Unité d’enseignement 2.1 S1 Biologie Fondamentale

OBJECTIFS La Cellule Le cycle cellulaire

La cellule Rappels

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

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

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

La cellule eucaryote

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

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

Ultrastructure générale Observée au microscope électronique : X800000 Idem MO + organites cytoplasmiques

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

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

Les phospholipides Comportent une partie hydrophobe (2 chaînes d’acides gras) et une partie hydrophile (groupement phosphate +..)

Les phospholipides Lorsqu’ils sont mélangées à l’eau La partie hydrophile est en contact avec l’au La queue hydrophobe sont loin de l’eau Forment une bicouche ou les queues hydrophobes sont à l’intérieur et les têtes hydrophiles à l’extérieur

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

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

La perméabilité membranaire = est la propriété que possède la membrane d’absorber les molécules de l’extérieur vers l’intérieur 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

Transport intracellulaire passif Par diffusion simple Suivant le gradient de concentration : Du plus concentré vers le moins concentré jusqu’à équilibre Sans consommation d’énergie

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

Transport intracellulaire passif Par osmose Mouvement de l’eau Du moins concentré vers le plus concentré jusqu’à équilibre jusqu’à ce que les deux côtés soient « isotoniques »

Transport intracellulaire actif Nécessite de l’énergie Fournie par l’ATP (adénosine triphosphate)

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

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

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 l’extérieur

Les organites intracellulaires

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

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

Le Cytosquelette

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

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

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.

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

Les filaments d’actine (microfilaments 5 à 9 nm) Une des protéines les plus abondantes de la cellule animale trois classes  d’actine (a, b et c)

Les filaments d’actine (microfilaments)

Les filaments d’actine (microfilaments) 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

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

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

Mirotubules tubes creux d’un diamètre d’environ 25 nanomètres, formés de 13 protofilaments protéiques disposés en couronne (tubuline a et b) Ils sont en constant état dynamique de polymérisation et dépolymérisation Tubuline β Tubuline α

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

La Mitochondrie

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

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

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.) 

Rôle de la mitochondrie

Le Noyau

Le Noyau 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

Nucléole Structure Fonctions 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

Membrane nucléaire Structure Fonctions 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.

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.

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.

Relation entre chromatine, chromosome et ADN

Le Cycle cellulaire

Généralités Le cycle cellulaire est l’ensemble des modifications qu’une cellule subit entre sa formation par division à partir d’une cellule mère et le moment où cette cellule a fini de se diviser en deux cellules filles

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 1013 cellules qui composent le corps humain Un dérèglement du cycle cellulaire conduit à une tumeur

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

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 l’ADN (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.

Interphase

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

Phase G1 Intervalle qui sépare la fin de la mitose du début de la synthèse d’ADN 2N chromosome = diploïde

Phase S Synthèse de l’ADN de 2N à 4N

Phase G2 Cellule 4N = tétraploïde Prépare la mitose

Mitose =M

Prophase Division du centrosome Condensation des chromosomes

Prométaphse Rupture de l’enveloppe nucléaire Migration des chromosomes vers le plan équatorial de la cellule

Métaphase Rassemblement de tous les chromosomes sur le plan équatorial

Anaphase Les chromosomes gagnent chacun des pôles de la cellule

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

cytodièrese Séparation cellulaire

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