Chapitre 3 LA CELLULE Gilles Bourbonnais Cours compensateurs Université Laval

1. Introduction Premiers organismes terrestres (450 M années)

Structure générale d'une cellule animale eucaryote

Union des cellules entre elles 2. La membrane cellulaire (3-7) Frontière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule et compartimentation interne Union des cellules entre elles Échanges entre le cytosol et le liquide interstitiel p. 3-9

Structure de la membrane Épaisseur : 7 à 8 nm Deux feuillets visibles au microscope électronique

Composition chimique Lipides Protéines Glucides Phospholipides (et glycolipides) Cholestérol (15% à 50% des lipides) Protéines Glucides

Comportement des phosphoglycérolipides face à l'eau: Groupement phosphate polaire hydrophile Acides gras non polaires hydrophobes

Les phospholipides mélangés à l’eau peuvent former des liposomes, petites sphères formées d’une double couche de molécules.

Modèle de la mosaïque fluide Deux couches de phospholipides Protéines à la surface et à travers Polysaccharides attachés aux lipides ou aux protéines Cholestérol entre les phospholipides Les molécules se déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autres

LIPIDES Phospholipides (deux couches) Cholestérol (15% à 50 % du total des lipides) Cholestérol : rôle dans le maintien de la fluidité de la membrane

Propriétés d’une membrane de phospholipides : Peut se réparer d’elle-même Si la membrane est percée ou déchirée, les molécules de phospholipides qui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocher et fermer l’ouverture. Peut varier facilement sa taille Si on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent aux autres et la membrane s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille si on enlève des molécules. Permet à une sphère de se diviser Il suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenir deux sphères. Deux sphères peuvent fusionner pour en former une plus grande

Protéines de la membrane Transport Enzymes Récepteurs Adhérence entre les cellules Glycoprotéines très variables d'un individu à l'autre. Permettent au système immunitaire de distinguer ses cellules des cellules étrangères.

Chaînes de glucides souvent attachées aux lipides (glycolipides) ou aux protéines (glycoprotéines)

3. Le transport membranaire (3-10) Passage de substances à travers la membrane peut se faire: Par transport passif (sans dépense d ’énergie) Par transport actif (avec dépense d ’énergie)

3.1 Transport passif (3-10) Diffusion simple Diffusion facilitée Osmose

3.1.1 Diffusion simple (3-10)

Une substance diffuse suivant son gradient de concentration : de la zone la plus concentrée à la zone qui l’est moins. Gradient = différence Le gradient de concentration entre deux milieux c'est la différence de concentration entre les deux milieux.

Perméabilité sélective La double couche de lipides est perméable: Aux molécules très petites (H2O, CO2, O2) Aux molécules liposolubles (hydrophobes, non polaires) La double couche de lipides est imperméable: Aux grosses molécules et à la plupart des molécules solubles dans l’eau. Aux ions (K+, Cl-, Na+ )

Des protéines de la membrane permettent le passage de ce qui ne peut passer à travers les lipides : Forment des canaux à travers la membrane OU s’associent aux molécules à transporter et les déplacent dans la membrane

N.B. Ces canaux sont généralement spécifiques : une seule substance bien précise peut les traverser et aucune autre. Donc, ce n'est pas n'importe quelle substance qui peut traverser la membrane = perméabilité sélective.

Les canaux de la membrane sont souvent formés de plusieurs sous-unités :

Canal de membrane

Certains canaux peuvent s'ouvrir et se fermer :

Exemple: canal ionique permettant le passage d ’anions

Transporteurs de membrane: Peuvent se faire et se défaire rapidement Certains peuvent se fermer et s’ouvrir ==> changement de perméabilité de la membrane Sont souvent très sélectifs

Exemple de protéine de transport Canal fermé Canal ouvert

3.1.2 Diffusion facilitée (3-12) La diffusion se fait par l ’intermédiaire d ’une protéine de la membrane. N .B. Pas de dépense d ’énergie Se fait selon le gradient de concentration

Membrane perméable à l’eau 3.1.3 Osmose (3-13) Côté plus concentré = hypertonique Côté dilué = hypotonique Membrane perméable à l’eau

L’eau se déplace du côté hypotonique (dilué) au côté hypertonique (concentré en soluté)

L’osmose, c’est l’eau qui se déplace en suivant son gradient de concentration Molécules d'eau libres Molécules d'eau non libres Les molécules de soluté diminuent le nombre de molécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eau se déplace de là où les molécules libres sont abondantes à là où il y en a moins.

L’eau traverse la membrane des cellules : En passant entre les molécules de phospholipides En passant par des canaux protéiques spécifiques aux molécules d’eau : les aquaporines Les aquaporines (on en connaît plus de 200 sortes différentes) sont particulièrement nombreuses dans des cellules comme celles des tubules du rein et des racines des plantes où le passage de l’eau joue un rôle important. Peter Agre s’est mérité le Nobel de chimie 2003 pour sa découverte des aquaporines en 1988 Actuellement, 12 sortes d’aquaporines connues chez l’humain

Dans la membrane, les aquaporines forment des complexes de quatre canaux accolés molécules d’eau

Hypertonique Hypotonique

Globules rouges en milieu: Isotonique Hypotonique Hypertonique

Globules rouges en milieu hypertonique

LIQUIDE INTRACELLULAIRE L’osmose joue un rôle important dans le déplacement des liquides dans l’organisme INTESTIN LIQUIDE INTERSTITIEL LIQUIDE INTRACELLULAIRE SANG REINS Que se produirait-il si le sang devenait hypertonique ? Et s’il devenait hypotonique ?

Un poisson vivant en eau de mer est-il en milieu hypo, hyper ou isotonique? (par osmose) L’eau de mer est hypertonique Sel (par diffusion) Comment le poisson peut-il survivre?

3.2 Transport actif (3-15) : Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite un transporteur) MAIS: Besoin d ’une source d ’énergie Peut se faire CONTRE le gradient de concentration Nécessite un transporteur (protéine de transport)

Transport actif

Transport actif permet aux cellules de conserver un milieu intérieur différent du milieu extérieur:

Transport en vrac Exocytose Endocytose

Endocytose Exocytose

Phagocytose d’une bactérie par un globule blanc Phagocytose d’un vieux globule rouge par un globule blanc

4. Réticulum endoplasmique et appareil de Golgi (3-19) Le réticulum endoplasmique

Ribosomes

L'appareil de Golgi

5. Mitochondrie (3-20)

5.2 Production d'énergie par respiration Matière organique + O2 Matière inorganique + H2O + Énergie Tous les glucides peuvent se transformer en glucose. Glucose = "carburant" dans la respiration cellulaire 1 glucose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Énergie

 p. 3-22 Énergie fournie par : 1 g de glucides ou 1 g de protéines : 4,1 Kcal 1 g de lipides : 9 kcal Dépenses énergétiques quotidiennes d’une personne : 2000 à 3000 Kcal

 p. 3-23 Énergie consommée selon l’activité Énergie fournie par certains aliments Repos total 1 kcal / m 1 carotte 25 kcal 1 banane 100 kcal Assis 1,5 à 2 kcal / m 1 Big Mac 580 kcal 1450 kcal Debout 2 à 3 kcal / m 1 grosse frite 550 kcal Marche 3 à 5 kcal / m 1 gros Coke 320 kcal Jouer au tennis 8 à 12 kcal / m L’alcool est une forme de glucose partiellement dégradé. L’alcool fournit de l’énergie : 1 bière ~ 120 Kcal USDA National Nutrient Database

6. Le noyau (3-24) Nucléole

FIN