AGENDA. 1. Les procaryotes. A. Morphologie. 2. Les eucaryotes. A. Architecture cellulaire. B. Phylogénie et différenciation

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2 AGENDA 1. Les procaryotes A. Morphologie 2. Les eucaryotes A. Architecture cellulaire B. Phylogénie et différenciation

3 Introduction

4 Réflexion :

5 La diversité des organismes Certains organismes ne sont composés que d une seule cellule = UNICELLULAIRES. o o Bactéries Protistes (amibe, diatomées, euglène) D autres organismes comportent de nombreuses cellules = PLURICELLULAIRES. o Végétaux o Eumycètes o Animaux

6 Le vivant selon Stanley Miller Schéma de l expérience de Miller recréant l atmosphère primitive. Expérience de Stanley Miller et Harold Urey (1953) simulant les effets d éclairs d orage dans l atmosphere réductrice primitive (H 2 O, CH 4, NH 3, H 2 ). La solution obtenue à la fin contenait des composés organiques hydrosolsolubles comme des acides aminés.

7 Le vivant selon Stanley Miller Stanley Miller réalisant son expérience Les bases des nucléotides peuvent aussi être synthétisées dans des conditions prébiotiques (en présence d HCN). La vie est née probablement suite à la formation de molécules d ARN autoréplicatives

8 GENERALITES -

9 Propriétés fondamentales de toutes les cellules 1. ADN : informations / gènes 6. Membrane plasmique: protéines + lipides 2. Code génétique universel synthèse des constituants cellulaires 3. ARNs/ ribosomes : traduction de l information en protéines 5. Energie / ATP : intégrité du contenu cellulaire 4. Protéines: contrôlent structure et fonction cellulaires

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11 Le monde vivant est divisé en 3 domaines Bactéries Archées Eucaryote les Eubactéries les Archaea les Eucarya qui regroupent eux-mêmes : les protistes les champignons les animaux les plantes

12 Subdivision du monde cellulaire

13 LES PROCARYOTES

14 Les Procaryotes Les Procaryotes (du grec, pro: avant et karyon: noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane. L'ensemble est parfois entouré d'une capsule Coloration négative MO

15 Les Procaryotes Le Procaryote le plus étudié est probablement la bactérie Escherichia coli Ces photographies au microscope électronique donnent une idée de l'échelle de Escherichia coli sur la pointe d'une épingle. Source figure : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al.

16 Les Archaea Les archaea sont très diverses, aussi bien d'un point de vue morphologique que physiologique. Ce sont des êtres unicellulaires avec une taille variant entre 0,1 et 15 µm, mais certains se développent pour former des filaments ou des agrégats (filaments jusqu'à 200 µm). Elles peuvent être sphériques (coques), spirales, en forme de bâtonnet, rectangulaires Geogemma TEM Microbiology With Diseases by Body System, 4E BAUMAN Pyrodictium TEM

17 Les Procaryotes L'organisation interne est peu développée. La cellule n'a pas de noyau véritable, l'adn est concentré dans une région dite nucléoïde, qui n'est pas délimitée par une membrane. Il y a présence de ribosomes, du nucléoîde, et parfois d'un plasmide dans le cytoplasme.

18 S t r u c t u r e u n e B A C T E R I E Cytosol : lieu de nombreuse voies métabolique. chromatine : nucleoide Complexe porteique - ADN. Inclusion : ribosome : lieu de synthèse protéique. Flagelle : Membrane cytoplasmique : contrôle d échange cellulaire Site de la signalisation cellulaire. Parois cellulaire : Glycocalyx :

19 La structure d une bactérie est la suivante : Pseudomonas Paroi cellulaire composée d une seule macromolécule (peptidoglycane) Membrane plasmique: matières diffusent rapidement à travers Cytoplasme Ribosome milliers (même rôle que cellule eucaryote) ADN nu 1 chromosome retrouvé dans le nucléoïde (certaines cellules ont ADN circulaire nommé plasmide)

20 Glycocalyx: Glycocalyx (capsule) Glycocalyx (couche mince) TEM TEM

21 flagelle: filaments Bâton (mat) Anneaux protéiques cytoplasme Peptidoglycane (parois cellulaire) Membrane cytoplasmique filaments Corps basale Parois cellulaire Gram + Gram - Membrane cytoplasmique

22 flagelle: disposition PÉRITRICHE SEM POLAIRE (SIMPLE) SEM POLAIRE (MULTIPLE) SEM Microbiology With Diseases by Body System, 4E BAUMAN

23 pili: Glycocalyxpili (capsule)

24 Les procaryotes ont différentes formes, donc différents types : Bacille : forme de bâtonnet Coque : forme sphérique Spirochète : forme de spirale

25 Les bactéries :

26 En bactériologie médicale, on distingue essentiellement les bactéries Gram positive et les bactéries Gram négative grâce à la coloration de Gram : Les bactéries Gram se colorent en rose : Elles ont une membrane lipidique externe et une paroi fine. Les bactéries Gram + se colorent en violet : Elles n ont pas de membrane externe et ont une paroi épaisse.

27 En bactériologie médicale, KEY Crystal violet Iodine Alcool Safranin Gram-positive Gram negative (a) 1 Application de 2 Application de l 3 Lavage à l alcool 4 Application de la crystal violet iodine (mordant) (décoloration) safranin (contre colorant) (coloration pourpre) MO

28 Parois d'une bactérie Gram + Gram- Peptidoglycane (parois cellulaire) Membrane cytoplasmique Acide Teichoique Acide Lipoteichoique GRAM + Protéine intégrale porine Membrane externe Peptidoglycane (parois cellulaire) Porine (coupe) Membrane cytoplasmique Couches de phospholipides GRAM Lipopolysaccharide (LPS) Protéine intégrale

29 Parois d'une bactérie Gram + (a) A) La paroi des bactéries Gram positives montre un peptidoglycane épais, jusqu'à 80 nm d'épaisseur, constitué par un empilement de la structure. GRAM + Remarque : Une bactérie gram + qui perd son peptidoglycane (par action d'antibiotique ou du lysosyme) devient un protoplaste.

30 Parois d'une bactérie Gram (b) B) La membrane externe crée une barrière imperméable, comme la membrane plasmique, qui délimite, enfermé par ces 2 membranes, l'espace périplasmique. Il contient de nombreuses enzymes. GRAM Remarque : Une bactérie gram - qui perd son peptidoglycane devient un sphéroplaste. Une bactérie gram - qui perd son peptidoglycane et sa membrane externe devient un protoplaste.

31 Parois d'une bactérie Gram + (a) et d'une bactérie Gram (b) GRAM + GRAM

32 Question En quoi est-il utile, pour le médecin, de savoir si les bactéries présentes chez un patient sont Gram positives ou Gram négatives?

33 Particularités des bactéries : Les bactéries n ont pas de système endomembranaire (donc pas d enveloppe nucléaire), pas de mitochondrie, ni de péroxysome. Elles ne possèdent pas de cytosquelette à proprement parler. Des ribosomes sont visibles au microscope électronique à transmission dans le cytosol des bactéries. Leur génome se présente sous la forme d un seul chromosome : le nucléoïde. C est une molécule d ADN bicaténaire et circulaire. Le chromosome bactérien est fixé à des invaginations de la membrane plasmique : les mésosomes.

34 Echelle ( situation des bactéries)

35 LES EUCARYOTES

36 La cellule eucaryote: deux éléments clés CHLOROPLASTE Granum Membrane externe Membrane interne Crète Espace de la thylakoïde Stroma thylakoïde Double membrane externe Matrice Ribosomes MITOCHONDRIE

37 La cellule eucaryote: formation de communautés de cellules intracellulaires mitochondrie chloroplaste Vacuole Chloroplaste La cellule animale La cellule végétale La théorie endosymbiotique de l'origine de la cellule Eucaryote postule que : la mitochondrie dérive d'une bactérie respirant le chloroplaste dérive des cyanobactéries

38 Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes : l'endosymbiose Selon la théorie endosymbiotique sériée énoncée par Margulis et Taylor (1979), les cellules Eucaryotes proviennent de l'association de plusieurs Procaryotes. Cette théorie s'appuie entre autre sur les éléments suivants : - la taille des mitochondries et des chloroplastes est semblable à celle des bactéries - chacun de ces organites possède un matériel génétique (ADN) qui lui est propre - chacun de ces organites possède le matériel nécessaire pour la synthèse protéique (ARNt, ribosomes, polymérases) - chacun de ces organites peut se diviser par étranglement médian (après avoir dupliqué le matériel génétique)

39 l'endosymbiose L endosymbiose a donc profondément influé sur l évolution des eucaryotes, en leur permettant d acquérir des potentialités métaboliques de procaryotes!

40 Eucaryotes Les cellules des Eucaryotes (Eu-: propre) sont généralement de plus grande taille, avec un noyau bordé d'une membrane. Le plus souvent, elles contiennent aussi des membranes internes qui cloisonnent la cellule en y délimitant des organites qui ont des fonctions biologiques spécialisées Trichomonas vaginalis. Eunotia Aspergillus niger

41 Eucaryotes La cellule eucaryote possède un véritable noyau entouré d'une double membrane. La cellule est compartimentée grâce à des membranes internes. Ces membranes participent activement au métabolisme cellulaire et délimitent des microenvironnements (organites) qui permettent d'effectuer au même moment des processus qui seraient incompatibles autrement. On distingue deux types de cellules eucaryotes : animale et végétale.

42 S t r u c t u r e u n e Centrosome : Point de départ des Microtubules et centrioles. Pore nucléaire : Passage des molécules du / vers Noyau : lieu où le matériel génétique est organisé. le noyau. Enveloppe nucléaire : Double membrane entourant le noyau. RER (ou REG) : Lieu de sélection et de sécrétion protéique. Nucléole : Site d assemblage des sous unités ribosomales. Lysosome : lieu où les macromolécules sont dégradées. REL : Site de détoxification et de synthèse lipidique. chromatine : Complexe porteique -ADN. ribosome : lieu de synthèse protéique. Mitochondrie : Synthèse d ATP Apoptose. Cytosquelette : Protéines filamenteuses conférant la structure et la forme au cellules + mouvement. peroxysome : lieu de détoxification cellulaire. Appareil de Golgi : lieu de maturation modification, sélection et sécrétion de lipides et protéines. Cytosol : lieu de nombreuse voies métabolique. Membrane plasmique : contrôle d échange cellulaire Site de la signalisation cellulaire.

43 S t r u c t u r e u n e Vacuole centrale : Site de stockage et de régulation du volume cellulaire Cytosol : lieu de nombreuse voies métabolique. Mitochondrie : Synthèse d ATP Enveloppe nucléaire : Double membrane entourant le noyau. Chloroplaste : Site de photosynthese Nucléole : Site d assemblage des sous unités ribosomales. chromatine : Complexe protéique - ADN. Cytosquelette : Protéines filamenteuses conférant la structure et la forme au cellules + mouvement. Noyau : lieu où le matériel génétique est organisé. Appareil de Golgi : lieu de maturation modification, sélection et sécrétion de lipides et protéines. Pore nucléaire : Passage des molécules du / vers le noyau. peroxysome : lieu de détoxification cellulaire. ribosome : lieu de synthèse protéique. REL : Site de détoxification et de synthèse lipidique. RER (ou REG) : Lieu de sélection et de sécrétion protéique. Membrane plasmique : contrôle d échange cellulaire Site de la signalisation cellulaire. Parois cellulaire : Support cellulaire.

44

45 La cellule eucaryote unicellulaires : Protistes (amibes, levures) Organismes Chloroplaste Giardia intestinalis pluricellulaires Plantes Champignons Animaux MO

46 Eucaryotes : variation de forme et de fonction CELLULE SOUCHE HÉMATOPOÏÉTIQUE ERYTHROID MYELOID LYMPHOID Chloroplaste Erythrocyte Plaquettes Basophil Neutrophil Eosinophil Monocyte Lymphocyte Inflammation coagulation Inflammation Phagocytose TRANSPORT DES GAZ IMMUNITÉ INNÉE, seconde lignée de défense IMMUNITÉ ADAPTATIVE Leucocyte

47 L é v é n e m e n t E x e m p l e 1 Chimiotactisme : Attraction pour la phagocytose des microbes MEB Microbe: Neisseria pseudopodes: 2 adhérence. 3 Ingestion des microbe par les phagocytes. 4 Fusion des vésicules. Phagosome: Golgi: Lysosome: Noyau: 5 Dégradation des microbes par enzymes et agents chimiques. Phagolysosome: pseudopodes: Corps résiduel 6 Elimination par exocytose

48 Eucaryotes : Les éléments constitutifs (compartimentation plus complexe) : - Membrane plasmique - Cytoplasme - La taille du génome a 1000 fois plus de paires de bases que le procaryote - Noyau - Organites (constituants physiquement - Séparés membrane internes fibres) - Absence de paroi - Cytosquelette (forme, mouvement) - Endocytose et exocytose - Reproduction par mitose (méiose) - Métabolisme : aérobie - Taille : μm, Chloroplaste Principales caractéristiques par rapport aux procaryotes

49 Organites à double membrane: * Noyau: chromatine (ADN/2 + histones), nucléole enveloppe nucléaire double (ribosomes, lamina) qqs μm 1 μm * Mitochondrie: membrane externe perméable membrane interne / crêtes (ATP) matrice : ADNmt * Chloroplaste: ADN, chlorophylle photosynthèse Chloroplaste qqs μm

50 LA CELLULE FLUIDE EXTRACELLULAIRE REL / RER Mitochondrie Peroxysomes Lysosomes Golgi Nucléole Organites non membranaires: non délimitées par une membrane en général elles sont en contacte direct avec le cytosol Cytosquelette Centrioles Cil Ribosomes

51 L avantage sélectif d un compartiment clos :

52 4 p a r t i e s Noyau: - Localisation du Génome - Régulation des gènes - Organisation et protection de la chromatine via la matrice nucléaire Système Endomembranaire: 1 Enveloppe nucléaire 2 Réticulum endoplasmique - Sécrétion des protéines + tri - Glycolisation - Synthèse des lipides - Metabolisme fonctionel + accumulation du Ca 2+ 3 Appareil de Golgi - Sécrétion des protéines + tri - Glycolisation 4 Lysosomes / Vacuoles - Dégradation des molécules organiques - Stockage des molécules organiques - Accumulation de l eau (plantes) 5 peroxysomes 6 membrane plasmique Cytoplasme: - Cascade de signalisation cellulaire - Organisation et mouvement via cytosquelette Organites semi-autonomes: 1 Mitochondrie 2 Chloroplaste (plantes + algues) - photosynthèse

53 Procaryotes & Eucaryotes Point cours Savoir légender une cellule eucaryote. distinguer cellule eucaryote et cellule procaryote Connaître la notion d organismes uni et pluricellulaires les principaux organites et savoir décrire brièvement leur rôle

54 Récapitulatif des principales différences entre cellule eucaryote et cellule procaryote

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56 INTRODUCTION AU MODULE DE CYTOLOGIE Point cours Savoir décrire une cellule procaryote. Connaître les deux familles principales. distinguer bactérie Gram + de bactérie Gram sur le plan morphologique. Connaître le mode de division cellulaire des bactéries et savoir le distinguer des cellules eucaryotes. les principales différences anatomiques et fonctionnelles entre cellule procaryote et cellule eucaryote. l existence des archaebactéries.

57 Bactéries & pathologies infectieuses

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59 M i c r o t ue Mb D 1 B u l e s Capside

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