Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule BIOLOGIE CELLULAIRE. Cours 1 - Généralités sur la cellule Pr Maier

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1 BIOLOGIE CELLULAIRE Cours 1 - Généralités sur la cellule Pr Maier I. La cellule A. Définition B. Théorie de l évolution C. Les différentes classes de cellules II. Procaryotes A. Éléments constitutifs B. Le cytoplasme C. La membrane plasmique III. Eucaryotes A. Éléments constitutifs B. Le noyau C. Le cytoplasme IV. Métazoaires A. Définitions B. Différenciation C. Mort cellulaire et cancer D. Agents pathogènes Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 1

2 I. LA CELLULE A. Définition Il s agit d un compartiment délimité par une membrane et rempli d'une solution con centrée d éléments chimiques. C est la plus petite unité capable de vie autonome et de reproduction et également le véhicule de la transmission de l information génétique. C est l unité fondamentale structurale et fonctionnelle de tout être vivant.?? Molécules organiques => Cellules => Organismes B. Théorie de l évolution Variation (erreur de réplication) => mutation de l information génétique Sélection (ressources limitées) => par compétition La cellule ancestrale commune : il s agirait d un compartiment avec Membrane biologique Synthèse des protéines contrôlée par des acides nucléiques Réplication des acides nucléiques (ARN, plus tard ADN) Les compartiments cellulaires clos présentent un avantage sélectif (exemple théorique) : Sans compartiment: la protéine agit sur tous les ARN dans l environnement. Avec compartiment: la protéine agit seulement sur les ARN de son compartiment. (compartimentation => spécificité, efficacité) C. Les différentes classes de cellules Grec : «Carion» = noyau, «proto» = Premiers, avant. => Procaryotes «Eucaryotes» = Vraiment nucléés. 1. Procaryotes L absence de noyau en fait les cellules les plus simples. Ils sont forcement unicellulaires. Ex: Bactéries Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 2

3 2. Eucaryotes Ce sont des cellules pourvues d un noyau : Organismes unicellulaires Protistes Ex : Levures, diatomées (algue monocellulaire), protozoaires Organismes multicellulaires 3 règnes : Champignons Végétaux Animaux (Métazoaires) Classification des êtres vivants en 3 domaines et 6 règnes Bactéries Procaryotes unicellulaires Archées Procaryotes unicellulaires Eucaryotes Unicellulaires Multicellulaires Protistes Algues Fongiformes Végétaux (Métaphytes) Champignons (Mycètes) La différence entre Archées et Bactéries, c'est que les Archées sont des procaryotes capables de vivre dans des situations extrêmes (dans des volcans, lieux très acides etc...). Cellule ancestrale commune Protozoaires Animaux (Métazoaires) II. PROCARYOTES A. Éléments constitutifs (compartimentation minimale) Ils sont constitués : D'une membrane plasmique Du cytoplasme (absence de noyau) Leur taille est comprise entre μm. Structure d une bactérie (E. coli) : Paroi (facultative) Espace périplasmique Membrane plasmique ADN bactérien Ribosomes A. Le cytoplasme : éléments constitutifs nécessaires à 1. La synthèse de protéines Une seule macromolécule d'adn circulaire (le chromosome) associée à la membrane plasmique Enzymes de réplication de l ADN (pour la division cellulaire) Facteurs de transcription (régulation de l expression génique) Ribosomes : synthèse de protéines cytoplasmiques Ribosomes libres Polysomes (ensemble de ribosomes reliés entres eux) 2. La production d'énergie Machinerie de synthèse d ATP => échange d énergie par phosphorylation au niveau du substrat (ex. sucres) => Glycolyse (fermentation) => Métabolisme anaérobie (sans oxygène) Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 3

4 Bilan simplifié : Glucose => eau + adénosine 5 -triphosphate => H2O + ATP On ne peut pas parler de «respiration» cellulaire car l'oxygene n'entre pas en jeu dans la reaction. B. La membrane plasmique 1. Éléments constitutifs nécessaires à la formation du compartiment La membrane plasmique est constituée d une bicouche de phospholipides (composés structuraux insolubles), de protéines membranaires (transporteur, récepteur) et d une machinerie de synthèse de protéines membranaires ou des protéines sécrétées (ribosomes liés à la membrane plasmique). 2. Fonctions La membrane plasmique a pour fonction d être à la fois une barrière (filtre actif) entre le cytoplasme et l environnement mais aussi un lieu d échange : importation (ex. nutriments), exportation (déchets). 3. Cas particuliers Chez certaines bactéries : Machinerie de synthèse d ATP par phosphorylation oxydative (respiration cellulaire aérobie). Glucose + oxygène => carbone gazeux + eau + ATP Glucose + O2 => CO2 + H2O + ATP Membrane externe (paroi => forme stable) avec espace périplasmique. Bactériologie médicale : antibiotiques - Bactéries avec paroi => non colorée : GRAM négatives (la paroi empêche le colorant de se fixer) (ex : E.Coli) - Bactéries sans paroi => colorée : GRAM positives III. EUCARYOTES (ANIMALES) A. Éléments constitutifs (compartimentation plus complexe) Membrane plasmique Cytoplasme Noyau Organites (constituants physiquement séparés - membranes internes, fibres) Absence de paroi Cytosquelette (forme, mouvement) Endocytose et exocytose (contrairement aux procaryotes, qui en sont incapables) Reproduction par mitose (méiose) Métabolisme : aérobie Taille : µm, taille du génome : environs 1000x plus de pdb paires de bases- que le génome humain et 20x plus de gènes) *en gras : principales caractéristiques par rapport aux Procaryotes Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 4

5 B. Architecture Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule Évolution à partir des procaryotes : Exemple de l acquisition des mitochondries : 1) Cellule ancestrale eucaryote (anaérobie) Bactérie libre (procaryote en aérobie) 2) Internalisation (phagocytose) mais sans digestion 3) Symbiose (mitochondrie = endosymbygonte) 4) Spécialisation Similarité entre bactérie et mitochondrie : Même taille Ont leur propres génomes et propres ribosomes C. Le noyau 1. Structure Le noyau est constitué d une enveloppe nucléaire, de chromatine (ADN + protéines associées : histones) et d un nucléole (site de biosynthèse de ribosomes). Nucléole (biosynthèse de ribosomes) Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Membrane nucléaire externe Membrane nucléaire interne ADN Transcription Nucléoplasme ARN Cytoplasme Protéines Traduction (ribosomes) 2. Fonction Ils contient l ADN (plusieurs chromosomes linéaires) et toutes les activités liées à l ADN qui sont ainsi isolées des autres activités de la cellule (synthèse de protéine). Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 5

6 3. Plan de Vie Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule Survie Cellulaire : Nécessite l'utilisation constante de l'adn. D. Le cytoplasme 1. Les mitochondries Structure tructure : : - Membrane externe - Membrane interne - Matrice mitochondriale - Crêtes mitochondriales - Génome propre (ADN mitochondrial, 5-10 copies) - Ribosomes mitochondriaux Fonction : Assurent la respiration cellulaire (phosphorylation oxydative) Fournissent la majeure partie de l énergie sous forme d ATP pour tous les eucaryotes. 2. Système endomembranaire Constitué par : Réticulum endoplasmique (RE), deux sous-compartiments : o Réticulum endoplasmique granulaire (REG) o Réticulum endoplasmique lisse (REL) Appareil de Golgi et vésicules de sécrétion Endosomes et Lysosomes Enveloppe nucléaire Fonctions du système endomembranaire : REG : synthèse de protéines REL : synthèse de lipides Appareil de Golgi : modifications des macromolécules, tri, emballage en vésicule et transport (intracellulaire ou par exocytose => sécrétion) Endosomes : impliqués dans le transport intracellulaire et alimentés par endocytose. Membrane plasmique cytosol Puits Vésicule Endosome - Lysosomes : digestion cellulaire (dégradation par des enzymes Lysosome : digestion cellulaire (dégradation par des enzymes à l intérieur des lysosomes. 3. Le cytosquelette Constitué par : Microfilaments (constitués d actine) Microtubules (constitués de tubuline) Filaments intermédiaires Ces trois éléments sont des fibres protéiques. Centrosome (paire de centrioles) associé aux microtubules. Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 6

7 Fonctions: Microfilaments : forme, mouvement et déplacement cellulaire Microtubules : transport intracellulaire Filaments intermédiaires : stabilité mécanique, adhésion Centrosome : impliqué dans la division cellulaire (mitose) 4. Autres constituants Péroxysomes : petits organites membranaires impliqués dans la destruction des radicaux libres (ex. monoxyde d azote, NO). Détoxification en utilisant l eau oxygénée (H202) (mais attention, il n'appartient pas au système endomembranaire!) Réserves métaboliques: gouttelettes lipidiques (sans membrane). Le cytosol: le milieu dans lequel baignent tous les constituants du cytoplasme (organites membranaires, cytosquelette et ribosomes). Sans ultrastructure spécifique. IV. MÉTAZOAIRES A. Définitions 1. Animaux multicellulaires : métazoaires Caractérisés par : Spécialisation cellulaire (différenciation et expression génétique) Séparations des fonctions spécifiques Coopération cellulaire Cohésion, via la matrice extracellulaire (MEC) Communication intercellulaire 2. Tissu (entité morphologique et fonctionnelle des cellules d un ou plusieurs types) On distingue 5 types de tissus animaux :les épithéliums, les tissus conjonctifs, les tissus musculaires, le tissu nerveux et le «tissu» sanguin. B. Différenciation 1. Cellules épithéliales Fonctions : marquent la frontière entre milieu intérieur et extérieur Forment des feuillets cellulaires (ex : épiderme) Créent des cavités (lumières) internes (ex : vessie, tube digestif) Certaines ont des fonctions sécrétrices (ex : mucus) Caractérisés par une polarisation cellulaire (ex : épiderme) : Un domaine basolatéral : face au milieu intérieur (lame basale) Un domaine apical : face au milieu extérieur Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 7

8 2. Cellules conjonctives Fonction : sécrétion d une matrice extracellulaire. Trois types : Fibroblastes : caractérisées par une matrice souple, permettent la réparation de tissu lésé Cellules cartilagineuses : caractérisées par une matrice déformable, constituent le cartilage Cellules osseuses : caractérisées matrice rigide, minéralisée, des cristaux de phosphate de calcium et sont constitutives du squelette 3. Cellules musculaires Fonction : production de force mécanique (mouvement) par contraction musculaire. Ce sont des cellules avec des filaments spécifiques : myofilaments (actine et myosine). Trois types : Muscle squelettique (strié) Muscle lisse (non strié) Muscle cardiaque Fibres musculaires striée : Ensemble des cellules fusionnées Peu être très large (2-6cm de long, 100µm de diamètre) Cellule multi-nuclée Myofilament 4. Cellules nerveuses Fonction : traitement et transmission de l information Cellule avec une membrane plasmique spécifique Signaux électriques et chimiques Polarisation cellulaire du neurone : Dendrites (réception de l info) Corps cellulaire -ou soma- (intégration de l info) Axone (conduction de l info) Synapse (transmission chimique de l info à d autres neurones) Dendrites Axone Soma Synapses 5. Cellules sanguines Type et fonction : Globules rouges (ou érythrocytes) : transportent O 2 et CO 2 Globules blancs (ou leucocytes) : combattent l infection Plaquettes : déclenchent la coagulation du sang GB GR Ce document est un support de cours datant de l année disponible sur 8

9 C. Mort cellulaire et cancer 1. Mort cellulaire: modalités Apoptose: mort cellulaire programmée par des signaux intra- ou extracellulaires (ex. infection virale) Nécrose: mort accidentelle, après une lésion physique / chimique (ex. anoxie). 2. Mort cellulaire et cancer Cellule cancéreuse : fonctionnement anormal (7 caractéristiques) Prolifération augmente => Reproduction hors limite Apoptose diminue Sénescence (vieillissement) réplicative diminue Différenciation diminue Génétiquement instable Envahissante : s échappe de son tissu d origine => ex. cancer du sein Colonisantes : prolifère dans des sites étrangers => Métastases ex. cellules cancéreuses du sein dans le foie. D. Agents pathogènes (pour l'homme) Organismes multicellulaires (ex. vers) Eucaryotes (ex. hématozoaire responsable du paludisme) Procaryotes (certaines bactéries, ex. Vibrio cholerae) Virus : Organismes sub-cellulaires (acaryotes) Porteurs soit d ADN, soit d ARN Sans reproduction autonome (parasitisme) Sans métabolisme propre (parasitisme obligatoire) Taille : μm Ex : grippe, VIH,Ebola Prions (protéines infectieuses) : Sans ADN ou ARN Conformation aberrante Ex : Maladie de Kreutzfeldt Jakob Avertissement: Ce ce document est un support de cours de cours datant datant de l année de l année Seul le cours disponible dispensé en sur amphithéâtre fait foi pour le 9concours.

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