Transcript Unité d`enseignement 2.1 S1

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 générale
Observée au microscope optique : X1000




Membrane cytoplasmique
(1)
Cytoplasme (2)
Noyau (3)
Inclusions cytoplasmiques
(4)
4
Exemple: Cellule animale
Membrane cellulaire
Appareil de Golgi
Nucléole
Noyau
Réticulum
endoplasmique
lisse
Réticulum
endoplasmique
rugueux
Cytoplasme
Lysosome
Microtubule
Mitochondrie
Centrosome
Ribosome
Vacuole
Ultrastructure générale
Observée 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 cellule
système 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 (a, b et c)
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,


La kératine,


Donne une stabilité structurale à de nombreuses cellules.
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 a et
b)
Ils sont en constant état
dynamique de
polymérisation et
dépolymérisation
Tubuline β
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


Points de contrôle



Point de restriction
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