Unité d’enseignement 2.1 S1
Biologie Fondamentale
OBJECTIFS
La Cellule
Le cycle cellulaire
La cellule
Rappels
Définition
Les cellules sont les unités fondamentales des organismes vivants Isolées : organismes unicellulaires : bactéries Multiple : constituants les organismes
pluricellulaires : humains
Organisation
Toutes les cellules sont constituées de :
Membrane cytoplasmique qui les sépare de leur environnement
Région qui contient l’ADN : organisée en noyau ou non
Cytoplasme : région entre ADN et membrane cytoplasmique qui contient le « cytosol »
Organisation (2)
On distingue : Les cellules procaryotes : avant le noyau
Structures les plus anciennes Comprennent toutes les bactéries Moins complexes
Les cellules eucaryotes : vrai noyau ADN compris dans un noyau Comprennent les animaux, plantes, champignons Nombreux organites dans le cytoplasme
La cellule eucaryote
Structure généraleObservée au microscope optique : X1000
Membrane cytoplasmique (1)
Cytoplasme (2) Noyau (3) Inclusions cytoplasmiques
(4)
4
Exemple: Cellule animaleExemple: Cellule animale
Noyau
Nucléole
Appareil de Golgi
Membrane cellulaire
Lysosome
Microtubule
Mitochondrie
Centrosome
Ribosome
Vacuole
Réticulumendoplasmique
lisse
Réticulumendoplasmique
rugueux
Cytoplasme
Ultrastructure généraleObservée au microscope électronique : X800000 Idem MO + organites cytoplasmiques
La cellule eucaryote
La membrane cytoplasmique Les organites intracellulaires Le cytoplasme Le noyau Les nucléoles La membrane nucléaire
La membrane cytoplasmique
Elle est constituée principalement de phospholipides et de protéines
Elle comporte également du cholestérol
Les phospholipides
Comportent une partie hydrophobe (2
chaînes d’acides gras) et une partie hydrophile
(groupement phosphate +..)
Les phospholipides
Lorsqu’ils sont mélangées à l’eau La partie hydrophile est en contact avec l’au La queue hydrophobe sont loin de l’eau Forment une bicouche ou les queues hydrophobes sont à
l’intérieur et les têtes hydrophiles à l’extérieur
Les protéines
Dans cette bicouche lipidique sont impliquées des protéines Protéines transmembranaires qui traversent la bicouche
lipidique Protéines périphériques qui sont attachées à la surface de
la membrane Rôles
enzymes (ATPase, phosphatase alcaline), transporteurs, récepteurs (hormone, médiateur chimique,
neurotransmetteur) antigènes, canal ionique, protéines contractiles de type
actine myosine
Propriétés de la membrane
Sa structure Hydrophobe au centre Hydrophile en périphérie Fluide et mobile
Permet Le passage des molécules hydrophobes
(liposolubles) Retient les molécules neutres qui ne peuvent
passer que grâce aux protéines membranaires = perméabilité
La perméabilité membranaire = est la propriété que possède la membrane
d’absorber les molécules de l’extérieur vers l’intérieur et vice versa
Elle se présente sous deux formes La perméabilité passive ou diffusion. Elle dépend
uniquement des lois physico-chimiques et ne nécessitent pas l'intervention active de la cellule. On distingue deux types : 1/ La diffusion simple et 2/ La diffusion facilitée (par transporteurs)
La perméabilité active ou transport actif. Celui-ci implique la participation de la cellule par un apport d'énergie métabolique. Ce mécanisme permet le transport contre le gradient de concentration
Transport intracellulaire passif
Par diffusion simple Suivant le gradient de concentration :
Du plus concentré vers le moins concentré jusqu’à équilibre
Sans consommation d’énergie
Transport intracellulaire passif Par diffusion facilité
Diverses molécules polaires (oses, ions, acides aminés) qui passent à travers la membrane plasmique sous l'effet du gradient électrochimique. Ces substances sont prises en charge par des protéines porteuses (=Transporteurs) qui les délivrent à l'intérieur de la cellule. Il s'agit d'un mécanisme saturable
Transport intracellulaire passif Par osmose
Mouvement de l’eau Du moins concentré vers le plus concentré jusqu’à
équilibre jusqu’à ce que les deux côtés soient « isotoniques »
Transport intracellulaire actif
Nécessite de l’énergie
Fournie par l’ATP (adénosine triphosphate)
Exemple de transport actif
Pompe Na+/K+ Le K+ est plus concentré à l’intérieur de la cellule
(140 mm/l vs 5 mm/l) Inversement pour le Na+ (12 mm/lvs145mm/l) Normalement la concentration des ions devrait
s’équilibrer de part et d’autre de la membrane Or une pompe transmembranaire permet de
garder cet équilibre
Pompe Na+/K+
Une enzyme (ATPase Na-K dépendante) permet le maintien de cet équilibre
Elle consomme de l’énergie (ATP)
Transport des grosses molécules Endocytose
Exocytose : (sortie des macromolécules) Grâce à des vésicules membranaires sont
certaines peuvent fusionner avec la Mbre Cytoplasmique et être libérées à l’extérieur
Les organites intracellulaires
Réticulum endoplasmique
Réseau de galeries ou « sacs aplatis »
Extension de la membrane nucléaire
Rugueux (RER) car hérissé de ribosomes Lieu de synthèse de
protéines (ribosomes) Permet la circulation de
molécules (transport de protéines)
Lisse (REL) lieu de synthèse des lipides
Appareil de Golgi
Système de compartiments entourés par des membranes 1. Entreposage 2. Modification des produits
sécrétoires 3. Empaquetage
4. Sécrétion (libère des vésicules qui contiennent les substances à sécréter)
5. Synthétise des polysaccharides à partir de sucres simples et les attache aux protéines et lipides pour produire des glycoprotéines et des glycolipides
Le Cytosquelette
Le cytosquelette
Le cytosquelette a diverses fonctions :
forme de la cellule division de la cellule défense de la cellule mouvements de la cellulesystème de transport intracellulaire
Il est constitué principalement de 3 types de protéines :
les filaments d'actine ou microfilaments les filaments dits
intermédiaires les microtubules
Le cytosquelette
Le cytosquelette rencontré uniquement chez les cellules eucaryotes ,est un système formé de microstructures protéiques fibreuses, qui est solidaire de la membrane plasmique et des organites, ainsi que de l'enveloppe nucléaire. Le cytosquelette confère une forme à la cellule. Il est égalent responsable de la dynamique cellulaire
Le cytosquelette
Réseau complexe de filaments et de tubules étendu dans tout le cytoplasme
En mouvement et réorganisation continus Composé de structures protéiques allongées
résultant de la polymérisation d'éléments monomériques.
Le cytosquelette
les filaments d'actine (microfilaments)
les filaments dits intermédiaires
les microtubules
Les filaments d’actine (microfilaments 5 à 9 nm)
Une des protéines les plus abondantes de la cellule animale
trois classes d’actine (, et )
Les filaments d’actine (microfilaments)
Les filaments d’actine (microfilaments) Rôle dans
Migration cellulaire (déplacement des leucocytes vers plaie infectée)
Traction sur la matrice extracellulaire (fermeture de plaie)
Cytodiérèse (division cellulaire) Maintien de l'intégrité tissulaire (cohésion
cellulaire) et participation aux mouvements des feuillets embryonnaires
Contraction musculaire
Filaments intermédiaires
les filaments intermédiaires sont composés de tétramères imbriqués et décalés de protéines
diamètre de 8 à 10 nanomètres
Filaments intermédiaires
La vimentine, Donne une stabilité structurale à de nombreuses cellules.
La kératine, une autre classe de filaments intermédiaires, se trouve
dans les cellules épithéliales (cellules bordant les organes et lescavités de l’organisme) ainsi que dans des structures qui ysont associées, tels les cheveux et les ongles.
Neurofilaments = Les filaments intermédiaires des cellules nerveuses
Mirotubules
tubes creux d’un diamètre d’environ 25 nanomètres, formés de 13 protofilaments protéiques disposés en couronne (tubuline et )
Ils sont en constant état dynamique de polymérisation et dépolymérisation
Tubuline β
Tubuline α
Mirotubules
Facilitation des mouvements cellulaires, Permettent le mouvement de matériaux au sein
même de la cellule Les centrioles participent à l’assemblage des
microtubules.
La Mitochondrie
Introduction
Production et stockage d’énergie sous forme d’ATP (Adénosine Tri Phosphate par la « phosphorylation oxydative »
Organite limité par deux membranes (1000/cellule)
Origine : bactérie ?
Grande taille (1-2 à 10 μm de long et de 0,5 à 1 μm de large),
Visible en microscopie optique
Rôle = respiration cellulaire
Transformation ultime des dérivés alimentaires
La dégradation complète d'une molécule de glucose fournira 38 molécules d' A.T.P.
Chaque molécule d'A.T.P. pourra être ensuite transformée en A.D.P.+ P + énergie en fonction des besoins énergétiques cellulaires.
La réaction A.D.P. + P + Energie fournit une énergie de 7kcal / mol.)
Rôle de la mitochondrie
Le Noyau
Le Noyau
Structure la plus volumineuse du cytoplasme visible au MO
Contient : Nucléole Enveloppe nucléaire Chromatine =Chromosome
Fonctions Fourni les instructions pour
tous les processus de la vie via l'ADN
Contrôle la reproduction cellulaire
Contrôle la différentiation cellulaire
Dirige les activités métaboliques de la cellule
Nucléole
Structure visible seulement quand la cellule n'est pas en
division cellulaire N'a pas de membrane qui l'entoure Composé d'ARN et des protéines
Fonctions Fabrique l'ARNr (ARN ribosomal) L'ARNr se combine avec les protéines et quitte le
noyau
Membrane nucléaire
Structure Composée de deux membranes lipidiques, dont une interne et
une externe avec une espace entre les deux. Est continue à certaines points avec le réticulum endoplasmique. Recouverte de pores qui sont faits de protéines ·
Fonctions Maintient l'environnement chimique dans le noyau, qui diffère de
celui du cytoplasme. Sépare le nucléoplasme (fluide dans le noyau) du cytoplasme
Est sélectivement perméable : les macromolécules (ARNm et ARNr) sortent et certaines protéines entrent.
Chromatine
La chromatine se présente le plus souvent sous la forme d'une matière sans structure particulière.
A certains moments de la vie de la cellule (aux moments des multiplications), la chromatine perd son aspect diffus et se condense en structures bien définies: les chromosomes.
Chromatine
Les chromosomes sont des structures en forme de bâtonnets
Durant la métaphase (l'une des phases du processus de multiplication cellulaire, les chromosomes prennent une forme en X constitués de deux bâtonnets reliés en un point: le centromère.
Relation entre chromatine, chromosome et ADN
Le Cycle cellulaire
Généralités
Le cycle cellulaire est l’ensemble des modifications qu’une cellule subit entre sa formation par division à partir d’une cellule mère et le moment où cette cellule a fini de se diviser en deux cellules filles
Le Cycle cellulaire Toute cellule se reproduit par scission en deux descendants Chaque cellule doit posséder sa propre copie du matériel
héréditaire un oeuf fécondé va donner par divisions successives les 1013
cellules qui composent le corps humain Un dérèglement du cycle cellulaire conduit à une tumeur
Généralités (1)
Le cycle cellulaire comporte 4 phases qui se succèdent : G1, S, G2 et M Interphase : G1, S, G2 : le
noyau est limité par une membrane
Mitose : M (disparition de la membrane nucléaire et apparition des chromosomes)
Après la mitose, les cellules peuvent soit passer en G1, soit entrer en G0, stade quiescent de non division
Généralités (2)
Le cycle cellulaire des cellules comprend quatre phases. phase S et phase M : les cellules exécutent les deux
événements fondamentaux du cycle : réplication de l’ADN (phase S, pour synthèse) et partage rigoureusement égal des chromosomes entre les 2 cellules filles (phase M, pour mitose).
phases G1 et G2, représentent des intervalles (Gap) : au cours de la phase G1, la cellule effectue sa croissance,
intègre les signaux mitogènes ou anti-mitogènes et se prépare pour effectuer correctement la phases S ;
au cours de la phase G2, la cellule se prépare pour la phase M.
Interphase
Interphase
Les chromosomes ne sont pas individualisés. Le matériel génétique est sous la forme de chromatine.
Phase G1
Intervalle qui sépare la fin de la mitose du début de la synthèse d’ADN
2N chromosome = diploïde
Phase S
Synthèse de l’ADN de 2N à 4N
Phase G2
Cellule 4N = tétraploïde Prépare la mitose
Mitose =M
Prophase
Division du centrosome Condensation des chromosomes
Prométaphse
Rupture de l’enveloppe nucléaire Migration des chromosomes vers le plan
équatorial de la cellule
Métaphase
Rassemblement de tous les chromosomes sur le plan équatorial
Anaphase
Les chromosomes gagnent chacun des pôles de la cellule
télophase
Arrêt de la migration des chromosomes et décondensation Reformation de la chromatine Reformation du noyau
cytodièrese
Séparation cellulaire
Contrôle du cycle cellulaire
Dépend du Point de restriction
Points de contrôle Point de contrôle en G1, en S, en G2
Dépend de l’interaction de plusieurs familles de protéines (cyclines)
Il existe un rétrocontrôle du cycle cellulaire qui aboutit en cas de dysfonctionnement à la mort cellulaire