CYTOLOGIE IFSI Françoise Charles-Pétillon Service de Cytologie, Cytogénétique, Biologie de la reproduction CHRU Brest
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1 CYTOLOGIE IFSI 2010 Françoise Charles-Pétillon Service de Cytologie, Cytogénétique, Biologie de la reproduction CHRU Brest
2 CELLULE INTRODUCTION Fin XVIIème siècle R. Hoocke 1 ère observation d une cellule végétale microscope élémentaire (coupe de liège) 1858 Les cellules prennent naissance à partir d autres cellules : théorie cellulaire (Virchow) qui ne cessera de se développer Mendel bases théoriques de la génétique et de l hérédité. Microscopie électronique à transmission Microscopie électronique à balayage Structure hélicoïdale de l ADN Watson et Crick développement de la biologie moléculaire.
3 DEFINITION : plus petite unité élémentaire limitée par membrane plasmique exprimant les propriétés s du vivant : Synthétiser ses constituants Croître Se multiplier CELLULE Les plus simples : bactéries isolées ou en colonies Organisme supérieur = cités cellulaires : groupes cellules rassemblées (200 types cellulaires) vont se spécialiser, se différencier Constitution d un tissu (osseux, épithélial ), d un organe En cellules indépendantes (sanguines, sexuelles) Remplir des fonctions spécialisées Reliées communications intercellulaires
4 CELLULES : unités élémentaires TISSUS Épithéliaux Conjonctifs (tissus osseux et cartilagineux) Musculaires Nerveux Circulants ORGANES Estomac, poumon CELLULE APPAREILS Digestif, respiratoire ORGANISME
5 TECHNIQUES D ETUDE CYTOLOGIE : morphologie des cellules microscopique HISTOLOGIE : morphologie des tissus (organes) macro et microscopique. LESIONS ANATOMO-CYTOPATHOLOGIE 1) TECHNIQUES CLASSIQUES MICROSCOPIE PHOTONIQUE OPTIQUE (MO) G 1000 à Le µm unité habituelle (10 - ⁶m = 10 - ³mm) 1) Prélèvements cytologiques : cellules isolées, peu épaisses Raclage (FC U) : étalement sur lames fixation cytospray ou laque à cheveux coloration (Harris-Shorr)
6 TECHNIQUES D ETUDE Ponction organes ponction directe (ganglion, thyroïde, sein ) ou guidée par écho, scanner (poumon, pancréas, rein, médiastin ) étalement séchage à l air coloration (May-Grünwal-Giemsa MGG) Ponction séreuses : LCR, plèvre, péritoine, liquide articulaire (Tubes à bouchon rouge, flacons type copro ou ECBU) cytocentrifugation dépôts sur lames Coloration (MGG, Papanicolaou ) Technique rapide 1 à 2 heures.
7 TECHNIQUES D ETUDE 2) Prélèvements histologiques : biopsies, pièces opératoires fixation (formol) inclusion (paraffine) coupes /microtome (successives, sériées, fines) dépôts sur lames déparaffinage coloration (hématoxyline et éosine) Technique au minimum 36 heures.
8 VARIANTES : TECHNIQUES D ETUDE Coupe en congélation : examen extemporané Contraste de phase, lumière polarisée, fluorescence MICROSCOPIE ELECTRONIQUE (ME) : nm (10-9 m ou 10-3 mm). 2) AUTRES TECHNIQUES IMMUNOHISTOCHIMIE : marquage par AC CYTOMÉTRIE DE FLUX : marquage de milliers de cellules en qqs mn HYBRIDATION IN SITU : mise en évidence de séquences d ADN FISH : fluorescent in situ hybridation PCR : polymerase chain reaction
9 ARCHITECTURE CELLULAIRE Cellule = ensemble ordonné de macromolécules La matière vivante : quatre éléments de base : H, C, O 2, N largement représentés éléments en Q. plus faible : fer, soufre, phosphore très importants éléments sous forme de traces : oligo-éléments (Zn, Cu, Mn) Les constituants de la cellule : Eau (60 à 65 % poids du corps) Sels minéraux : peu solubles (squelette) : Ca++, Mg++, Ph ioniques (dissous balance ionique +++) : Na+,K+, Ca++, Mg++, Cl- Composés organiques (contenant du carbone)
10 ARCHITECTURE CELLULAIRE COMPOSES ORGANIQUES Protides Glucides Lipides Acides nucléiques Vitamines Protides +++ constituants principaux de la cellule Acides Aminés : éléments de base, 20 dt 9 essentiels (alimentation) Peptides : courts enchaînements d A.A. (insuline, Adréno C Trophic H ) Protéines : polypeptides nombre élevé d A.A. (hémoglobine, collagène ) rôle structural (membrane, récepteurs) rôle métabolique : fonctionnement cellulaire (enzymes, hormones)
11 Glucides : ARCHITECTURE CELLULAIRE Simples : monosaccharides ou oses (glucose, fructose, galactose) Complexes : polysaccharides : Holosides : 2 à 10 mol d oses : maltose (2 glucoses) saccharose (glucose + fructose) lactose (glucose + galactose). amidon, glycogène Hétérosides (Glycoprotéines, Glycolipides) source d énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire : énergie immédiatement utilisable (glucose) énergie de réserve (glycogène) rôle dans la structure (glycosylation protéines, lipides)
12 Lipides : ARCHITECTURE CELLULAIRE Simples : acides gras Saturés (origine animale) Insaturés (origine végétale) Complexes : Phospholipides Glycolipides Stéroïdes (dérivés du cholestérol) réserve d'énergie (tissu adipeux) rôle dans la structure (membrane) rôle dans la synthèse hormones stéroïdes
13 Acides nucléiques : Nucléosides = base azotée e + pentose Nucléotides = base azotée e + pentose + ac.. Phosphorique Polymérisés : ARCHITECTURE CELLULAIRE ADN acide désoxyribonucléique (chromosomes : génome) ARN acide ribonucléique (synthèse des protéines) Libres : rôle +++ voies métabolites transfert d énergie chimique (Adénosine Mono Phosphate Cyclique, ADP, ATP) transport d électrons (Flavine Adénine Dinucléoside, Nicotinamide Adénine Dinucléotide ) voies de recherche, de nouvelles thérapeutiques
14 Vitamines : indispensables au fonctionnement cellulaire cofacteurs de réaction biochimique Vit B, C : hydrosolubles ARCHITECTURE CELLULAIRE Vit A, D, E, K : liposolubles Anti-oxydants : Vit A, D, C Les macromolécules cules sont réparties r dans la cellule
15 ARCHITECTURE CELLULAIRE ORGANISATION 3 compartiments : Membrane Noyau (caryos) Cytoplasme Cellule procaryote (bactéries, algues ) Taille de 1µm1 ADN et Ribosomes intra-cytoplasmiques Archéobactéries, bactéries de l extrême : 100, PH à 1, abyssales
16 Membrane plasmique Noyau Cytoplasme Taille de 5 à 50 µm ARCHITECTURE CELLULAIRE Cellule eucaryote : 2 compartiments interd 2 compartiments interdépendants sur le plan fonctionnel, sépars parée e du milieu extérieur par la membrane plasmique
17 Acaryote (virus) Un seul type d acide nucléique ADN ou ARN ARCHITECTURE CELLULAIRE taille de 50 nm ne font pas partie des êtres vivants pas de métabolisme propre se développe dans cellule hôte intégration du génome viral : mort de la cellule hôte transformation (cancer col utérus)
18 MITOSE : Phase de division INTERPHASE : Croissance et différenciation avec 3 phases : G1 variable S G2 G1 très longue = G0 prolongée : hépatocytes, thyréocytes toute durée vie : neurones CYCLE CELLULAIRE Vie des cellules se déroule d sur un MODE CYCLIQUE alternance mitose et interphase G1 très courte : cellules souches sanguines
19 MORT CELLULAIRE 2 MODALITES DE MORT CELLULAIRE de nature différente APOPTOSE naturelle programmée Indispensable au développement normal pas d inflammation NÉCROSE accidentelle Agressions (anoxie, ) réaction inflammatoire
20 INTRODUCTION Frontière de structure asymétrique : compartiment intra-cellulaire / milieu extra-cellulaire Double couche lipidique, protéines membranaires, glucides Principales fonctions : Barrière re de protection Transports membranaires : filtre sélectif (nutriments / déchets) Adhésion et antigénicit nicité de surface : reconnaissance du moi/non- moi MEMBRANE PLASMIQUE Communication intercellulaire : perçoit les modifications environnement et s y adapte : capteur de signaux
21 STRUCTURE MEMBRANE PLASMIQUE M.E. triple feuillet : 2 couches sombres et 1 claire (8 nm) Biochimie : mosaïque lipides-protéines et glucides 1. double feuillet lipidique 50%, phospholipides et cholestérol 2. protéines membranaires 50% P. intrinsèques transmembranaires fortement liées => Transport : Cx, transporteurs P. extrinsèques périphériques faiblement liées Enzymes Adhésion Forme cellulaire
22 STRUCTURE Biochimie : MEMBRANE PLASMIQUE 3 glucides : cell-coat. 2 à 3 %, cellule enrobée de sucres Face externe : longues chaînes fixées : G Protéines, G Lipides => Rôle dans l adhésion => Reconnaissance cellulaire (spz/ovule, cells système immunitaires/bactéries virus
23 MEMBRANE PLASMIQUE
24 STRUCTURE mosaïque fluide ASPECTS FONCTIONNELS 1 Barrière de protection 2 Adhésion - Antigénicité de surface : moi/non-moi 3 Communication intercellulaire 4 - Transports membranaires MEMBRANE PLASMIQUE Protéines flottent sur une mer de lipides Fluidité et déformabilité : Mouvements des lipides Mouvements des protéines
25 ADHESION MEMBRANE PLASMIQUE Entre elles et avec milieu extérieur / molécules spécifiques «velcro» CAM Cell Adhesion Molecule : entre les cellules SAM Substrate Adhesion Molecule : entre cellules et substrat Glycoprotéines : Immunoglobulines : Neural Cell Adhesion Molecule, cells sanguines Cadhérines : jonctions cellulaires, cells épithéliales, musculaires Sélectines : leucocytes, cellules endothéliales Intégrines : SAM
26 ADHESION Rôles : MEMBRANE PLASMIQUE Développement embryonnaire, cicatrisation, immunité Pathologie : anomalies des gènes codant pour ces protéines : malformation du SNC maladies A -immunes : auto AC contre cadhérine des jonctions épidermiques : lupus, pemphigus infection : permet fixation et pénétration agents pathogènes cancérologie : perte des cadhérines des cells K : migration des cells
27 ANTIGENICITE MEMBRANE PLASMIQUE Moi biologique = expression du génome Non moi = «étranger» système immunitaire tentera d éliminer Glucides du cell coat : reconnaissance cellulaire = théorie clef-serrure Antigènes = molécules étrangères => production d anticorps Ag Groupes sanguins A B : chaînes sucrées à surface hématies Ag carcino-embryonnaires : ACE marqueurs de la prolifération tumorale (Colorectal, S, B P) CA 125 (ovarien)
28 Repose sur : Jonctions intercellulaire de type «gap» Signaux électriques (Ts nerveux, musculaire) Molécules adhésion : CAM, SAM Signaux chimiques MEMBRANE PLASMIQUE COMMUNICATION INTERCELLULAIRE Cellule K échappe à la communication prolifération anormale
29 COMMUNICATION INTERCELLULAIRE modes SIGNAUX CHIMIQUES S. Endocrine : à distance Pancréas (insuline / circulation) Thyroïde C (calcitonine / Ca++) S. Paracrine : voisine estomac (gastrine) synapse neuro-musculaire gaps S. Autocrine : elle-même facteurs de croissance cells cancéreuses MEMBRANE PLASMIQUE Suivant la distance entre cellule émettrice et cellule réceptrice
30 COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signaux Signal chimique hydrosoluble : Réponse rapide, courte MEMBRANE PLASMIQUE Ne traversent pas la membrane Nécessitent des récepteurs spécifiques Médiateurs Chimiques Locaux : F de crois., A.A. (histamine, sérotonine) Hormones : Insuline, ACTH, FSH, dérivés d A.A. (adrénaline) N Transmetteurs : NorA, AcCh, GammaAminoButyricAcid
31 MEMBRANE PLASMIQUE COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signaux Signal chimique hydrosoluble schéma Adrénaline (M S): hormone de l adaptation à effort - froid - stress
32 Réponse tardive, longue durée Hormones thyroïdiennes MEMBRANE PLASMIQUE COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signaux Signal chimique liposoluble : diffusion simple Fixation sur région ADN et régulation de la transcription gènes Hormones stéroïdes : cortisol, testostérone, estradiol, progestérone Signal chimique gazeux : diffusion simple Monoxyde d azote NO
33 MEMBRANE PLASMIQUE TRANSPORTS MEMBRANAIRES : 2 types de transport Cellule responsable maintien du milieu intra-cellulaire constant TRANSMEMBRANAIRES = Perméatifs : Petites molécules +/- énergie VÉSICULAIRES : Substances haut poids Moléculaires Déformation membrane + énergie
34 MEMBRANE PLASMIQUE TRANSPORTS MEMBRANAIRES TRANSMEMBRANAIRES Gradient de [ ] : différence de composition chimique entre Mx intra et extra cellulaire : [ ] différentes d ions et de petites molécules 1) Transport passif : dans sens gradient de [ ] du + concentré vers le moins concentré 1-1) Transport passif sans perméase Diffusion simple Petite taille molécules Absence de polarité Absence de charge 1-2) Transport passif avec perméase Diffusion facilitée Transporteurs passifs Canaux ioniques : Potentiel-dépendants : Na+, Ca++, Ligands dépendants : N T pr ACh Eau Oxygène Glucose
35 MEMBRANE PLASMIQUE 2) Transport actif contre gradient de [ ] Nécessite de l ENERGIE Couplé à ATPase : pompes ioniques Na+K+ Ca++ K+H+ C œur Muscle Estomac TT par IPP Couplé à un transport passif : co-transport : Système symport : Na+ passif/glucose actif Système antiport : Na+ passif/h+ actif
36 MEMBRANE PLASMIQUE TRANSMEMBRANAIRES Cau & Seité, ELLIPSES, 1999
37 MEMBRANE PLASMIQUE TRANSPORTS MEMBRANAIRES VÉSICULAIRES Mouvements de la membrane plasmique ENERGIE Transport grosses particules Formation vésicules, vacuoles Exocytose Endocytose Macrophages Phagocytose Pinocytose
38 TRANSPORTS MEMBRANAIRES 1) TRANSPORTS TRANSMEMBRANAIRES = Perméatifs petites molécules +/- énergie 1) Dans sens gradient de [ ] passif sans énergie Transport passif sans perméase : Diffusion simple Transport passif avec perméase : Diffusion facilitée Transporteurs passifs Canaux ioniques : Potentiel- Ligands dépendants 2) Contre sens gradient de [ ] actif avec énergie : pompes ioniques, co-tansport (symport, antiport) 2) TRANSPORTS VÉSICULAIRES : Substances haut poids moléculaire Déformation membrane vacuoles : exo endocytose phagocytose + énergie MEMBRANE PLASMIQUE
39 ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE PLASMIQUE 1)Spécialisations apicales : MEMBRANE PLASMIQUE Microvillosités :plateau strié, bordure en brosse, actine (entérocytes) Stéréocils (voies génitales chez l homme) Cils vibratiles (bronches, trompes) microtubules Ondulations de la membrane (puzzle)
40 ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE 2) Jonctions intercellulaires : cell coat, ondulations de membrane (puzzle), jonctions membranaires spécifiques Jonctions étanches ou serrées : étanchéité (Entérocytes) Jonctions d'ancrage : cohésion Ceinture d'adhérence Boutons-pressions ou desmosomes (Peau, Muscle cardiaque, col utérus) Jonctions communicantes ou "gap" : conduction Ions, sucre, petites molécules (Muscle cardiaque, muscle lisse) MEMBRANE PLASMIQUE
41 CELLULE Barrière de protection Transports membranaires Adhésion et Antigénicité de surface Communication intercellulaire
42 CYTOPLASME et ORGANITES 3 types d'organites délimitd limités s par une membrane Système endomembranaire Mitochondries Peroxysomes Cytosol (hyaloplasme) espace entre les organites Cytosquelette Protéines filamenteuses Ossature et musculature Inclusions Glycogène(foie, muscle), lipide (tissu adipeux, cells testiculaires), mélanine (peau, poils), hémosidérine, pigments exogènes (poussières, encre de chine)
43 CYTOPLASME et ORGANITES Inclusions : débris d hématies, hémosidérine, cristaux d hématoïdine
44 1) CYTOSOL : Gel aqueux ds lequel baignent tous organites Comprend : 85 % eau Protéines, AA Glucose ARN m, ARN t Ribosomes Matériaux pour fonctionnement Molécules pour énergie Carrefour métabolique m synthèse se et stockage sucres & lipides synthèse protéines CYTOPLASME et ORGANITES
45 2) CYTOSQUELETTE Assemblage de protéines filamenteuses. 3 types de fibres : microfilaments d actine, filaments intermédiaires, microtubules Rôle ds mouvement : musculature de la cellule Rôle de squelette : ossature de la cellule 1) MICROFILAMENTS D'ACTINE : abondants, rôle mécanique et moteur Dans toutes cellules, non spécifiques Rôle ds viscosité CYTOPLASME et ORGANITES Rôle ds mobilité (cellules, protéines, organites, endocytose, exocytose) Rôle ds mitose (formation de l'anneau contractile) Rôle mécanique (micro villosités, jonctions) Rôle ds adhésivité (fixation aux molécules d'adhérences cellulaires)
46 2) FILAMENTS INTERMEDIAIRES : rôle architectural. Spécifique Kératine (tissus épithéliaux) CYTOPLASME et ORGANITES Neuro-filaments (axones des neurones) Glial Fibrillary Acidic Protein GFAP (cellules gliales, cellules du SNP) Vimentine (cell. mésenchymateuses) Desmine (cell. musculaires lisses, fibroblastes) dans le nucléoplasme, FI nucléoplasmique : lamine
47 3) MICROTUBULES CYTOPLASME et ORGANITES Microtubules "instables" : polymérisation / dépolymérisation Rôle moteur (dynamique des chromosomes au cours de mitose) Rôle ds transport (mitochondries, vacuoles d'endocytose) Maintien de la forme des cellules différenciées Microtubules "stables" : Centres cellulaires (centrosome) Cils
48 CYTOPLASME et ORGANITES 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE Système complexe cavités, canalicules limités par membrane communiquant avec membrane plasmique : flux membranaire inter communicant 1 ENVELOPPE NUCLEAIRE 2 RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE 3 - APPAREIL DE GOLGI 4 VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES
49 CYTOPLASME et ORGANITES SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE cytoplasmique
50 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 1 - RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE : labyrinthe R. E. GRANULAIRE : REG RER 2 aspects /traduction ADN citernes aplaties ribosomes (= protéines + ARN r) Accolement temporaire CYTOPLASME et ORGANITES synthèse des protéines schéma (hépatocytes, cells sanguines ) Maillet, MASSON, 1995 RIBOSOMES Synthétisés ds le nucléole Libres ds le cytoplasme Accolés à la membrane
51 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 1 - RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE labyrinthe R. E. LISSE : tubes Synthèse et stockage des lipides membranes h. stéroïdes, cholestérol CYTOPLASME et ORGANITES (cells de Leydig, hépatocytes ) Détoxification cytochrome P 450 (cells foie, rein, intestin ) Tolérance drogue et alcool => modif. REL Maillet, MASSON, 1995 Stockage des ions Ca ++
52 CYTOPLASME et ORGANITES 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 2 - APPAREIL DE GOLGI saccules + vésicules + tubes = dictyosome. Lieu de trafic Transformation des protéines Maturation et finition Synthèse & modif. glucides (G protéines : glycosylation protéines). Lieu d emballage :«étiquettes de destination» (Pro-insuline => insuline) Maillet, MASSON, VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES Vésicules (vacuoles) d exo ou endocytose stockage Lysosomes : enzymes digestives lytiques «système digestif»
53 CYTOPLASME et ORGANITES 3 VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES Vésicules (vacuoles) d exo ou endocytose stockage Lysosomes : enzymes digestives lytiques «système digestif»
54 Système endomembranaire Mitochondries Peroxysomes CYTOPLASME et ORGANITES 3 types d'organites délimitd limités s par une membrane
55 4) MITOCHONDRIES Production d énergie : ATP stockée «Centrales d énergie» Support de la respiration cell Morphologie : 2 membranes / 2 chambres Biochimie Membrane externe : pores, T. Passifs Membrane interne : crêtes. enzymes +++ (ATPsynthase, cytochr. P450) T. actifs ions Espace intermembranaire : chbre externe id cytoplasme ; H+ cytochr. C Matrice : chbre interne : CYTOPLASME et ORGANITES Génome (ADN mt, ARN, ribosomes mt) et Enzymes Maillet, MASSON, 1995
56 4) MITOCHONDRIES Fonctions Production d énergie ATP B oxydation des acides gras Cycle de Krebs Chaîne respiratoire Phosphorylation oxydative CYTOPLASME et ORGANITES 1 molécule de glucose : 36 ATP Mitochondries nombreuses ds cells actives (foie, muscle)
57 4) MITOCHONDRIES Autres fonctions Synthèse h. stéroïdes Rôle ds concentration Ca++ Rôle ds détoxification Rôle ds mort cellulaire CYTOPLASME et ORGANITES
58 5) PEROXYSOMES Enzymes Oxydases : utilisent O2 neutraliser substances toxiques Catalases : transforment peroxyde d hydrogène en eau Cytochrome P450 CYTOPLASME et ORGANITES Rôle ds production et dégradation de peroxyde d hydrogène Rôle ds détoxification (cells foie, rein) Consomment oxygène (mitochondries) CYTOCHROMES : Cytochrome C : protéines pr transport des e-e de la chaîne respiratoire Cytochrome P450 : enzymes des membranes des mitochondries, peroxysomes, du REL pour détoxificationd toxification
59 Ds toutes cellules. Hématies. Unique, parfois multiple Indispensable à la vie cellulaire et à la multiplication Contrôle activité cytoplasme Contient et conserve information génétique (génome) ASPECT DU NOYAU EN INTER-PHASE NUCLEOPLASME (id cytosol) ENVELOPPE NUCLEAIRE NUCLEOLES CHROMATINE NOYAU
60 NOYAU ENVELOPPE NUCLEAIRE 2 membranes Externe en continuité RE Interne : chromatine / FI lamina dense Pores : Molécules, ARN Maillet, MASSON, 1995 SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE ENVELOPPE NUCLEAIRE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE APPAREIL DE GOLGI VESICULES, LYSOSOMES
61 NUCLEOLES 1 ou 2 Réseau de mailles : fibrilles grains d ARNr NOYAU Site d assemblage des ribosomes (pores) CHROMATINE Aspect morphologique (MO) fin réseau irrégulier Hetérochromatine : mottes (ADN spiralés, condensés) Euchromatine : espaces clairs (ADN non spiralés : replication ou transcription)
62 NOYAU CHROMATINE Aspect biochimique Chromosome dédoublé condensé métaphase 2 chromatides /centromère Double hélice d ADN : fibre nucléosomique Collier de perles : histones (protéines) ADN et histones Chromatine Condensée en chromatides
63 NOYAU CHROMATINE Aspect biochimique : enchaînements de nucléotides Nucléotides : union Phosphate («boulon») Sucre (pentose : désoxyribose) Base azotée Bases azotées Pyrimidiques : Cytosine Thymine Puriques : Adénine Guanine Liaisons hydrogènes : C G A T Complémentarit mentarité des bases Brin sens 5-3 Cau & Seité, ELLIPSES, 1999 Brin anti-sens 3-5
64 Au total : NOYAU Noyau contient ADN macromolécules fragmentées en plusieurs segments : chromosomes Contiennent et conservent l information génétique (génome) Au moment de la division cellulaire : une copie conforme de cette information transmise aux cells filles ss forme de chromosomes Au cours de l interphase, le noyau impose au cytoplasme la synthèse des protéines / «plan de fabrication» conforme à l information ds ADN
65 Interphase : chromatine croissance différenciation G1, S, G2 PHENOMENES DE MULTIPLICATION CYCLE CELLULAIRE Modifications de la cellule entre sa formation et sa division en 2 cells-filles identiques (génome) Cellules diploïdes : 46 chr Cellules haploïdes : 23 chr (Ovocytes, Spermatozoïdes) CYCLE CELLULAIRE : 2 étapes Mitose : chromosome division transmission intégrale de l information génétique
66 INTERPHASE PHENOMENES DE MULTIPLICATION G1 : Σèse ARN et protéines S : Réplication ADN & Σèse des protéines ADN polymérase /point initiateur : œil ou bulle de réplication G2 S G1 Fourchette de réplication : Y Déroulement des hélices Séparation de l ADN en 2 chaînes Matrice : modèle C G G A A T G2 : Σèse ARN et protéines 1ère SVT, HATIER, 1993
67 INTERPHASE PHENOMENES DE MULTIPLICATION REPLICATION : phase S SEMI-CONSERVATIVE Brin ancien et brin nouvellement synthétisé ORIENTEE Brin avancé : sens de l ouverture de la fourche de réplication, Brin retard : en direction opposée. POINTS DE CROISSANCE MULTIPLES
68 PHENOMENES DE MULTIPLICATION MITOSE Synthèse protéines très faible 4 phases Prophase : chr. spiralés, fuseau mitotique (centrioles Microtubules) Métaphase : plaque équatoriale Anaphase : migration des chromosomes le long des M T Télophase : anneau contractile, scission Cellules génétiquement identiques Après mitose, 3 éventualités : Maturation et mort cellulaire Nouveau cycle cellulaire : Phase G1 Maillet, MASSON, 1995 Phase de différenciation prolongée G0
69 PHENOMENES DE MULTIPLICATION Prophase fuseau mitotique Métaphase plaque équatoriale Anaphase migration chromosomes M T Télophase anneau contractile scission
70 PHENOMENES DE MULTIPLICATION MEIOSE 2 fonctions +++ Réduction de ½ stock chromosomes Brassage de l information génétique Division cell diploïde : 2n chromos. 4 cells haploïdes (4 gamètes) 1 chr de chaque paire 1ère division : réductionnelle r Tétrades Enjambement (crossing-over) Brassage intra chromosomique n chromosomes à 2 chromatides 2ème division : équationnelle Pas de réplication préalable Séparation des chromatides Brassage inter chromosomique n chromosomes à 1 chromatide Maillet, MASSON, 1995
71 PHENOMENES DE MULTIPLICATION MEIOSE gamétogen togenèse : Spermatogenèse Ovogenèse Ovogonies 1ère SVT, HATIER, 1993 Prophase de 1ère Division M bloquée jusqu à puberté Ponte ovulatoire : 1 seul ovocyte Oeuf
72 PHENOMENES DE MULTIPLICATION CYTOGENETIQUE étude du nombre, structure des chromosomes Caryotype 23 paires de chromosomes 5 groupes (taille, centromère, bras) 46, XX 46, XY Diagnostic anténatal natal (amniocentèse 14 ème SA) : conseil génétique - DPI Trisomie 21, 8, 13, 18 (3 Chr.) 47, XY T. gonosomique : 47, XXX / 47, XXY Monosomie : 45, X0 (Sme de Turner) Mucoviscidose : gène CFTR chr 7 Pathologie tumorale : ss typage lymphomes, PNET Maillet, MASSON, 1995 Génotype : patrimoine génétique g Phénotype : traduction du patrimoine
73 PHENOMENES DE MULTIPLICATION FACTEURS AGISSANT SUR LE CYCLE FACTEURS DE CROISSANCE ET INHIBTION Facteur de croissance épidermique (EGF) Facteur de croissance d origine plaquettaire (PDGF) Interféron β bloque effets mitogènes SUBSTANCES PERTURBANT CYCLE CELLULAIRE Sur les différentes phases du cycle : antimitotiques Bloquant phase G1 (méthotrexate) Bloquant phase S (cytosine, arabinoside) Bloquant phase G2 (ATB, antimétaboliques, agents alkylants) Bloquant phase M : fuseau mitotique (colchicine, vincristine) Action sur les chromosomes : Séparation défectueuse (tripaflavine) Fragmentation (ypérite, radiations ionisantes)
74 SYNTHESE DES PROTEINES Protéines indispensables structure et fonctionnement cellulaire Production des protéines dirigée / information génétique (noyau) Le «plan» protéines existe en langage codé 2 grandes étapes : TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN noyau (G1 G2) TRADUCTION : DE L ARN L EN PROTEINES cytoplasme CODE GENETIQUE : Correspondance entre les codons et les A.A. Protéines (phrases) enchaînement d A.A.(mots) 20 A.A. différents Gène = séquence de nucléotides d ADN codant pour une séquence d AA Segment d ADN portant instructions correspondant à chaine polypeptidique
75 CODE GENETIQUE Nucléotide : base + pentose + ac. Phosphorique ADN : Bases azotées Pyrimidiques : Cytosine Thymine Puriques : Adénine Guanine Liaisons hydrogènes complémentarité C G SYNTHESE DES PROTEINES A T
76 CODE GENETIQUE Lettres = 4 bases Mots = 20 A.A. Phrases = protéines Code génétiqueg = correspondance entre codons / A.A. Information génétique codée en 3 nucléotides successifs Codons : triplets 4³ : 64 codons 61 codons A.A. 3 codons signal d arrêt :TAA TAG TGA Codon départ d universel : ATG pour Méthionine. SYNTHESE DES PROTEINES Protéines commencent par même A.A. Méthionine
77 CODE GENETIQUE SYNTHESE DES PROTEINES ADN : Information génétique plan «codé» Protéines Gène : séquence nucléotides codant pour une séquence A.A. 10 à gènes exprimés/ : 10% ADN nécessaire pour coder protéines d une cellule
78 SYNTHESE DES PROTEINES I) TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN noyau A chaque génération milliers copies ARN à partir même segment d ADN Phases G1- G2 : chrtine décompactée ARN polymérase (promoteur) déroule ADN : une chaîne sera copiée Appariement bases Thymine = Uracile C G A U ARN monocaténaire 3 codons signal d arrêt TAA TAG TGA Codon départ universel : ATG ARN quitte le noyau (pores) ARNm 1ère SVT, HATIER, 1993
79 SYNTHESE DES PROTEINES I) TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN noyau ARN messager (nucl( nucléoplasme) ARN transfert (nucl( nucléoplasme) ARN ribosomal 50 % (nucléole) Complexes RiboNucléoProt oprotéiques ARN m et ribosomes = polysomes
80 Outils : ARN m ARN t (adaptateur) A.A. Ribosomes Énergie (ATP), enzymes SYNTHESE DES PROTEINES II) TRADUCTION DE L ARN L EN PROTEINES cytoplasme Traduction message génétique Ribosomes Étapes : Phase d initiation Phase d élongation Phase de terminaison
81 SYNTHESE DES PROTEINES II) TRADUCTION DE L ARN L EN PROTEINES cytoplasme Phase d initiation : signal AUG/UAC ARNt porteur de Méthionine sur ribosome Complémentarité anticodon/ codon ARN messager C G A U Phase d élongation : accrochage successif A.A. (ordre défini par ARNm) Phase de terminaison : 1 des 3 codons arrêt de synthèse UAA, UGA, UAG Libération chaîne polypeptidique Ribosomes accolés au RE ou libres 1ère SVT, HATIER, 1993
82 CODE GENETIQUE SYNTHESE DES PROTEINES 20 A.A. Insuline : 2 chaînes polypeptidiques 21 AA & 30 AA Collagène : 3 chaînes polypeptidiques 1050 AA Hémoglobine : 2 chaînes 141 et 2 chaînes 146 AA A.A. /plusieurs codons 1ère SVT, HATIER, 1993
83 Modifications post-traductionnelles Adressage SYNTHESE DES PROTEINES DEVENIR DES PROTEINES SYNTHETISEES Avec signal d entrée ds RE (par le flux membranaire) : enveloppe nucléaire, app de golgi (maturation et finition), lysozomes, membrane Sans signal d entrée ds RE : mitochondries, peroxysomes, nucléoplasme, membrane, système endomembranaire REGULATION DE LA TRANSCRIPTION 3 groupes d informations Génome propre à cellule (anomalie génétique malformation) Origine cytosolique : informations véhiculées par les échanges nucléo-cytoplasmiques Origine extracellulaire (récepteurs membranaires, intracellulaires)
84 SYNTHESE DES PROTEINES DIFFERENCIATION CELLULAIRE Acquisition par cellules d une spécialisation morphologique et fonctionnelle basée sur utilisation partielle du génome, différente d une cellule à l autre 10 à gènes exprimés/ : 10% ADN nécessaire pour coder protéines d une cellule Les cellules spécialisées n utilisent qu une seule partie de l information génétique différente d un tissu à l autre. Phénomènes de régulation : répression de certaines gènes ou activation d autres gènes (rôle facteurs de croissance, molécules d adhésion) Réversible ds certaines situations (cancer)
85 GENIE GENETIQUE SYNTHESE DES PROTEINES Depuis 25 ans : manipulations d ADN gènes codant pour 2 à 3 millions de protéines, 90 % du génome humain est décrypté Sonde moléculaire : instrument essentiel du génie génétique basé sur la complémentarité des 2 chaînes d ADN Génie génétique : technologie de l ADN recombinant : création nouvelles molécules et intégration dans organisme. Modifier programme génétique des cellules.
86 GENIE GENETIQUE Trangénèse : introduction ou inactivation d un gène Plantes transgéniques 1983 (tabac, tournesols), 1995 (tomates) colza, soja, maïs Création de médicaments : protéines rares ds la cellule produite à l échelle industrielle par tech. PCR facteur VIII (coagulation) hormone de croissance insuline SYNTHESE DES PROTEINES Séquençage du génome création de banques-bibliothèques d ADN «empreintes génétiques» : identité génétique de chaque individu (code barre). Fichier National des Empreintes Génétiques.
87 GENIE GENETIQUE SYNTHESE DES PROTEINES Clonage injection d un fragment d ADN particulier à partir d une cellule. Transfert du noyau d une cell embryonnaire ou adulte dans un ovocyte privé de noyau. Thérapeutique (cellules souches embryonnaires) but médical, autorisé ds certains pays (Chine, Corée sud, GB, Pays-Bas, Belgique, Suède) Cellules souches : cellules indifférenciées, qui peuvent s autorenouveller à l identique ou se différencier dans certaines conditions. Reproductif développement d un embryon sans fécondation jusqu à la naissance (pas autorisé) Thérapie génique remplacer un gène défectueux par une version normale
88 PHENOMENES ENERGETIQUES Production d énergie : caractéristique fondamentale organismes vivants Nutriments (glucose, ac. Gras, glycérol, AA)<= digestion aliments (glucide, lipide, protide) = source d énergie des cellules Au cours de mécanismes anaérobies et aérobies : E des nutriments est convertie en ATP. L E de ATP utilisée pour activités cellulaires : synthèse des protéines, transports membranaires actifs mouvements mécaniques réactions enzymatiques
89 PHENOMENES ENERGETIQUES Certaines cells n utilisent, comme source d E, que le glucose (hématies, cells nerveuses) A jeun : la satisfaction des besoins énergétiques est assurée à partir des réserves (glycogène : muscle, triglycérides : ts adipeux) Dépense énergétique est permanente, variable en fonction de l activité État d équilibre permanent (cellules détruites et remplacées) Métabolisme : toutes les étapes de transformation chimique Catabolisme : dégradation Anabolisme : édification de molécules (biosynthèse)
90 STOCKAGE DES NUTRIMENTS Une partie des nutriments immédiatement utilisée l autre mise en réserve et utilisée / besoins 1- EN POST PRANDIAL 1-1- Glucides : apportés au niveau intestinal, acheminés vers le foie (galactose et fructose transformés en glucose) Glucose : principale source d E utilisée, libéré ds circulation, alimente toutes les cellules, pour générer ATP Stockage : PHENOMENES ENERGETIQUES Triglycérides (tissu adipeux : 80à 85 % des réserves d E) Glycogène : glycogénogenèse (foie, muscle) Glycémie régulée par hormones (insuline, glucagon)
91 STOCKAGE DES NUTRIMENTS 1- EN POST PRANDIAL PHENOMENES ENERGETIQUES 1-2- Lipides : (chylomicrons) transformés en acides gras & glycérol, stockés en TG ds le tissu adipeux Rôle structural (membranes, hormones stéroïdes, sels biliaires) 1-3- Acides aminés : acheminés vers le foie : Synthèse des protéines plasmatiques (albumine), de la coagulation, de transport Transformés en corps cétoniques A.A par voie sanguine vers autres cellules (synthèse des protéines) Rôle structural (membranes, cytosquelette) et fonctionnel (enzymes) A.A en excès dégradés en ammoniaque et éliminés par reins (urée)
92 PHENOMENES ENERGETIQUES Foie et muscle jouent rôle +++ ds le stockage du glucose (glycogène). Foie seul organe à sécréter du glucose dans le sang. 2 - ETAT DE JEÛNE [glucose] baisse (principale source d E) 2 mécanismes se mettent en place Utilisation des réserves Glycogénolyse ds le foie (glucose immédiatement utilisé) Glycogénolyse ds muscles squelettiques (ac. Pyruvique puis glucose ds foie, puis ds circulation sanguine) Lipolyse (Ts adipeux : glycérol, converti en glucose ds foie : néoglucogénèse) Protéines dégradées (converties en glucose ds foie) qd jeûne persiste. muscle cardiaque
93 PHENOMENES ENERGETIQUES 2 - ETAT DE JEUNE [glucose] baisse (principale source d E) Épargne du glucose si le jeûne se prolonge Dans le cycle de Krebs (+ graisse et de protéines) L activité des cells nerveuses dépendantes du glucose, les autres organes réduisent leur oxydation du glucose au profit de celle des lipides.
94 MECANISMES DE PRODUCTION D'ENERGIE 1- GLYCOLYSE ANAEROBIE Dans le cytosol Ne consomme pas d oxygène Glucose transformé en Pyruvate 2 molécules ATP 2 - PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Dans la mitochondrie Consomme de l oxygène Cycle de Krebs Rendement important 34 molécules d ATP PHENOMENES ENERGETIQUES
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