut s'agir de cellules ayant atteint leur durée de vie programmée ou de cellules lésées reconnues comme étrangères, par exemple certaines cellules cancéreuses. LES MOYENS D’EXPLORATION EN BIOLOGIE CELLULAIRE

Microscopie optique et électronique

Différentes techniques permettent d’améliorer les performances des microscopes ( m. a fond clair, a fond noir, confocal, à contraste de phase, à balayage…

Marquage de molécules Différentes colorations, vitales ou non, permettent l'observation des structures au microscope optique : rouge neutre pour les vacuoles, violet dahlia ou cristal pour le noyau... On peut aussi utiliser des marqueurs : fluorescence, radioactivité …

38Étude des constituants cellulaires

Isolement de structures: par choc osmotique, ou grâce à des détergents puis par centrifugation… POUR CONCLURE Métaphore de l’usine fabriquant des voitures : la cellule fonctionne comme cette usine et est écologique : l’ingénieur inventeur du modèle et en détenant les plans c’est le noyau, les photocopies du plan, c’est l’ARN, l’alimentation électrique est pareille à la mitochondrie qui fournit l’énergie, le lysosome , comme une poubelle, élimine les déchets et le service commercial est comme le golgi qui achemine empaqueté et envoie à l’extérieur ; si l’ingénieur jette les plans, c’est l’apoptose (mort par « l’intérieur »), si la crise empêche les matériaux d’arriver c’est la nécrose (mort par »l’extérieur ») ; si un espion vient trafiquer les plans, il y a erreur sur une des chaines de montage (erreur de codage génétique) car l’information est mal transmise. HISTOLOGIE DEFINITION L’histologie est l’étude des tissus de l’organisme Un tissu est un ensemble de cellules disposées en un assemblage identifiable. Sur des caractéristiques architecturales et topographiques c’est à dire l’union de cellules différenciées de façon identique, et pouvant être complétées par l'adjonction de structures spécifiques non cellulaires. TISSUS SIMPLES ET TISSUS COMPOSES Il est classique de distinguer : les tissus simples. Les tissus se répartissent en 4 grandes familles : les épithéliums, les tissus conjonctifs, les tissus nerveux et les tissus musculaires. Dans chacune de ces familles de base, on distingue des tissus différents : Epithéliums : Epithéliums de revêtement, Epithéliums glandulaires Tissus conjonctifs : Tissu conjonctif lâches ou denses, Tissu adipeux, Tissu osseux et Tissu cartilagineux Tissus musculaires : Tissu musculaire strié squelettique, strié cardiaque Et lisse Tissu nerveux : Tissu du système nerveux central et périphérique

39 Les tissus composés, ou spécialisés : Au plan fonctionnel, les tissus simples ne peuvent être considérés isolément. Ils subissent des niveaux de différenciation variables suivant leur localisation. Ils sont en contact avec un environnement qui se modifie. On retrouve au sein des tissus des éléments sécrétés ou métabolisés par les cellules, etc. En bref s’il n’existe que 4 tissus simples, leur combinatoire locale dirigée aboutit à des tissus spécialisés, avec de grandes différences morphofonctionnelles : Cortex rénal, rétine visuelle, muqueuse intestinale, tube séminifère, etc., L’identification du tissu composé tient donc compte de sa localisation topographique et de sa spécificité fonctionnelle. Enfin rappelons que deux ou plusieurs tissus en s’associant, avec la participation d’un système vasculaire et nerveux, vont composer les organes. DEGRE DE LIAISON CELLULAIRE INTRA-TISSULAIRE : Sur le plan morphologique, Il faut distinguer deux grands types de répartitions cellulaires dans les tissus : Des tissus à union cellulaire serrée. Ils correspondent à l'ensemble des tissus épithéliaux : les espaces intercellulaires sont très étroits, à la limite de la visibilité sous le microscope optique. Le tissu du système nerveux central (SNC) entre aussi dans la catégorie des tissus à union cellulaire serrée. Des tissus à union cellulaire lâche. Par exemple le tissu conjonctif. Les cellules sont distantes et les espaces intercellulaires contiennent une substance intercellulaire abondante. DESCRIPTION GÉNÉRALE DES QUATRE TISSUS FONDAMENTAUX Le corps humain et celui des autres Mammifères est donc constitué des quatre groupes tissulaires déjà cités. Le tissu épithélial Il est subdivisé en deux groupes principaux : - Les épithéliums de surface : ils forment un revêtement sur la totalité des surfaces externes et internes de l'organisme. - Les épithéliums glandulaires : ils sont constitués par des cellules spécialisées dans les sécrétions externe et interne. NB : certains individualisent aussi les épithéliums sensoriels. Nous les englobons avec le système nerveux.

40Le tissu conjonctif Il remplit d'importantes fonctions métaboliques et de défense de l'organisme, tandis que le tissu de soutien a surtout un rôle mécanique. (Le sang est considéré comme un tissu conjonctif liquide). Le tissu musculaire Par la contraction de ses cellules ou fibres, il assure la mobilité du corps et des viscères. Le tissu nerveux Hautement différencié, il est responsable de la réception, de la transmission et du traitement de l'information en provenance de l'environnement et/ou de l'organisme lui-même. FIG 1 : Epithélium cutané

FIG 2 Glande sébacée ; la peau est, comme tout autre tissu un assemblage original de plusieurs types de tissus « élémentaires » :

41 FIG 3: tissu cutané dans son ensemble : assemblage de tissus élémentaires

FIG 4 : Tissu musculaire strié, lisse et myocardique

FIG 5 : Tissu conjonctif : tissu adipeux

FIG 6 : Tissu conjonctif : l’os

42FIG 7 : Tissu épithélial glandulaire : intestin Petit grossissement

Fort grossissement

En conclusion, l’histologie étudie les tissus de l’organisme On dénombre 4 tissus élémentaires, caractérisés par un type de cellules et une substance intercellulaire à contenu spécifique qui dépend de la fonction du tissu Ces tissus élémentaires s’associent pour former des tissus complexes (exemples de la peau ou du tissu glandulaire côtoie un tissu épithélial de revêtement) Les organes sont l’association particulière de plusieurs tissus innervés et vascularisés par un « pédicule vasculo-nerveux et dont la fonction est spécifique, d’ou son unicité malgré la diversité de ses tissus

43PATHOGENIE DE L’INFECTION Introduction Pour qu'il y ait infection, il faut d'une part un agent infectieux et d'autre part que cet agent infectieux ait une interaction néfaste pour l’hôte. Toute interaction entre un agent infectieux et un hôte n'aboutit pas à une infection car dans la grande majorité des cas il se crée un équilibre entre les forces en présence et cet équilibre aboutit à une colonisation de l'hôte par différents germes, ceci sans infection. Pour qu'il y ait infection, il faut qu'il y ait une rupture de cet équilibre. Agent infectieux Il existe différents agents infectieux (microbes ou micro-organismes) classés dans différentes catégories (familles). Les principales catégories sont : • les bactéries, • les virus, • les champignons, • les parasites. Tous les micro-organismes (germes) n’ont pas les mêmes capacités à provoquer des infections, certains étant pratiquement toujours associés à des manifestations cliniques (maladies) alors que d’autres n’en provoquent qu’exceptionnellement (staphylocoque blanc de la peau).

Les prions, bien que ne faisant pas partie des microbes (germes) sont responsables de maladies infectieuses transmissibles (M. de Creutzfeld Jacob).

Un agent infectieux pathogène obligatoire est soit : • un micro-organisme qui ne fait pas partie de notre flore normale et qui provoque une infection. Son identification est toujours pathologique, ce qui veut dire que sa présence provoque en règle générale des manifestations cliniques (exemple : le virus VIH, la bactérie du choléra) ;

• un micro-organisme pouvant faire partie de notre flore mais dont la présence (l’identification) dans certains sites ou localisations entraîne en règle générale des manifestations cliniques (exemple : la bactérie de la méningite à méningocoque peut être retrouvée dans la gorge sans infection alors que sa présence dans le liquide céphalo-rachidien provoque toujours une méningite).

Un agent infectieux pathogène occasionnel est un micro-organisme qui peut faire partie de notre flore normale sans entraîner de manifestation clinique mais qui peut dans certaines circonstances être responsable de maladies (exemple: Staphylocoque épidermidis de la peau peut infecter occasionnellement une blessure). Un agent infectieux opportuniste est un germe qui est habituellement peu agressif mais qui peut le devenir et provoquer des infections graves dans certaines circonstances, en particulier chez des patients présentant une altération des défenses immunitaires (exemple : Pneumocystis carinii provoque des pneumonies chez le patient VIH). Notion de réservoir de germes On va retrouver ces agents infectieux dans différents types de réservoirs (endroit ou le germe se multiplie et se maintient). Les différents réservoirs sont l'homme, l'animal et

44l'environnement (eau, air, surfaces). Les réservoirs des micro-organismes peuvent donc être endogènes (germes se trouvant chez le patient) ou exogènes (germes se situant dans l’environnement du patient). Les notions de réservoir endogène et exogène sont importantes à connaître car elles permettent d'agir de façon différente dans les mesures de prévention. Origine de l’infection et de la colonisation microbienne Il s'agit du lieu de contact entre l'agent infectieux et l'hôte. Source et réservoir ne sont pas obligatoirement identiques, par exemple lors d'intoxication alimentaire à salmonelles le réservoir peut être aussi bien le cuisinier que la nourriture et la source dans les deux cas est identique (nourriture). Transmission de l'agent infectieux Il existe différents modes de transmission (acquisition des germes): • par contact • par voie aérienne (gouttelettes, aérosols) • par l'intermédiaire de supports contaminés (eau, aliment).ou de vecteurs (insectes)

La voie de transmission dépend du germe. Les voies les plus fréquentes sont :

- la voie cutanéo-muqueuse (transmission de germes cutanés dans la bouche) - la voie fécale-orale (conditions d’hygiène non respectées) - la voie respiratoire (émission de micro-gouttelettes lors d’éternuement, de toux et réception de ces micro-gouttelettes lors de l’inspiration) - la voie sexuelle - la voie parentérale (transmission de germes dans le sang lors de blessure, transfusion) - par l’intermédiaire de vecteurs vivants tel les animaux (paludisme transmise lors de piqûre de moustiques infectés) - la voie verticale (voie mère-enfant durant la grossesse) Exemples de modes de transmission Transmission par contact

La transmission par contact nécessite une proximité suffisante entre l’hôte et la source de l’agent infectieux. Le contact peut se faire au niveau de la peau ou des muqueuses.

Les salmonelles, le Staphylocoque doré, la syphilis, le VIH, l’hépatite B et la majorité des germes nosocomiaux (infections acquises en milieu hospitalier) se transmettent par contact. Transmission par gouttelettes

Des gouttelettes contenant l’agent infectieux (particules de >5 microns) sont émises lors de toux. Ces gouttelettes de relativement gros calibre sont trop lourdes pour rester en suspension dans l’air et elles se déposent dans un périmètre de 1-2 mètres de leur source. Elles peuvent être transmises à une autre personne qui se trouve dans ce périmètre. Ces gouttelettes en se déposant contaminent l’entourage du patient et une autre personne peut se contaminer par contact avec cet environnement [contamination des mains puis par les mains contamination des muqueuses (nez, bouche, oeil) ].

45Le rhume (rhinovirus, adénovirus, picornavirus, etc.), la grippe, les oreillons, la bronchiolite du petit enfant (respiratory syncitial virus=RSV), la méningite (méningocoque) se transmettent par gouttelettes. Transmission par aérosol

Les particules contenant l’agent infectieux (particules < 5 microns) sont émises lors de toux d’éternuements, de la parole et restent non seulement en suspension pendant plusieurs heures dans l’air et peuvent se disperser à de larges distances. Elles peuvent donc se transmettre à une personne qui se trouve relativement éloignée de la source.

Les trois principales maladies se transmettant par aérosol sont la varicelle, la rougeole et la tuberculose. Colonisation L'homme est colonisé par une flore très large et diversifiée appelée flore normale. Il existe entre la flore et l’hôte un équilibre qui peut être rompu dans des circonstances particulières. Cette rupture d'équilibre permet la colonisation (l'acquisition) par de nouveaux germes. Ce risque de colonisation va dépendre : - de l'état du patient - de la pression du réservoir exogène.

L'état du patient peut être altéré par différents mécanismes dont les principaux sont :

- une antibiothérapie antérieure qui va modifier ou détruire la flore normale, - la présence de corps étrangers tels des cathéters, des sondes vésicales, - la présence d'infections graves pouvant modifier les défenses immunitaires. En présence d'un réservoir exogène fortement colonisé par certains germes, le risque d'acquisition de ces germes augmente. Le patient va donc se coloniser par des germes qui habituellement n’appartiennent pas à sa flore. Dans une grande majorité des cas, il va se recréer un nouvel équilibre, mais parfois la colonie va devenir pathogène. L'hôte

L'hôte (l’homme) possède une série de mécanismes de défense dont les principaux sont les barrières anatomiques (peau et muqueuse), l'immunité naturelle (cellules sanguines, anticorps) et la flore normale.

La peau et les muqueuses sont les barrières anatomiques qui empêchent de nouveaux germes d'entrer dans le milieu interne. Ces barrières peuvent être altérées soit par des infections sous-jacentes (altération des propriétés biochimiques, cellules épithéliales, disparition des cils vibratoires (muqueuse bronchique), altération du péristaltisme digestif ou par des actes médico-chirurgicaux (plaies opératoires).

Les défenses immunitaires peuvent être altérées par certaines maladies (néoplasie, maladies congénitales, maladies immunologiques) ou par certains médicaments [stéroïdes (cortisone), immunosuppresseurs].

Dans la flore normale (peau, tube digestif, nez, gorge) il existe une compétition entre les différents germes (nutriments, production de substances bactéricides par certains germes, régulation du pH). Cette « guerre froide » entre germes permet d’éviter la colonisation d’une espèce et aboutit à un équilibre permettant qu’aucune colonie ne devienne pathogène. Cette flore peut être altérée par l'administration de médicaments comme les antibiotiques qui « sélectionnent » certaines colonies en faisant disparaître les autres qui sont altérées par l’effet du médicament : la colonie « résistante » a alors le champ libre pour proliférer et peut alors devenir pathogène.

46 Infection Dans certains cas, l’équilibre entre les germes et l’hôte se rompt et le patient développe une infection. Une infection implique, soit la présence de micro-organismes dans un site habituellement stérile, soit une rupture d’équilibre dans un milieu non stérile et est toujours accompagnée par une réponse inflammatoire de l’hôte. Le risque d'infection va dépendre de plusieurs facteurs dont: - de la nature des micro-organismes introduits - du nombre de germes introduits - de la virulence du germe - des mécanismes de défense du patient - de la présence de corps étrangers

Période d’incubation La période se situant entre le moment de l’infection (moment où le germe pénètre dans l’organisme) et le moment de l’apparition de signes cliniques d’infection se nomme la période d’incubation. Elle est très variable d’un germe à l’autre. Pour un même germe, cette période d’incubation va également dépendre de facteurs liés à l’hôte (immunité). Période de latence C’est le laps de temps qui s’écoule entre le moment ou le sujet s’infecte et le moment où l’agent infectieux devient transmissible à un autre individu.

Période de contagiosité La période durant laquelle l’agent infectieux est transmissible d’une personne à l’autre se nomme période de contagiosité Quels sont les signes d’infection ? Signes cliniques : apparition de signes locaux (signes inflammatoires tels que rougeur chaleur et douleur, ganglions) et /ou des signes généraux (fièvre, frissons chute de la pression sanguine). Signes biochimiques d’infection : - une modification de la formule sanguine( augmentation des leucocytes(=leucocytose) ou parfois diminution (=leucopénie), modification de leur aspect (polynucléaires neutrophiles avec noyaux en forme de bâtonnets (= déviation gauche) ; - une augmentation de la vitesse de sédimentation (VS). C’est un indicateur non spécifique de l’inflammation (élévation en cas d’infection mais aussi de tumeur, de maladies rhumatismales) et il correspond à la vitesse avec laquelle les globules rouges sédimentent dans un tube (tombent au fond du tube) ; - une augmentation de la C-reactive protein (CRP). C’est une protéine produite par le foie en cas d’inflammation et elle se modifie plus rapidement que la VS en fonction de l’évolution clinique. - une bactériémie. C’est la présence de bactéries dans le sang (confirmée par une

culture) . Elle n’est pas présente lors de toute infection et peut être très transitoire.

47Tous les organes ou sites peuvent à un moment donné être infectés et les infections les plus graves sont les infections qui touchent plusieurs organes à la fois et qui sont associées à des signes généraux d’infections tels que fièvre, augmentation de la fréquence cardiaque, augmentation de la fréquence respiratoire, hypotension et modification de la formule sanguine. Lorsque plusieurs de ces signes sont présents le patient présente un sepsis ou encore plus grave un choc septique. En ce cas, le germe est présent durablement dans le sang et on peut l’isoler en pratiquant un examen microscopique d’un échantillon sanguin et/ou en le mettant en culture dans un milieu favorable au germe suspecté (hémoculture)

Inflammation et infection Avant de décrire le système immunitaire, la notion d’inflammation est importante à connaître. Il s’agit d’une réaction tissulaire localisée ou éventuellement généralisée survenant lors d’une « agression » par une « substance » étrangère. La réponse consiste en une modification du flux sanguin avec migration (afflux) de cellules du système de défense ( globules blancs, macrophages…) au lieu de l’agression dans le but d’éliminer la substance étrangère et de réparer les tissus endommagés. Les signes inflammatoires typiques sont : - Douleur - Chaleur - Rougeur - Tuméfaction - Fièvre (= signe général d’inflammation, les autres étant des signes locaux présents

dans le tissu concerné par l’agression) Inflammation ne signifie pas nécessairement infection. Par exemple une tendinite, une goutte, une allergie cutanée, un rhume des foins, une blessure cutanée peuvent entrainer des signes locaux d’inflammation et ne sont pourtant pas des infections ; en règle générale, la survenue d’une fièvre ( signe général d’inflammation, quoique non strictement spécifique, fait néanmoins suspecter fortement l’infection ou la surinfection d’une inflammation non infectieuse. exemple: la blessure cutanée par morsure de chien entraine des signes locaux d’inflammation mais l’apparition d’une fièvre dans ce contexte fait craindre la surinfection du tissu cutané qui a été lésé et impose la mise en route d’un traitement antibiotique). L’inflammation est le premier système de défense contre l’infection car l’apparition des signes inflammatoires traduit une « bataille » entre les germes agresseurs et les cellules de l’organisme infecté appelés « en renfort » sur le lieu de l’agression ; les globules blancs et macrophages tentent de neutraliser le germe, l’afflux sanguin local (rougeur) permet de les faire venir plus rapidement ; ainsi, l’inflammation est le premier rempart de l’organisme contre l’infection : ce système de défense est aspécifique (identique quel que soit le type d’agression) Le système immunitaire se divise en 2 grands groupes qui sont l’immunité « naturelle » non spécifique et l’immunité « acquise » spécifique. Immunité naturelle non spécifique Il s’agit de défenses non spécifiques qui existent avant l’exposition à une substance spécifique, c’est à dire un antigène. Ce système n’a pas de mémoire d’une exposition à l’autre et il ne reconnaît pas des agents infectieux déterminés. Cette immunité diffère d’un individu à l’autre (différence génétique), elle varie avec l’état de nutrition et avec l’âge. Elle est plus faible aux deux extrêmes de la vie.

48Différents constituants (protéines sanguines, système du complément, différents types de globules blancs dont les macrophages et les neutrophiles) composent l’immunité naturelle. L’inflammation fait partie de cette immunité. Mais on peut aussi inclure dans ce chapitre les défenses externes de l’individu : barrière cutané muqueuse, la flore normale (qui fait barrière à la prolifération bactérienne…) etc… Immunité acquise spécifique Il s’agit de défenses que l’organisme acquière aux cours de son existence et qui implique une exposition à la « substance ». Elle permet la reconnaissance spécifique de nombreuses substances et micro-organismes c’est à dire « des antigènes ». Ses caractéristiques sont sa spécificité, sa diversité, sa mémoire et sa capacité de distinction entre les substances de l’organisme et les substances étrangères.

====> Immunité humorale

L’immunité humorale implique la formation d’anticorps (immunoglobulines qui sont des protéines) produite par les lymphocytes B et par les cellules qui en dérivent, les plasmocytes. L’anticorps reconnaît spécifiquement l’antigène (antigène = substance qui se lie spécifiquement à un anticorps ou au récepteur d’un lymphocyte T). Il existe des multitudes d’anticorps dans l’organisme, capables de reconnaître de très nombreux antigènes différents. Le complément est un groupe de protéines du sang qui permet de détruire des cellules ou des micro-organismes étrangers. Il fait partie de l’immunité naturelle mais il reconnaît mieux les micro-organismes préalablement « marqués » par des anticorps.

====> Immunité cellulaire

Les lymphocytes T sont responsables de l’immunité cellulaire. Tout comme il existe de nombreux anticorps différents, il existe une grande quantité des lymphocytes T légèrement différents permettant la reconnaissance de différents antigènes. Ces lymphocytes T peuvent soit coordonner l’activité d’autres cellules du système de défense, soit détruire directement des cellules infectées par des substances (cellules cancéreuses ou cellules infectées par des micro-organismes). La mémoire est une caractéristique fondamentale de l’immunité spécifique. Quand le corps rencontre pour la première fois une substance (micro-organisme), les lymphocytes B (production d’anticorps) et les lymphocytes T correspondants se multiplient. Lorsque l’organisme rencontre une nouvelle fois ce micro-organisme, il est déjà prêt à se défendre. C’est le mécanisme à la base de toutes les vaccinations. EXEMPLE DE MICROORGANISME : LA BACTERIE Les bactéries sont des procaryotes à structure très simples, sans noyau organisé. On classifie les bactéries en trois grandes formes - forme sphérique ou ovale : les cocci (ou coques) - forme allongée (en bâtonnet) : les bacilles - forme spiralée : les spiridilles Les bactéries de beaucoup d'espèces se regroupent de différentes façons. Les arrangements bactériens les plus fréquents sont par paire (diplocoque, diplobacille) par tétrade ou en amas plus ou moins réguliers (staphylocoque) et en chaînettes (streptocoques, streptobacilles). Structure d'une bactérie

49 Les structures externes La paroi cellulaire est une enveloppe rigide plus ou moins épaisse présente chez toutes les bactéries. Elle constitue le squelette externe et est responsable de la forme de celle-ci. La capsule est une substance visqueuse, plus ou moins épaisse qui entoure la paroi. Elle permet à la bactérie d'adhérer plus facilement aux autres êtres vivants tout en la protégeant de la phagocytose. Les flagelles sont des filaments longs et très fins servant au déplacement de plusieurs sortes de bactéries. Le nombre et la position des flagelles constituent un critère de classification des bactéries à flagelles Les pili sont des filaments relativement courts possédés par beaucoup de types de bactéries. Il y a les pili communs, rigides et servant de moyen de fixation à différentes surfaces, d'où la bactérie peut tirer sa nourriture. Les pili sexuels servent au transfert de matériel génétique Les structures internes L'appareil nucléaire (matériel nucléaire) a la forme d'une ou de quelques régions claires dans le cytoplasme. Il représente le matériel génétique de la bactérie qui est formé d'un seul chromosome en forme d'anneau. Le mésosome est une structure cytoplasmique dense qui constitue un prolongement de la membrane cytoplasmique. Il participe à la séparation du matériel nucléaire au cours de la division cellulaire. Les ribosomes sont de très fines granulations servant à la synthèse des protéines bactériennes. Les endospores sont des structures formées par les bactéries quand les conditions leur sont défavorables. Ces structures à paroi épaisse et résistante renferment du matériel génétique ainsi qu'un peu de cytoplasme. Elles sont très résistantes aux températures extrêmes, à la déshydratation, à différentes substances chimiques, aux radiations et à différents antibiotiques et antiseptiques (mais non au formol). Les plasmides sont de petites molécules d'ADN, ayant une réplication indépendante de celle du chromosome, capables de se propager d'une bactérie ou d’une espèce à une autre ; Ils peuvent porter des gènes de virulence (souches pathogènes) ou de résistance aux antibiotiques/antiseptiques (souches multi résistantes) La membrane plasmique semi-perméable contrôle l'entrée et la sortie de différentes substances. Le passage des substances à travers la membrane s'effectue par diffusion, osmose et transport actif. Il est à noter qu'une bactérie ne possède pas de vrai noyau, de réticulum endoplasmique, de mitochondrie, d'appareil de Golgi ni de lysosome. Les seules structures constantes d’une bactérie sont le génome, la membrane plasmique, la paroi, les ribosomes et le cytoplasme ; les autres structures ci dessus décrites sont inconstantes.

50Physiologie bactérienne La nutrition bactérienne C'est à partir de substances organiques simples (acides aminés, glucides, acides gras, vitamines, hydrocarbures, ect.) et de certaines substances inorganiques (phosphates, soufre, nitrates, ect.) que les bactéries se nourrissent. Plusieurs types de bactéries sécrètent des enzymes digestives qui leurs permettent d'absorber certains constituants alimentaires plus ou moins complexes. La croissance bactérienne : Correspond à l'accroissement du nombre de bactéries et non à l'augmentation de la taille d'une bactérie. La croissance des bactéries est influencée par différentes conditions physico-chimiques du milieu. Les facteurs qui influencent le plus cette croissance sont l'humidité, la température, l'oxygène et le pH. La reproduction bactérienne : se fait de façon asexuée selon un mode de division cellulaire appelée fission binaire (ou scissiparité). Les principales étapes en sont : - augmentation de la taille de la bactérie - dédoublement du matériel génétique, puis séparation de ce matériel en deux parties égales. - formation d'une paroi transversale avec l'aide du mésosome. - séparation de la cellule mère en deux cellules filles. - La recombinaison bactérienne : Est un processus résultant du transfert de gènes d'une bactérie à l'autre. Le transfert de gènes se fait toujours dans une seule direction. Il existe trois types de transfert de gènes. - La conjugaison est le transfert à l'aide de pili sexuels. - La transformation est le transfert d'un fragment d'ADN libéré à la suite de la lyse de la bactérie. - La transduction est le transfert de gènes d'une bactérie à l'autre par l'intermédiaire

d'un virus bactériophage Ce phénomène est à l’origine des mutations bactériennes au cours desquelles, par exemple, certaines bactéries acquièrent des propriétés de résistance à certains antibiotiques (car le gène acquis code pour des protéines déjouant l’effet de l’antibiotique)

FIG 2 : recombinaison génétique

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FIG 3 : bactérie en microscopie électronique

FIG 4: réaction antigène anticorps EXEMPLE DE MICROORGANISME : LES VIRUS Les virus sont de très petits microorganismes, 200 à 300 nm, soit 100 fois plus petits que les bactéries. Certains virus possèdent une enveloppe ; l’origine est cellulaire (cellule infectée). Elle présente une fragilité aux désinfectants. La capside est une protection de l'acide nucléique. Elle est constituée de protéines assemblées de façon géométrique dont certaines ont des propriétés antigéniques. Les glycoprotéines sont des protéines transmembranaires qui servent de ligand ( clef) pour les récepteurs cellulaires (serrure), et de système de reconnaissance pour les anticorps. Le génome viral est de l’ A.R.N. ou A.D.N.

Les virus sont le plus souvent pathogènes, et ne peuvent survivre qu’en parasitant certaines cellules dans lesquelles ils ont la capacité de se répliquer, soit dans le cytoplasme, soit, comme le virus du SIDA, en s’incorporant au génome de la cellule infectée Ils ne peuvent être cultivés On classe les virus selon le type de matériel génétique, la présence ou non d’une enveloppe, leur type de virulence etc….