Cytologie 1ère partie. Les membranes : base de l’organisation spatiale  Morphologie en microscopie électronique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck.

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1 Cytologie 1ère partie

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5 Les membranes : base de l’organisation spatiale  Morphologie en microscopie électronique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

6 Structure des membranes cellulaires  A) Phospholipides – double couche ( + glycolipides et cholestérol ): barrière entre deux compartiments aqueux.  B) Protéines : rôles particuliers G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

7 Propriétés des membranes cellulaires  Membrane semi-perméable :  imperméable aux molécules hydrosolubles ( ions et la plupart des biomolécules )  perméable aux molécules liposolubles.  Membrane présentant une grande fluidité : modèle de la mosaïque fluide de Singer et Nicholson. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

8 Protéines de membrane :classées en deux catégories 1.protéines adventices 2.protéines intrinsèques souvent protéines transmembranaires et souvent associées à des groupes glucidiques ( cryofracture)

9 Mobilité des protéines membranaires Diffusion latérale : G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

10 Mobilité des protéines membranaires Certaines protéines membranaires ne diffusent pas librement car elles sont associées au cytosquelette.

11 Glycocalyx manteau de résidus glucidiques à la surface des cellules Rôle : protection et marquage contribuant à l’identification des types cellulaires. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

12 Rôles de la membrane plasmique 1.Protection et limite du cytoplasme 2.Echanges entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire Membrane = barrière sélective Protéines de transport et protéines tunnel font passer les petites molécules.

13 Phénomène de diffusion Dans une solution non homogène, le déplacement du soluté se fait des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration jusqu ’à égalisation des concentrations. On appelle ce transfert : DIFFUSION eau Solution de CuSO 4 Plusieurs jours Mélange hétérogèneSolution homogène

14 La diffusion est un transfert de soluté. Le déplacement du soluté se fait toujours des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. Dans les cas où les compartiments contiennent des solutés différents à des concentrations différentes, chaque soluté se comporte comme si il était seul. Les transferts se font jusqu ’à égalité des concentrations pour chacun des solutés C1 C2 En chimie physiologique, on observe souvent des transports de solutés entre deux compartiments distincts séparés par une membrane : C2 > C1 Le soluté va diffuser de la solution la plus concentrée vers la solution la moins concentrée jusqu ’à égalisation des concentrations

15 Loi de FICK Exprime quantitativement le débit de soluté, c-à-d la quantité qui traverse par seconde la membrane C2 - C1 D = k. S. ---------------- x D = débit k = coefficient S = surface de la membrane x = épaisseur de la membrane C2 et C1 = concentrations respectives C2 - C1 On appelle ------------- = gradient de concentration x = variation de la concentration le long de l ’épaisseur de la membrane

16 Osmose Membrane semi-perméable = membrane ne laissant passer que l ’eau; elle est imperméable aux autres molécules Osmose = mouvement de l ’eau du compartiment B vers le compartiment A B Eau pure Membrane semi- perméable Eau + molécules neutre dissoutes A État initialÉtat final Niveau initial Niveau final h h

17 Pression osmotique Pression osmotique  d ’une solution = pression qu ’il faut exercer sur cette solution pour empêcher l ’entrée du solvant pur séparé de la solution par une membrane semi-perméable Eau pure Eau + molécules neutre dissoutes Un piston exerce une pression 

18 Définitions Solutions ISOTONIQUES = solutions développant la même pression osmotique Une solution est HYPERTONIQUE par rapport à une autre si elle développe une pression osmotique supérieure à celle de l ’autre citée Une solution est HYPOTONIQUE par rapport à une autre si elle développe une pression osmotique inférieure à celle de l ’autre citée

19 Diffusion passive Sens du flux des petites molécules hydrophobes selon le gradient de concentration de part et d’autre de la membrane. ( du + vers le - ) Arrêt quand les concentrations sont équilibrées. Exemples : O 2, CO 2 ; H 2 O.

20 Diffusion facilitée Sens du flux selon le gradient de concentration. Protéines transporteuses = perméases subissent un changement de conformation qui pousse la molécule transportée et la libère de l’autre côté de la membrane. Protéines tunnels = conductines ménagent des pores laissant passer les molécules. Exemples : les sucres, les acides aminés, nucléosides G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

21 Tunnels à ions Aquaporines : H2O passe plus rapidement. Tunnels à ions :  passage rapide  sélectivité  ouverture sur commande G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

22 Transport actif Sens du flux contre le gradient de concentration Nécessité d’énergie (ATP) Protéine transporteuse Exemple : pompe à Na+ et K+ G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

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24 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

25 Endocytose Absorption de macromolécules. Phagocytose = la cellule mange Pinocytose = la cellule boit G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

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30 Le potentiel d’équilibre à 37°C pour un ion E ion = 61/z log [ion]ext/ [ion]int Z= charge electrique de l’ion

31 Diffusion passive Sens du flux des petites molécules hydrophobes selon le gradient de concentration de part et d’autre de la membrane. ( du + vers le - ) Arrêt quand les concentrations sont équilibrées. Exemples : O 2, CO 2 ; H 2 O.

32 Rôles de la membrane plasmique 3. Interactions cellulaires

33 Protéines d’adhérence Accolement sélectif des cellules entre elles grâce à des protéines transmembranaires = sélectines, intégrines, immunoglobulines, cadhérines. Présence d’ions calcium ou magnésium. Interactions momentanées.

34 Jonctions serrées Empêchent les molécules de passer Entre cellules épithéliales : occludine G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

35 Desmosomes cadhérine cytosquelette G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

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38 Jonctions lacunaires Tunnel ouvert entre les cytoplasmes de cellules adjacentes Connexines G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

39 Rôles de la membrane plasmique 4. Reconnaissance cellulaire

40 Rôles de la membrane plasmique 5. Réception de messages hormonaux Protéines de surface = récepteurs membranaires

41 Particularités de la membrane plasmique 1. Spécificités membranaires : microvillosités 2. Cils, Flagelle G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

42 Le cytoplasme  Structure du cytoplasme Cytoplasme = liquide dans lequel baignent tous les organites cellulaires  Composition moléculaire H 2 O Matériaux énergétiques Matériaux de construction Sels minéraux

43 Le cytoplasme  Propriétés du cytoplasme Cytoplasme = solution colloïdale : sol  gel Viscosité du cytoplasme peut varier

44 Le cytoplasme  Rôles du cytoplasme 1.Carrefour métabolique 2.Stockage de réserves

45 Cytosquelette et motilité cellulaire  Cytosquelette = réseau de filaments protéiques tendus dans le cytoplasme  Structure dynamique, continuellemnt remodelée.  Rôles : 1.structural : charpente, soutien du cytoplasme 2.motilité cellulaire : transport des organites et déplacement de la cellule entière.

46 Cytosquelette et motilité cellulaire  Cytosquelette comprend trois classes de filaments protéiques : 1.filaments d’actine ou microfilaments, 2.filaments intermédiaires, 3.microtubules.

47 Cytosquelette et motilité cellulaire  Filaments d’actine G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Actine = principale protéine cytosquelettique diamètre = 7 nm longueur = quelques micromètres

48 Cytosquelette et motilité cellulaire  Filaments d’actine Actine est codée par plusieurs gènes ( 6 ) chez les eucaryotes supérieurs : plusieurs types d’actine. 1.actine G 2.actine filamenteuse

49 Cytosquelette et motilité cellulaire  Filaments d’actine G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 2 types de structure: Câbles d’actine et réseaux d’actine.

50 Cytosquelette et motilité cellulaire  Filaments d’actine G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Les filaments d’actine s’attachent à la membrane plasmique = cytosquelette cortical. Liaison entre actine et la membrane par diverses protéines : spectrine, filamine, dystrophine…

51 Cytosquelette et motilité cellulaire  Filaments d’actine G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Surface cellulaire forme parfois des prolongements : microvillosités, stéréocils, pseudopodes…

52 Microfilaments Ancrage des faisceaux d’actine aux jonctions étanches

53 Actine Présence d’une grande quantité d’actine dans le cytoplasme de la cellule musculaire. Actine + Myosine => contraction musculaire

54 Cytosquelette et motilité cellulaire  Filaments intermédiaires : Protéines des filaments intermédiaires = 50 protéines différentes classées en 6 groupes. Parmi ces protéines : la kératine exprimée dans les cellules épithéliales ( structure des cheveux et des ongles ), les protéines des neurofilaments, les lamines des enveloppes nucléaires… Rôle : structurel, trame des cellules. Diamètre = 10 nm

55 Cytosquelette et motilité cellulaire  Arrangement des filaments intermédiaires : Réseau élaboré dans le cytoplasme. Maintien du noyau. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Desmosomes

56 Filaments intermédiaires Neurofilaments dans les prolongements neuronaux.

57 Cytosquelette et motilité cellulaire  Microtubules : Diamètre = 25 nm G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Tubes creux et rigides Structures dynamiques Protéine = tubuline Rôle : forme et mouvements cellulaires. Protéine des microtubules = tubuline

58 Cytosquelette et motilité cellulaire  Centrosome = centre organisateur de microtules G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 = une paire de centrioles perpendiculaires l’un à l’autre + matériel péricentriolaire amorphe.

59 Cytosquelette et motilité cellulaire  Centriole = structure cylindrique composée de 9 triplets de microtubules G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

60 Cytosquelette et motilité cellulaire Remodelage des microtubules au cours de la mitose : formation du fuseau mitotique, permettant la séparation des chromosomes. 1. doublement du centrosome, 2. migration aux pôles cellulaires, 3. formation du fuseau mitotique et des microtubules astraux, 4. accrochage des chromosomes par leur centromère, 5. séparation des chromatides. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

61 Cytosquelette et motilité cellulaire Transport des organites et agencement intracellulaire : Va-et-vient des organites le long des microtubules Répartition des organites dans la cellule ( exemple : distribution du reticulum dans le cytoplasme ) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

62 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

63 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles Cils et flagelles = prolongements de membrane plasmique enrobant des microtubules. Diamètre = 0.25 micromètres Longueur Cils = 10 micromètres Flagelles = 200 micromètres Mouvement Cils : battements coordonnés Flagelles : mouvements ondulatoires Rôle : Cils : mouvements en périphérie de la cellule Flagelle : déplacement de la cellule

64 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles A) corpuscule basal : 9 triades de microtubules G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Structure

65 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles B) axonème : 9 doublets + 2 microtubules et protéines auxiliaires G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Structure

66 Le noyau  Noyau particularité de la cellule eucaryote mise à l’abri du génome séparation du génome et du lieu de traduction rôle central dans l’expression des gènes d’eucaryotes.

67 Noyau en interphase membrane nucléaire nucléoplasme chromatine nucléole G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

68 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Fig 8.1c G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

69 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Membrane double séparant le contenu du noyau et celui du cytoplasme ménage des accès grâce aux pores nucléaires soutient la charpente du noyau Structure complexe provenant du réticulum endoplasmique rugueux. Lamina nucléaire : trame fibreuse contenant la lamine, forme la charpente et sert d’anchrage à la chromatine. Pores nucléaires : permettent le trafic sélectif des protéines et des ARN.

70 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Pores nucléaires Fig 8.2 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

71 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Pores nucléaires Fig 8.6 8 protomères ménageant un tunnel et rayons-anneaux ; G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

72 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Pores nucléaires : petites molécules traversent par diffusion passive grosses molécules traversent par processus actif, sur commande de signaux importation sélective de protéines dans le noyau : histones, ADN polymérases, ARN polymérases, facteurs de transcription et d’excision-épissage. (protéines marquées par des séquences d’acides aminés particulières = séquences de localisation au noyau) manette de commande de l’expression des gènes : régulation de l’importation de facteurs de transcription ( adaptation de la cellule aux modifications du milieu )

73 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Pores nucléaires : importation comporte deux phases Fig 8.9 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

74 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Pores nucléaires : Transport des ARN : exportation des ARNm, ARNt et ARNr, processus demandant de l’énergie, complexes ARN-protéines = ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes Fig 8.11 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

75 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau Matrice nucléaire Composition moléculaire non clairement définie actuellement. Charpente du noyau ?

76 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau Chromatine Hétérochromatine = partie très condensée Euchromatine = partie décondensée Fig 8.13 G. M. Cooper, La Cellule,De Boeck Université, 1999

77 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau Chromatine L’hétérochromatine se subdivise en deux types : hétérochromatine constitutive = séquences satellites des centromères hétérochromatine facultative = variable d’un type cellulaire à l’autre

78 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau Fig 8.23 Nucléole Siège de la transcription et de la maturation des ARNr et de l’assemblage des ribosomes. Pas de membrane Centre fibrillaire, composant fibrillaire dense et composant granuleux. G. M. Cooper, La Cellule,De Boeck Université, 1999

79 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau Nucléole Chaque organisateur nucléolaire comporte un amas de gènes d’ARNr.

80 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau Nucléole Assemblage du ribosome = association des précurseurs d’ARN ribosomiaux avec les protéines ribosomiales. Fig 8.26 G. M. Cooper, La Cellule,De Boeck Université, 1999

81 Noyau en mitose Le noyau se décompose et se reforme chaque fois que la cellule se divise. Les chromosomes se condensent au début de la mitose, le nucléole disparaît et l’enveloppe nucléaire se désagrège.

82 Noyau en mitose Fig 8.27 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

83 Noyau en mitose Chez les eucaryotes supérieurs : mitose ouverte Fig 8.28 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

84 Noyau en mitose Mécanismes qui démembrent et reconstituent le noyau Fig 8.30 les membranes nucléaires se disloquent en vésicules, la lamina se dépolymérise, les complexes des pores nucléaires se dissocient. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

85 Noyau en mitose Condensation des chromosomes La chromatine se condense environ 1000 fois ; l’ADN semble arrangé en grandes boucles ancrées à une charpente protéique. Fig 8.31 G. M. Cooper, La Cellule,De Boeck Université, 1999

86 Noyau en interphase Structure interne du noyau Chromatine et chromosomes Figure hors livre (chromosome) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

87 Noyau en mitose Caryotype Figure hors livre UCL

88 Noyau en mitose Division cellulaire Cellule mère 2n 2 cellules filles 2n

89 Noyau en méiose Division cellulaire double Cellule mère 2n 4 cellules filles n