Œuf de grenouille Xenopus laevis Cellules et Génomes Œuf de grenouille Xenopus laevis

B. MACÉ Université Hôpital 02 32 88 82 25 bertrand.mace@chu-rouen.fr Histologie Cytologie Hôpital Cytogénétique Biologie de la reproduction 02 32 88 82 25 bertrand.mace@chu-rouen.fr

Cours Module 2 (B. Macé) 1 cours Histologie (B. Macé) 28 cours Cytogénétique (G. Joly-Hélas) 1 cours Apoptose ( A. Coquerel) 1 cours Reproduction (N. Rives) 10 cours Révision 1 cours Total : 42 séances

Concours 42 séances (dont une en module 2) 84 heures sur 528 ED compris (16 %) 180 points sur 1200 (15 %) 90 QCM pour le module 3 60 sur cours de B. Macé, G. Joly, A. Coquerel 30 sur cours de N. Rives

Source Molecular Biology of the Cell - Fourth Edition Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter 03/01/2002. 1616 pages. 1600 full colour and b+w line drawings, photos, panels, and tables. ISBN 0815332181 - Hardback Book. ISBN 0815340729 - Paperback Book. (Not available in North America)

Bruce ALBERTS Biologie moléculaire, médecine interne, biochimie   Biologie moléculaire de la cellule - livre de cours (4ème édition) 09/07/2004 1472 pages collection : Sciences ISBN : 2-257-16219-6 prix : 135.00 €

Histologie Au sens strict : étude des tissus épithéliaux conjonctifs osseux cartilagineux adipeux sanguin lymphoïde nerveux musculaire endocrinien

Histologie En réalité : anatomie microscopique cellule = unité de constitution de la matière vivante tissu = ensemble de cellules orientées vers une même fonction organe = structure destinée à assurer une fonction dans un appareil estomac, foie, poumon, rein, organes des sens appareil = ensemble de structures orientées vers une fonction d’un individu digestif, respiratoire, excréteur système = concept fonctionnel ( ! ) nerveux, endocrinien, neuro-endocrinien, lymphoïde

La vie Sur terre, "choses vivantes" qui puisent dans leur environnement des matériaux pour créer des copies d'elles-mêmes Très varié tigre / algue bactérie / arbre Quelque chose de commun à tous appelé : la vie  Nombreuses questions (définition, quand, pourquoi,… )

La cellule Toutes les "choses" vivantes sont faites de cellules Toutes les cellules ont la même machine de base pour fonctionner La biologie : Grande diversité externe des cellules Grande similitude des mécanismes internes 

Plan I - Caractéristiques communes universelles à toutes les cellules II - Diversité des cellules III - Comprendre comment passer à tant de formes de vie à partir d’un code commun à tous les organismes vivants

I - Caractéristiques universelles des cellules sur la terre 10 ou 100 millions d'espèces vivantes sur terre La descendance appartient à la même espèce Les parents transmettent une information spécifiant les caractéristiques de la descendance : C'est l'hérédité (élément clé de la définition de la vie)

Hérédité : pivot de la vie Différencie la vie de croissance d'un cristal combustion d'une bougie formation des vagues sur la mer  pas de relation entre parents et descendance Bien que (point commun) consommation d'énergie libre pour créer et maintenir une organisation

Être uni ou pluri cellulaire La plupart des organismes est uni cellulaire Nous sommes pluri cellulaires 1013 cellules  communication Nous provenons d'une seule cellule qui est le vecteur de l'information génétique qui définit l'espèce

L'information héréditaire de l'œuf détermine la nature de tout l'organisme Fig 1-1 Oursin Souris Algue Fucus

Stockage de l'information héréditaire (dans toutes les cellules) Ordinateur disquette 5"¼, disquette 3"½, CD-ROM, DVD… La même information peut être illisible Évolution des lecteurs Cellule même support de stockage : l'ADN depuis 3,5 milliards d'années ATGC Conséquences ADN humain dans une bactérie ADN bactérien dans une cellule humaine

1 - ADN (dans toutes les cellules)

Fig 1-2(A-C) (A) Le nucléotide (B) Un brin d'ADN (polarisé) (C) Polymérisation sur matrice AT, GC Fig 1-2(A-C)

(D) Molécule d'ADN avec ses deux brins complémentaires liaisons covalentes / hydrogène (E) Double hélice Fig 1-1(D-E)

Duplication de l'information génétique par réplication de l'ADN : chaque brin sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire Fig 1-3

2 - ARN = intermédiaire (de toutes les cellules)

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006 "for their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNA" Andrew Z. Fire 1/2 of the prize USA Stanford University School of Medicine Stanford, CA, USA b. 1959 Craig C. Mello 1/2 of the prize USA University of Massachusetts Medical School Worcester, MA, USA b. 1960

De l'ADN à la protéine transcription traduction Fig 1-4

L'information génétique est stockée dans la cellule sous forme d'"archive" d'ADN pour être utilisée sous forme de transcrits d'ARN qui sont les copies de travail Fig 1-5

Conformation d'une molécule d'ARN Fig 1-6

3 - Protéine = catalyseur de toutes les cellules Acides aminés Structure 3D Enzymes L'information en action : structure, mouvement, signal,

Fig 1-7(A) Une enzyme : le lysozyme présence d'un site catalytique sous forme d'une gorge déterminée par la séquence d'acides aminés de l'enzyme Fig 1-7(A)

L'enzyme (le lysozyme) casse la molécule de polysaccharide en deux Fig 1-1(B)

La vie comme processus autocatalytique (comportement auto reproducteur) Fig 1-8

4 - La traduction de l'ARN en protéines est la même dans toutes les cellules Alphabet à 4 lettres de polynucléotides  alphabet à 20 lettres des protéines Identique dans tout le monde vivant Gelé à un instant donné de l'évolution Codon = trois nucléotides  4X4X4 AA = 64 acides aminés (en fait que 20) ARNt anticodon Ribosome, ARNr … synthèse des protéines

Fig 1-9(A) ARN de transfert AA à une extrémité anticodon (CCA) à l'autre Fig 1-9(A)

Fig 1-9(B) Structure 3D de l'ARNt du tryptophane Codon et anticodon sont antiparallèles comme les deux brins de la molécule d'ADN Fig 1-9(B)

Un ribosome au travail Fig 1-10(A)

Fig 1-10(B) Structure 3D d'un ribosome bactérien Ribosome (vert pale et bleu) ARNm (billes orange) 3 ARNt (jaune,vert,rose) Fig 1-10(B)

5 - Le gène (dans toutes les cellules) Segment d'ADN correspondant à une protéine unique (ou à une molécule d'ARN de structure ou catalytique) L'expression des gènes est régulée Il y a des ADN régulateurs (non codant) qui fixent des protéines spécifiques  Deux types d'ADN ADN codant ADN non codant

(A) Portion de génome de E (A) Portion de génome de E. Coli contenant 4 gènes codant pour 4 protéines (lac l, lac Z, lacY, lac A) segments d'ADN codant pour des protéines segments régulateurs et non codant (B) ME de la même région avec une protéine (codée par lac l ) liée à la zone de régulation de lac Z, lacY, lac A (C) Schéma de (B) Fig 1-11

Génome Totalité de l'information génétique contenue dans la cellule, détermine : la nature des protéines de la cellule où et quand elles doivent être fabriquées Analogie format .txt et .pdf

Énergie libre nécessaire à la vie Relation entre l'énergie libre de la cellule et l'information génétique Une unité élémentaire d'information est le choix entre 2 possibilités équiprobables Exemple : insertion d'un nouveau nucléotide dans la nouvelle molécule d'ADN (nombreux essais nécessaires  beaucoup d'énergie)

Cellule = usine chimique Toutes les cellules utilisent les mêmes éléments de base pour fabriquer ADN ARN protéines sucres ATP

6 - Membrane plasmique (toutes les cellules) Contenant Tout passe par elle (entrées et sorties)

Formation d'une membrane par des molécules de phospholipides amphiphiles Fig 1-12

La membrane ne doit pas être imperméable à tout (A) Molécule de bactériorhodopsine provenant de l'archaebactérie Halobacterium halobium : utilise l'énergie lumineuse pour pomper des H+ hors de la cellule (B) Protéines de transport de la bactérie Thermotoga maritima Fig 1-13 La membrane ne doit pas être imperméable à tout

Mycoplasma genitalium Le plus petit génome connu 477 gènes ( et pourtant il vit… ) 580 070 nucléotides 145 018 unités élémentaires d'information Parasite des mammifères

Fig 1-14 Mycoplasma genitalium Génome (A) MEB (absence de paroi rigide) (B) Microscopie e- à transm. Génome 477 gènes (37+297+143) 37  ARN 297  protéines 153  réplication, transcription, traduction 29  membrane et surface 33  transport 71  énergie 11  division de la cellule 143  inconnu (A) Fig 1-14 (B)

Minimum requis pour une cellule Lundi 8 octobre 2007 Minimum requis pour une cellule 200 - 300 gènes On les retrouve dans toutes les branches de l'arbre de vie