Les constituants de la cellule animale Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 1 (Deuxième partie) Les constituants de la cellule animale Bernadette Féry Hiver 2007 Des globules rouges sanguins

I- Le noyau Nucléole (s) Nucléoplasme Chromatine ou chromosomes Membrane nucléaire II- Le cytoplasme Les organites (petits organes de la cellule ayant une fonction précise) membraneux (délimités par une membrane). Les organites non membraneux Les inclusions Le cytosol (ou hyaloplasme) III- La membrane plasmique (ou cytoplasmique)

I- Le noyau Le plus gros des organites membraneux de la cellule Situé à peu près au centre de la cellule Nucléole (1 ou ++) Matériel génétique ADN + Protéines Nucléoplasme (Liquide semi- visqueux : sels, protéines solubles, sucres... Fournit un milieu favorable à l'activité nucléaire) Membrane nucléaire Campbell (2eéd. Française) — Figure 7.7 : 118

Noyaux de cellules d’oignon Une cellule Son noyau Coupe d’une racine d’oignon vue au microscope optique

Noyaux de cellules d’oignon et leurs nucléoles Noyau avec 3 nucléoles 2 nucléoles Une cellule Son noyau Coupe d’une racine d’oignon vue au microscope optique

Les (2) états du matériel génétique dans le noyau des cellules = CHROMATINE (ADN + protéines) = État filamenteux = Granulations indistinctes au microscope optique = CHROMOSOMES (ADN + protéines) = État de petits bâtonnets = Granulations distinctes au microscope optique À quel moment de la vie cellulaire ? Quand la cellule ne se divise pas. À quel moment de la vie cellulaire ? Quand la cellule se divise. Rôle de cet état : Être accessible aux enzymes cellulaires qui recopient l’ADN pour répondre aux besoins de la cellule. Rôle de cet état : Faciliter la séparation du matériel génétique vers les deux cellules qui seront issues de la division d’une cellule.

Une question ! État du matériel génétique ? Chromatine Chromosomes Cellules d’une racine d’oignon vues au microscope optique

ADN nucléolaire + protéines Le noyau vu au microscope électronique (la cellule n’est pas en train de se diviser) Membrane nucléaire Double, séparée par un espace et percée de pores nucléaires. Rôle : Contrôle les échanges noyau/cytoplasme Chromatine ADN et protéines Pores nucléaire Nucléole ADN nucléolaire + protéines Rôle : Fabrique les ribosomes (des organites cellulaires) Source

Zone située entre le noyau et la membrane plasmique II- Le cytoplasme Zone située entre le noyau et la membrane plasmique Les organites membraneux Les organites non membraneux Les inclusions Le cytosol Campbell (2eéd. Française) — Figure 7.7 : 118

II- Le cytoplasme. Les organites membraneux Le réticulum endoplasmique granuleux (REG) Le réticulum endoplasmique lisse (REL) L’appareil de Golgi Les vacuoles nutritives Les vésicules de pinocytose Les lysosomes Les peroxysomes Les mitochondries REG REL AG Lysosomes Mitochondrie Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 7.7 : 118

Description REG Le REG, un organite membraneux du cytoplasme Réseau membraneux de tubules et de sacs aplatis Paraît rugueux au microscope électronique car il est recouvert de ribosomes (organites ressemblant à de petits points) Les compartiments sont des citernes La membrane du REG est en continuité avec la membrane nucléaire REG REG REG au microscope électronique NOYAU

Rôles du REG Le REG, un organite membraneux du cytoplasme Le REG incorpore les protéines fabriquées par les ribosomes liés à sa membrane, les sucre puis, les emballe dans des vésicules de transition destinées à un autre organite cellulaire : l’appareil de Golgi. 3. Le REG produit des membranes pour les autres organites. 2. Le REG produit des membranes pour lui-même en intégrant les nouvelles protéines à sa membrane.

REL Citernes Description Le REL, un organite membraneux du cytoplasme Réseau membraneux de tubules et de sacs aplatis Paraît lisse au microscope électronique car il n’est pas recouvert de ribosomes Les compartiments sont des citernes Citernes REL REL au microscope électronique

Synthétiser des lipides. Le REL, un organite membraneux du cytoplasme Rôles du REL Synthétiser des lipides. Le REL dans le foie détoxique les médicaments et les autres drogues. Le REL dans le foie des personnes prenant des médicaments, des drogues ou de l’alcool est très abondant. Le REL dans les cellules hépatiques libère le glucose vers le sang. Le REL dans les cellules musculaires accumule les ions Ca+ nécessaires à la contractions des muscles.

Description L’appareil de Golgi, un organite membraneux du cytoplasme Formé de plusieurs dictyosomes, des empilements de sacs membraneux, aplatis et ronds Chaque sac est un saccule. Dérive de la fusion des vésicules de transition venant de REG. Émet divers vésicules. Dictyosomes Un dictyosome de AG au microscope électronique

Rôles de AG L’appareil de Golgi, un organite membraneux du cytoplasme Modifie les protéines qu'il reçoit du REG (via les vésicules de transition) en leur apposant une sorte d'étiquette moléculaire. Trie ces protéines selon leur destination et les emballe dans des vésicules de sécrétion ou dans des lysosomes. Vésicule de sécrétion Vésicule contenant une substance chimique « utile » pour l’usage d’autres cellules. Fusionne avec la membrane et déverse son contenu à l’extérieur. Produits de sécrétion : hormones, enzymes digestifs, acide hyaluronique, collagène Lysosome Organite contenant des enzymes hydrolytiques.

Déversement des produits de sécrétion d’une vésicule de sécrétion EM08. Ultrastructure of the Cell fibroblast, fibroblast organelles Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 8.8 : 149 Déversement des produits de sécrétion d’une vésicule de sécrétion

Description Rôle Rondelles de membrane autour de particules. Les vacuoles nutritives, des organites membraneux du cytoplasme Description Rondelles de membrane autour de particules. Formées par évagination membranaire (phagocytose). Mesurent de 1 à 2m. Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 8.19a : 159 Rôle Permettent l’absorption de grosses particules par la cellule Une autre bactérie déjà absorbée Une amibe se nourrit : elle phagocyte une paramécie. Une bactérie en train de se faire phagocyter par un globule blanc.

Les vésicules de pinocytose, des organites membraneux du cytoplasme Description Rondelles de membrane autour de gouttelettes d’électrolytes. Formées par invagination membranaire (pinocytose). Mesurent environ 0,1m. Rôle Permettent l’absorption de gros ions fortement chargés Vésicules en formation dans une cellule épithéliale d’un capillaire Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 8.19b : 159 Animation sur l’endocytose (phagocytose / pinocytose / endocytose par récepteur interposé) et aussi sur l’exocytose.

Description Organites sphériques délimités par une membrane. Les lysosomes, des organites membraneux du cytoplasme Description Organites sphériques délimités par une membrane. Contiennent une cinquantaine d’enzymes hydrolytiques, actifs en milieu acide. Dérivent de AG Rôles Digèrent le contenu des vacuoles. Digèrent les vieux organites cellulaires. Campbell (2eéd. Française) — Figure 7.14 : 125 Animation sur la formation des lysosomes et leur rôle digestif

La forme et la taille des lysosomes varient considérablement selon les matériaux qui ont été capturés puis détruits. Lysosomes Vieille mitochondrie Source Vieux peroxysome Campbell (2eéd. Française) — Figure 7.13 : 125

Description PAS À L’ÉTUDE Rôles Source Les peroxysomes, des organites membraneux du cytoplasme PAS À L’ÉTUDE Description Enzymes du peroxysome Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 7.19 : 129 Chloroplaste Mitochondrie Peroxysome Organites sphériques délimités par une membrane. Contiennent des enzymes. Rôles Les peroxysomes des cellules hépatiques détoxiquent l’alcool et d’autres composés nocifs en transférant l’hydrogène de ces substances à du dioxygène ce qui produit du peroxyde d’hydrogène H2O2, un composé nocif, qui est ensuite converti en eau. Source

Organites délimités par deux membranes séparées par un espace. Les mitochondries, des organites membraneux du cytoplasme Description Organites délimités par deux membranes séparées par un espace. La membrane interne se replie pour former des crêtes et des cloisons. Coupe d’une mitochondrie Rôles Fabriquent les molécules d’ATP (énergie de réserve pour la cellule). Via la respiration cellulaire (un processus métabolique). Ribose Adénine (3) Groupes phosphate ATP (Adénosine triphosphate) Campbell (2eéd. Fr) — Figure 6.8 : 99

Respiration cellulaire Lieu ultime de la respiration cellulaire : les membranes internes de la mitochondrie ! Une mitochondrie vue au microscope électronique Crédits : www.sciences.fundp.ac.be Respiration cellulaire Processus métabolique qui dégrade le glucose (ingéré via la nourriture) grâce à l'oxygène (respiré via les poumons) tout en récupérant son énergie pour produire l'ATP.

II- Le cytoplasme. Les organites non membraneux Les ribosomes Le cytosquelette Les filaments du cytosquelette Le centrosome et ses deux centrioles Les cils et le flagelle Le flagelle Les ribosomes liés au REG Le centrosome et ses deux centrioles Les cils Les ribosomes libres du cytoplasme (dans le cytosol) Les filaments du cytosquelette Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 7.7 : 118

Les ribosomes, des organites non membraneux du cytoplasme Description Grande sous-unité du ribosome Deux sous-unités (une grosse et une petite) formées, chacune, d’un mélange d’ARN ribosomique et de protéines Assemblés en sous-unités ribosomiques par le nucléole Deux populations de ribosomes : Libre dans le cytosol Liée aux membranes du REG Petite sous-unité du ribosome Campbell : 121 (2eéd. Fr.) — Figure 7.10 Rôle Synthétise des protéines Région du REG au microscope électronique

Filaments protéiques qui s'entrecroisent dans la cellule. Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules Description Filaments protéiques qui s'entrecroisent dans la cellule. De trois types : Microfilaments (les < ) Filaments intermédiaires Microtubules du cytoplasme (les > ) Rôle général des filaments Ancrage des organites, soutien de la forme cellulaire et mouvements cellulaires. Un système osseux et musculaire au niveau cellulaire ! Filaments du cytosquelette

Ancrage des organites dans les filaments du cytosquelette

Pas à l’étude Description Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules Pas à l’étude Description Réseau de fibres d’actine surtout localisé sous la surface cellulaire. Source Source Rôles variés et complexes Des info ? En savoir plus ? Tobin/Dusheck, Asking About Life 2/e Figure 4.16

Pas à l’étude Description Rôles variés et complexes Des info ? Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules Pas à l’étude Description Réseau de fibres de diverses protéines. Sillonnent généralement tout le cytoplasme, mais aussi se regroupent en faisceaux ou bien restent isolés, selon la cellule. Plusieurs espèces biochimiques de filaments intermédiaires : les kératines épithéliales, les neurofilaments de la plupart des neurones, les filaments gliaux des cellules gliales, etc. Source Source Rôles variés et complexes Des info ? En savoir plus ? Tobin/Dusheck, Asking About Life 2/e Figure 4.16

À l’étude Description des microtubules Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules À l’étude Description des microtubules 1. Réseau de fibres de tubuline irradiant du centrosome Centrosome Fibres de tubuline Source Source Source Tobin/Dusheck, Asking About Life 2/e Figure 4.16

Description des microtubules (suite) Un microtubule est un tube creux formé de dimères de tubuline. S'allonge et se rétracte, au besoin, par ajout ou retrait de tubuline « une protéine formée de (2) sous-unités ». Rôles des microtubules du cytoplasme Mouvement des organites grâce à des protéines motrices. Maintien de la forme cellulaire (charpente résistant à la compression). Structure du microtubule En savoir plus ?

Microtubule permettant le déplacement d’une vésicule du cytoplasme via des protéines motrices. Mouvement de la vésicule Protéine motrice arrimée, d’une part au microtubule et d’autre part, à un récepteur de la vésicule Vésicule transportée ATP Récepteur Campbell (2eéd.) — Figure 7.21 : 130 Microtubule Une animation montrant la «marche» de la protéine motrice Deux familles de protéines motrices interagissent avec les microtubule (pas à l’étude) les kinésines se déplacent vers l'extrémité + du microtubule. les dynéines se déplacent vers l'extrémité - (vers le centrosome).

Source Vésicules de transition le long des microtubules. Microtubules en coupe longitudinale Microtubules en coupe transversale Source

Description du centrosome Deux éléments du cytosquelette relevant des microtubules : le centrosome (centre organisateur des microtubules ) et les deux centrioles Description du centrosome Une masse dense finement granulaire, près du noyau, à partir de laquelle rayonnent les microtubules. Contient deux centrioles en son centre (cellule animale seulement). CENTROSOME CENTRIOLES NOYAU Source

Vue du centrosome au microscope électronique

Organiser le réseau de microtubules dans le cytoplasme. Rôles du centrosome Organiser le réseau de microtubules dans le cytoplasme. Campbell (1e éd. Fr.) — Figure 7.27 : 139

2. Se répliquer en vue de la prochaine division cellulaire. 1 centrosome 2 centrosomes Matrice du centrosome Réplication du centrosome et de ses centrioles vu au ME Deux centrioles Microtubule

Chaque fibre est formée de nombreux de microtubules. 3. Les centrosomes élaborent les fibres du fuseau de division au moment où la cellule se divise. Les fibres du fuseau s’accrochent aux chromosomes et dirigent leur mouvement. Chromosome Fuseau de division Centrosomes Chaque fibre est formée de nombreux de microtubules. Élaboration du fuseau de division par les deux centrosomes Animation montrant les chromosomes tirés par les fibres du fuseau

Pas à l’étude Les kinésines se déplacent vers l'extrémité + des microtubules donc les allongent tandis que les dynéines se déplacent vers l'extrémité - (vers le centrosome) des microtubules donc les raccourcissent.

Description des centrioles Deux éléments du cytosquelette relevant des microtubules : le centrosome (centre organisateur des microtubules ) et les deux centrioles Description des centrioles Deux cylindres de microtubules, perpendiculaires l’un à l’autre. Chaque cylindre (centriole) est formé de neuf triplets de microtubules. Situés au cœur du centrosome animal. Campbell (1eéd. Fr.) — Figure 7.28 : 139 CENTROSOME CENTRIOLES NOYAU

Centriole en coupe transversale Centriole en coupe longitudinale Les deux centrioles vus au microscope électronique

2. Se répliquer en vue de la prochaine division cellulaire. Rôles des centrioles Organiser le réseau de microtubules des corpuscules basaux, des structures analogues aux centrioles. Les corpuscules basaux ancrent les cils et le flagelle à la cellule. Corpuscules basaux à la base de cils 2. Se répliquer en vue de la prochaine division cellulaire. 2 centrioles 4 centrioles Réplication du centrosome et de ses centrioles vu au ME

Deux centrioles (non visibles ici) au cœur de chaque centrosme. 3. Les centrioles élaborent les fibres « rayonnantes » des aster au moment de la division cellulaire. Les fibres astériennes ne semblent jouer aucuns rôles durant la division. Aster Deux centrioles (non visibles ici) au cœur de chaque centrosme. Aster Fuseau de division et asters d’une cellule en division

Projections de microtubules à la surface cellulaire Deux autres éléments du cytosquelette : les cils (courts et nombreux) et le flagelle (long et unique) Protéine motrice « dynéine » Coupe cil / flagelle Arrangement : 9 doublets + 2 au centre Cil / flagelle Description Projections de microtubules à la surface cellulaire Recouvertes par la membrane plasmique Ancrées à la cellule par un corpuscule basal (analogue d’un centriole). Coupe corpuscule basal Arrangement : 9 triplets Base du cil / flagelle Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 7.24 : 133

« Bouger » Les rôles des cils et du flagelle Propulsion de la cellule dans le milieu (spermatozoïdes dans les voies génitales, paramécie dans son milieu). Déplacement du milieu autour de la cellule (cils de la trachée-artère faisant remonter les mucosités). Grâce à la dynéine associée aux microtubules Avec dépense de l’énergie de l’ATP Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 7.25 : 134

II- Le cytoplasme. Les inclusions Des gouttelettes lipidiques Des granules de glycogène Des granules contenant les produits d’accumulation de la cellule. II- Le cytoplasme. Le cytosol ou hyaloplasme Le cytosol (hyaloplasme), un liquide semi- visqueux formé d’eau, de sels, de protéines solubles, de sucres, etc. Le cytosol fournit un milieu favorable à l'activité cellulaire.

III- La membrane plasmique (ou cytoplasmique) Le contour de la cellule Description Membrane simple délimitant la cellule. Non percée de pores contrairement à la membrane nucléaire. Formée essentiellement de deux couches de lipides. Traversée de protéines. Recouverte de quelques sucres. Structure de la membrane plasmique

Rôles de la membrane plasmique Grâce aux protéines, la membrane contrôle les échanges cellulaires (perméabilité sélective). Elle choisit les substances qui traversent dans un sens ou l’autre. Grâce aux lipides insolubles, la membrane permet l’intégrité du compartiment cellulaire. La cellule ne se défait pas dans son milieu liquide. Grâce aux sucres de surface (antigènes spécifiques à chaque individu), la membrane permet aux cellules de se reconnaître entre elles et de s'agréger en tissus et aussi de rejeter les cellules étrangères (immunité).

FIN DE LA DEUXIÈME PARTIE