Cellule ovarienne d`un embryon de souris observée au microscope
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Cellule ovarienne d’un embryon de souris observée au microscope électronique à transmission (× 1800) La cellule est l’unité fondamentale des êtres vivants. C’est le lieu des réactions métaboliques : elle synthétise ses divers constituants lors des réactions de biosynthèse en utilisant l’énergie stockée lors du métabolisme énergétique. Cellules du pancréas humain observées au microscope optique × 1800 Cellules épidermiques d’une écaille de bulbe d’oignon Paramécies observées au microscope optique × 600 × 400 Rappels sur le métabolisme cellulaire 3 P o u r r e t r o u v e r le s a cqu i s Les cellules sont composées de molécules biologiques diverses qui appartiennent à 4 grandes classes : les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques qui regroupent les acides désoxyribonuclé­ i­ques (ADN) et les acides ribonucléiques (ARN). Chromatine dans le noyau Paroi cellulaire Clé Cellulose ADN Protéine Protéine Glucide Glucide Glucide Lipide Protéine Grain d’amidon dans le chloroplaste Phospholipide ADN ARN Membrane plasmique Protéine ARN Protéine ADN Ribosome Microtubules Phospholipide Protéine Mitochondrie – Les glucides comprennent les sucres simples (monosaccharides) et des polymères (les polysaccharides). Ils servent principalement de réserve d’énergie et de matériaux de construction. – Les lipides forment un groupe hétérogène de substances non polaires insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques peu polaires (comme l’éther, le benzène ou le chloroforme). Ce sont des molécules aux fonctions diverses : structure, réserve d’énergie, protection, signal intra – et extracellulaire. – Les protéines sont des macromolécules, ce sont des polymères d’acides aminés aux propriétés diverses qui assurent presque toutes les activités dans la cellule. Elles ont des rôles très variés : catalyse, structure, transport, mouvement, défense, régulation, réserve… – Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides dont la fonction principale est le stockage et la transmission de l’information génétique. Ils peuvent aussi exercer une fonction structurale ou catalytique. Doc.1 Vue d’ensemble des types de molécules biologiques qui composent les différentes structures cellulaires. 4 Les molécules biologiques qui composent les diverses structures cellulaires Molécules élémentaires Monosaccharides Macromolécules et Polymères Disaccharides Polysaccharides Glucides Formule générale : CnH2nOn CH2OH Exemples : glucose, fructose (Hexoses) ribose, désoxyribose (Pentoses) Exemple : saccharose (glucose + fructose) Exemples : amidon, glycogène cellulose Triglycérides Exemples : graisses animales huiles végétales Glycérol Glycérol ( CH2OH-CHOH-CH2OH) Acide gras saturé Phospholipides Groupement phosphate (PO43‑) PO4 Glycérol Lipides Acide gras insaturé Exemple : membranes cellulaires TêteTête hydrophile Queues hydrophobes hydrophile Queues hydrophobes Exemples : cholestérol hormones sexuelles Acide aminé H H2N C Chaîne polypeptidique COOH Amine Montant désoxyribosephosphate P P P P A Radical Acide C P T T T G R G P liaison A peptidique Liaison peptidique P P C Nucléotides Acides nucléiques Liaisons hydrogène entre paires de bases A T P P Structuretridimensionnelle tridimensionnelle Structure G Exemples : enzymes, hormones, neurotransmetteurs,… A 20 AA différents Bases P Protéine ADN P P C P P ARN P P C A P P P P P A ADN G G A P G P A P U P T T T P C A P U P C A P A T P P G C P P P P G Exemples : A, T, U, C et G ATP : adénosine triphosphate Doc.2 Les molécules biologiques P Brin simple Double brin en hélice A, U, C, G A – T et C – G ribose ¥ squelette pentose-phosphate ¦ désoxyribose 5 Protides R a p p e l s s u r l e m é t a b o l i s m e c e l l u l a i r e C h a p i t r e 7 Stéroïdes P o u r r e t r o u v e r le s a cqu i s Le métabolisme cellulaire comprend les biosynthèses qui fabriquent les macromolécules constitutives de la cellule et le métabolisme énergétique qui transforme les sources d’énergie en molécules énergétiques utilisables lors des réactions de biosynthèse. Le métabolisme cellulaire assure les fonctions nécessaires à la vie. Il assume 4 fonctions spécifiques : 1)synthèse de molécules énergétiques par extraction de l’énergie solaire ou de l’énergie chimique des molécules organiques ou inorganiques du milieu ambiant ; 2) conversion des aliments exogènes en précurseurs des constituants cellulaires ; 3) transformation et polymérisation des précurseurs en macromolécules (acides nucléiques, lipides, polysaccharides, protéines) ; 4) production et dégradation des molécules nécessaires aux fonctions spécialisées de la cellule. Doc.1 Le métabolisme biosynthétique et le métabolisme énergétique. 6 Le métabolisme cellulaire. 5 6 1 1.Cytosol : synthèse des précurseurs cellulaires (acides aminés, oses, acide gras, nucléotides...), métabolisme énergétique, la fermentation. 2. Ribosomes : synthèse des protéines. 3. Reticulum endoplasmique lisse : synthèse de lipides. 4. Noyau : synthèse des acides nucléiques : ADN, ARN. 5. Mitochondrie : métabolisme énergétique, la respiration. 6. Chloroplaste : métabolisme énergétique, la photosynthèse. Doc.2 La cellule, lieu du métabolisme cellulaire. R a p p e l s s u r l e m é t a b o l i s m e c e l l u l a i r e C h a p i t r e 7 3 2 7 4 P o u r r e t r o u v e r le s a cqu i s Les molécules énergétiques utilisées par la cellule pour ses biosynthèses sont élaborées lors du métabo­ lisme énergétique. Il existe trois modes métaboliques générateurs d’énergie : la respiration, la fermen­ tation et la photosynthèse. Cytoplasme Matrice et crêtes mitochondriales Avec oxygène Respiration cellulaire Glycolyse Glucose (molécule à 6 C) 6 O2 36 ADP + 36 i 6 CO2 2 ADP +2 i CYCLE DE KREBS 6 H2O 2 ATP 36 ATP 2 Pyruvates (2 molécules à 3 C) Équation bilan : C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP Sans oxygène Fermentation lactique (bactéries, cellules musculaires) Fermentation alcoolique (levures, bactéries) Glucose 2 pyruvates 2 éthanols + 2 CO2 Glucose 2 pyruvates 2 acides lactiques CELLULE NON CHLOROPHYLLIENNE PRISE DE NOURRITURE TRANSPORTS DE PETITES MOLÉCULES glucose H 2O glucose ATP O2 pyruvate FERMENTATION (conversion énergétique à faible rendement) ÉCHANGES GAZEUX CO2 H2O RESPIRATION (conversion énergétique à haut rendement) Doc.1 La respiration et la fermentation. 8 transports passifs (diffusions) ATP lysosome mitochondrie osmose transports actifs ATP DIGESTION exocytose endocytose TRANSPORTS DE MACROMOLÉCULES Les métabolismes générateurs d’énergie L’équation bilan simplifié de la photosynthèse lumière 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 résulte en fait de deux processus métaboliques : 1. Une phase claire ou photolyse de l’eau nécessitant de l’énergie lumineuse et des pigments : 2. Une phase sombre ou cycle de Calvin ne nécessitant pas de lumière : lumière 12 H2O + 18 ADP + 18 Pi* 6 O2 + 24 H+ + 18 ATP 6 CO2 + 24 H+ + 18 ATP C6H12O6 + 6 H2O + 18 ADP + 18 Pi *Pi : phosphate inorganique, PO43- 12 H2O 6 CO2 Lumière RÉACTIONS PHOTOCHIMIQUES ADP + i CYCLE DE CALVIN ATP 24 H+ Chloroplaste 6 O2 C6H12O6 (matière organique) 6 H2O La photosynthèse génératrice d’oxygène s’effectue dans les cellules pourvues de chloroplastes. C’est le principal mode générateur d’énergie que l’on retrouve notamment chez les végétaux. Doc.2 La photosynthèse. R a p p e l s s u r l e m é t a b o l i s m e c e l l u l a i r e C h a p i t r e 7 Phase sombre 9 Phase claire P o u r r e t r o u v e r le s a cqu i s Les molécules énergétiques utilisées par la cellule pour ses biosynthèses sont élaborées lors du métabo­ lisme énergétique. Il existe trois modes métaboliques générateurs d’énergie : la respiration, la fermen­ tation et la photosynthèse. Protéines Polysaccharides ADP + Pi Stade l ADP + Pi ATP Hexoses, pentoses ATP Acides gras, glycérol ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi ATP Stade ll ATP ADP + Pi ADP + Pi ATP ATP ATP Pyruvate Acétyl-CoA ADP + Pi ATP Cycle de Krebs Stade lll NH3 10 On peut diviser les voies métaboliques en deux grandes catégories : ADP + Pi ATP Acides aminés Lipides Phosphorylation oxydative Transport d’électrons ADP + Pi O2 ATP H2O Doc.1 Les métabolismes respiratoire et biosynthétique sont étroitement liés. CO2 – les voies de dégradation des macromolécules en composés simples, c’est le catabolisme ; – les voies de synthèse des composés complexes, c’est l’anabolisme ou métabolisme biosynthétique. Les voies cataboliques génèrent l’énergie chimique nécessaire aux fonctions cellulaires (sous forme d’ATP notamment) et fournissent les précurseurs nécessaires aux biosynthèses. Elles sont schématisées par les flèches vertes sur le schéma. Les voies anaboliques fabriquent les diverses macromolécules et utilisent l’énergie chimique produite lors du catabolisme. Elles sont schématisées par les flèches bleues sur le schéma. Bilan global du métabolisme cellulaire POUR VIVRE UNE CELLULE A CONSTAMMENT BESOIN D'ÉNERGIE Le métabolisme des cellules non chlorophylliennes Exemple : une cellule animale ou humaine CO2 O2 H2O cytoplasme mitochondrie Aliments : mitochondrie • eau • ions minéraux • constituants organiques noyau ce sont des cellules hétérotrophes Autres exemples : - cellule végétale non chlorophyllienne - cellule de champignon synthèse des constituants de la cellule ATP Respiration Les cellules non chloro-phylliennes utilisent l'énergie chimique de leurs aliments organiques comme source d'énergie. Par l'information génétique qu'il contient, le noyau dirige la synthèse des protéines, et donc des enzymes nécessaires au métabolisme de la cellule Le chloroplaste métabolisme des cellules chlorophylliennes Aliments : chloroplaste noyau • eau : • Aliments ions minéraux dioxyde ••eau de carbone • ions minéraux • dioxyde de carbone énergie de la lumière solaire énergie de la lumière solaire O2 CO2 CO2 constituants organiques constituants organiques Photosynthèse Les cellules chlorophylliennes utilisent l'énergie de mitochondrie la lumière pour faire la synthèse de constituants Les cellules chlorophylliennes l'énergie de organiques. Une partie utilisent des constituants la lumière pour faire la est synthèse constituants organiques synthétisés utiliséedecomme source organiques. Une partie des constituants d'énergie par les cellules elles-mêmes. organiques synthétisés est utilisée comme source d'énergie par les cellules elles-mêmes. O2 O2 H2O H2O Respiration ce sont des cellules autotrophes ce sont des cellules autotrophes mitochondrie O2 information génétique synthèse Photosynthèse dans le noyau information des constituants génétique de la cellule synthèse dans le noyau des constituants de la cellule alimentation des cellules non chlorophyliennes de la plante des cellules alimentation non chlorophyliennes de la plante Doc.2 Bilan général. Respiration ATP ATP R a p p e l s s u r l e m é t a b o l i s m e c e l l u l a i r e C h a p i t r e 7 Le métabolisme des cellules chlorophylliennes 11 246/bilan
