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CYTOLOGIE : Marieb
Les cellules sont les unités fondamentales de tout être vivant. Tous les organismes vivants
sont constitués de cellules. Le corps humain en comprend 50 à 60 millions de millions.
Principaux éléments de la théorie cellulaire :
Robert Hooke (XVIIe) a été le 1er à observer des cellules végétales à l’aide d’un microscope
rudimentaire. Il a fallut attendre le milieu du XIXe pour que Schleiden et Schwann osent
affirmer que tous les êtres vivants étaient constitués de cellules.
La recherche sur les cellules a été très fructueuse et notre connaissance actuelle en ce domaine
a permis d’élaborer la théorie cellulaire :
1) cellule = unité fondamentale structurale et fonctionnelle des organismes vivants =>
donc quand on définit les propriétés d’une cellule, on définit aussi les propriétés de la
matière vivante.
2) L’activité d’un organisme dépend de l’activité de ses cellules.
3) Principe de complémentarité : les activités biochimiques sont rendues possibles et
déterminées par certaines structures présentes à l’intérieur des cellules.
4) La continuité de la vie repose sur les cellules.
La cellule est donc la plus petite quantité de matière vivante pouvant exister dont dépend la
vie. Elle contient tous les éléments permettant de survivre dans un environnement en
continuel changement.
Du point de vue chimique, les cellules sont surtout composées de carbone, d’hydrogène,
d’azote, d’oxygène et de plusieurs autres éléments.
Il existe 200 types de cellules aux formes, aux tailles et aux fonctions incroyablement
diverses. La dimension est aussi très variable, de 2 micromètres à plus d’1 mètre. La forme
d’une cellule et son agencement avec ses voisines reflète sa fonction.
Toutes les cellules diffèrent les unes des autres mais possèdent en commun plusieurs
structures fondamentales et certaines fonctions -> modèle général :
- un noyau : régit toutes les activités de la cellule
- cytoplasme : remplit d’organites assurant certaines fonctions à l’intérieur de la cellule
- membrane cytoplasmique : limite extérieur de la cellule.
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Structure de la membrane plasmique :
Elle délimite le volume de la cellule et constitue une barrière fragile . Elle contribue
largement à maintenir l’intégrité de la cellule et sa structure particulière lui permet d’assurer
une fonction dynamique dans de nombreuses activités cellulaires.
Modèle de la mosaïque fluide
La membrane est une structure fine de 7 à 8 nm mais stable, constituée d’une double couche
(ou bicouche) de molécule lipidiques parmi lesquelles sont disséminées des molécules de
protéines.
Bicouche lipidique : composée de phospholipides , relativement imperméable aux molécules
hydrosolubles. Les phospholipides sont des molécules avec une tête polaire contenant du
phosphore reliée à une queue non polaire constituée de deux chaînes hydrocarbonées d’acides
gras.
La tête polaire est hydrophile (agit avec l’eau) et la queue non polaire est hydrophobe
(interaction avec d’autres substances et elle s’éloigne de l’eau et des particules chargées) ->
caractéristiques des phospholipides qui font que la structure fondamentale de toutes les
membranes est la même (« sandwichs » constitués de 2 feuillets parallèles de molécules de
phospholipides ; les queues se font face à l’intérieur et les têtes sont exposées à l’eau qui se
trouve à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule. Cette orientation permet aux membranes
biologiques de s’assembler automatiquement pour former des structures fermées et à la cellule
de se reformer sans délai sans qu’elle se déchire).
Les phospholipides qui font face sont liés à des glucides, on les appelle glycolipides.
La membrane contient du cholestérol qui introduit ses anneaux hydrocarbonés plats entre les
queues des phospholipides, ce qui les immobilise partiellement et stabilise la membrane.
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Il existe 2 types de protéines membranaires distinctes : les protéines intégrées ( ou
intramembranaires) et les protéines périphériques. Les protéines représentent environ la
moitié de la masse plasmique et assurent la plus grande partie des fonctions spécialisées.
Protéines intégrées : enfoncées dans la bicouche lipidique. Elles sont transmembranaires (elles
traversent toute l’épaisseur de la membrane et font saillie des 2 côtés). Elles possèdent des
régions hydrophobes et des régions hydrophiles. Cette caractéristique leur permet d’interagir
avec les queues non polaires des lipides et avec l’eau qui se trouve à l’extérieur et à l’intérieur
de la cellule.
Elles servent surtout au transport, certaines se regroupent pour former des canaux, ou pores,
pour le passage de petites molécules hydrosolubles ou d’ions. D’autres protéines sont des
transporteurs, qui peuvent se lier à une substance pour lui faire traverser la membrane. Les
protéines qui ne font face qu’au milieu externe sont habituellement des récepteurs
d’hormones ou d’autres messagers chimiques.
Protéines périphériques : liées aux parties des protéines intégrées. Certaines sont des enzymes,
d’autres ont des fonctions mécaniques.
La plupart des protéines qui font face à l’espace interstitiel portent des glucides ramifiés. On
appelle glycocalyx la région floue et un peu collante riche en glucides qui se trouve à la
surface de la cellule, il est enrichi de glycoprotéines sécrétées par la cellule qui adhèrent à la
surface de celle-ci.
Comme le glycocalyx de chaque type cellulaire est constitué de glucides différents, il
représente un ensemble spécifique de marqueurs biologiques permettant aux cellules de se
reconnaître mutuellement. Par ailleurs, ce sont aussi des glycoprotéines faisant partie du
glycocalyx qui sont responsables de l’existence des différents groupes sanguins.
Fonction de la membrane plasmique :
Transport membranaire
Nos cellules baignent dans le liquide interstitiel, qui contient des milliers d’ingrédients, dont
des acides aminés, des sucres, des acides gras, des vitamines, des substances régulatrices
comme les hormones et des neurotransmetteurs, des sels, et des déchets. Chaque cellule doit
extraire les quantités exactes de chacune des substances dont elle a besoin et empêcher
l’entrée de toute substance excédentaire.
Malgré les échanges, la membrane forme une barrière à perméabilité sélective càd qu’elle
ne laisse passer que certaines substances, comme les nutriments, en excluant de nombreux
produits indésirables. Simultanément , elle retient les précieuses protéines cellulaires et
d’autres molécules tout en laissant sortir les déchets.
2 mécanismes du mouvement des substances à travers la membrane :
- mécanismes passifs : les molécules traversent la membrane sans que la cellule
fournisse d’énergie
- mecanismes actifs : la cellule dépense une énergie métabolique (ATP) pour
transporter la substance à travers la membrane.
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Mécanismes passifs : la diffusion
diffusion : tendance qu’ont les molécules et les ions à se répandre dans l’environnement.
Les molécules ont une certaine énergie cinétique et sont en mouvement constant ; comme
elles se déplacent au hasard et à haute vitesse, elles entrent en collision et rebondissent les
unes sur les autres en changeant de direction après chaque collision.
L’effet global de ce mouvement aléatoire est que les molécules vont des endroits où leur
concentration est forte vers les endroits où leur concentration est faible ; on dit qu’elles
diffusent suivant leur gradient de concentration. Le système atteint un état d’équilibre où les
molécules se déplacent dans toutes les directions.
Comme l’intérieur de la membrane est composé de lipides et est donc hydrophobes, celle-ci
constitue une barrière à la diffusion simple. Cependant, la diffusion d’une molécule à travers
la membrane est possible si la molécule répond à l’une des conditions suivante :
- elle est liposoluble
- elle est assez petite pour passer dans les pores de la membrane
- elle est aidée par une molécule porteuse.
Diffusion simple : diffusion non assistée de particules liposolubles ou de très petite taille.
Dans le cas particulier de la diffusion non assistée de l’eau, on parle d’osmose.
La diffusion assistée est appelée diffusion facilitée.
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