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TP 21 La réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée M OUCIBLE

Observation :

Lors d’une sortie à la recherche de fossiles au désert, Margaux s’est blessée avec une épine qui a pénétré sa peau. Elle a ressenti alors une vive douleur. Le lendemain sa plaie s’est gonflée et devint rouge. Elle eut alors une sensation de chaleur. Elle s’est inquiétée, car elle avait appris en cours de SVT que les épines sont porteuses de bactéries.

Problème à résoudre. On cherche à comprendre l’origine et les étapes de la réaction de l'immunité innée : Exemple la réaction inflammatoire

Matériel : l ivre microscope, frottis sanguins, lames septicémie, Rastop + fichiers *.pdb : cox1_ac_arachi, ibuprofene, infla-acide_arachi, anagèhe + fichiers *edi : Toll.edi

Capacités et attitudes Activités Compétences

Utiliser le microscope Extraire des informations

Extraire et organiser des informations Utiliser un logiciel d'imagerie

Utiliser un logiciel de données Mettre en relation des données

Réaliser un schéma

Activité 1- les microbes Observer des microbes ou un frott is sanguin d'un sujet infecté dessin légendé p. 5. Activité 2- La réaction du système immunitaire et ses acteurs Immunite_innee.pdf ou p 292-295Voir poly p2-4. 1. Observer les frottis sanguins d'un sujet normal et d'un sujet présentant une

septicémie, comparer et légender. 2. Relevez les symptômes d’une réaction inflammatoire 3. Expliquez son origine en présentant les différentes cellules impliquées . 4. Préciser ses caractéristiques 5. Réaliser un schéma-de ses étapes

Activité3 - Les médicaments antidouleur p298-299 1. Préciser quels sont les médiateurs chimiques de l’inflammation 2. comparez leur structure, à celle de la Cox et de l’acide arachidonique 3. Présentez alors leur mode d’action 4. expliquez pourquoi le recours aux anti-inflammatoires doit être suivi par un médecin Protocole p. 7. Activité 4 l’immunité innée dans le monde vivant. (p 291+ doc 1 p 294), 1. comparez les molécules PRR disponibles dans le fichier Toll.edi. 2. montrez que la ressemblance entre ces molécules n’est pas le fruit du hasard. Bilan Réaliser un schéma de synthèse qui montre les différentes composantes de la réaction inflammatoire.

Observer et comparer une coupe histologique ou des documents en

microscopie avant et lors d'une réaction inflammatoire aiguë.

Recenser, extraire et exploiter des informations, sur les cellules et les

molécules impliquées dans la réaction inflammatoire aiguë.

Recenser, extraire et exploiter des informations, y compris expérimentales,

sur les effets de médicaments antalgiques et

anti-inflammatoires.

Recenser et comparer des données moléculaires impliquées dans la

réponse immunitaire anti-inflammatoires.

.

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Doc 1- Les cellules du sang Tableau des différents leucocytes (globule s blancs). Nom % des

leucocytes totaux

Fonction principale

Granulocytes neutrophiles

40 - 70 %

Diamètre moyen = 15 μm Noyau segmenté (2 à 5 lobes)

Cytoplasme abondant renfermant de nombreuses

granulations

Phagocytose des bactéries (attirés par les chimiokines des macrophages)

Granulocytes

éosinophiles

1 - 4

%

Destruction des vers parasites

Granulocytes basophiles et mastocytes

0,5 -1 %

Libération de médiateurs chimiques - héparine, anticoagulant dans la réaction inflammatoire

- histidine dans l'allergie

Monocytes

4 - 8

%

Diamètre moyen = 18 à 25 μm (plus grandes cellules

immunitaires) Noyau allongé et irrégulièrement

contourné, mais sans lobes individualisés

Phagocytose

Les monocytes immatures se transforment dans les tissus

en macrophages (partout) ou en cellules dendritiques

(épiderme, thymus)

Lymphocytes B

20 - 45 %

9 à 15 μm, arrondies, Cytoplasme peu abondant Avec

ou sans granulations

Production d'anticorps (réponse humorale)

Lymphocytes T

Attaque des cellules infectées (réponse cellulaire)

Aspect LB ou LT

Cellules NK Natural killer

La cellule NK est spontanément une cellule tueuse envers toutes les cellules malades (cancer)

Les macrophages résidents (dans les tissus) portent chacun une appellation caractéristique suivant le tissu dans lequel il se trouve : les cellules de Kuppfer dans le foie, les cellules microgliales dans les tissus nerveux, les macrophages alvéolaires dans les poumons… Le mastocyte a un rôle dans les allergies. Il est habituellement situé dans les tissus conjonctifs (poumons, ganglions lymphatiques, rate). Il contient (histamine, héparine, sérotonine et des enzymes diverses). Comme le polynucléaire basophile, le mastocytes a donc plusieurs rôles : activation et amplification de la réaction inflammatoire, diminution de la coagulation sanguine, augmentation de la perméabilité des capillaires ce qui facilite la diapédèse.

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Doc 2- Le système immunitaire

A) Les organes lymphoïdes primaires ont la capacité de produire, et/ou de provoquer la prolifération

et la maturation des lymphocytes. Ils correspondent à la moelle osseuse et au thymus.

a) La moelle osseuse, c'est la partie centrale des os, seuls les os courts et plats (sternum, côtes,

vertèbres…) ont une activité hématopoïétique (production des cellules).

b) Le thymus, situé sous le sternum, il joue un rôle primordial dans la différenciation des lymphocytes

T ; il renferme des cellules dendritiques, des LT immatures, des macrophages. B) Les organes lymphoïdes secondaires sont des lieux de concentration des lymphocytes, au niveau

desquels s’effectue l’activation de la réponse immunitaire adaptative

a) Les ganglions lymphatiques, ils sont répartis dans tout l’organisme. Ils sont traversés par les

vaisseaux lymphatiques qui transportent la lymphe. Les ganglions jouent un rôle principal dans la

maturation des cellules immunitaires, et la rencontre des cellules.

b) La rate, est un organe abdominal à gauche. Elle est branchée sur la circulation sanguine.

Elle régule la formation et de la destruction des hématies (stockage du fer), est un lieu de

rencontre avec l'AG.

c) Les amygdales, organes en amande, important par leur proximité avec les voies

respiratoires.

d) Les plaques de Peyer, au niveau de la paroi intestinale dans la partie terminale de l’intestin

grêle. C) Des cellules (voir doc 1)

ganglions lymphatiques amygdales

végétations

ganglions

lymphatiqu

es

plaques de Peyer

ganglions

lymphatiqu

es

thym

us

moell

e

osseuse

rate

D- Les molécules : Les cytokines (protéines et glycoprotéines) sont de petites molécules synthétisées par les cellules du système immunitaire qui se fixent

sur des récepteurs cellulaires et provoquent des actions. Interférons : (ils sont produits en réponse à la présence d'une double hélice d'ADN étranger dans l'organisme) Interleukines (IL-1 à 35). IL1 : sécrétée par les macrophages, elle induit la phase de réaction aiguë, ainsi qu'une stimulation des Lymphocytes T. IL2 : sécrétée par les lymphocytes T4, stimule la prolifération lymphocytaire et la différentiation de la réponse Th.

Chimiokines : molécules impliquées dans la chimiotactisme au moins 40). Les TNF :facteur de nécrose tumorale Les TGF : facteurs de croissance de transformation (TGF) : rôle dans cicatrisation et le contrôle négatif de l'inflammation. Les Prostaglandines (PG) : = lipides, ex acide arachidonique, impliqué dans le déclenchement de l’inflammation

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Doc 3- La réaction inflammatoire

a : inflammation causée par une épine Doc b : coupe histologique de l’inflammation

+ doc 1p.292.

Doc c : coupe d’une peau saine et au niveau d’une inflammation + p. 292

Doc d : Les cellules sentinelles Les cellules sentinelles sont des cellules immunitaires, qui résident en permanence dans les tissus, même lorsque ces derniers ne sont pas lésés ou infectés. Les mastocytes et les macrophages sont des exemples de cellules sentinelles. Les cellules sentinelles expriment sur leur membrane plasmique une dizaine de récepteurs dits de l’immunité inné. Ces récepteurs reconnaissent des composants universels de la paroi ou de la membrane plasmique des bactéries et des champignons unicellulaires, des déchets produits par des parasites eucaryotes, des protéines d’enveloppe des virus, des molécules libérées par les cellules de l’organisme en cas de lésion, etc. Grâce à ces récepteurs, les cellules sentinelles sont capables de détecter la plupart des agents infectieux ou des situations potentiellement dangereuses pour l’organisme.

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Doc e. La structure de la peau : La peau est un organe qui protège notre corps contre les agents externes tels que les UV, les microorg anismes, etc.

Elle est formée de trois parties

- 1-L’épiderme est la couche la plus superficielle de la peau. Il est formé de kératinocytes (cellules de la peau) et de nombreuses terminaisons nerveuses. Il

comprend plusieurs couches :

la plus externe contient des cellules mortes (= couche cornée)

la plus interne est formée de cellules vivantes très visibles au microscope, car fortement colorables (= couche basale)

- 2-Le derme est situé sous l’épiderme, il est 10 à 40 fois plus épais que celui -ci. Il est constitué principalement de fibres protéiques telles que l’élastine et le collagène qui assurent sa résistance, son extensibilité et son élasticité. Contrairement au derme, il est vascularisé, contient les bulbes des poils, et des glandes (sébacées et sudoripares).

- 3-L’hypoderme est la couche la plus profonde et la plus épaisse. Les adipocytes sont les principales cellules présentes, elles servent à stocker les

graisses. Cette couche joue donc un rôle de réserve, mais aussi d’isolant thermique.

Bactérie Leucocyte

Doc f : le derme lors d’une réaction inflammatoire Doc g : phagocytose

.

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Doc 4- Les médicaments antidouleur

a : les prostaglandines (PG) (lipides).

Parmi les molécules synthétisées lors de la réaction inflammatoire aiguë, certaines PG provoquent une vasodilatation et une augmentation de la

perméabilité vasculaire. Les étapes de la synthèse des PG : Molécules de la membrane Acide arachidonique Prostaglandine H et G Prostaglandines E, F, G INFLAMMATION (Enzymes) Phospholipase Cyclo-oxydase (COX) Prostaglandine synthase b : les conditions de synthèse de la cyclo-oxygénase (COX) dans les monocytes ou granulocytes.

On fait incuber un nombre défini de monocytes et de granulocytes en présence d’une concentration de 10 µg/mL de LPS (molécule de la paroi de nombreuses bactéries) pendant différents temps : 0,1 ; 2,5 et 4,5 heures. On traite ensuite la culture de manière à récupérer le cytoplasme des cellules, et on effectue une électrophorèse qui sépare les molécules de COX des autres protéines. La coloration des protéines COX donne les résultats suivants :

d : influence de l’ibuprofène sur l’activité de la COX.

Données expérimentales Mesure de l’activité de l’enzyme COX en présence de concentrations croissantes

d’ibuprofène (10-7 à 10-3 µM).

Remarque : en absence d’ibuprofène, on mesure l’activité d’une quantité "Q" de COX et on lui attribue la valeur 100 % d’activité. On ajoute ensuite à la même quantité "Q’ de COX une quantité "q" d’ibuprofène, puis on mesure l’activité de l’enzyme (c'est-à-dire la synthèse de prostaglandine à partir de l’acide arachidonique).

c : mode d’action moléculaire des enzymes et de l’ibuprofène.

Les enzymes sont des protéines constituées d’acides aminés. Pour agir, l’enzyme doit rentrer en contact avec la molécule de substrat qui lui est spécifique pour former un complexe enzyme-substrat. Cette liaison avec la molécule de substrat est suivie de la libération des produits de la réaction. Ce contact s’établit au niveau d’une zone particulière de l’enzyme, zone en creux et complémentaire de forme d’une partie de la molécule de substrat que l’on nomme le site actif. Le site actif est constitué de quelques acides aminés qui assurent une liaison temporaire avec le substrat spécifique ce qui permet le déroulement de la réaction.

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Activité3 – Protocole :

Constat :

Des études de biologie moléculaire ont montré que la molécule d’ibuprofène se fixe sur l' acide aminé 120 (Arginine) de la COX et de ce fait interagit avec les

acides aminés 385 (tyrosine) et 530 (sérine) de l’enzyme.

Fichiers joints :

cyclo-oxydase COX1 ovine et son substrat l’acide arachidonique.pdb, ibuprofene.pdb,

Travail à faire: À l'aide de Rastop et sa fiche d’aide !!!!!!!: 1- Ouvrir la molécule, complexe COX (enzyme) – acide arachidonique (substrat) : la COX est nommée chaîne A ; l’acide arachidonique est appelé ACD700.

2- mettre en évidence judicieusement certaines parties des molécules.

Aide à la résolution

I-Traiter et comparer les modèles moléculaires proposés afin d’identifier les molécules de chaque complexe.(affichage mosaïque) Dans les modèles moléculaires pour RASTOP : « cox_ibuprofene.pdb», et « cox_acide_arachidonique.pdb présentent l’enzyme COX liée à un fragment soit de l’acide arachidonique, soit de

l’ibuprofène Mettre en évidence les différentes chaînes composant les molécules de chacun des fichiers proposés

Désignation des molécules dans l‘éditeur de commande : Dans les deux modèles, « cox_acide_arachidonique.pdb», « cox_ibuprofene.pdb»

o La molécule d’acide arachidonique = ACD o La molécule d’ibuprofène =IBP

On attend à ce qu’on : Distingue par une couleur et un mode de représentation différents la COX et son substrat / la COX et l’ibuprofène

II-Traiter et comparer les modèles moléculaires proposés, afin de localiser les acides aminés assurant une liaison temporaire entre l’enzyme et son substrat et mettre en évidence l’action de l’ibuprofène .(affichage mosaïque) On attend à ce qu’on: Distinguent par une couleur différente les acides aminés du site actif sur les molécules déjà mises en évidence Remarque : au lieu d’imprimer sauvegarder

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Aides / correction protocole détaillé 1-Représentation schématique du site actif de l’enzyme COX et des acides aminés assurant une liaison temporaire avec le substrat spécifique. 2-protocole détaillé

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