Biologie Cellulaire 16/09/09

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1 Biologie Cellulaire 16/09/09 I. Un corps, des tissus, des cellules Le corps est une machinerie complexe. Le but de notre organisme est d assuré sa survie dans un environnement particulier. L homme a pu s adapter à différents climats par différents comportements (lorsqu il fait froid, on se couvre). L environnement peut avoir certaines contraintes sur l homme mais aussi des «éléments» nécessaires à ce dernier comme le dioxygène, O2. L homme a un système respiratoire (poumons ) & une surface étanche (alvéoles de la peau). Le CO2 est le déchet de notre activité cellulaire. Il y a un métabolisme qui s effectue. On réagit avec l environnement avec les gaz comme l O2 mais aussi avec l eau, H2O et notre alimentation générale : - glucides, G, sucres, ce sont des fournisseurs d énergie - protides, P, protéines, ce qui permet la constitution de l organisme, des muscles - lipides, L, graisses, ce sont des fournisseurs d énergie pour le fonctionnement de l organisme mais aussi un isolent thermique. Le glucose se stock sous forme de glycogène. Il est apporté au cerveau par le sang. Le taux de glucose dans le sang est la glycémie. Un mécanisme permet d assurer une glycémie constante qui est d environ 1g/L de sang. Un excès de sucre est néfaste à l organisme, il peut provoquer une accumulation de graisses, peut attaquer les vaisseaux sanguins, les nerfs & peut provoquer des maladies (diabète ). Une personne atteinte de diabète n a plus de contrôle de la glycémie, elle a souvent trop de sucre dans le sang. Le problème qui en suit est que des vaisseaux sont plus ou moins détruits, il y a alors un problème de fonctionnement. Pour qu il y ait un bon fonctionnement il ne faut y avoir ni d excès, ni de baisse de sucre. Il est important d avoir un pourcentage de graisses. La graisse est un constituant essentiel à l organisme car les cellules sont entouré d une paroi cellulaire constituée de lipides. Elle est donc vitale pour le bon fonctionnement de l organisme. Homéostasie regroupe les valeurs de références de notre organisme comme la glycémie, 1g/L de sang, ou encore la température constante d environ 37 degrés Celsius de notre corps. Les variables sont donc contrôlées par les conditions homéostatiques pour assurer la survie de l homme. Les déchets du métabolisme sont rejetés. Notre corps a développé un certain nombre de fonctions physiologiques qui auront toutes un rôle spécifique afin d assurer notre survie dans l environnement : digestion, respiration, circulation vasculaire, fonction d élimination & de filtration permettant le rejet des déchets (système urinaire), fonction de communication (nerfs), fonction de déplacement (système de muscles squelettiques qui entourent le squelette), les tissus spécifiques (organes) qui permettent de donner une structure adapté à la fonction de ceux-ci (comme le cœur qui est une pompe ayant pour but de faire circuler le sang). La cellule est l unité de base du vivant. L homme est constitué de milliards de cellules qui ont toutes les mêmes caractéristiques. Elles agissent de façon coordonnées pour assurer le fonctionnement de l organisme. Il y a une interaction entre l homme et l environnement. II. Modèle générale de la cellule Aux niveaux des cellules, il y a toujours 3 éléments constitutifs : une enveloppe (membrane

2 plasmique), un liquide (cytoplasme) et un noyau (contenant le génome, l ensemble des gènes regroupés dans l ADN). ADN : Acide Désoxyribo Nucléïque. Le cytoplasme est le liquide & les éléments (organites). Le cytosol est le cytoplasme sans les organites, c est uniquement la partie liquidienne du cytoplasme. 1) Membrane plasmique ou cellulaire La membrane est très importante car elle permet d individualiser la cellule. Elle a une composition spécifique. Elle est constituée d une bicouche phospholipidique (qui permet l individualiser la cellule), puis entre la bicouche, il y a communication et échanges entre les différentes cellules & avec l environnement interne de l organisme. Toutes les cellules, dans l environnement interne, baignent dans un environnement particulier, le liquide interstitiel. Schéma : Organe X Liquide interstitiel Cellule Noyau La membrane permet donc la distinction entre le liquide ou milieu intracellulaire (cytoplasme) et extracellulaire, qui ont des compositions différentes donnant un rôle spécifique sur la fonction de chaque cellule. Dans la membrane plasmique, il y a du cholestérol, du HDL. HDL : Haute densité : Bon cholestérol LDL : Basse densité : Mauvais cholestérol Sur la membrane plasmique, il y a la présence de glyco-protéines qui ont un rôle important donnant l identité de la cellule. Les éléments traversant toute la membrane ont une importance au niveau de la communication entre les milieux intra et extracellulaire. Il existe différents modes de transport transmembranaire : - passif, sans énergie - actif, avec énergie nécessitant l ATP_ase (dégradation de l ATP). ATP : Adénosine Tri Phosphate, molécule énergétique de base. Cette molécule se dégrade en permettant ainsi la contraction des muscles. Elle est essentiel au bon fonctionnement de l organisme. Chaque récepteur de molécule, situé sur la membrane de la cellule, est spécifique à celle-ci et permet la réaction de la cellule vis-à-vis qu un stimulus. C est un élément essentiel au bon fonctionnement de la cellule. Il existe un tas de récepteurs spécifiques aux niveaux de la cellule permettant de moduler l action respective des cellules & ainsi contrôler la fonction d un organe. Le ligand (molécule) se fixe sur son récepteur. Etant donné qu il existe différents types de récepteurs, il existe donc différents ligands. Ex : Pour réaliser une contraction musculaire, il faut que de l Acétylcholine se fixe sur son récepteur. Plusieurs types de réponses sont alors possibles : * modulation de l expression d un gène afin de favoriser ou d inhiber la production d une protéine, ex : L EPO, l érythropoïétine (hormone protéique) favorise la production de globules

3 rouges et donc le transport de l O2 jusqu aux muscles. Ainsi, un sportif consommant de l EPO est moins fatigué que s il n en prenait pas. Avec l EPO, il n y a plus de régulation des globules rouges. L excès de globules rouges peut être dangereux car il rend le sang visqueux et rend donc l approvisionnement en sang des organes plus difficile. Autre exemple : les stéroïdes anabolisant ont pour but d augmenter la production de protéines pour augmenter la masse musculaire. * libération d ion & passage de molécules de part & d autres de la membrane cellulaire. ex : L insuline libère de l hypoglycémiante (hormone) qui favorise le stockage de sucre et donc la formation de glycogène. Schéma : 2) Le cytosol C est la partie liquidienne intracellulaire, elle est composée majoritairement d eau (notre organisme est constitué de 70% d eau). Le cytosol contient des minéraux en concentration

4 variable, différents organites cellulaires, du glycogène (stockage de glucide) & des gouttelettes lipidiques. La majorité des réactions métaboliques vont se produire dans le cytosol. Le métabolisme cellulaire correspond à l ensemble des réactions de synthèse & de dégradation qui peut se produire au sein d une cellule. La dégradation est le catabolisme & la synthèse est l anabolisme. 3) Les organites cellulaires a) Le noyau C est le plus important & le plus grand des organites. Il a généralement une forme sphérique ou ovale. Classiquement on doit retrouver un seul noyau par cellule mais il y a quelques exceptions (ex : les globules rouges, qui servent à transporter l O2 dans le sang, ne contiennent pas de noyau, tandis que les cellules musculaires contiennent une multitude de noyaux délimités par la membrane nucléaire. Cette membrane n est pas continue mais présente des zones poreuses (dites de transit), ce qui permet les échanges entre le cytosol & le noyau). Le noyau est l organite le plus important car il est le centre de contrôle pour la régulation & la synthèse des protéines. Il permet la division cellulaire & contient la molécule d ADN, l ensemble des gènes constituant notre patrimoine génétique. La forme de l ADN peut varier selon le cycle cellulaire. Pendant la 1 ère phase, la cellule est au repos & l ADN est sous forme diffuse (chromatine) dans le noyau. Pendant la 2 nde phase, la cellule est en période de division & l ADN est sous forme condensée (chromosomes). Sous forme de chromosome, on peut établir le caryotype d un individu, qui est le regroupement des chromosomes présents dans une cellule. Il y a 46 chromosomes dans chaque cellule, soit 23 paires. Le nombre de chromosome varie selon les espèces. La molécule d ADN est formée de deux filaments agencés en double hélice formant ainsi une sorte d échelle (filament drain 1 et 2). L ADN est composée d une succession de nucléotides. Les nucléotides sont des éléments phosphates, désoxyribose & des bases azotées (importantes pour la formation des gènes : adénine A, guanine G, thymine T, cytosine C). L association particulière des 4 bases azotées permet de constituer l ensemble de notre patrimoine génétique. Les 4 bases sont agencées selon une séquence particulière qui forme un gène. Il y a uen correspondance particulière entre les bases des deux filaments : A- T, C-G. Les deux brins d ADN sont complémentaires & reliés par des liaisons hydrogènes (facilement cassables car elles sont faibles, contrairement aux liaisons covalentes qui sont fortes). b) La mitochondrie Les mitochondries sont en nombre variable dans la cellule, leur nombre va refléter l intensité de l activité métabolique de la cellule. Le nombre de mitochondries est d autant plus important dans les cellules musculaires & hépatiques (cellules du foie). La mitochondrie est composée d une membrane interne & externe. La membrane interne a une forme de crêpes mitochondriales, elle est repliée permettant ainsi d augmenter son épaisseur. La mitochondrie est la centrale énergétique de la cellule, elle va permettre la respiration cellulaire qui correspond à la production d ATP (métabolisme aérobie). Il y a 3 métabolismes possibles : - aérobie : dégradation de glucose, de O2 & de lipides (effort de type endurance, marathon) - anaérobie lactique : dégradation de glucose, production d énergie et d acide lactique (effort de type résistance, 100m-800m) - anaérobie alactique : pas de consommation de O2, pas de production d acide lactique

5 (effort de type court, 50m) c) L appareil de Golgi & réticulum endoplasmique Ce sont deux éléments essentiels à la synthèse protéique. Le réticulum endoplasmique est un système de canaux membraneux qui prolonge l enveloppe nucléaire, il joue un rôle de transport de divers produits d un bout à l autre de la cellule. On peut y retrouver parfois des petits éléments comme des ribosomes. Les ribosomes jouent un rôle essentiel dans la synthèse des protéines car ils sont capables de lire les acides ribonucléiques (ARN) qui sont produits dans le noyau au début de toutes les nouvelles synthèse protéique. La taille de l appareil de Golgi dépend de l activité sécrétoire de la cellule. Il a une forme de sacs membranaires empilés les uns sur les autres, qui vont permettre la formation finale de la vésicule. L appareil de Golgi a pour mission spécifique de traiter, emballer & livrer les protéines & les lipides destinés à la membrane plasmique & aux vésicules de sécrétion. d) Le centriole Il y a deux centrioles par cellule situés à proximité du noyau. Il jouent un rôle important dans la division cellulaire (mitose). 4) Autres éléments intracellulaire Les autres éléments sont en quantité variable selon les cellules, se sont des réserve de sucre & de lipides. Les cellules spécialisées dans le stockage de lipides sont les adipocytes. Les zones de ces cellules (accumulation de graisse) peuvent variées selon le sexe de l individu (ex: obésité gynoïde chez le femme et obésité androïde chez l homme). Les éléments du cytosquelette sont des éléments de nature protéique. Dans les cellules musculaires, il y a la présence d actine et de myosine composant le sarcomère qui est l unité contractile.