Cours biologie cellulaire Deug SV1 Introduction

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Les enjeux de la biologie cellulaire (p2) Hier, comprendre la cellule vivante à travers la description de son organisation, l’identification de ses molécules constituantes et l’étude des propriétés de chacune de ces molécules Demain, la nécessaire prise en compte des environnements cellulaires et extra_cellulaires, du quantitatif et du cinétique Demain, l’intégration des données via la modélisation informatique et la cellule artificielle ?

Hiérarchie des ultra-structures cellulaires (p3) Notion de structure et fonction Et le tableau en bas de la page 3 …

Composition chimique et liaisons moléculaires (p4) Cells are 90% water et liaison H Le reste en pourcentage de poids sec est approximativement: 50% protéines 15% glucides 15% acides nucléiques 10% lipides 10% autres Les biomolécules=macromolécules Total approximate composition by element: 60% H 25% O 12% C 5% N

Notion de polarité Les molécules symétriques sont apolaires: répartition homogène des électrons covalents dioxygène O=O dihydrogène H-H Méthane: CH4 Alkyl: CH3-(CH2)n Les molécules asymétriques sont polaires (ou polarisées): répartition hétérogène des électrons covalents H2O: l’atome d’oxygène étant électronégatif R-COOH; R-OH; R-CHO; RCOR Un ion est chargé donc « polaire »

Polarité, liaison hydrogène et Eau Liaison d’interaction électronique de force faible (---) par rapport à la liaison covalente ( ). Mais nombreuses … (ébullition de l’eau à 20°C!!!) La plupart des molécules organiques sont susceptibles d’établir des liaisons H Les molécules polaires établissent des liaisons H avec l’eau = solubilité! Hydrophile (Ex:polysaccharides = Polyols!) Les molécules apolaires sont insolubles dans l’eau Hydrophobe (Ex: triglycérides = beurre!) d- d+

Fonctions organique et polarité d- d+ d- d+ d- d+ d- d+ d- d- d+ d- d+

Les Glucides (p5-6) Molécule de base: oses (Aldéhyde ou cétone + polyol) Souvent des HEXOSES et Pentoses cycliques, parfois linéaires Macromolécules: polyoses ou polysaccharides Diversité des liaisons, linéaires ou branchés Stéréoisomérie Fonctions cellulaires: énergie métabolique (Glc, amidon), molécule de l’identité cellulaire (reconnaissance, adhésion, tissu), structurale (cellulose)

Les Lipides (p7-8) Les stéroïdes (cholestérol) Fonction structurale, hormonale Les triglycérides (le beurre) Ester d’acides gras et du glycérol Fonction de réserve énergétique Les phospholipides (Phosphatidylcholine = PC) + Phosphatidyl_X Fonction structurale (membrane) AMPHIPATIQUE = MICELLE

Stérorides Progesterone

Triglycerides

Phospholides Ester phosphorylique du glycérol et d’acides gras P O L A

Les protéines (p9-12) Molécule de base: l’acide aminé est L ou D pH = 7! est L ou D Classification des 20 AA: Polaire = Hydrophile non ionique ionique Apolaire = Hydrophobe aliphatique cyclique La cystéine est impliquée dans les ponts S=S intra_ et inter_moléculaires

Classification des AA

Peptides et polypeptides Liaison peptidique (amide): d- d+ La liaison peptidique est polarisée: liaisons H! Orientation: Nter _AA1_AA2_ … AAn_ Cter

Les protéines: des structures I à IV Structure primaire: Enchaînement des AA du polypeptide Structure secondaire: Repliements dus aux liaisons hydrogènes intramoléculaires (CO/HN) des polypeptides en: Hélice a Feuillets plissés b :O H: :C :N

Structure tertiaire: Ponts S=S intra_ ou inter_ moléculaires Interactions avec l’environnement cellulaire: chaperons, modifications post_traductionelles, etc. IV III Structure IVre Association entre sous-unités protéiques, apports d’hèmes (ex: Fe), pontages lipidiques ou glucidiques (Glyco- et lipoprotéines). NON! La forme, donc la fonction, d’une protéine n’est pas entièrement déterminée par sa structure I, càd par l’enchaînement des acides aminés constitutifs de son polypeptide. L’environnement …

Complexe protéique

Les acides nucléiques (p13-15) Nucléoside = - Base (cycle azoté) + ribose (ARN) - Base (cycle azoté) + 2-déoxyribose(ADN) Nucléotide = nucléoside + phosphate(s) Les bases sont polarisées: liaisons H qui induisent un appariement des bases complémentaires: H ou OH AMP TMP 2 liaisons H H ou OH 3 liaisons H GMP CMP H ou OH H H ou OH H Dans l’ARN, UMP remplace TMP

La numérotation des atomes chez les nucléotides

Polymérisation des nucléotides = Polynucléotides d(XMP)n + d(XTP) = d(XP)n+1 + PP

Molécule d’ADN = double hélice formée de deux polynucléotides antiparallèles et complémentaires 3’ 5’ 5’ 3’ L’appariement (ou hybridation) du aux liaisons hydrogènes impose la complémentarité et l’antiparallélisme des 2 chaînes de l’ADN.

La cellule: base de l’unité et de la diversité du monde vivant (p17) Théorie cellulaire (1838, Schleidens & Schwann) et théorie de l’évolution (Darwin) Toute forme vivante est faite de cellules Toute cellule dérive d’une cellule préexistante Corrolaire: fin de la génération spontanée et du créationisme. Unité et diversité structurale C’est un volume de cytoplasme entouré par une membrane cytoplasmique et contenant un noyau et différentes structures. Mais … différenciation Unité et diversité fonctionnelle C’est la plus petite organisation moléculaire qui possède les propriétés du vivant: (i) croissance, (ii) multiplication, (iii) métabolisme et contrôle des échanges. Mais … différenciation La biologie cellulaire étudie l’organisation et le fonctionnement de la cellule.

Evolution et tailles des cellules 1,5 Milliards 3,5 Milliards Procaryotes Þ Pas d’organites cellulaires, pas de noyau.

Formes de cellules

Cellule animale (schéma) Centrioles

Cellule végétale (MET)

Le jeu des 7 différences (p18)

Cellules eucaryotes METAZOAIRES =Pluricellulaires Animale Végétale Fongique Algues UNICELLULAIRE Fongique (levures) Protiste

Origines de la vie cellulaire On suppose que la vie existait dès - 3,8 Ga, âge des plus anciennes traces de molécules organiques, et les premières cellules ayant laissé des vestiges fossiles sont datées de - 3,45 Ga (cyanobactéries des Apex cherts d'Australie occidentale). Précipités de calcite dus au métabolisme bactérien

La problématique On reste dans la théorie … Mais cela ne vous autorise La théorie de la génération spontanée est caduque (Pasteur 1860) et Darwin impose l’idée d’un ancêtre commun de forme cellulaire simple La théorie de l’ÉVOLUTION veut que le premier organisme vivant se soit développé à partir de la matière inanimée. Au fur et à mesure qu'il s'est reproduit, il s'est transformé en des organismes différents, jusqu'à donner toutes les formes de vies sur terre. L'émergence de la vie cellulaire n’a laissé aucune trace. On reste dans la théorie … Mais cela ne vous autorise Pas à croire à l’impossible !

Origines des molécules de la vie Divers schémas réactionnels aboutissent à la formation de monomères et polymères biologiques à partir de précurseurs plus ou moins simples. Ils postulent que la genèse a eu lieu dans des environnements extrêmes : Composants de l’atmosphère primitive dissous dans l’eau (CH4, NH3, CO2, SH2, H2) + Photons, électricité = soupe primitive ou prébiotique où se forme CHON! (Oparine/Haldane ~ 1890) Au fond des océans près des sources hydro-thermales Provenir de l’espace

Les expériences de S. Miller (1950) Chimie prébiotique! Méconnaissance d

Des 1ères macromolécules à LUCA (Last Universal Common Ancestor) ? Les protéines sont indispensables pour la réplication et l'expression de l’ADN (gènes) … Et L’ADN est nécessaire pour la biosynthèse des protéines.

La théorie de l’ARN On suppose qu'un "monde d'ARN", c'est à dire une vie utilisant les ARN à la fois comme matériel génétique et comme catalyseurs, a précédé l'apparition de cellules comportant de l'ADN et des protéines. Pour: ARN Catalytiques Virus à ARN Contre: « Fragiles » Non auto- réplicative

Origine endosymbiotique des eucaryotes (p19) Cellule animale: bactérie pourpre … Cellule végétale: bactérie bleue (cyanobactérie) …