Cellules procaryotes (toujours unicellulaire) Cellules eucaryotes (unicellulaire ou pluricellulaire)

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1 4- Organisation structurale et fonctionnelle des cellules Organismes unicellulaires Organismes pluricellulaires cellule Cellules procaryotes (toujours unicellulaire) Cellules eucaryotes (unicellulaire ou pluricellulaire)

2 4-1 Techniques d étude des cellules Microscopie Microscopie optique à lumière transmise Principe de fonctionnement d un microscope optique à lumière transmise. C est le microscope le plus classique. Il permet d observer des objets très fins (moins de 10 µm) et colorés. Il nécessite donc de préalablement fixer les cellules ou les organes, puis d effectuer des coupes très fines qui seront colées sur des lames de verre et colorées. (A) Schéma expliquant le trajet lumineux dans un microscope optique à lumière transmise. (B) Aspect d un tel microscope.

3 Microscopie optique à contraste de phase Principe de la microscopie optique à contraste de phase. Les microscopes à contraste de phase permettent d observer des objets non préalablement colorés, par exemple des cellules vivantes. (A) Quand des ondes lumineuses traversent des objets colorés, leur amplitude est diminuée, c est ce qui crée l image. (B) Quand les ondes lumineuses traversent un objet non coloré, leur amplitude est très peu changée, mais leur phase est modifiée, ce qui crée des interférences. Ce sont les effets de ces interférences qui sont exploités pour créer une image dans les microscopes à contraste de phase.

4 Microscopie optique à fluorescence Principe d un microscope optique à fluorescence. Ce type de microscope permet d observer des éléments fluorescents dans une cellule. Ces éléments fluorescents peuvent être naturels, mais le plus souvent ce sera une molécule spécifique, un ARNm ou une protéine par exemple, que l on aura marqué à l aide d une sonde spécifique couplée à un fluorochrome. Ce type de microscope permet donc de localiser précisément dans la cellule tel ou tel type de molécule. L objet est excité par une lumière de longueur d onde définie par un filtre. La fluorescence émise est observée.

5 Microscopie confocale Principe d un microscope confocal. Le principal intérêt d un microscope confocal est d augmenter la qualité de l image en éliminant le flou. Il est généralement utilisé pour faire de la microscopie en fluorescence. Le principe est de capter l image non pas de toute l épaisseur de l objet, mais uniquement d un plan donné.

6 Microscopie électronique à transmission Principe du microscope électronique à transmission. Le principal intérêt du microscope électronique par rapport au microscope optique est d augmenter le grandissement. Au lieu d être éclairé, l objet est bombardé par un faisceau d électrons. L image mettra en évidence les structures plus ou moins opaques aux électrons. L objet doit être préalablement coupé en tranches ultrafines puis imprégné de sels de métaux lourds qui vont se fixer différentiellement sur les différentes structures intracellulaires et les rendre plus ou moins opaques aux électrons.

7 Microscopie électronique à balayage Mode de préparation des objets pour la microscopie électronique à balayage. Le but est d observer le relief des structures. Donc contrairement à la plupart des autres techniques de microscopie, l objet n est pas coupé mais sa surface est recouverte d un film métallique d épaisseur différentielle en fonction du relief. Le matériel biologique est ensuite dissout à l acide; le film métallique est récupéré et analysé au microscope électronique.

8 4-1-2 Culture de cellules Culture de bactéries Dans un milieu de culture: -Une source de C (glucose) -Une source de N (NH 4+ ) -ions: Na +, K +, Ca ++ -Oligoéléments Milieu - liquide - solidifié par de l agar En conditions stériles, laboratoires de sécurité 1 bactérie 24h 1 clone=10 6 bactéries

9 Colonies de Pseudomonas aeruginosa cultivées sur agar

10 Culture de cellules animales Dans un milieu de culture liquide: -glucose -Acides aminés -nucléotides -ions: Na +, K +, Ca ++ -Oligoéléments -10% de sérum (car contient des facteurs de croissance) En conditions stériles, laboratoires de sécurité Si cellules normales: culture limitée dans le temps Si cellules tumorales: culture indéfinie

11 Culture de cellules végétales Culture en masse de cellules de méristème plante Culture de cellules isolées: enlever la paroi

12 4-2 Organisation microscopique des cellules procaryotes Exemple de Pseudomonas aeruginosa Aspect au microscope optique à transmission Aspect au microscope électronique à balayage

13 Aspect au microscope électronique à transmission

14 4-3 Organisation microscopique des cellules eucaryotes Kératinocyte de la muqueuse buccale observé au microscope à lumière transmise. Seul le noyau est clairement observable

15 Kératinocyte de la muqueuse buccale observé au microscope à contraste de phase (Nomarski). Le noyau, ainsi que de nombreux constituants cytoplasmiques, probablement principalement des mitochondries, sont observables.

16 Cellules épithéliales de Hamster (CHO) en culture observées au microscope à contraste de phase

17 Etude d un fibroblaste humain en culture au microscope à fluorescence. (A) Mise en évidence des mitochondries à l aide d un fluorochrome spécifique (rhodamine 123). (B) Mise en évidence du réseau de microtubules à l aide d anticorps spécifiques. Il semble que les mitochondries soient positionnées le long des microtubules.

18 Schéma d une cellule animale tenant compte des données de microscopie électronique

19 Cellules d épiderme d oignon observées au microscope à contraste de phase. Cellules de forme allongée, délimitées par une paroi. Le volume de la cellule est presque entièrement occupé par une vacuole qui repousse le noyau au bord de la paroi.

20 Cellules d élodée (plante aquatique) observées au microscope optique à lumière transmise. On observe très bien le noyau, la paroi et les nombreux chloroplastes.

21 Cellule végétale observée au microscope électronique à transmission

22 Schématisation des différences entre cellules animales et cellules végétales

23 Caractéristique Procaryote Eucaryote Noyau Absent Présent Diamètre moyen Environ 1 micromètre micromètres Cytosquelette Absent Présent Organites Taille du génome (en paires de base) Chromosomes Absent à Généralement une seule molécule circulaire Présents (mitochondries et chloroplastes ont une génome propre) à Plusieurs molécules linéaires Comparaison des cellules procaryotes et eucaryotes

24 4-4 Principales fonctions des organites des cellules eucaryotes Organite ou élément Noyau Ribosomes Réticulum endoplasmique et appareil de Golgi Mitochondries Lysosomes Vacuole Peroxysomes Glyoxysomes Chloroplastes Cytosquelette Paroi Fonctions dans la cellule animale -Contient le génome -Synthèse des ARNm (transcription) Synthèse des protéines (traduction) -Modifications post-traductionnelles -Adressage des protéines Production d ATP Dégradation des déchets Dégradation des lipides. Détoxication -Forme de la cellule -Mouvements intracellulaires -Déplacements cellulaires Fonctions dans la cellule végétale Stockage des déchets Dégradation des lipides Transformation de l énergie lumineuse en matière organique Rigidification et forme de la cellule