Chapitre 2 : La cellule

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1 Chapitre 2 : La cellule I) Exploration de la cellule A) Les instruments pour l étude des cellules 1) La microscopie 2) L isolement des organites par fractionnement cellulaire B) La compartimentation des fonctions cellulaires 1) Comparaison des cellules eucaryotes et procaryotes 2) Vue d ensemble de la cellule eucaryote C) L information génétique 1) Le noyau 2) Les ribosomes D) Le réseau intracellulaire de membranes 1) Le réticulum endoplasmique 2) L appareil de Golgi 3) Les lysosomes E) La conversion de l énergie 1) Les mitochondries 2) Les peroxysomes F) L organisation par le cytosquelette 1) Les rôles du cytosquelette 2) Les constituants du cytosquelette II) La communication cellulaire A) La membrane plasmique 1) La structure et la composition de la membrane 2) Le transport à travers la membrane B) La matrice extracellulaire C) jonctions intercellulaires D) La communication cellulaire 1) La réception 2) La transduction 3) La réponse III) Le cycle cellulaire A) Deux cellules filles génétiquement identiques 1) L organisation cellulaire du matériel génétique 2) La distribution des chromosomes durant la division cellulaire B) Les phases du cycle cellulaire C) La régulation du cycle cellulaire La plupart des documents proviennent de «Biologie», de Neil Campbell et Jane Reece, Pearson Education 7 ème édition 1

2 Les instruments pour l étude des cellules La microscopie ~1660 ovules Microscope photonique : un condensateur de verre concentre la lumière sur l échantillon, puis un objectif et un oculaire grossissent l image (max x1000) et la projettent dans l œil ou sur une pellicule 200nm Techniques de coloration 2

3 La microscopie ~1950 ovules Microscope électronique : un condensateur (électroaimant) concentre un faisceau d électrons sur l échantillon, puis les lentilles de l objectif et de projection grossissent l image (x ) et la projettent sur un écran fluorescent ou une pellicule. Sur cellules vivantes 200nm 0,2nm 3

4 La microscopie Cellule épithéliale de joue humaine Cellule de la paroi d une artère Cellule de trachée de lapin Microscopie à fond clair Microscopie à fond clair, échantillon coloré Microscopie en contraste de phase Cellules vivantes Microscopie en contraste interférentiel Microscopie à fluorescence Microscopie confocale Microscopie à fluorescence Tissu nerveux MEB MET MEB : examen détaillé de la surface d un échantillon ( 3D) 4 MET : étude de l ultrastructure cellulaire interne

5 L isolement des organites par fractionnement cellulaire Isoler les constituants de la cellules selon leur taille et leur masse volumique Les culots sont riches en certains organites Les cytologistes ont pu associer des fonctions cellulaires aux organites 5

6 La compartimentation des fonctions cellulaires Comparaison des cellules procaryotes et eucaryotes La cellule est l unité structurale et fonctionnelle fondamentale de la vie Délimitée par une membrane plasmique Contient le cytosol Cytosol+organites=cytoplasme 6

7 Vue d ensemble de la cellule eucaryote Cellule animale Cellule végétale Pas de centrioles ni lysosomes Appareil de Golgi 7

8 L information génétique Le noyau Limité par une enveloppe nucléaire (double membrane) Le nucléoplasme contient le matériel génétique en suspension (sous forme de chromatine) Les nucléoles sont des zones nucléaires spécialisées dans la synthèse des ARNr Les pores nucléaires permettent le passage de l information génétique pour être traduite dans le cytoplasme 8

9 Le noyau Le réseau chromatinien est composé d un enchevêtrement de filaments, la forme la plus décondensée Elle se présente sous l aspect d un collier de perles. Le fil étant l ADN et les perles les histones Différents niveaux d organisation permettent une condensation importante de la chromatine qui apparaît alors sous l aspect d un chromosome 9

10 Le noyau Lors de la division cellulaire, la chromatine se condense est apparaît sous forme de chromosomes On en distingue alors 22 paires homologues et deux chromosomes sexuels que l on peut trier dans un caryotype On dit que les cellules somatiques sont diploïdes (2n chromosomes) contrairement aux gamètes qui sont haploïdes (1n) 10

11 Le réseau intracellulaire de membranes Le réticulum endoplasmique (RE) Réseau à l intérieur du cytoplasme Contient des sacs aplatis (citernes) portant ou non des ribosomes à la surface (granuleux ou lisse) Les ribosomes, constitués de protéines et d ARNr, permettent la synthèse des protéines. Ils peuvent être liés aux membranes ou libres mais regroupés alors en polysomes REG : connecté à l enveloppe nucléaire, synthèse des protéines sécrétées ou associées aux membranes REL : synthèse et dégradation des lipides, détoxication 11

12 L appareil de Golgi Empilement de saccules membranaires aplatis appelés dictyosomes La face cis est en relation avec le RE par les vésicules de transition et la face trans donne naissance à des vésicules de sécrétion qui s acheminent vers d autres sites Les protéines sont stockées, transformées, triées et expédiées (exocytose, renouvellement membranaire ou migration vers lysosomes et péroxysomes) 12

13 Les lysosomes Sacs remplis de nombreuses enzymes qui digèrent les macromolécules Ils sont impliqués dans les processus de phagocytose et d autophagie On trouve une vésicule lysosomale dans la tête du spermatozoïde. Les enzymes contenues permettent l entrée dans l ovule 13

14 La conversion de l énergie Les mitochondries Les mitochondries permettent de convertir l énergie grâce à la respiration cellulaire aérobie (processus métabolique, qui à l aide du O2, produit de l ATP en extrayant l énergie des glucides) ADN circulaire donc organite semi-autonome (croissance et reproduction indépendantes) Double membrane (externe lisse et interne repliée en crêtes) délimitent l espace intermembranaire de la matrice mitochondriale L énergie est stockée dans les liaisons phosphates et est libérée lors de l hydrolyse de l ATP en ADP, puis utilisée pour les réactions diverses de l organisme P P P Adénosine P ATP i + P P Adénosine ADP + Énergie 14

15 L organisation par le cytosquelette Les rôles du cytosquelette Le cytosquelette est un réseau de fibres qui parcourt le cytoplasme Le cytosquelette donne la forme des cellules, permet le mouvement des organites dans la cellule, le déplacement de la cellule, le déplacement des chromosome pendant la division cellulaire Les constituants du cytosquelette Les microtubules soutiennent la cellule, maintiennent sa forme, guident les mouvements des organites et participent à la séparation des chromosomes lors de la division cellulaire (centrosome) Ce sont des cylindres creux constitués de tubuline On les retrouve dans les cils et les flagelles Ex. : expulsion du mucus dans les poumons, propulsion de l ovule des trompes vers l utérus, mouvement des gamètes mâles Micrographie de fibroblaste Flagelle d un spermatozoïde humain 15

16 Les constituants du cytosquelette Les microfilaments sont des fins cylindres composés d actine Ils jouent un rôle dans le maintient de la forme cellulaire, la contraction musculaire (myosine), le déplacement des cellules, la structure des microvillosités Microvillosité Membrane plasmique Microfilaments d actine Filaments intermédiaires Microvillosités d une cellule intestinale Les filaments intermédiaires concourent à maintenir la forme cellulaire et à ancrer les organites 16

17 La communication cellulaire La membrane plasmique La structure et la composition de la membrane Membrane plasmique : enveloppe extérieure de la cellule qui tient lieu de barrière sélective et qui joue un rôle dans la composition chimique de la cellule La membrane est organisée en une bicouche faite de phosphoglycérolipides. On trouve également d autres lipides comme le cholestérol, des protéines et des glucides sous forme de glycolipides et glycoprotéines La membrane est asymétrique, fluide et contient des protéines spécifiques (transports, enzymes, récepteurs ) 17

18 Le transport à travers la membrane Les substances hydrophobes traversent rapidement la bicouche lipidique (lipides, hydrocarbures, acides gras, vitamines, CO 2 et O 2 ) Perméabilité sélective de la membrane aux ions et petites molécules chargées (a-a) à travers des protéines de transport Les macromolécules traversent la membrane plasmique par exocytose ou endocytose 18

19 La matrice extracellulaire La matrice extracellulaire est sécrétée par la cellule et contribue au soutien, à l adhésion, au mouvement et à la régulation 19

20 Les jonctions intercellulaires Les cellules adjacentes dans un tissu adhèrent les unes aux autres, interagissent et communiquent par des zones de contact Jonctions serrées : accolements de la membrane plasmique de cellules contiguës pour une cohésion et une étanchéité des cellules Desmosomes : sortes de «boutons de pression» permettant l adhérence des cellules entre elles Jonctions ouvertes ou à trous : sortes de «rivets» munis d un canal central permettant le passage de petites molécules et assurant une communication entre les cellules 20

21 La communication cellulaire Les cellules voisines communiquent par contact direct ou en sécrétant des régulateurs locaux (Ex. : facteurs de croissance, neurotransmetteurs) La communication à distance est établie par des stimuli chimiques ou électriques Ex. : (hormones, message nerveux) 21

22 La communication cellulaire Un ligand se fixe sur son récepteur spécifique induisant un changement de conformation qui amorce la transduction du signal Le récepteur peut être intracellulaire ou intermembranaire La transduction est réalisée par une cascade intracellulaire d interactions protéiques La réponse ainsi amplifiée est spécifique : réarrangement du cytosquelette, activation d enzyme, régulation de gènes 22

23 Le cycle cellulaire Deux cellules filles génétiquement identiques La division cellulaire permet la croissance du zygote et la réparation des tissus Les chromosomes se composent de chromatine, complexe d ADN et de protéines qui se condensent pendant une phase du cycle cellulaire : la mitose En préparation à la division cellulaire, les chromosomes se répliquent (ou se dupliquent, cf. génétique) et forment ainsi deux chromatides sœurs identiques. Les chromatides se séparent au niveau du centromère pendant la mitose, un jeu pour chaque cellule fille formée par cytocinèse Les gamètes, cellules reproductrices, ne possèdent qu un jeu de chromosomes (1n=23, lors de la méïose, les deux cellules filles n ont pas le même génome, cf. génétique), les cellules somatiques deux (2n=46) 23

24 Les phases du cycle cellulaire La phase mitotique alterne avec l interphase, période de croissance G1 : phase de croissance S : réplication des chromosomes et croissance cellulaire G2 : croissance Mitose : division du noyau de la cellule mère et répartition des chromosomes entre les noyaux fils Cytocinèse : division du cytoplasme G2 Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase et cytocinèse 24

25 Les phases du cycle Centrosome : centre d organisation des microtubules Fuseau de division : ensemble de microtubules en faisceaux à partir du centrosome 25

26 Les phases du cycle Kinétochore : structure protéique associée au centromère Plaque équatoriale : plan imaginaire sur lequel s aligne les centromères Microtubules Chromosomes Fuseau de division pendant la métaphase 26

27 Les phases du cycle Cytocinèse : apparition d un sillon de division permettant la segmentation du cytoplasme 27

28 La régulation du cycle cellulaire 3 points de contrôle à la fin des phases G1, G2 et M Le point de contrôle G1 permet la vérification de toutes anomalies dans la cellule qui peut alors être dirigée vers le processus d apoptose Après ce contrôle, la majorité des cellules entrent dans une phase de repos appelée G0 Un stimulus externe (facteur de croissance) va entraîner la reprise du cycle et l entrée en phase S Les cellules tumorales n obéissent plus aux mécanismes de régulation et se divisent de manière excessive et anarchique Les tumeurs peuvent être bénignes ou malignes pouvant aller jusqu à des métastases (propagation) 28

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