Chapitre 1 : La cellule acineuse pancréatique

Chapitre 1 : La cellule acineuse pancréatique La cellule acineuse pancréatique exocrine est une cellule eucaryote spécialisée dans la sécrétion de proenzymes inactives, les zymogènes. Cette cellule appartient à un tissu spécialisé qui exerce sa fonction spécifique au sein d un organe, le pancréas. Toutes les cellules d un tissu sont physiquement et fonctionnellement liées les unes aux autres. Leur fonctionnement est coordonné par voie nerveuse et/ou humorale. En coupe, la cellule acineuse pancréatique se présente sous forme trapézoïdale ; elle possède un gros noyau en position basale et une très forte compartimentation liée à l existence d un réseau membranaire, le réticulum endoplasmique, qui se développe à partir de la membrane nucléaire externe. Ce réticulum est recouvert de très nombreux ribosomes (réticulum endoplasmique rugueux, RER) qui sont le siège d une importante synthèse protéique. Le réticulum non recouvert de ribosomes (réticulum endoplasmique lisse) est le siège de la synthèse des lipides. Ces deux réticulums semblent en continuité. Les ribosomes accrochés au RER transloquent les chaînes polypeptidiques qu ils synthétisent dans la lumière du réticulum où elles passent par une maturation qui se poursuit dans les dictyosomes avant d être excrétées, dirigées vers des organites ou inclus dans la membrane plasmique. Les ribosomes libres synthétisent les protéines hyaloplasmiques. Toutes les membranes qui délimitent les compartiments cellulaires et la membrane plasmique sont constituées d une bicouche lipidique dans laquelle les protéines diffusent latéralement. Ces membranes ont les propriétés d une mosaïque fluide dont les composants se déplacent avec plus ou moins de liberté les uns par rapport aux autres. La cellule acineuse pancréatique est polarisée, la répartition de ses organites n est pas aléatoire ainsi que celle des protéines transmembranaires qui demeurent dans certaines régions par des jonctions étanches. La partie basale de la cellule renferme le réticulum endoplasmique, les ribosomes et de nombreuses mitochondries, signes d une importante activité de synthèse protéique. Au-dessus du noyau se situe l appareil de Golgi spécialisé dans la distribution des différentes vésicules dans les différentes régions de la cellule. Cette cellule prélève du côté basal les nutriments (oses, acides aminés, acides gras) l eau, le dioxygène et les ions dont elle a besoin pour son métabolisme. Avec l ATP qu elle produit principalement dans les mitochondries et son information génétique, la cellule acineuse pancréatique synthétise des protéines pour son propre compte (renouvellement moléculaire) mais aussi pour l ensemble de l organisme. Le maintien de la forme, de l ultrastructure de la cellule et le déplacement des organites est assuré par le cytosquelette qui est constitué de trois types d édifices supramoléculaires : les filaments intermédiaires, les filaments fins et les microtubules. Les filaments intermédiaires (kératine) sont des structures statiques qui participent au maintien de la forme de la cellule et assurent la liaison mécanique entre les cellules par l intermédiaire des desmosomes. Les filaments fins d actine sont le plus souvent labiles, ils sont plutôt situés principalement sous la membrane plasmique où ils participent à la formation des jonctions adhérentes. Ils sont souvent organisés en faisceaux et interviennent dans le maintien de la forme de la cellule. Ils interagissent avec de très nombreuses protéines dont des moteurs moléculaires comme les myosines. Actine et myosine forment le système contractile de la cellule. La dépolymérisation de l actine est à l origine de changement de pression osmotique utilisée par la cellule pour se déformer ou se déplacer. Ils servent aussi de rails pour le transport vésiculaire. Les microtubules sont des structures permanentes des cils et des flagelles, ils constituent aussi des rails sur lesquels circulent des organites par l intermédiaire de moteurs moléculaires (dynéines, kinésines). Durant les divisions cellulaires, ils se dépolymérisent et leurs unités constitutives servent à construire l appareil mitotique qui rayonne à partir des centrioles. 1

La cellule acineuse est traversée par un flux de matière (prélèvement d acides aminés dans le milieu intérieur, sécrétion de protéines dans le milieu extérieur) qui est accompagné par un flux membranaire qui augmente la surface de la membrane plasmique à la suite de l exocytose. Le maintien de la surface membranaire se réalise par différentes formes d endocytose du côté basal. Chapitre 2 : La cellule du parenchyme palissadique Les cellules du parenchyme palissadique sont des cellules foliaires spécialisées dans la conversion de l énergie lumineuse en énergie chimique et dans la fixation et la réduction du dioxyde de carbone en matière organique. En réduisant le dioxyde de carbone, elles réalisent la photosynthèse, elles sont donc autotrophes au carbone. Ces cellules présentent de très nombreux organites communs avec la cellule animale (noyau, réticulum, Golgi et ses dérivés, mitochondries, ribosomes), mais elles ne possèdent ni filaments intermédiaires, ni centrioles. En revanche, elles se distinguent par la possession d une paroi, d une vacuole et de chloroplastes. Ces cellules sont approvisionnées par les stomates en dioxyde de carbone qui diffuse par la suite dans les espaces intercellulaires. L eau nécessaire à la photosynthèse arrive par le xylème. Le saccharose produit par photosynthèse est exporté vers les cellules hétérotrophes de la plante par le phloème. Ces deux tissus forment les faisceaux cribro-vasculaires. Les nombreux méats et lacunes entre les cellules du parenchyme facilitent la circulation des gaz entre l atmosphère et les cellules. La cellule végétale possède une paroi pecto-cellulosique ou paroi squelettique. Il s agit d une matrice extracellulaire qui définit un compartiment extracellulaire, l apoplasme, dans lequel circule une partie de l eau et des ions prélevés dans le sol. La paroi pecto-cellulosique est composée essentiellement de glucides (cellulose, hémicellulose, pectines) et de quelques protéines. La paroi primaire, peu épaisse, est extensible sous l effet de la pression de turgescence exercée par la vacuole. La paroi secondaire qui se dépose entre la paroi primaire et la membrane est plus épaisse et se forme au cours de la différenciation cellulaire. Son dépôt marque la fin de la croissance de la cellule. La paroi n est pas présente sur toute la membrane. Il reste des zones qui en sont dépourvues, ce sont les plasmodesmes qui sont des solutions de continuité entre les cellules adjacentes. Les cellules vivantes d un végétal sont donc en continuités membranaire et hyaloplasmique, elle forme un compartiment appelé le symplasme. Certaines cellules synthétisent en plus de la lignine qui se dépose dans la paroi où elle établit de nombreuses liaisons covalentes avec les autres composés. Les cellules ayant synthétisé de la lignine meurent. La vacuole est le plus grand compartiment de la cellule végétale, il représente jusqu à 80 % de son volume. Il est limité par une membrane, le tonoplaste, qui présente de très nombreuses protéines responsables de différentes formes de transport. La vacuole participe au maintien de la forme de la cellule et à sa croissance en exerçant une pression de turgescence sur la paroi. Elle fonctionne comme un lysosome de cellule animale en détruisant les organites usagés et certaines macromolécules, elle stocke les déchets, mais aussi certains métabolites. En contrôlant les échanges d eau avec le milieu extérieur, la vacuole maintient la pression de turgescence et dans une moindre mesure le ph. En occupant l essentiel du volume cytoplasmique, la vacuole déporte latéralement tous les organites (noyau, mitochondries, chloroplastes, ). Les chloroplastes sont soumis à un mouvement de cyclose et se déplacent autour de la vacuole ce qui les expose successivement à la lumière et améliorent la conversion énergétique. 2

Les chloroplastes sont des organites à double membrane à l intérieur desquels se déroulent la photosynthèse. Les thylacoïdes sont le siège des conversions énergétiques et le stroma le lieu de fixation et de réduction du CO 2.Une partie du glucose ainsi produit est oxydée dans le hyaloplasme et les mitochondries pour alimenter la cellule en ATP, qui ne peut être stocké, l autre partie est utilisée comme précurseurs des autres synthèses organiques. La compartimentation cellulaire a permis aux cellules animales et végétales eucaryotes d atteindre un volume très nettement supérieur à celui des procaryotes (1 000 à 10 000 fois). Une bactérie mesure en moyenne 1-2 mm de longueur contre 20-50 mm pour une cellule animale et 100-250 mm pour une cellule végétale. Cette compartimentation délimite des petits volumes cellulaires dont la composition chimique, le contenu enzymatique, le ph diffèrent d un compartiment à l autre. De plus, les molécules s y rencontrent rapidement et les différentes réactions sont ainsi favorisées. Les membranes qui délimitent les organites possèdent des différences dans leurs compositions lipidiques et protéiques qui leur confèrent des rôles totalement différents. Les chloroplastes et les mitochondries sont des organites semi-autonomes qui possèdent de l ADN et des ribosomes. On pense qu ils proviennent de l endosymbiose de procaryotes primitifs qui ont transféré une partie de leur information génétique dans le noyau, en ont perdu une autre et en ont conservé qu une petite fraction. La cellule procaryote est la plus petite unité vivante, elle est capable d assimilation, de croissance et de reproduction. À l échelle des temps géologiques, elle évolue. Une cellule est un système thermodynamique ouvert qui, en utilisant l information génétique qu elle possède, prélève matière et énergie dans l environnement pour en faire sa propre substance ordonnée assurant ainsi sa croissance et sa reproduction. Ce faisant, en dégageant de la chaleur et des déchets, elle augmente considérablement l entropie du milieu. Chapitre 3 : Techniques d études des cellules La microscopie permet l observation des structures des tissus et des cellules, elle ne renseigne que très peu sur le fonctionnement cellulaire. La microscopie photonique possède un grossissement maximal de 2 000 mais en pratique, il n excède pas 1 400 pour conserver des images nettes. L observation de tissus ou de cellules nécessite la réalisation de coupes minces de 2 à 10 µm que l on colore de manière spécifique afin d augmenter les contrastes des différentes structures. La coloration de Feulgen colore l ADN en vert et les ARN en rouge. La coloration au camin-vert d iode colore les parois cellulosiques en rose et les parois lignifiées en vert. Le microscope optique (MO) permet l observation de cellules vivantes et le suivi de molécules fluorescentes. Associé à la vidéomicroscopie, il permet de voir les mouvements intracellulaires. Le microscope optique est aussi utilisé pour le suivi des molécules radioactives. 3

Le microscope électronique (ME) atteint des grossissements conduisant à un pouvoir séparateur de 0,2 nm soit une résolution 1 000 fois supérieure à celle du microscope optique. Le pouvoir de résolution du ME permet l observation des grosses protéines. L observation des échantillons nécessite des coupes ultrafines de quelques dizaines de nanomètres d épaisseur. Le contraste des préparations est renforcé par des imprégnations par des métaux lourds opaques aux électrons. Les observations au ME se déroulent sous vide et l observation des cellules vivantes est impossible. Toutes les images sont en noir et blanc, elles sont maintenant colorisées par des traitements informatiques. Le microscope électronique à transmission (MET) produit des images à deux dimensions alors que le microscope électronique à balayage (MEB) donne des images tridimensionnelles de plus faible grossissement. Les techniques de centrifugation trient les différentes fractions cellulaires en fonction de leur densité. Ainsi, on isole les différents organites soit pour les observer au ME, soit pour étudier leur biochimie structurale et fonctionnelle. Les isotopes radioactifs (tritium) permettent de suivre les déplacements d une molécule dans une cellule. On utilise la technique du pulse-chasse. Durant le pulse de courte durée le système biologique est approvisionné en éléments radioactifs, puis pendant la chasse, on cherche la localisation de la radioactivité. La radioactivité est révélée par l impression d une émulsion photosensible associée au dispositif optique. Les anticorps monoclonaux fabriqués à partir des hybridomes sont des molécules qui localisent de manière spécifique des protéines dans la cellule ou tout autre antigène. Ces molécules sont ensuite marquées par un fluorochrome. Illuminé par un laser, les fluorochromes émettent une lumière qui indique précisément les localisations de l antigène recherché. La cytométrie de flux est une technique de tri des cellules dans une culture en fonction de certaines de leurs caractéristiques révélées par le nombre de fluorochromes qu elles ont fixés. Chapitre 4 : Etudes des micro-organismes Les micro-organismes constituent un groupe totalement hétérogène d êtres vivants qui sont d une taille inférieure au millimètre. La microbiologie est l étude des micro-organismes, cette discipline se caractérise par les techniques utilisées notamment pour ce qui concerne leur culture et leur séparation. Les micro-organismes comprennent tous les procaryotes (eubactéries et archées), les levures (mycètes) et tous les protistes c est-à-dire au sens restreint, tous les unicellulaires eucaryotes autotrophes ou hétérotrophes au carbone. Les virus, bien que non vivants, sont aussi un sujet d étude des microbiologistes. La culture des micro-organismes se réalise sur support solide (boîte de Pétri) ou en phase liquide (flacon). Elle nécessite des conditions de stérilisation draconienne afin d éviter des contaminations. Les micro-organismes sont cultivés sur différents milieux qui permettent de les isoler en fonction de leurs besoins nutritifs. Les milieux solides sont ensemencés à partir d un milieu liquide avec un étaloir ou râteau destiné à les répartir de manière uniforme sur toute la surface de la gélose de la boîte. Chaque colonie se développant sur le milieu provient d un seul micro-organisme. Le dénombrement des colonies sur boîte est une méthode pour compter les bactéries dans une culture. En milieu liquide, la croissance d une colonie d unicellulaires se caractérise par une phase de latence, une phase exponentielle, une phase stationnaire et une phase de déclin. 4

Le comptage des micro-organismes dans une culture se réalise selon plusieurs modalités. Les méthodes directes dénombrent les cellules présentes dans le milieu alors que les méthodes indirectes évaluent les modifications des caractéristiques du milieu durant la culture. Les méthodes de dilutions successives sont utilisées soit pour ensemencer directement des boîtes de Pétri, soit pour réaliser des dénombrements dans des cellules de comptage. Les levures sont des mycètes unicellulaires qui se reproduisent essentiellement par bourgeonnement ou division. Une de leur originalité est de se développer en conditions aérobies ou anaérobies. En l absence de dioxygène, elles fermentent et dégagent du dioxyde de carbone et produisent de l éthanol, dans ces conditions la croissance de la culture est moins rapide. Les protistes constituent un assemblage hétérogène de plusieurs lignées non directement apparentées. Les coccolithophoridés constituent la craie déposée au crétacé, les diatomées et les radiolaires sont pourvus d un test siliceux et sont à l origine des roches sédimentaires formées sur les fonds océaniques, les foraminifères constituent d excellents fossiles stratigraphiques. D autres, comme les paramécies, sont dépourvus de squelette, mais possèdent une organisation très complexe. Certains protistes comme les euglènes passent selon les conditions du milieu d une autotrophie à une hétérotrophie au carbone. C est dans les protistes du type chlamydomonas que s enracine la lignée verte à l origine de tous les végétaux terrestres. Les bactéries sont des cellules procaryotes qui présentent une très grande diversité. Sous leur apparente simplicité se cachent deux grands ensembles : les eubactéries et les archées. Les eubactéries sont les bactéries communes et les archées sont des bactéries présentant de très nombreuses particularités (structure et composition des membranes, organisation de l information génétique) qui de plus vivent dans les milieux les plus hostiles de la planète. Les eubactéries se différencient sur la base de la coloration Gram en bactéries Gram + qui présentent au-dessus de la membrane plasmique une importante paroi de peptidoglycanes et en bactéries Gram qui possèdent, en plus de la membrane plasmique, une bicouche lipidique supplémentaire au-dessus d une fine couche de peptidoglycanes. 5