La cellule I- Description C est la plus petite unité fonctionnelle du vivant. Elles sont de deux types : - Eucaryotes (unicellulaire, pluricellulaires simples et complexes) - Procaryotes Tissu = ensemble des cellules plus ou moins spécialisée et différenciées. Un organisme multicellulaire supérieur est composé d un ensemble de tissus. Homéostasie = quand il y a autant de cellules qui se créent que de cellules qui meurent. Ceci permet un certain équilibre. Les désordres homéostatiques peuvent être délétères. 1- Naissance d une cellule - Elle peut naitre par division d une cellule mère pour donner deux cellules filles par mitose. Ainsi toutes les cellules résultantes sont identiques (même s il peut parfois y a voir une petite erreur dans la duplication de l ADN) - Elle peut aussi naitre de la fusion de demi-cellules : les gamètes Lorsqu il y a fécondation on obtient un zygote (œuf) 2- Vie d une cellule A l échelle d un tissu il y a un équilibre entre les cellules qui continuent à se diviser et les cellules qui se sont différenciées et qui ne peuvent plus se diviser. C est ce que l on appelle l homéostasie. Au sein d un tissu il y a donc toujours des cellules capables de se diviser : ce sont les cellules souches. Elles permettent de renouveler le tissu, elles sont indispensables au maintient de la vie. La durée de vie des cellules différenciées est variable selon la différenciation. 3- Mort cellulaire Elle se produit : 1
- Normalement : c est la mort programmée. Elle est silencieuse et n entraine pas de dégâts autour. C est l apoptose. - Après une agression externe : il y a alors un processus inflammatoire. Elle a des origines toxiques, chimiques, infectieuses - Phagocytose : les cellules sont ingérées par les cellules mitoyennes. Exemple : les globules blancs qui intègrent les bactéries II- Structure Trois éléments de base : - noyau - membrane plasmique - cytoplasme = cytosol + organites Composition chimique : - glucides (sucres) dans le cytoplasme qui sont à visée énergétique - lipides qui se trouvent dans le cytoplasme et la membrane plasmique. Ils ont également une fonction énergétique mais sont moins rapides que les sucres, mais plus efficaces - protéines que l on retrouve dans le noyau, le cytoplasme et la membrane plasmique. Elles sont constituées par l assemblage de 20 acides aminés. - Acides nucléiques (ADN, ARN) - Eau +++ - Sels minéraux Rappels biochimiques : Glucides (sucres) - simples (oses) : glucose, galactose - disaccharides (2 oses) : lactose, saccharose - complexes : glycogène, amidon Lipides (graisses) - triglycérides - cholestérol et ses dérivés - phospholipides Protéines Enchainement plus ou moins long d acides aminés. Ils peuvent avoir une structure primaire (séquence), secondaire (repliée sur ellemême) ou tertiaire (forme en globule ou en bâtonnet) 2
Elles sont associées à des sucres ou d autres molécules III- Fonctions 1- Membrane Elle est constituée d une double couche de phospholipides et de protéines. a- Phospholipides Les phospholipides ont des têtes hydrophiles et des têtes hydrophobes. L eau ne circule donc pas facilement au travers de la membrane plasmique. Pour circuler l eau utilise donc les protéines qui permettent les entrées et les sorties. b- Protéines Les protéines ont donc un rôle de communication, mais aussi un rôle protecteur. Les protéines ne sont pas fixes dans la membrane, elles peuvent se déplacer. La membrane à une structure semi-perméable et relativement fluide. Fonctions : - Permet de délimiter la cellule : individualité géographique. - Gestion des entrées et sorties : perméabilité sélective qui dépend de : la taille, la charge électrique, la solubilité dans les graisses et les transporteurs spécifiques. Cette fonction de perméabilité sélective permet le maintient des différences de concentration entre l intérieur et l extérieur de la cellule. 3
- Elle est la cible de certains messages extérieurs : rôle de réception via les protéines. Les messages peuvent être des hormones, des neurotransmetteurs, facteurs de croissance, cytokines 2- Cytoplasme Fonctions : - Donne la forme à la cellule car certains organites sont assez rigides (cytosquelette) - Mitochondries = production d énergie - Destruction et synthèse de molécules diverses - Maintient de la fonction et de la structure de la cellule Les différents organites : C est eux qui font fonctionner la cellule. On les retrouve dans toutes les cellules, mais en proportion variée en fonction des cellules. Par exemple une cellule qui aura besoin de beaucoup d énergie (neurone) aura beaucoup de mitochondries RETICULUM ENDOPLASMIQUE : Système de petits canaux qui parcourent l ensemble de la cellule. Il permet la synthèse des protéines (sur les parois) puis leur transport vers l endroit ou elles sont utiles. On distingue le réticulum lisse du réticulum rugueux qui est couvert de ribosomes. Le RE se trouve entre le noyau et le golgi. Par sa structure et sa position on voit que c est un intermédiaire fonctionnel. On observe qu il y a continuité entre la membrane plasmique et le RER (relation directe) RIBOSOME : Composé de 2 sphères ; l une plus petite que l autre. Il permet la traduction du langage génétique en langage de protéines. Ils se trouvent souvent sur la face externe de la membrane du réticulum. APPAREIL DE GOLGI : Ensemble de sacs empilés les uns sur les autres. Il vient après le réticulum endoplasmique. 4
Il a également une fonction de routage des protéines. C est là ou elle apprend ou on a besoin d elle. Il y en a qu un seul par cellule Il a 2 rôles : Maturation des protéines Routage des protéines (C est là ou elles apprennent ou on a besoin d elles.) LYSOSOMES : Ce sont des vésicules délimitées par une membrane (figure 3.17), se forment dans l'appareil de Golgi. Ils contiennent jusqu'à 40 types d'enzymes digestives puissantes capables de dégrader une grande diversité de molécules. Mais leur fonction n est pas seulement de détruire, mais aussi la nutrition et le nettoyage. Ils permettent la dégradation. MITOCHONDRIES : En forme de bâtonnet on dit qu elles produisent de l énergie. En fait elles produisent des molécules riches en énergie : l ATP qui sera ensuite dégradé pour libérer l énergie là ou il y en a besoin. On les surnomme les centrales énergétiques de la cellule. 5
CYTOSQUELETTE : Donne sa forme à la cellule Le cytosquelette est responsable du mouvement de cellules entières, tels les phagocytes, ainsi que du mouvement des organites et des produits chimiques dans la cellule. Permet le transport des vésicules de sécrétion Il est composé de trois principaux types de filaments protéiques : les micro filaments, les microtubules et les filaments intermédiaires CENTRIOLE : N est présent qu en période de mitose INCLUSIONS : Glycogène (sorte de flaque), gros complexes enzymatiques SRTUCTURES SPECIALISEES : Selon la différenciation de la cellule 3- Noyau Fonction : - Contient l information génétique qui permet la synthèse des protéines. - gouverne la vie de toute la cellule sous l influence des messages extérieurs transmis via le cytoplasme C est l élément interne le plus volumineux. Il est unique (même pour les cellules polynucléaires en faite le noyau est divisé en 3 sous-structures) Sur le plan de sa structure c est un globule délimité par une double membrane en continuité avec le réticulum endoplasmique et percé de pores. A l intérieur on trouve une structure granulaire : la chromatine et un ou plusieurs nucléoles (ou se produit la synthèse des ARN) et un liquide nucléaire. Chromosomes 6
ADN = grosse molécule formée d un assemblage. Il est organisé en 46 filaments continus : les chromosomes. Quand une cellule se divise les 46 filaments vont s enrouler et se condenser, on va ainsi finir par les distinguer. Ils ont une forme de bâtonnet avec un étranglement central ; le centromère On voit qu il y a un bras court et un bras long. Dans un noyau chaque chromosome est double. Autosomes = 44 chromosomes identiques pour les 2 sexes Gonosomes = XX chez la femme et XY chez l homme L ADN a une structure en double hélice. L information génétique est liée à l enchainement des bases : adénine, thymine, cytosine, guanine. C est le support de l information génétique et de l hérédité. Il a une moitié d origine paternelle et l autre d origine maternelle. L enchainement de base peut-être découpé en segments : les gènes (un gène code pour une protéine ou un groupe de protéines) séparés par des zones muettes / zone de régulation ARN = un messager qui n apparait que si le gène doit s exprimer. C est un brin complémentaire du gène qui doit s exprimer. Transcription = copie (à ne pas confondre avec la traduction) Un gène est un segment d ADN qui porte toute l info pour permettre la synthèse d une protéine donnée. L information n est portée que sur l un des deux gènes. C est l expression des gènes (synthèse de l ARN messager et de la protéine correspondante) qui règle la vie cellulaire. Tous les gènes ne s expriment pas n importe où, n importe comment. C est là qu interviennent les zones de régulation. Les gènes sont organisés en exons et en introns. Exons = gène codant Tous les gènes ne sont Intron = gène non codant pas codants Chaque gène est situé à un endroit fixe d un chromosome ; c est le locus. 7
A chaque locus se trouve une version du gène : un allèle. Chaque allèle d un gène est légèrement différent des autres et code pour une protéine parfois légèrement différente. C est ce que l on appelle le polymorphisme génétique. Chaque chromosome d une paire comprend le même locus. Homozygote = pour un même locus la même version du gène Hétérozygote = pour un même locus une version différente du gène Dans ce cas il peut il y avoir Co-expression ou dominance d un allèle sur l autre (dominant / récessif) IV- Du gène à la protéine La cellule à deux langages : le langage génétique et le langage protéique. Il faut donc une traduction. Message extérieur ê Action sur séquences régulatrices cibles Expression du gène cible en aval = ouverture de la double hélice et copie en ARNm (transcription) par une ARN polymérase ê Passage de l ARNm dans le cytoplasme ê Traduction en chaine d acides aminés par le ribosome ê Protéine 1- Code génétique Durant la traduction on passe d un langage à 4 signes vers un langage à 20 signes. Donc le codage des acides aminés de la protéine se fait par groupe de 3 bases successives sur le gène. C est ce que l on appelle un codon. L ARNm va donc être lu par groupe de 3 bases. Ainsi plusieurs codons codent pour un même acide aminé. C est ce que l on appelle le code dégénéré. Ce code est universel. Ceci implique que le polymorphisme génétique n est pas toujours à l origine d un changement d acides aminés. 8
Il existe également des codons d initiation et des codons non-sens (codons stop) Conséquences des mutations - mutation muette : aucune modification, le codon code le même acide aminé qu avant la mutation - mutation faux-sens : engendre des acides aminés différents - code non-sens : au milieu du gène la protéine est tronquée, ou bien elle est trop longue. 2- Dynamique de la synthèse des protéines Elle a lieu dans les ribosomes et le réticulum endoplasmique. 3- Gènes et hérédités Tous nos caractères héréditaires sont sous la dépendance des gènes. Pour chaque gène on a un allèle paternel et un allèle maternel. C est le génotype. S ils sont identiques on est homozygote S ils sont différents hétérozygotes. Le résultat final (phénotype) est variable selon : - co-expression - dominance d une des protéines - expression au hasard d un des allèles La notion de dominance et de récessivité est basée sur l expression des allèles d un gène. Certains gènes ne s expriment pas en termes de phénotype quand ils sont associés à d autres allèles dits dominants. Les caractères génétiques phénotypiques qui en dépendent suivent alors les mêmes lois. Notion de liaison génétique par proximité sur un chromosome de 2 gènes (ex : blonds + yeux bleus) Donc si phénotype dominant : génotype = DD ou Dd Si phénotype récessif : génotype : dd 9
Le résultat des croisements dépend d une combinatoire probabiliste basée sur une séparation des allèles lors de la méiose (chaque gamète n emporte qu un allèle d un gène donné) et une fécondation au hasard. V- Gènes et maladies Les maladies sont liées à des mutations délétères de gènes ou anomalies numériques des chromosomes. Si on a un allèle anormal codant pour une protéine de fonction anormale alors on a un phénotype anormal transmissible à travers les générations. Il y a : - anomalie autosomique dominante (hérédité) - anomalie autosomique récessive (surtout dans consanguinité) - hérédité récessive liée à l X : les femmes n expriment pas la maladie mais la transmette 10