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Unité denseignement 2.1 S1 Biologie Fondamentale.

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1 Unité denseignement 2.1 S1 Biologie Fondamentale

2 OBJECTIFS La Cellule Le cycle cellulaire

3 La cellule Rappels

4 Définition Les cellules sont les unités fondamentales des organismes vivants Isolées : organismes unicellulaires : bactéries Multiple : constituants les organismes pluricellulaires : humains

5 Organisation Toutes les cellules sont constituées de : Membrane cytoplasmique qui les sépare de leur environnement Région qui contient lADN : organisée en noyau ou non Cytoplasme : région entre ADN et membrane cytoplasmique qui contient le « cytosol »

6 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

7 La cellule eucaryote

8 Structure générale Observée au microscope optique : X1000 Membrane cytoplasmique (1) Cytoplasme (2) Noyau (3) Inclusions cytoplasmiques (4) 4

9 Exemple: Cellule animale Noyau Nucléole Appareil de Golgi Membrane cellulaire Lysosome Microtubule Mitochondrie Centrosome Ribosome Vacuole Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique rugueux Cytoplasme

10 Ultrastructure générale Observée au microscope électronique : X Idem MO + organites cytoplasmiques

11 La cellule eucaryote La membrane cytoplasmique Les organites intracellulaires Le cytoplasme Le noyau Les nucléoles La membrane nucléaire

12 La membrane cytoplasmique Elle est constituée principalement de phospholipides et de protéines Elle comporte également du cholestérol

13 Les phospholipides Comportent une partie hydrophobe (2 chaînes dacides gras) et une partie hydrophile (groupement phosphate +..)

14 Les phospholipides Lorsquils sont mélangées à leau La partie hydrophile est en contact avec lau La queue hydrophobe sont loin de leau Forment une bicouche ou les queues hydrophobes sont à lintérieur et les têtes hydrophiles à lextérieur

15 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

16 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

17 La perméabilité membranaire = est la propriété que possède la membrane dabsorber les molécules de lextérieur vers lintérieur 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

18 Transport intracellulaire passif Par diffusion simple Suivant le gradient de concentration : Du plus concentré vers le moins concentré jusquà équilibre Sans consommation dénergie

19 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

20 Transport intracellulaire passif Par osmose Mouvement de leau Du moins concentré vers le plus concentré jusquà équilibre jusquà ce que les deux côtés soient « isotoniques »

21 Transport intracellulaire actif Nécessite de lénergie Fournie par lATP (adénosine triphosphate)

22 Exemple de transport actif Pompe Na+/K+ Le K+ est plus concentré à lintérieur de la cellule (140 mm/l vs 5 mm/l) Inversement pour le Na+ (12 mm/lvs145mm/l) Normalement la concentration des ions devrait séquilibrer de part et dautre de la membrane Or une pompe transmembranaire permet de garder cet équilibre

23 Pompe Na+/K+ Une enzyme (ATPase Na-K dépendante) permet le maintien de cet équilibre Elle consomme de lénergie (ATP)

24 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 lextérieur

25 Les organites intracellulaires

26 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

27 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

28 Le Cytosquelette

29 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

30 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

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32 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.

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34 Le cytosquelette les filaments d'actine (microfilaments) les filaments dits intermédiaires les microtubules

35 Les filaments dactine (microfilaments 5 à 9 nm) Une des protéines les plus abondantes de la cellule animale trois classes dactine (, et )

36 Les filaments dactine (microfilaments)

37 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

38 Filaments intermédiaires les filaments intermédiaires sont composés de tétramères imbriqués et décalés de protéines diamètre de 8 à 10 nanomètres

39 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 lorganisme) ainsi que dans des structures qui ysont associées, tels les cheveux et les ongles. Neurofilaments = Les filaments intermédiaires des cellules nerveuses

40 Mirotubules tubes creux dun diamètre denviron 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

41 Mirotubules Facilitation des mouvements cellulaires, Permettent le mouvement de matériaux au sein même de la cellule Les centrioles participent à lassemblage des microtubules.

42 La Mitochondrie

43 Introduction Production et stockage dénergie sous forme dATP (Adénosine Tri Phosphate par la « phosphorylation oxydative » Organite limité par deux membranes (1000/cellule) Origine : bactérie ?

44 Grande taille (1-2 à 10 μm de long et de 0,5 à 1 μm de large), Visible en microscopie optique

45 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.)

46 Rôle de la mitochondrie

47 Le Noyau

48 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

49 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

50 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.

51 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.

52 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.

53 Relation entre chromatine, chromosome et ADN

54 Le Cycle cellulaire

55 Généralités Le cycle cellulaire est lensemble des modifications quune cellule subit entre sa formation par division à partir dune cellule mère et le moment où cette cellule a fini de se diviser en deux cellules filles

56 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 cellules qui composent le corps humain Un dérèglement du cycle cellulaire conduit à une tumeur

57 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

58 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 lADN (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.

59 Interphase

60 Les chromosomes ne sont pas individualisés. Le matériel génétique est sous la forme de chromatine.

61 Phase G1 Intervalle qui sépare la fin de la mitose du début de la synthèse dADN 2N chromosome = diploïde

62 Phase S Synthèse de lADN de 2N à 4N

63 Phase G2 Cellule 4N = tétraploïde Prépare la mitose

64 Mitose =M

65 Prophase Division du centrosome Condensation des chromosomes

66 Prométaphse Rupture de lenveloppe nucléaire Migration des chromosomes vers le plan équatorial de la cellule

67 Métaphase Rassemblement de tous les chromosomes sur le plan équatorial

68 Anaphase Les chromosomes gagnent chacun des pôles de la cellule

69 télophase Arrêt de la migration des chromosomes et décondensation Reformation de la chromatine Reformation du noyau

70 cytodièrese Séparation cellulaire

71 Contrôle du cycle cellulaire Dépend du Point de restriction Points de contrôle Point de contrôle en G1, en S, en G2 Dépend de linteraction de plusieurs familles de protéines (cyclines) Il existe un rétrocontrôle du cycle cellulaire qui aboutit en cas de dysfonctionnement à la mort cellulaire

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