Cours d anatomie physiologie IDE/SFE

La cellule Cours d anatomie physiologie IDE/SFE 2015-2016

Plan du cours 1. Généralités 2. Structure de la cellule 2.1. La membrane cellulaire ou plasmique 2.1.1. Structure de la membrane plasmique 2.1.2. Fonctions de la membrane plasmique 2.1.3. Les transports membranaires 2.1.3.1. Le transport passif 2.1.3.1.1. La diffusion 2.1.3.1.2. L osmose 2.1.3.2. Le transport actif 2.1.3.3. Les autres types d échanges 2.1.3.3.1. L endocytose 2.1.3.3.2. L exocytose

Plan du cours 2.2. Le cytoplasme 2.2.1. Le cytosol 2.2.2. Les organites 2.2.2.1. Organites non entourés de membrane 2.2.2.1.1. Le cytosquelette 2.2.2.1.2. Les ribosomes 2.2.2.1.3. Le centrosome 2.2.2.2. Organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.1. Réticulum endoplasmique 2.2.2.2.2. Appareil de Golgi 2.2.2.2.3. Lysosomes 2.2.2.2.4. Mitochondries 2.2.2.2.5. Vacuoles 2.2.2.2.6. Noyau

1- Généralités La cellule: unité fondamentale, structurale et fonctionnelle des organismes vivants. Peut remplir toutes les fonctions de l organisme : métabolisme, mouvement, croissance, reproduction et transmission héréditaire. La cellule: entité vivante fonctionnant de manière autonome, mais, coordonnée avec les autres.

1- Généralités On distingue 2 types de cellules Les cellules eucaryotes: possèdent un noyau et le matériel génétique est délimité par une structure membranaire. Exemple : l homme, la levure Les cellules procaryotes: ont leur propre matériel génétique libre dans la cellule et sont dépourvues de noyau. Exemple : Escherichia coli

2- Structure de la cellule 2.1. La membrane cellulaire ou plasmique La cellule est entourée par une membrane plasmique ou membrane cellulaire délimitant un espace intérieur et un espace extérieur.

2- Structure de la cellule 2.1.1. Structure de la membrane plasmique La membrane plasmique ou cellulaire est composée de phospholipides, de protéines et de molécules de cholestérol. Les phospholipides sont amphiphiles. Chaque élément lipidique possède un pôle hydrophile et un pôle hydrophobe se faisant face dans la bicouche lipidique. Bien que la structure de base de la membrane plasmique soit déterminée par la double couche lipidique, la plupart des fonctions spécifiques sont portées par les protéines.

2- Structure de la cellule 2.1.1. Structure de la membrane plasmique On distingue différentes formes d'associations protéiques à la membrane : Les protéines transmembranaires ; Les protéines membranaires intrinsèques ; Les protéines membranaires périphériques.

2- Structure de la cellule 2.1.2. Fonctions de la membrane plasmique La membrane plasmique a plusieurs fonctions : Protection de la cellule du milieu extérieur ; Entoure les cellules, formant des compartiments fermés en séparant les unes des autres cellules et permettant ainsi leur individualité ; Échanges entre la cellule et le milieu extérieur soit par diffusion passive des molécules (pas besoin de transporteurs protéiques ni d énergie) soit par transport actif (nécessité d un transporteur protéique et d énergie). Elle contrôle ainsi l entrée des substances nutritives et le rejet des déchets ;

2- Structure de la cellule 2.1.2. Fonctions de la membrane plasmique Reconnaissance de certains produits auxquels elle va réagir par le biais de récepteurs présents dans la membrane. Elle est donc une sorte de capteur de signaux externes permettant à la cellule de se modifier en réponse aux modifications de l environnement ; Identification de la cellule par la présence de cellules spécifiques telles que les protéines du système HLA, des groupes sanguins et rhésus.

2- Structure de la cellule 2.1.3. Les transports membranaires La membrane plasmique de par le caractère hydrophobe de la couche lipidique ne permet pas le passage de molécules polaires, cependant le fait que les cellules doivent régler les concentrations ioniques intracellulaires montre que la membrane est cependant perméable. La cellule est vivante et se nourrit donc en puisant dans le milieu extra cellulaire les nutriments nécessaires au maintien de son activité et de sa croissance.

2- Structure de la cellule 2.1.3. Les transports membranaires Elle rejette dans le milieu extra cellulaire les produits de dégradation inutiles ou toxiques. C est à travers la membrane plasmique ou à l aide de celle-ci que vont s effectuer les échanges. Il existe 2 modes de transport transmembranaire : Transport passif Transport actif

2- Structure de la cellule 2.1.3.1. Le transport passif les molécules peuvent traverser la double couche par un mouvement spontané vers l équilibre sans apport d énergie, dans le sens du gradient de concentration on parle dans ce cas de transport passif. Il peut se faire sous forme de diffusion ou d'osmose. 2.1.3.1.1. La diffusion La diffusion est le mouvement des molécules d une zone où elles sont en concentration élevée vers une zone où elles sont en faible concentration, elle suppose donc un gradient de concentration.

2.1.3.1.1. La diffusion -La diffusion simple 2- Structure de la cellule Ce type de passage n'est possible que si la molécule est «soluble» dans la membrane phospholipidique, c'est-à-dire qu'elle peut traverser directement la bicouche de phospholipides. La molécule doit donc être hydrophobe ou, si elle est hydrophile, être suffisamment petite.

2.1.3.1.1. La diffusion -La diffusion simple 2- Structure de la cellule Les caractéristiques de ce transport sont : absence de saturation, la vitesse de diffusion dépend uniquement de la différence de concentration (gradient de concentration, ou électrochimique pour des ions) ; absence de spécificité (il n'est pas régulé) ; et une certaine lenteur : les molécules doivent se dissoudre dans la double couche de phospholipides avant de passer de l'autre côté.

2- Structure de la cellule 2.1.3.1.1. La diffusion -La diffusion simple Ce mécanisme est lent par rapport à la diffusion facilitée. Les substances non polaires comme l oxygène, les déchets comme le dioxyde de carbone et l urée, les graisses, diffusent à travers la membrane plasmique en se liant à ses composés phospholipidiques. L oxygène pénètre dans la cellule tandis que le dioxyde de carbone en sort.

2- Structure de la cellule 2.1.3.1.1. La diffusion - La diffusion facilitée Comme la diffusion libre, la différence de concentration est le moteur du transport. Cependant, la molécule ne traverse pas directement la membrane, elle doit utiliser une protéine transmembranaire de transport : Les protéines de canal (canaux ioniques) : elles ne doivent pas changer de forme pour permettre le passage.

2- Structure de la cellule 2.1.3.1.1. La diffusion - La diffusion facilitée Ce transport par les protéines de canal est : très spécifique : elles ne laissent passer qu'une ou quelques sortes de molécules et pas d'autres ; extrêmement rapide ; et régulé, les protéines de canal ont la capacité de se fermer. Les transporteurs protéiques : ils changent de forme pour déplacer des molécules d un côté à l autre d une membrane.

2- Structure de la cellule 2.1.3.1.2. L osmose L osmose est le processus de la diffusion appliquée à l eau. Les molécules d eau se déplacent pour diluer le milieu le plus concentré jusqu à ce qu il y ait éventuellement équilibre des concentrations. Ce mécanisme est à la base de l équilibre hydro-électrolytique Exemple : les hématies. Si on dépose une cellule (contenant des solutés) dans un liquide, la membrane cellulaire délimite un compartiment extracellulaire et un compartiment intracellulaire.

2- Structure de la cellule 2.1.3.1.2. L osmose Il y a 3 cas de figures : Le liquide extracellulaire contient moins de soluté non diffusible que la cellule, de l eau entre dans la cellule, on dit que la solution est hypotonique. La cellule gonfle. Elle augmente de volume et peut même éclater. On dit qu il y a lyse cellulaire ou hémolyse. Le liquide extracellulaire a la même concentration en soluté que le liquide intracellulaire, on dit que la solution est isotonique. Le liquide extracellulaire est plus concentré en soluté que le liquide intracellulaire, on dit que la solution est hypertonique. De l eau diffuse hors de la cellule, la cellule se rétrécit. Ces 3 cas sont très importants surtout en application lorsqu on injecte des solutés aux patients.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif Un transport actif exige de l énergie et l intervention de protéines. Le transport actif est un processus nécessitant de l énergie fournie par hydrolyse de l ATP pour rendre la structure transporteuse capable de fonctionner contreun gradient de concentration, en l absence de gradient de concentration et quand la substance est incapable de diffuser à travers la membrane plasmique.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif Ce transport nécessite un transporteur d origine protéique, appelé souvent pompe. Il est situé dans la membrane plasmique et joue le rôle d un passeur. Son travail requiert de l énergie. Les acides aminés, le glucose (pour pénétrer dans la cellule) et les électrolytes comme le sodium et le potassium sont des substances nécessitant un transport actif.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif - La pompe Na+/K+/ATPase La concentration des ions sodium est supérieure à la concentration du sodium à l intérieur, ils devraient donc entrer dans la cellule ; Le sodium entre mais, il est expulsé vers l extérieur par la pompe qui fonctionne grâce à l énergie qui provient du métabolisme ; Pour les ions potassium c est l inverse, c est-à-dire qu il est refoulé vers l intérieur de la cellule.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif -La pompe Ca++/ATPase Même principe que la pompe sodium. Elle existe au niveau de la membrane plasmique et du réticulum endoplasmique ; Le Ca++ sort du cytoplasme vers le milieu extérieur. Il entre dans le réticulum endoplasmique.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif - La pompe H+/K+/ATPase Les ions K+ entrent et les ions H+ sortent ; Cette pompe existe dans les cellules sécrétrices de l estomac, dans les cellules de l épithélium rénal.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif Le transport actif nécessite de l'énergie pour transporter des molécules contre le gradient de concentration (du milieu hypotonique vers le milieu hypertonique). Ce transport se fait toujours par l'intermédiaire de protéines présentes dans la membrane cellulaire. Ces protéines transpercent la membrane de part en part et fonctionnent comme des portes. Ce sont les protéines de transport.

2- Structure de la cellule 2.1.3.2. Le transport actif Il y en a 3 différentes : protéine de type uniport: transport d'une seule substance dans une direction ; protéine de type symport: transport de 2 molécules différentes dans la même direction ; protéine de type antiport: transport de 2 molécules différentes dans des directions opposées.

2- Structure de la cellule 2.1.3.3. Les autres types d échanges 2.1.3.3.1. L endocytose L endocytosese produit par invagination de la membrane plasmique. En s invaginant elle capture des éléments pour former des vacuoles que l on retrouve à l intérieur de la cellule. Elle est de 2 types : La phagocytosecorrespond à la capture de particules solides plus ou moins grosses. Exemple : cellules sanguines, cellules intervenant dans la défense immunitaire. La pinocytosecorrespond à la capture de petites quantités de liquide extra cellulaire.

2- Structure de la cellule 2.1.3.3. Les autres types d échanges 2.1.3.3.2. L exocytose Elle permet aux substances intracellulaires d être déversées dans le milieu extra cellulaire. Les produits à rejeter sont emprisonnés dans des vacuoles puis déversés hors de la cellule. Il y a alors fusion de la membrane de la vacuole avec la membrane plasmique. Ex : libération d hormones, de neurotransmetteurs.

2.2. Le cytoplasme 2- Structure de la cellule Il désigne le contenu d'une cellule vivante. Plus exactement, il s'agit de la totalité du matériel cellulaire délimité par la membrane plasmique. Le milieu intracellulaire se compose d'un liquide appelé hyaloplasme ou cytosol, laquelle matrice contient des organites.

2- Structure de la cellule 2.2. Le cytoplasme 2.2.1. Le cytosol Le cytosol est constitué en moyenne de 85 % d'eau, Mais, il est cependant plus visqueux. Le ph est neutre et est de 7. C'est dans ce milieu que l'ensemble des organites de la cellule baigne et que les principales activités cellulaires se déroulent. On y trouve aussi des molécules simples, des macromolécules, des gaz dissous (Oxygène et dioxyde de carbone), des ions. Le cytoplasme est l'ensemble du cytosol et des organites qu'il contient.

2- Structure de la cellule 2.2.2. Les organites 2.2.2.1. Les organites non entourés d'une membrane 2.2.2.1.1. Le cytosquelette Ce réseau fibreux, de nature protéique, constitue à la fois un squelette et une musculature pour les cellules. Il sert à maintenir la forme de la cellule et il intervient également dans les mouvements internes, les déplacements, ainsi qu'au cours de la division cellulaire.

2- Structure de la cellule 2.2.2.1. Les organites non entourés d'une membrane 2.2.2.1.2. Les ribosomes Ce sont des sphères qui peuvent être libres ou associées au RE et participent à la synthèse protéique à partir d'arn (traduction). Leur fonction est de synthétiser les molécules de protéines à partir des acides aminés. Ils utilisent les ordres donnés par le noyau.

2- Structure de la cellule 2.2.2.1. Les organites non entourés d'une membrane 2.2.2.1.3. Le centrosome Il est constitué de deux centrioles. Ce sont des éléments tubulaires intervenant dans la division cellulaire. Le centriole est une structure cellulaire intracytoplasmique constituée de 9 triplets de 3 tubules. Chaque cellule contient 2 centrioles (perpendiculaires et ne se touchant pas) et l'ensemble forme le centrosome qui est toujours à proximité du noyau. Leur fonction est de diriger tels des aimants le sens de la division cellulaire.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.1. Réticulum endoplasmique Les réticulums endoplasmiques (RE) sont des organites avec une double membrane intracellulaire et ressemblent à un amas de replis formant des cavités appelées «citernes». Ils sont en continuité avec la membrane du noyau. Le réticulum endoplasmique granuleux(reg) ou réticulum endoplasmique rugueux (RER) a sa surface recouverte de ribosomes qui assemblent les acides aminés en protéines suivant l'information venue du noyau. Le réticulum endoplasmique lisse(rel) n'en porte pas. Il intervient dans la synthèse de lipides (phospholipides, acides gras...), détoxification des cellules (transformation de molécules toxiques en molécules atoxiques) et le stockage du calcium.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.2. Appareil de Golgi Il est formé de sacs aplatis les uns sur les autres. Son rôle est de stocker les protéines issues du réticulum endoplasmique rugueux, d'achever leur maturation et de les sécréter. Il participe au processus de sécrétion. Les protéines à sécréter sont concentrées dans des vésicules issues des extrémités de l'appareil de Golgi. Ces vésicules sont déversées dans le milieu extracellulaire par exocytose.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.3. Lysosomes Ce sont des vésicules contenant des enzymes hydrolytiques qui proviennent du RE ou de l'appareil de Golgi. Ces enzymes servent à digérer les macromolécules inutilisables telles que les organites détruits ou abimés, les substances toxiques... C'est la digestion cellulaire.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.4. Mitochondries Ce sont des organites en forme de haricot de très petite taille, ressemblant à de petits bâtonnets et possédant une double membrane intracellulaire. La membrane interne forme des replis appelés " crêtes ", qui s'imbriquent dans une substance appelée " matrice ". Au niveau de la membrane interne et dans la matrice, on trouve de nombreuses enzymes responsables de la dégradation des nutriments sous forme simple, tel le glucose.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.4. Mitochondries Ces dégradations se déroulent en présence d'oxygène et portent le nom de "respiration cellulaire ". Elles permettent aux mitochondries de former de l' ATP, source d'énergie de la cellule. Le nombre de mitochondries d'une cellule dépend de l'intensité de son activité : une cellule musculaire, par exemple, en possède beaucoup. L'ATP est utilisé pour l'ensemble des activités de synthèse de la cellule ainsi que pour le transport actif.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.4. Mitochondries Les mitochondries possèdent leur propre matériel génétique, qu'on appelle " ADN mitochondrial ". Elles peuvent synthétiser environ 10 % de leurs propres protéines grâce à la dizaine de gènes de leur ADN. Les autres protéines mitochondriales proviennent du travail de synthèse exécuté par les ribosomes.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.5. Vacuoles Ce sont des cavités sphériques et mobiles qui contiennent des substances stockées par les cellules ou bien des déchets à éliminer.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.6. Noyau Il est visible dans la cellule lorsqu'elle ne se divise pas (interphase). Il est limité par l'enveloppe nucléaire et contient : la chromatinequi est constituée d'adn (support génétique de la cellule) ; le nucléolequi est constitué d'arn qui associé à des protéines donnera naissance aux ribosomes. Il a un diamètre variant de 10 à 20 µm (le plus gros des organites) et est entouré par une double membrane appelée membrane nucléaire.

2- Structure de la cellule 2.2.2.2. Les organites entourés d'une membrane 2.2.2.2.6. Noyau Cette membrane nucléaire contient des pores permettant les échanges nucléo-cytoplasmiques dans les 2 sens. Le nucléoplasmeest le liquide dans lequel baignent les éléments contenus dans le noyau. Il a 2 fonctions principales : contrôler les réactions chimiques du cytoplasme ; stocker les informations nécessaires à la division cellulaire.

F I N

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Q1: Cochez la ou les réponses justes A-Le transport passif peut se faire sous forme de diffusion ou d'osmose. B-La diffusion est le mouvement des molécules d une zone où elles sont en concentration faible vers une zone où elles sont en concentration élevée C-La diffusion simple suppose donc un gradient de concentration. D-Dans la diffusion simple la molécule doit donc être hydrophile (polaire) ou, si elle est hydrophobe (apolaire), être suffisamment grande. 63

Cochez la ou les réponses justes Q2: S agissant de la structure de la membrane plasmique, on distingue différentes formes d'associations protéiques à la membrane : A- Les protéines transmembranaires ; B- Les protéines membranaires intrinsèques ; C- Les protéines membranaires périphériques; D-Les protéines membranaires de la coagulation. 64

Cochez la ou les réponses justes Q3: A-La cellule eucaryote ne possède pas de noyau et le matériel génétique est délimité par une structure membranaire; B- La cellule eucaryote est retrouvé chez l homme; C-La cellule procaryote a son propre matériel génétique libre dans la cellule et possède un noyau; D-La cellule eucaryote peut être retrouvé chez Escherichia coli. 65

Cochez la ou les réponses justes Q4: La membrane plasmique a plusieurs fonctions : A- Protection de la cellule du milieu extérieur ; B-Entoure les cellules, formant des compartiments fermés en séparant les unes des autres les cellules; C-Échanges entre la cellule et le milieu extérieur uniquement par diffusion passive des molécules; D-Reconnaissance de certains produits auxquels elle va réagir par le biais de récepteurs présents dans la membrane. 66

Q5: Cochez la ou les réponses justes A- L osmose est un processus de transport actif B-L osmose est le processus de la diffusion appliquée à l eau. C-Les molécules d eau se déplacent pour diluer le milieu le moins concentré jusqu à ce qu il y ait éventuellement équilibre des concentrations. D- L osmose est à la base de l équilibre hydro-électrolytique 67

Cochez la ou les réponses justes Q6: A- Un transport actif n exige pas de l énergie; B-Un transport actif nécessite l intervention de protéines transmembranaires C-Le transport actif est un processus nécessitant de l énergie fournie par hydrolyse de l ATP pour rendre la structure transporteuse capable de fonctionner contre un gradient de concentration; D-Le transport actif nécessite un transporteur d origine protéique, appelé souvent pompe. 68

Q7: Cochez la ou les réponse(s) fausse(s) A-Le cytoplasme est l'ensemble du cytosol et des organites qu'il contient. B- Il désigne le contenu d'une cellule vivante. C-Le liquide du milieu intracellulaire est appelé cytosol; D-Le ph du cytosol est acide 69

Cochez la ou les réponse(s) fausse(s) Q8: Ces organites sont entourés de membranes A- Le cytosquelette B- Le réticulum endoplasmique C- Le ribosome D- La mitochondrie 70

Cochez la ou les réponse(s) fausse(s) Q8: Ces organites sont entourés de membranes A- Le cytosquelette B- Le réticulum endoplasmique C- Le ribosome D- La mitochondrie 71

Q8: Cochez la ou les réponse(s) fausse(s) A- L ADN est le support de l information génétique; B- La chromatine est constituée d'adn; C-Le nucléole qui est constitué d'arn qui associé à des protéines donnera naissance aux ribosomes; D- Le nucléoplasme est la membrane qui entoure le noyau. 72

Schéma annoté d une cellule 73