Cours biologie cellulaire Biologie 1ère année ( www.espace-etudiant.net ) - Google Slides

Cours biologie cellulaire
ère
LMD Biologie 1 année
2009-2010
Responsable du module : Mr ADJLANE
Email : [email protected]
Site web et une plate forme (en cours de construction)
Programme du cours
Chapitre 1 : Introduction à la biologie cellulaire (cellule eucaryote,
procaryote.. )
Chapitre 2 : La membrane plasmique
Chapitre 3 : Cytosquelette
Chapitre 4 : Noyau interphasique
Chapitre 5 : Organites semi-autonomes (mitochondries et plastes)
Chapitre 6 : Système endomembranaires (Réticulum endoplasmique
lisse et granulaire, appareil de golgi et lysosomes)
Chapitre 7 : paroi pectocellulosique
Programme des TP-TD Biologie cellulaire
Année universitaire 2010-2011
Semaine 1 : Méthodes d’études de la cellule (1ère partie) : Le
microscope photonique et électronique
Semaine 2 : Observation d’une cellule végétale et animale
Semaine 3 : Méthodes d’études de la cellule (suite)
Techniques cytologiques et histologiques .
Et autres méthodes d’études de la cellule (ombrage, coloration négative,
ultracentrifugation, cryodécapage…)
Semaine 4: La membrane plasmique
Semaine 5: Cytosquelette
Semaine 6: Noyau interphasique
Semaine 7 : Cycle cellulaire
Semaine 8 : Organites semi-autonomes (mitochondries et plastes)
Semaine 9 : Système endomembranaires (Réticulum endoplasmique
lisse et granulaire, appareil de golgi et lysosomes)
Semaine 10 : examen final du TP
Bibliographie
Maillet M., Biologie Cellulaire, Masson, Paris, 1981.
Campbell N.A., Biologie, De Boeck Université, Bruxelles,
1995.
●
de Duve C., Une visite guidée de la cellule vivante, De
Boeck, Bruxelles, 1987.
●
Roland J.-C, Szöllösi A. & D., Atlas de biologie cellulaire,
Masson, Paris, 1982.
●
Arms K., Camp P., Biologie (tome II), De Boeck Université,
Bruxelles, 1988.
●
Cooper G. M. , La cellule - Une approche moléculaire, De
Boeck Université, Bruxelles, 1999.
● J.C. Callen, 1999. Biologie Cellulaire. Ed. Dunod
● P. Cau & R. Seïte. Cours de Biologie Cellulaire. Ed. Ellipses
●
Définition de la cytologie et de la biologie
cellulaire
La cytologie : structure microscopique et moléculaire de la
cellule.
La biologie moléculaire et la biochimie : fonctionnement
de la cellule
La biologie cellulaire :
● utilise la cytologie, la biologie moléculaire et la
biochimie pour étudier le fonctionnement intégré
de la cellule.
La cytologie (du grec "kutos" = "la cellule" et
"logos" = "le discours") est l'étude de la structure
et de la physiologie de la cellule en général,
quelles que soient soit son origine -animale,
végétale, etc.- et sa fonction.
Organisation du vivant
XVII siècle: le microscope rend
possible la découverte des
cellules
● Hooke (1635-1702 ):
premier microscope, décrit
des cavités dans le liège:
chambres « cellula »
● van Leeuwenhoek construit
un microscope qui grossit
200X: peut voir les
protozoaires (1632-1723)
● XIX siècle
● Grossissement jusqu’à
bio-cell I
bio-cell
I
1000X
XX iè l
●
Bref historique de la biologie cellulaire et des
techniques d’analyse
1830 : Formulation de la théorie cellulaire par Dutrochet,
Schleiden, Schawnn
-1850 : Formulation de la continuité cellulaire par Virchow /
Division !
-1900 : Description des principales structures composant la
cellule et préparation des premiers extraits acellulaires de
levure par Büchner
-1920 : Développement des techniques de cytochimie /
coloration
-1940 : Utilisation des isotopes / Études métaboliques et
premières images en MEB et MET par von Ardenne et Porter
(com. en 1965)
-1950 : Mise au point des techniques de fractionnement
cellulaire et de purification des organites par Claude et Brachet
-1960 : Immunolocalisation; 1970; Hybridation in situ; 1987 :
Utilisation de la microscopie confocale (inventée par Minski en
1961)
●
La théorie cellulaire
Les cellules sont les unités fondamentales du vivant
● Tous les organismes sont composés d’une ou plusieurs
cellules
● Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes
par division
●
Unité fonctionnelle =>
Cellule, commune à
tous les organismes
On reconnaît deux grands types de cellules:
●
Cellules procaryotes (= bactéries)
Cellules eucaryotes (= toutes les
autres cellules)
●
Cellules eucaryotes:
10 à 100 µm en général (20 µm en moyenne)
● Nombreux organites internes faits de membranes.
● Matériel génétique délimité par une membrane = noyau
●
Cellules eucaryotes
PLURICELLULAIRES=Métazoaires
● Animaux
● Végétaux
● Champignons
● Algues
UNICELLULAIRE
● Levures
● Protistes
● Algues
La cellule eucaryote
Nous distinguons:
- les Protozoaires formés par une seule cellule libre, souvent
capables de se mouvoir (Amibes, Paramécies, levures)
Une Paramécie (Ciliés) (x 250)
- les Métazoaires (animaux, plantes) dont les cellules sont groupées
en tissus épithéliaux, musculaires, conjonctifs, de soutien
[cartilagineux, osseux], nerveux chez les animaux
Tous les tissus végétaux ou animaux sont faits de petites unités: les cellules
cellule
Surface de la peau (grenouille)
On connaît près de 200 types différents de cellules dans le corps humain. Chaque
type remplit une fonction précise.
Feuille d'Élodée (petite plante aquatique)
L’organisme humain, par exemple, compte environ 200 types
cellulaires de type eucaryote différents qui varient selon:
la taille, la forme,
le type de tissus,
le type d'organes,
leur(s) fonction(s),
la capacité de se diviser…
Structure microscopique générale de la cellule
eucaryote
Membrane cytoplasmique : séparer la cellule de
l ’environnement + permettre échanges avec le milieu
extracellulaire
Cytoplasme: comprend divers organites cytoplasmiques
● l’appareil de Golgi
● le réticulum endoplasmique
● les mitochondries
● les ribosomes
● le cytosquelette
● les lysosomes et peroxysomes
● les centrioles
Le cytoplasme est composé d'un protoplasme et d'un
hyaloplasme :
le protoplasme désigne les organites cellulaires : le
cytosquelette, le système endomembranaire (le réticulum
endoplasmique, l'appareil de Golgi, les lysosomes....), les
mitochondries, les ribosomes, et le noyau (l'enveloppe
nucléaire, la chromatine et le nucléole).
●
- le hyaloplasme correspond au milieu dans lequel baignent
tous ces organites
Les organites de la cellule végétale
*
Cellule animale et végétale
Typique à la cellule animale:
(non montré ici) cylindres de microtubules:
Typique à la cellule végétale:
Les centrioles
3 structures:
*
Paroi cellulosique; chloroplastes; vacuole
Hiérarchie des ultra-structures cellulaires
Cellules procaryotes:
1 à 3 µm en général
● pas d'organites présents (sauf ribosomes)
● matériel génétique non enfermé dans un
noyau délimité
●
1 µm = 1/1000 mm
Les procaryotes (du grec, pro : avant et
karyon : noyau) sont des êtres
unicellulaires, dépourvus de noyau et
bordés d'une membrane. Leur matériel
génétique est libre dans le cytoplasme, non
limité par une enveloppe nucléaire; il
forme un nucléoide. Les procaryotes sont
essentiellement
représentés
par
les
bactéries.
Les bactéries peuvent se présenter sous différentes formes : en
bâtonnet, sphérique, cylindrique...
Elles peuvent vivre groupées en colonies ou isolées.
1- Microccoques 6- bâtonnets ne formant pas de spores
2- Streptocoques 7- bâtonnets formant de spores
3- Diplocoques 8- les vibrions
4- Staphylocoques 9- spiralés
5- Sarcina 10- spiralés allongés
Figure 4 : Différentes formes et regroupement des bactéries
Elles sont caractérisées par une taille réduite (1 à 10 µm) et un mode de
reproduction par scissiparité (étranglement
La cellule bactérienne est constituée de structures constantes (essentielles) présentes
chez toutes les espèces bactériennes et des structures inconstantes (facultatives)
présentes chez quelques espèces seulement
Le matériel nucléaire ou nucléoide est formé
d'une seule molécule d'ADN circulaire d'une
longueur voisine de 1mm représentant le
chromosome bactérien. N'étant pas séparé du
cytoplasme par une membrane.
Les plasmides sont des fragments d'ADN extrachromosomiques
circulaires et localisés dans le cytoplasme. Leur réplication est
indépendante de celle du chromosome bactérien. Un plasmide
peut être présent en plusieurs copies dans une seule cellule
bactérienne. Les plasmides codent pour la synthèse de
différentes enzymes, conférant ainsi à la bactérie qui les possède
des caractères particuliers telle que la possibilité d'utiliser
certains substrats ou la résistance aux antibiotiques. Les
plasmides sont transmissibles à d'autres bactéries
Les ribosomes sont souvent groupés en amas ou
polyribosomes.
La membrane plasmique est composée comme celle des
eucaryotes de lipides et de protéines à des pourcentages
différents. Elle en diffère par l'absence de cholestérol et la
pauvreté en glucides. La membrane plasmique assure le
transport des substances nutritives.
La paroi (parietis qui veut dire mur) épaisse de 20 à 80
nm limite extérieurement la bactérie et détermine sa
forme. Elle contrôle les échanges avec le milieu extérieur
et joue également un rôle de protection (une bactérie qui
n'a pas de paroi meurt).
Les structures facultatives
La capsule d'épaisseur variable (0.2 à plusieurs µm), est mise en évidence
en microscopie photonique, par coloration à l'encre de chine. Lorsqu'elle
existe elle recouvre la paroi et représente ainsi la structure la plus
externe. La capsule est souvent polysaccharidique parfois polypeptidique.
Sa présence est un signe de virulence car elle protège la bactérie de la
phagocytose.
Les mésosomes sont présents exclusivement chez les bactéries
aérobies. Les mésosomes renferment les enzymes de la chaîne
respiratoire assurant ainsi, la fonction des mitochondries
absentes dans les cellules bactériennes.
Le flagelle expansion membranaire mobile dont le nombre (1 à 8) et
les positions varient selon les espèces bactériennes.
Les pili (poils) (les cils ) plus courts que les flagelles sont des
expansions membranaires visibles uniquement au microscope
électronique. ils sont utiles à l'adhésion aux substrats et
particulièrement aux muqueuses.
Exemple de reproduction asexuée
Scissiparité de la bactérie
Les virus
Le terme de virus signifie poison en latin. Les virus sont des agents d'un
grand nombre de maladies des plus bénignes aux plus graves affectant
tous les êtres vivants Procaryotes et Eucaryotes.
Un virus est généralement spécifique d'une espèce vivante dite espèce
hôte. En dehors de l'hôte, le virus est une particule inerte qui ne
possède ni métabolisme propre, ni capacité de réplication, ni par
conséquent de possibilités d'évolution autonome. Visualisés en
microscopie électronique dans la cellule infectée (cellule hôte), les virus
sont appelés virions.
Le virus de la leucémie bovine fait partie de la famille des rétrovirus et du genre
deltaretrovirus
Ultrastructure et composition chimique
Les virions sont caractérisés par une taille extrêmement
réduite comprise entre 15-30 nm.
Ils sont formés d'un acide nucléique ADN ou ARN
généralement linéaire correspondant à un génome réduit.
l'acide nucléique est protégé par une structure protéique : la
capside
La capside est parfois entourée d'une enveloppe de nature
membranaire composée de phospholipides et de protéines
associés à des glucides. Ces molécules sont en partie
empruntées à l'une des membranes de la cellule hôte lors du
cycle viral.
Coupe schématique du virus de l'immunodéficience humaine (VIH)
Coupe schématique du virus de l'immunodéficience humaine (VIH)
Quelques caractères différentiels des cellules eucaryotes et procaryotes
Cellule procaryote
Cellule eucaryote
Organismes typiques
Bactéries
Plantes, animaux, champignons…
Taille typique
Type
de
noyau
nucléaire)
1- 10 um
10-100 um
Nucleoide, pas de véritable noyau
Vrai noyau avec double membrane
(appareil
ADN
Constitué d'acide désoxyribonucléique associé à
Constitué d'ADN (la presque totalité de
des protéines
l'ADN cellulaire)
- organisé en plusieurs chromosomes, visibles
- formant un chromosome unique, circulaire,
microscopiquement au moment de la division
pelotonné et finement enchevêtré
cellulaire
ARN / synthèse des protéines
Couplé au cytoplasme
Synthèse d'ARN dans le noyau, synthèse de
protéines dans le cytoplasme
Cytoplasme
Pas de réticulum endoplasmique
Pas de cytosquelette
Structuré de façon complexe par le réticulum
endoplasmique et le cytosquelette
Ribosomes
Très nombreux ribosomes, lieu de synthèse Très nombreux ribosomes libres ou sur les
protéique
systèmes membranaires internes
Mouvement de la cellule
Flagelle
Flagelle et cils
Métabolisme
Anaérobie ou aérobie
Habituellement aérobies
Respiration
Pas de mitochondries : enzymes nécessaires
localisés au niveau de la membrane Organites spécialisé : mitochondries
cytoplasmique ou de mésosome
Division de la cellule
Division simple
Mitose
Méiose