Cours biologie cellulaire LMD Biologie 1ère année

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1 Cours biologie cellulaire LMD Biologie 1ère année Responsable du module : Mr ADJLANE Site web et une plate forme (en cours de construction)

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3 Programme du cours Chapitre 1 : Introduction à la biologie cellulaire (cellule eucaryote, procaryote.. ) Chapitre 2 : La membrane plasmique Chapitre 3 : Cytosquelette Chapitre 4 : Noyau interphasique Chapitre 5 : Organites semi-autonomes (mitochondries et plastes) Chapitre 6 : Système endomembranaires (Réticulum endoplasmique lisse et granulaire, appareil de golgi et lysosomes) Chapitre 7 : paroi pectocellulosique

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5 Programme des TP-TD Biologie cellulaire Année universitaire Semaine 1 : Méthodes d études de la cellule (1ère partie) : Le microscope photonique et électronique Semaine 2 : Observation d une cellule végétale et animale Semaine 3 : Méthodes d études de la cellule (suite) Techniques cytologiques et histologiques. Et autres méthodes d études de la cellule (ombrage, coloration négative, ultracentrifugation, cryodécapage ) Semaine 4: La membrane plasmique Semaine 5: Cytosquelette Semaine 6: Noyau interphasique Semaine 7 : Cycle cellulaire Semaine 8 : Organites semi-autonomes (mitochondries et plastes) Semaine 9 : Système endomembranaires (Réticulum endoplasmique lisse et granulaire, appareil de golgi et lysosomes) Semaine 10 : examen final du TP

6 Bibliographie Maillet M., Biologie Cellulaire, Masson, Paris, Campbell N.A., Biologie, De Boeck Université, Bruxelles, de Duve C., Une visite guidée de la cellule vivante, De Boeck, Bruxelles, Roland J.-C, Szöllösi A. & D., Atlas de biologie cellulaire, Masson, Paris, Arms K., Camp P., Biologie (tome II), De Boeck Université, Bruxelles, Cooper G. M., La cellule - Une approche moléculaire, De Boeck Université, Bruxelles, J.C. Callen, Biologie Cellulaire. Ed. Dunod P. Cau & R. Seïte. Cours de Biologie Cellulaire. Ed. Ellipses

7 Définition de la cytologie et de la biologie cellulaire La cytologie : structure microscopique et moléculaire de la cellule. La biologie moléculaire et la biochimie : fonctionnement de la cellule La biologie cellulaire : utilise la cytologie, la biologie moléculaire et la biochimie pour étudier le fonctionnement intégré de la cellule.

8 La cytologie (du grec "kutos" = "la cellule" et "logos" = "le discours") est l'étude de la structure et de la physiologie de la cellule en général, quelles que soient soit son origine -animale, végétale, etc.- et sa fonction.

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10 Organisation du vivant XVII siècle: le microscope rend possible la découverte des cellules Hooke ( ): premier microscope, décrit des cavités dans le liège: chambres «cellula» van Leeuwenhoek construit un microscope qui grossit 200X: peut voir les protozoaires ( ) XIX siècle Grossissement jusqu à 1000X XX siècle Microscopie électronique : détails intracellulaires bio-cell I bio-cell I

11 Bref historique de la biologie cellulaire et des techniques d analyse 1830 : Formulation de la théorie cellulaire par Dutrochet, Schleiden, Schawnn : Formulation de la continuité cellulaire par Virchow / Division! : Description des principales structures composant la cellule et préparation des premiers extraits acellulaires de levure par Büchner : Développement des techniques de cytochimie / coloration : Utilisation des isotopes / Études métaboliques et premières images en MEB et MET par von Ardenne et Porter (com. en 1965) : Mise au point des techniques de fractionnement cellulaire et de purification des organites par Claude et Brachet : Immunolocalisation; 1970; Hybridation in situ; 1987 : Utilisation de la microscopie confocale (inventée par Minski en 1961)

12 La théorie cellulaire Les cellules sont les unités fondamentales du vivant Tous les organismes sont composés d une ou plusieurs cellules Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes par division

13 Unité fonctionnelle => Cellule, commune à tous les organismes

14 On reconnaît deux grands types de cellules: Cellules procaryotes (= bactéries) Cellules eucaryotes (= toutes les autres cellules)

15 Cellules eucaryotes: 10 à 100 µm en général (20 µm en moyenne) Nombreux organites internes faits de membranes. Matériel génétique délimité par une membrane = noyau

16 Cellules eucaryotes PLURICELLULAIRES=Métazoaires Animaux Végétaux Champignons Algues UNICELLULAIRE Levures Protistes Algues

17 La cellule eucaryote Nous distinguons: - les Protozoaires formés par une seule cellule libre, souvent capables de se mouvoir (Amibes, Paramécies, levures) Une Paramécie (Ciliés) (x 250) - les Métazoaires (animaux, plantes) dont les cellules sont groupées en tissus épithéliaux, musculaires, conjonctifs, de soutien [cartilagineux, osseux], nerveux chez les animaux

18 Tous les tissus végétaux ou animaux sont faits de petites unités: les cellules cellule Surface de la peau (grenouille) On connaît près de 200 types différents de cellules dans le corps humain. Chaque type remplit une fonction précise.

19 Feuille d'élodée (petite plante aquatique)

20 L organisme humain, par exemple, compte environ 200 types cellulaires de type eucaryote différents qui varient selon: la taille, la forme, le type de tissus, le type d'organes, leur(s) fonction(s), la capacité de se diviser

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22 Structure microscopique générale de la cellule eucaryote Membrane cytoplasmique : séparer la cellule de l environnement + permettre échanges avec le milieu extracellulaire Cytoplasme: comprend divers organites cytoplasmiques l appareil de Golgi le réticulum endoplasmique les mitochondries les ribosomes le cytosquelette les lysosomes et peroxysomes les centrioles

23 Le cytoplasme est composé d'un protoplasme et d'un hyaloplasme : le protoplasme désigne les organites cellulaires : le cytosquelette, le système endomembranaire (le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les lysosomes...), les mitochondries, les ribosomes, et le noyau (l'enveloppe nucléaire, la chromatine et le nucléole). - le hyaloplasme correspond au milieu dans lequel baignent tous ces organites

24 Les organites de la cellule végétale *

25 Cellule animale et végétale Typique à la cellule animale: (non montré ici) cylindres de microtubules: Typique à la cellule végétale: Les centrioles 3 structures: * Paroi cellulosique; chloroplastes; vacuole

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28 Hiérarchie des ultra-structures cellulaires

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31 Cellules procaryotes: 1 à 3 µm en général pas d'organites présents (sauf ribosomes) matériel génétique non enfermé dans un noyau délimité 1 µm = 1/1000 mm

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33 Les procaryotes (du grec, pro : avant et karyon : noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane. Leur matériel génétique est libre dans le cytoplasme, non limité par une enveloppe nucléaire; il forme un nucléoide. Les procaryotes sont essentiellement représentés par les bactéries.

34 Les bactéries peuvent se présenter sous différentes formes : en bâtonnet, sphérique, cylindrique... Elles peuvent vivre groupées en colonies ou isolées.

35 1- Microccoques 6- bâtonnets ne formant pas de spores 2- Streptocoques 7- bâtonnets formant de spores 3- Diplocoques 8- les vibrions 4- Staphylocoques 9- spiralés 5- Sarcina 10- spiralés allongés Figure 4 : Différentes formes et regroupement des bactéries

36 Elles sont caractérisées par une taille réduite (1 à 10 µm) et un mode de reproduction par scissiparité (étranglement

37 La cellule bactérienne est constituée de structures constantes (essentielles) présentes chez toutes les espèces bactériennes et des structures inconstantes (facultatives) présentes chez quelques espèces seulement

38 Le matériel nucléaire ou nucléoide est formé d'une seule molécule d'adn circulaire d'une longueur voisine de 1mm représentant le chromosome bactérien. N'étant pas séparé du cytoplasme par une membrane.

39 Les plasmides sont des fragments d'adn extrachromosomiques circulaires et localisés dans le cytoplasme. Leur réplication est indépendante de celle du chromosome bactérien. Un plasmide peut être présent en plusieurs copies dans une seule cellule bactérienne. Les plasmides codent pour la synthèse de différentes enzymes, conférant ainsi à la bactérie qui les possède des caractères particuliers telle que la possibilité d'utiliser certains substrats ou la résistance aux antibiotiques. Les plasmides sont transmissibles à d'autres bactéries

40 Les ribosomes sont souvent groupés en amas ou polyribosomes.

41 La membrane plasmique est composée comme celle des eucaryotes de lipides et de protéines à des pourcentages différents. Elle en diffère par l'absence de cholestérol et la pauvreté en glucides. La membrane plasmique assure le transport des substances nutritives.

42 La paroi (parietis qui veut dire mur) épaisse de 20 à 80 nm limite extérieurement la bactérie et détermine sa forme. Elle contrôle les échanges avec le milieu extérieur et joue également un rôle de protection (une bactérie qui n'a pas de paroi meurt).

43 Les structures facultatives La capsule d'épaisseur variable (0.2 à plusieurs µm), est mise en évidence en microscopie photonique, par coloration à l'encre de chine. Lorsqu'elle existe elle recouvre la paroi et représente ainsi la structure la plus externe. La capsule est souvent polysaccharidique parfois polypeptidique. Sa présence est un signe de virulence car elle protège la bactérie de la phagocytose.

44 Les mésosomes sont présents exclusivement chez les bactéries aérobies. Les mésosomes renferment les enzymes de la chaîne respiratoire assurant ainsi, la fonction des mitochondries absentes dans les cellules bactériennes.

45 Le flagelle expansion membranaire mobile dont le nombre (1 à 8) et les positions varient selon les espèces bactériennes.

46 Les pili (poils) (les cils ) plus courts que les flagelles sont des expansions membranaires visibles uniquement au microscope électronique. ils sont utiles à l'adhésion aux substrats et particulièrement aux muqueuses.

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48 Exemple de reproduction asexuée Scissiparité de la bactérie

49 Les virus Le terme de virus signifie poison en latin. Les virus sont des agents d'un grand nombre de maladies des plus bénignes aux plus graves affectant tous les êtres vivants Procaryotes et Eucaryotes. Un virus est généralement spécifique d'une espèce vivante dite espèce hôte. En dehors de l'hôte, le virus est une particule inerte qui ne possède ni métabolisme propre, ni capacité de réplication, ni par conséquent de possibilités d'évolution autonome. Visualisés en microscopie électronique dans la cellule infectée (cellule hôte), les virus sont appelés virions. Le virus de la leucémie bovine fait partie de la famille des rétrovirus et du genre deltaretrovirus

50 Ultrastructure et composition chimique Les virions sont caractérisés par une taille extrêmement réduite comprise entre nm. Ils sont formés d'un acide nucléique ADN ou ARN généralement linéaire correspondant à un génome réduit. l'acide nucléique est protégé par une structure protéique : la capside La capside est parfois entourée d'une enveloppe de nature membranaire composée de phospholipides et de protéines associés à des glucides. Ces molécules sont en partie empruntées à l'une des membranes de la cellule hôte lors du cycle viral.

51 Coupe schématique du virus de l'immunodéficience humaine (VIH)

52 Coupe schématique du virus de l'immunodéficience humaine (VIH)

53 Quelques caractères différentiels des cellules eucaryotes et procaryotes Organismes typiques Taille typique Type de noyau nucléaire) ADN Cellule procaryote Cellule eucaryote Bactéries Plantes, animaux, champignons 1-10 um (appareil Nucleoide, pas de véritable noyau um Vrai noyau avec double membrane Constitué d'adn (la presque totalité de l'adn cellulaire) - formant un chromosome unique, circulaire, pelotonné et finement enchevêtré Constitué d'acide désoxyribonucléique associé à des protéines - organisé en plusieurs chromosomes, visibles microscopiquement au moment de la division cellulaire ARN / synthèse des protéines Couplé au cytoplasme Synthèse d'arn dans le noyau, synthèse de protéines dans le cytoplasme Cytoplasme Pas de réticulum endoplasmique Pas de cytosquelette Structuré de façon complexe par le réticulum endoplasmique et le cytosquelette Ribosomes Très nombreux ribosomes, lieu de synthèse Très nombreux ribosomes libres ou sur les protéique systèmes membranaires internes Mouvement de la cellule Flagelle Métabolisme Respiration Anaérobie ou aérobie Habituellement aérobies Pas de mitochondries : enzymes nécessaires Organites spécialisé : mitochondries localisés au niveau de la membrane cytoplasmique ou de mésosome Division de la cellule Division simple Flagelle et cils Mitose

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