BIOLOGIE CELLULAIRE. Marie Hélène Cuif-Lordez, Daniel Gautheret. Institut de Génétique et Microbiologie Batiment 400, Orsay

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1 BIOLOGIE CELLULAIRE Marie Hélène Cuif-Lordez, Daniel Gautheret Institut de Génétique et Microbiologie Batiment 400, Orsay

2 Des livres pour approfondir «Biologie Cellulaire». JC Callen. Dunod, «A l écoute du vivant» C. de Duve. Ed. Odile Jacob poche. Le Monde du vivant. W. K. Purves, G. H. Horians et H. C. Heller, Flammarion, collection Médecine-Sciences, 1994

3 Cours 1 La cellule unité de base du monde vivant

4 Plan du cours Historique : la cellule une notion nouvelle «non évidente» La cellule et l histoire du vivant Auto reproduction, individualisation, sélection (le monde à ARN) Histoire de la vie sur terre Les procaryotes et l exploration métabolique Organisation cellulaire Bactéries et Archae Gestion de la matière et de l'énergie Mitochondrie et chloroplastes Les eucaryotes et la compartimentation Structure de la cellule Capture d énergie par mitochondries et chloroplastes Evolution des compartiments Le noyau Stratégies et potentialités cellulaires Protistes et cellules géantes Multicellularité Embryogenèse La totipotentialité

5 La théorie cellulaire 1665 Robert Hooke : cellules de liège (± cellules d un monastère) 1676 Antoni Leeuwenhoek : microorganismes unicellulaires 1839 Theodor Schwann «tout organisme est constitué de cellules» 1859 Rudolf Virchow «toute cellule provient d une cellule préexistante» Louis Pasteur convainc la communauté que les cellules viennent de cellules mni cellula e cellula (Virchow) Les œufs sont les premières cellules à être connues avec le potentiel de produire un organisme entier

6 2007: la vie artificielle? oints de repères historiques sur la connaissance des cellules Fin 19ème début du 20ème: description des organites cellulaires Noyau, Compartiments, Golgi, Chromosomes, Centrosome, Fuseau mitotiqu mitose Les années : l unité chimique Les composants chimiques: Eau, Sucres, Protéines, Lipides, Acides nucléiques, oligo élements L énergétique: les réserves, le glucose, L ATP 2ème moitié du 20ème siècle: l information génétique ADN, ARN, Biologie moléculaire, Le traitement de l information Dernier quart du 20ème siècle: les appareils cellulaires La dynamique et le cytosquelette, Les vésicules et les organites, La signalisation intra cellulaire, les systèmes de contrôle et de réparation Transition 21ème siècle: vers la globalisation et la dynamique Génomes, Transcriptomes, Protéomes, Interactomes, Complexes moléculaires, Réseaux Dynamique moléculaire dans la cellule

7 n vision actuelle des modules fonctionnels de la cellule

8 Que fait la cellule vivante? Elle se reproduit. «Le rêve d une cellule c est de devenir deux cellules» (F. Jacob) Elle fabrique ses constituants à partir de constituants de l environnement Chimie cellulaire «à froid» catalyse et énergétique Elle suit un programme spatio-temporel précis. Information génétique et organisation dynamique Elle évolue Sélection évolutive

9 Le paradoxe de l origine de la vie L ADN sert à fabriquer les protéines Les protéines servent à fabriquer l ADN

10 Pré Acide nucléiqu (ARN ADN) Une hypothèse le monde à ARN Pré Protéine potentiel catalytique potentiel d information matricielle

11 ARN est aussi un catalyseur potentiel

12 La membrane en individualisant des molécules ARN et leur produit protéique favorise la sélectio des mieux adaptés

13 L histoire du vivant et l oxygène Vie unicellulaire multicellulaires Milliards ustration de «Molecular Biology of the Cell» lbert et al. Garland Publishing Inc.

14 LUCA Last Universal Common Ancestor (Wikiped Les trois grands domaines du vivant

15 De vraies cellules: les bactéries

16 Les Procaryotes et l exploration métabolique

17 où vient l énergie? oleil+h 2 O +CO 2 --> Sucre +O 2 (CH 2 O)n H 2 0 O 2 la base de la chaine limentaire: les rganismes hotosynthétiques

18 Photosynthèse et respiration: des processus complémentaires photosynthèse respiration CO 2 +H 2 0 -> O 2 + sucres Sucres + O 2 -> H 2 0+ CO 2 O 2 CO 2 CO 2 O 2 H 2 0 Plantes Algues Certaines bact. Sucres et autres molécules organiques Tous organismes (presque) H 2 0 Énergie des liaisons chimiques (ATP)

19 Le cycle du carbone CO 2 atmosphère et eau Respiration par microorganismes Animaux Plantes Algues Certaines bact. Combustion Altération Humus et matières organiques dissoutes Sédiments et combustibles fossiles

20 La chaine de transports d electrons: convertir l énergie en ATP ans tous les organismes énergie est capturée par ne chaine de transport électrons e retrouve dans la hotosynthèse et la espiration

21 Les deux organites responsables de la capture de l énergie

22 Une machinerie voisine de traitement d électrons pour la photosynthèse et la respiration CO 2 glucides constituants cellulaires otosynthèse O 2 respiration

23 Évolution et fusion procaryote eucaryote

24 Compartimentation de la cellule eucaryote lustration de «Molecular Biology of the Cell» lbert et al. Garland Publishing Inc.

25 lustration de «Molecular Biology of the Cell» lbert et al. Garland Publishing Inc. Hypothèse sur l origine du noyau

26 tructure du noyau eucaryote lustration de «Molecular Biology of the Cell» lbert et al. Garland Publishing Inc.

27 Quelques protistes «des cellule géantes» 10µm Illustration de «Molecular Biology of the Cel Albert et al. Garland Publishing Inc.

28 La socialisation cellulaire: Dictyostelium discoideum ux «inventions»: l organisation multi-cellulaire et la différenciati

29 Caenorhabditis elegans un développement programmé

30 L embryologie résume l évolution? Haeckel (1874)

31 Totipotence végétale

32 Mise en évidence de la totipotentialité cellulaire chez la souri Expérience de B. Mintz (1965)

33 Le potentiel des cellules souches Embryonnaires: cellules ES Potentiel: 220 types cellulaires de l organisme Somatiques (adultes) Déjà en partie spécialisées Potentiel moindre?