LA CELLULE - ULTRASTRUCTURE

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1 LA CELLULE - ULTRASTRUCTURE Introduction Les cellules sont la plus petite unité structurale et fondamentale des organismes vivant. Cela va des êtres unicellulaires comme l amibe ou la paramécie à des êtres pluricellulaires complexes comme le corps humain qui comprend 50 à 60 millions de cellules. Découvertes à la fin du XVII e siècle à l aide des premiers microscopes rudimentaires (1665 Robert Hooke puis Leeuwehoek). Il faut attendre 1930 et le microscope électronique pour comprendre la structure intime de certains constituants cellulaires. 1. MÉTHODES D'ÉTUDE DE LA CELLULE 1.1. Microscopie Microscopie photonique Microscopie électronique Microscopie électronique à transmission (MET) L objet est traversé par le faisceau d électrons. Microscopie électronique à balayage (MEB) L objet est balayé par un faisceau d électrons dont la réflexion est analysée au niveau informatique et permet de construire une image en 3D. Microscope photonique Microscope électronique source lumineuse lumière(photons)- lampe électrons - canon à électrons lentilles lentilles en verre «lentilles» champs magnétiques détection visuelle ou film écran ou film grossissement x 1500 x et plus résolution au mieux 200 nm 0,2 nm spécimen vivant ou mort mort (à cause du vide) traitement colorations diverses imprégnations métalliques coût abordable très coûteux La cellule page 1 DH - 08/10/07

2 1.2. Fractionnement cellulaire Elle utilise des techniques de centrifugation après broyage des cellules pour séparer et concentrer les constituants de la cellule. (aux ultrasons (sonication) ou broyeur de Potter ou mixer). Centrifugation différentielle Procédé qui sépare les particules (organites, macromolécules) en fonction de leur taille par une succession de centrifugation dans des conditions de vitesse et de temps variables : centrifugation sur gradient de densité (zonale) Procédé qui sépare les particules en fonction de leur densité. On réalise un gradient de densité en saccharose (concentration qui varie continûment de haut en bas), le broyat cellulaire est centrifugé longuement à haute vitesse, les organites sédimentent et se stabilisent dans la zone correspondant à leur densité. 2. DIFFÉRENTS TYPES CELLULAIRES 2.1. Taille des cellules Déterminée à l aide d échelles micrométrique (utilisation d un micromètre objet gradué en μm et une échelle oculaire graduée en unités arbitraire) Cellule procaryote Cellules en général petites : 0,1 à 10 μm Cellule eucaryote Cellules de taille variant de 10 à 100 μm en moyenne. La cellule page 2 DH - 08/10/07

3 COMPARAISON DE LA CELLULE EUCARYOTE ET DE LA CELLULE PROCARYOTE PROCARYOTE pro = rudimentaire, caryos = noyau EUCARYOTE eu = normal, caryos = noyau Taille 0,1 à 10 μm 10 à 100 μm Organismes Organisation Archéobactéries Eubactéries (les bactéries courantes) Unicellulaires Champignons Végétaux Animaux Métabolisme Anaérobie ou aérobie Surtout aérobie Membrane Cytoplasme Noyau Membrane cytoplasmique Paroi de composition différente de celle des végétaux (peptido-glycanes ou muco complexes Pas d endo / exocytose Ribosomes (70 S), vacuoles Pas de réseau endomembranaire. 1 seul chromosome Uni ou pluricellulaires avec différenciation cellulaire Membrane cytoplasmique Absence de paroi (cellule animale) ou présence de paroi pecto-cellulosique (végétaux) Endo et exocytose Ribosomes (80 S), mitochondries, organites divers. Réseau endomembranaire : réticulum endoplasmique, vacuoles, Enveloppe nucléaire nucléole(s) amas de chromatine (2 n chromosomes) S : unité utilisée pour caractériser la vitesse de sédimentation des particules lors d une centrifugation. Schéma général de l ultrastructure d une cellule animale La cellule page 3 DH - 08/10/07

4 3. LES BIOMEMBRANES 3.1. Observation au microscope électronique 3.2. Modèle de la mosaïque fluide (d après biochimie structurale G. Durliat Ed Arts et Sciences)) 1 : protéines intégrées (intrinsèques ou intégrales ou transmembranaires) 2 : protéines périphériques (extrinsèques) 3 : protéines ancrées par un bras lipidique 4 : protéines à ancrage glycosylphosphatidylinositol (GPI) La cellule page 4 DH - 08/10/07

5 3.3. Éléments spécialisés de la membrane plasmique Glycocalyx (matrice extra cellulaire) C est la région assez floue, riche en glycolipides et glycoprotéines qui enrobe la cellule, il représente une zone riche en marqueurs spécifiques permettant aux cellules de se reconnaître. Microvillosités Minuscules prolongements de la membrane sur la partie apicale de certaines cellules comme l épithélium intestinal ou les tubules rénaux. Jonctions membranaires Jonctions serrées : liaison très étroite qui empêche même le passage de liquides dans l espace inter cellulaire Desmosomes : jonction d ancrage,sorte d attaches mécaniques réparties comme des rivets. Important pour les tissus soumis à de fortes tensions Jonctions ouvertes : jonction communicante qui permettent le passage d eau et de petits solutés. Plasmodesmes : communications à travers la paroi pecto-cellulosique pour les cellules végétales La cellule page 5 DH - 08/10/07

6 4. LE NOYAU 4.1. Nucléoplasme - Nucléoles Chromatine 4.2. Enveloppe nucléaire 5. LE CYTOPLASME 5.1. Systèmes membranaires internes : Endomembranes Réticulum endoplasmique Extension de l enveloppe nucléaire, en fonction de son apparence au microscope on distingue : le réticulum endoplasmique granuleux (granaire, rugueux) : REG bordé sur sa face externe de ribosomes (Cf. ci-dessous) La cellule page 6 DH - 08/10/07

7 le réticulum endoplasmique lisse : REL Structure du réticulum endoplasmique Schéma montrant les diverses formes de cavités délimitées par les membranes du réticulum : lames aplaties, tubes, vésicules. Selon que les membranes du réticulum portent ou non des ribosomes on parle respectivement de réticulum rugueux (ou granulaire) et de réticulum lisse (ou agranulaire). La portion de réticulum qui forme la frontière entre le hyaloplasme et le nucléoplasme est l enveloppe nucléaire ; cette enveloppe est discontinue car elle est perforée de pores et l'espace périnucléaire qu'elle délimite est en communication avec d'autres cavités du réticulum Complexe golgien (appareil de Golgi) Extension du réticulum endoplasmique. La cellule page 7 DH - 08/10/07

8 Lysosomes et Peroxysomes 5.2. Ribosomes 5.3. Mitochondries 5.4. Cytosquelette Structure fibreuse interne qui maintient la forme de la cellule La cellule page 8 DH - 08/10/07

9 5.5. Centrosome et centriole 5.6. CIls et flagelles La cellule page 9 DH - 08/10/07