Biologie cellulaire Organisation de la cellule eucaryote animale I. Introduction : Comparaison cellule procaryote/cellule eucaryote; formation de la cellule ancestrale (LUCA), l'origine de la cellule eucaryote II. Les membranes biologiques : les lipides membranaires : les phospholipides II.A Les lipides membranaires Les phospholipides : l'autoassemblage et l'autofermeture de la bicouche lipidique Les glycolipides Le cholestérol La fluidité et la perméabilité membranaire II.B Les protéines membranaires Les glycoprotéines, le glycocalix, les fonctions majeurs des protéines membranaires III. Les quatre grands ensembles de compartiments cellulaires Le noyau L'enveloppe nucléaire, la lamina nucléaire, l'empaquetage de l'ADN Le noyau La structure du complexe du pore nucléaire et les échanges nucléonscytoplasmatiques, le nucléole Le système endomembranaire Les fonctions du REG : la synthèse des protéines (sécrétées, membranaires) Le système endomembranaire Les fonctions du REG (suite) : la N-glycosylation des protéines, le repliement des protéines, la synthèse des phospholipides Les fonctions du REL : la détoxication des substances liposolubles, le stockage des ions calcium, la synthèse des hormones stéroïdes Le transport vésiculaire Le transport vésiculaire du RE à l'appareil de Golgi Le mécanisme de la formation d'une vésicule pour : - le transport vésiculaire non sélectif - le transport vésiculaire sélectif La structure et les fonctions de l'appareil de Golgi Les parties cis, médian et trans golgien La voie antérograde La voie rétrograde Les voies du tri protéiques Le lysosome Les compartiments clos : Structure et fonctions de la mitochondrie et du peroxysome I. Introduction : Comparaison cellule procaryote/cellule eucaryote; formation de la cellule ancestrale (LUCA), l'origine de la cellule eucaryote Il existe deux grands types d'organismes : Les Procaryotes (du grec pro, avant et karyon, noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane. Le Procaryote le plus étudié est probablement la bactérie Escherichia coli Leur ADN génomique est constitué d'une molécule circulaire double brin., Leur ADN est attaché à la membrane plasmique. Les cellules des Eucaryotes (du grec eu, propre) sont généralement de plus grande taille, avec un noyau bordé d'une membrane. Le plus souvent, elles contiennent aussi des membranes internes qui cloisonnent la cellule en y délimitant des organites qui ont des fonctions biologiques spécialisées . 2. Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes : l'endosymbiose Selon la théorie endosymbiotique les cellules Eucaryotes proviennent de l'association de plusieurs Procaryotes. Cette théorie s'appuie entre autre sur les élèments suivants : la taille des mitochondries et des chloroplastes est semblable à celle des bactéries chacun de ces organites possède un matériel génétique (ADN) qui lui est propre chacun de ces organites possède le matériel nécessaire pour la synthèse protéique (ARNt, ribosomes, polymérases) chacun de ces organites peut se diviser par étranglement médian (après avoir dupliqué le matériel génétique) La théorie endosymbiotique de l'origine de la cellule Eucaryote postule que : la mitochondrie dérive d'une bactérie respirante le chloroplaste dérive des cyanobactéries Formation de cellule ancestral Evolution de la cellule 4. Exocytose et endocytose Le transport des macromolécules biologiques est effectué par des vésicules membranaires et selon deux processus : l'exocytose (sortie des macromolécules) : le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi échangent en permanence du matériel biologique. Ces molécules sont triées au niveau de l'appareil de Golgi puis exportées par des vésicules membranaires. Certaines vésicules fusionnent avec la membrane plasmique et leur contenu est liberé dans le milieu extérieur. Dans la figure ci-contre, la structure polarisée du dictyosome Golgien apparaît au travers de la distinction entre saccules cis, medium et trans qui n'ont ni la même forme, ni la même composition chimique. Les vésicules périphériques permettent aux saccules de communiquer entre eux. Les vésicules de transition assurent le passage entre le réticulum endoplasmique rugueux et l'appareil de Golgi. Dans les cellules sécrétrices la face trans est marquée par de volumineux grains de sécrétion. l'endocytose (entrée des macromolécules) : des parties de la membrane plasmique s'invaginent vers l'intérieur de la cellule. Elles forment des vésicules d'endocytose. La cellule peut ainsi faire entrer des molécules. Les lysosomes sont des vésicules intracellulaires qui contiennent des enzymes de dégradation. Ces vésicules fusionnent avec les vésicules de phagocytose et leur contenu est dégradé. La cellule récupère ainsi les éléments de base constitutifs des macromolécules. II. Les membranes biologiques : les lipides membranaires : les phospholipides Les membranes cellulaires •Les membranes sont indispensables à la vie •Frontière l’intérieur et l’extérieur de la cellule •Elles permettent aux cellules de maintenir un milieu interne différent du milieu extracellulaire •Elles possèdent une perméabilité très sélective •Les constituants principales sont les lipides et les protéines Schéma d'une cellule et de ses membranes2.Membrane nucléaire; 4.Vésicule; 5.Réticulum endoplasmique rugueux; 6.Appareil de Golgi; 8.Réticulum endoplasmique lisse; 9.Mitochondrie; 10.Vacuole; 11.Cytoplasme; 12.Lysosome Surface membranaire • Membrane plasmique 700 μm2 •Membranes internes 7000 μm2 • Les membranes internes des organites possèdent une surface plus importante que la membrane plasmique Fonctions des membranes biologiques • La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieur de la cellule). • Les échanges d’information avec d’autres cellules (récepteurs hormonaux, jonctions gap). • La régulation du transport des ions, protéines, sucres graisses, etc.. • Les mouvements cellulaires (pseudopodes, endocytose-exocytose). • Les phénomènes de reconnaissance (antigène de surface) • La régulation du métabolisme (transduction intracellulaire des signaux extracellulaires) • Procure un site pour les réactions chimiques ne pouvant pas se produire dans un environnement aqueux Structure de la membrane plasmique • Épaisseur : 7 à 8 nm • Deux feuillets visibles au microscope électronique Composition des membranes • Lipides (Phospholipides et cholestérol) (~49%)– Forment le squelette des membrane • Protéines (récepteurs, transporteurs, enzymes) (~43%)– Attachées plus au moins aux phospholipides • Glucides (glycophospholipides et glycoprotéines) (~8%) Deux couches de phospholipides • Protéines à la surface et à travers • Polysaccharides attachés aux lipides ou aux protéines • Cholestérol entre les phospholipides Les lipides membranaires sont des molécules amphipathiques Les phospholipides : Structure de la phosphatidylcholine La synthèse des phospholipides membranaires a lieu sur le feuillet cytosolique du REG et du REL. Elle commence par l'association de 2 acides gras avec un glycérophosphate. Ces trois molécules proviennent du cytosol. Elles forment l'acide phosphatidique, qui est une molécule majoritairement hydrophobe et qui s'insère dans le feuillet cytosolique de la bicouche lipidique délimitant le RE. Il suit l'ajout du groupement de tête. Ces molécules proviennent également du cytosol. Les lipides membranaires sont des molécules amphipathiques Cohésion des phospholipides membranaires • La cohésion des phospholipides membranaires est due – Liaison de Van Der Waals entre les acides gras La forces de Van der Waals s’exercent lorsque 2 atomes adjacents sont suffisammentprochesl’un de l’autreContact partiel entre les nuages d’électrons qui entourent les atomesLes interactions de Van Der Waals sont dues à des interactions entre des moments polaires instantanés. Interaction hydrophobe entre les acides gras II.A Les lipides membranaires Les phospholipides : l'autoassemblage et l'autofermeture de la bicouche lipidique L'évolution naturelle d'un système va dans le sens de l'augmentation de l'entropie (S) Un liposome est une vésicule lipidique artificielle dont la membrane est constituée d'une ou plusieurs bicouches de lipides. Le cœur de la micelle est constituée par les pôles hydrophobes. La surface de la micelle est constituée par les pôles hydrophiles la bicouche qui limite le liposome est constituée par deux couches de lipides amphiphiles. Chaque couche présente les pôles hydrophiles au contact de l’eau ; le cœur de la bicouche est constitué par les pôles hydrophobes. Les glycolipides les glycolipidesLe groupe de tête est un sucre. Ils sont présents dans toutes les membranes plasmiques des cellules animales Le cholestérol Rôle du cholestérol membranaire : En s’intercalant entre les molécules de phospholipides il stabilise les membranes en évitant une excessive fluidité La fluidité et la perméabilité membranaire La fluidité membranaire et le cholestérol : Aux températures habituelles le cholestérol rend la bicouche lipidique moins fluide.A basse température, il agit comme un fluidifiant. Structure physique de la bicouche membranaire fluide Fluidité des membranes Conséquence de cette fluidité Peut se réparer d’elle-mêmeSi la membrane est percée ou déchirée, les molécules de phospholipides qui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocher et fermer l’ouverture. Peut varier facilement sa tailleSi on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent aux autres et la membrane s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille si on enlève des molécules. Permet à une sphère de se diviserIl suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenir deux sphères. II.B Les protéines membranaires Les glycoprotéines, le glycocalix, les fonctions majeurs des protéines membranaires La perméabilité membranaire Les protéines membranaires sont indispensables pour le transport des Ømolécules polaires Øions Les protéines membranaires 50 % des membranes plasmiques sont faites, en poids, de protéinesOn distingue des protéines -Périphérique ou extrinsèque (d, e) -Intégrales ou intrinsèques (a, b et c) Dont certaines sont transmembranaires et en interaction avec des protéines de cytosol (b)(Ce dernier type de protéine est impliqué dans la transmission de signal (hormone..) Les glucides membranaires • Liés aux lipides et aux protéines membranaires • Exposés à l’extérieur de la cellule Les chaînes oligosaccharidiques des glycolipides et des glycoprotéines forment une zone riche en glucides à la surface de la cellule Quelques fonctions des protéines membranaires Des protéines de la membrane permettent le passage de ces molécules à travers les lipides •Les protéines porteuses ou perméases(transporteuses) = s’associent aux molécules à transporter et les déplacent dans la membrane •Les protéines tunnels ou conductines = Forment des pores à travers la membrane Transport actif Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite la présence d’un transporteur membranaire) mais– Transport à l’encontre du gradient de concentration (du milieu moins concentré vers le milieu le plus concentré)... donc besoin d’une source d’énergie (par exemple, la scission de l’ATP, la lumière, les réactions d’oxydoréductions) qui entraîne le transport des molécules dans le sens défavorable au point de vue thermodynamique Transport actif entraîné par l’énergie de l’ATP • Protéines transmembranaires • Possèdent un ou plusieurs sites de liaison pour l’ATP• (Situées sur la face cytosolique de la membrane) • Sont cornement appelées des ATPases • Utilisent l’énergie d’hydrolyse de l’ATP pour transporter des molécules contre leur gradient Exemple 1 : le pompe à Na+-K+ Maintient les concentration cytosoliques faible de Na+et elevée de K+ Rôles de la pompe Na+-K+o La pompe Na+-K+ consomme à elle seule 25 % de l’ATP cellulaire!!! Le maintient des gradients Na+-K+ o Propagation des signaux électriques dans le nerf et le muscleo Transport actif d’autres moléculeso Ajustement de l’équilibre osmotique (équilibre entre les molécules organiques et le gradient ionique) http://unf3s.cerimes.fr/media/paces/Grenoble_1112/rachidi_walid/rachidi_walid_ p01/rachidi_walid_p01.pdf III. Les quatre grands ensembles de compartiments cellulaires Le noyau L'enveloppe nucléaire, la lamina nucléaire, l'empaquetage de l'ADN Imprimer ce cour : https://studylibfr.com/doc/748753/syst%C3%A8me-endomenbranaire
