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