Cellule animale

L’Organisation de la Cellule
I) Introduction
Evolution :
On suppose qu’au départ il y a eu formation des premiers ARN capables d’autoreproduction
par réactions spontanées dans la soupe prébiotique ainsi que de polypeptides rudimentaires.
L’ARN a alors commencé à agir comme matrice pour la synthèse des protéines. Une
membrane lipidique douée d’autorefermeture maintenant l’ARN et les protéines à proximité
et les isolant du reste de l’univers apparaît. Celle-ci permet la sélection de l’ARN selon sa
capacité de fabriquer des protéines plus efficaces. Des enzymes crééent alors l’ADN, les
cellules copient l’ARN à partir de l’ADN. L’ADN peut contenir de façon plus stable une plus
grande quantité d’informations génétiques que l’ARN.
On obtient donc une cellule ancestrale procaryote. Les plus anciennes cellules procaryotes sur
Terre datent de -3,5 milliards d’années. Tout d’abord anaérobies, les cellules vont acquérir
une activité photosynthétique créant l’oxygène. Ceci permet l’apparition de cellules aérobies.
Plus tard apparaissent des cellules eucaryotes photosynthétiques puis des organismes
pluricellulaires.
Les cellules anaérobies utilisent la glycolyse pour obtenir de l’énergie. Les premières cellules
procaryotes vont développer la glycolyse, la photosynthèse et la respiration.
La cellule eucaryote : hypothèse d’origine endosymbiotique par incorporation de bactéries
photosynthétiques. La cellule eucaryote est complexe, sa membrane est invaginée ce qui lui
permet d’avoir un rapport surface/volume identique à celui d’une cellule procaryote.
Comparatif procaryote / eucaryote :
CELLULE PROCARYOTE
CELLULE EUCARYOTE
Organisme unicellulaire
Organisme uni ou pluri cellulaire
Absence d’enveloppe nucléaire
Double membrane nucléaire
ADN = 1 seule molécule circulaire attachée à la membrane
ADN = organisée sous forme linéaire en chromosomes
Plusieurs chromosomes par cellule attachés à la lamina
2 étapes de l expression : transcription et traduction
ADN ne contenant pas d’introns
Présence de séquence non codantes (introns)
ARNm très instable traduit dans le cytosol
Maturation de l’ARNm dans le noyau
Absence de maturation de l’ARNm
Absence de membranes intracellulaires
Présence de compartiments clos
Absence de cytosquelette
Présence de cytosquelette
Absence de cholestérol membranaire
Présence de cholestérol membranaire
Présence de paroi de peptidoglycanes
Absence de paroi de peptidoglycanes
2ème membrane gram – chez les bactéries
Compartiments membranaires inter communiquants
Présence d’endo et exocytose
Protéines histones associées à l’ADN
Chez le procaryote, il existe une invagination de la membrane qui retient l’ADN : c’est le
mésosome.

II) Les membranes
Ce sont des doubles couches de 5 nm de molécules lipidiques et protéiques (éléments
essentiels de la diversité et de la spécificité de la membrane).
Au microscope électronique on voit 2 traces sombres séparées d’un espace clair. On distingue
un cell-coat ( ou glycocalix ) sur les lymphocytes.
A) Lipides
1) Les phopspholipides
55% des lipides membranaires sont des phospholipides, dont 50% sont de la
phosphatidylcholine. Les phospholipides sont des molécules amphiphiles ayant une tête
hydrophile et une queue hydrophobe. Le phosphate est chargé – à pH physiologique.
Une insaturation de la chaîne hydrocarbonée provoque une rigidité.
Explication des molécules hydrophiles et hydrophobes : l’eau forme un réseau maintenu par
des liaisons hydrogène, et des molécules polaires peuvent s’introduire dans ce réseau : elles
sont hydrophiles et solubles. D’autres molécules non polaires interrompent ce réseau : elles
sont hydrophobes, insolubles. Les molécules non polaires ne se dispersent pas dans l’eau mais
se regroupent pour que l’entropie diminue le moins possible.
Les queues hydrophobes des phospholipides se regroupent tandis que les têtes polaires sont
exposées à l’eau. Elles forment des bicouches lipidiques stabilisées par interaction des queues
d’acides gras et par les liaisons ioniques entre les têtes. La bicouche forme ainsi une barrière
séparant 2 compartiments hydrophiles. Elle peut aussi former des micelles (goutelettes sans
cavité aqueuse) selon la concentration et l’encombrement spatial de la partie hydrophobe.

Mobilité des phospholipides :
- Diffusion latérale : fréquent
- Rotation sur place : fréquent
- Flexion des chaînes hydrocarbonées : possible
- Changement de feuillet (flip-flop) : très rare, 1 fois par mois. La tête n’arrive pas à traverser
la partie hydrophobe.
La bicouche est décrite comme un fluide bidimensionnel. La fluidité varie de l’état fluide à
l’état visqueux voire cristallin.
Une diminution de la température diminue la fluidité (la température de transition de phase
dépend du degré de saturation des chaînes hydrocarbonées).
Les double liaisons cis empêchent les lipides de s’aligner et d’interagir entre eux, de même
que les chaînes plus courtes : ceci augmente la fluidité.
2) Le cholestérol
C’est une molécule amphiphile qui ne recouvre qu’un seul feuillet de la bicouche (mais se
trouve évidemment sur les deux feuillets). Il a un noyau stéroïde rigide et une chaîne
hydrocarbonée plane.
A température normale, le cholestérol rend la membrane moins fluide. Il rend la bicouche
moins déformable et moins perméable et gène la transition latérale.
A température basse il retarde la transition gel/cristallin, il agit comme fluidifiant en
empêchant l’interaction entre les chaînes hydrophobes.
3) Les glycoplipides
Ce sont des lipides associés à un ou plusieurs sucres. L’oligosaccharide est lié à une céramide
portant 2 chaînes lipidiques. On obtient des gangliosides (plusieurs sucres) ou des
cérébrosides (un seul sucre)
4) Résumé
face extracytosolique: phosphatidylcholine, glycolipides, sphingomyéline
face intracytosolique: phopsphatidylsérine, phopsphatidylinositol, phopsphatidyléthanolamine
Ceci provoque une asymétrie de charge, la choline étant chargée + et la sérine -.
B) Protéines
La bicouche est constituée de 50% de protéines en masse, mais les lipides sont beaucoup plus
nombreux car plus légers.
H2O, CO2, lipophiles (hydrocarbures), O2, petites molécules polaires ont une diffusion libre à
travers la membrane. Les molécules chargées, les grosses molécules (ex : sucre) et les ions ne
diffusent pas librement.
La présence de protéines sur la membrane influe sur la perméabilité. On distingue :
-les protéines intrinsèques : transmembranaires, de la membrane intracellulaire, de la surface
cellulaire
- les protéines périphériques : associées à des protéines transmembranaires
Dans le domaine transmembranaire on trouve des feuillets β ou des hélices α, tous deux
stabilisés par des liaisons hydrogène et ayant des chaînes latérales R hydrophobes
(explications des hélices α et feuillets β dans le cours de molécules).
Protéoglycanes = majorité de sucres
Glycoprotéine = partie protéique plus importante

Ensemble ils forment le glycocalix (cell coat)
C) La pratique : expériences
* Les détergents sont de petites molécules amphiphiles qui peuvent se lier aux régions
hydrophobes d’une protéine membranaire et l’amener en solution. On peut alors replacer la
protéine dans une bicouche artificielle (liposome).
* La cryofracture : on congèle rapidement une cellule puis on la fracture en passant par le plan
médian de la bicouche, entre les 2 feuillets. On pulvérise alors une fine couche de platine sur
les surfaces de la fracture, la poussière de métal se dépose sur la structure comme une ombre
créant une réplique de la surface. On vaporise du carbone pour stabiliser cette réplique de
platine. Après digestion du matériel organique, on peut observer cette réplique au microscope.
D) Position et mouvement des protéines
Une protéine ne peut pas se retourner (flip flop) dans la bicouche au même titre que les
lipides. Elle peut se déplacer de façon latérale : ceci a été prouvé par une expérience :

Les protéines sont rendues visibles par immunofluorescence : des anticorps associées à un
fluorochrome (pouvant absorber la lumière à une longueur d’onde pour émettre sur une autre
longueur d’onde) reconnaissent ces protéines.
Technique FRAP (récupération de fluorescence après photo décoloration)
La vitesse de récupération de la fluorescence est proportionnelle à la vitesse de migration des
molécules. On a trouvé que les protéines se déplacent plus lentement que les lipides.