Voir - ULB

CYTOLOGIE RESUME
1
2
3
4
5
6
Chimie Préparatoire ........................................................................................................... 4
1.1
organisation moléculaire ............................................................................................ 4
1.2
chimie ......................................................................................................................... 4
1.2.1 Atome ..................................................................................................................... 4
1.2.1.1 Organisation de l'atome ................................................................................... 4
1.2.1.2 Valence ............................................................................................................ 4
1.2.2 La molarité ............................................................................................................. 4
1.2.3 Liaisons chimiques................................................................................................. 5
1.2.3.1 liaison covalente .............................................................................................. 5
1.2.3.2 liaison ionique ................................................................................................. 5
1.2.3.3 liaison hydrogène ............................................................................................ 5
1.3
Propriétés physico-chimique en relation avec le maintien du vivant ........................ 5
1.3.1 Importance de l'eau ................................................................................................ 5
1.3.2 la solvatation .......................................................................................................... 5
1.3.3 Acidité / Ph ............................................................................................................ 6
Biochimie ........................................................................................................................... 6
2.1
Molécules organiques ................................................................................................ 6
2.1.1 Les glucides ........................................................................................................... 6
2.1.2 Les lipides .............................................................................................................. 7
2.1.3 Les protéïnes .......................................................................................................... 7
2.1.3.1 structures chimiques ........................................................................................ 7
Thermodynamique ............................................................................................................. 9
3.1.1 conservation de l'énergie ........................................................................................ 9
3.1.2 évolution en physique macroscopique ................................................................... 9
3.1.2.1 Entropie ......................................................................................................... 10
3.1.3 Le concept de l'énergie libre ................................................................................ 10
3.1.3.1 Réactions exergoniques (ou exothermiques) ................................................ 10
3.1.3.2 Réactions endergoniques (endothermiques) ................................................. 10
La cellule .......................................................................................................................... 10
4.1
Technique d'études ................................................................................................... 11
4.1.1 La microscopie (pp: 4-6) ...................................................................................... 11
4.1.1.1 microscopie optique (ou photonique): .......................................................... 11
4.1.1.2 microscopie électronique .............................................................................. 11
4.1.1.3 microscopie à fluorescence ........................................................................... 11
4.1.1.4 préparation des échantillons .......................................................................... 12
4.1.2 Autres techniques ................................................................................................. 12
4.2
Théorie cellulaire (p 6)............................................................................................. 12
4.3
Types de cellules (p 7-8) .......................................................................................... 12
4.3.1 Les cellules procaryotes ....................................................................................... 12
4.3.2 Les cellules eucaryotes ........................................................................................ 12
4.3.2.1 Tailles des différents éléments ...................................................................... 13
4.3.2.2 Exemple de cellules eucaryotes .................................................................... 13
La membrane ................................................................................................................... 14
5.1
définition .................................................................................................................. 14
5.2
Composition chimique ............................................................................................. 14
5.3
Dynamique membranaire ......................................................................................... 15
Métabolisme: énergie de la cellule .................................................................................. 15
6.1
Introduction .............................................................................................................. 15
6.1.1 Termes de base ..................................................................................................... 15
6.1.2 Autotrophes .......................................................................................................... 15
6.1.3 Hétérotrophe ........................................................................................................ 15
6.2
Energie cellulaire ..................................................................................................... 15
6.2.1 respiration cellulaire............................................................................................. 15
6.2.1.1 Glycolyse....................................................................................................... 15
6.2.1.2 La molécule d'ATP ........................................................................................ 16
6.3
les mitochondries ..................................................................................................... 16
6.3.1
morphologie ......................................................................................................... 17
6.3.1.1 membrane externe ......................................................................................... 17
6.3.1.2 chambre externe ............................................................................................ 17
6.3.1.3 membrane interne .......................................................................................... 17
6.3.1.4 matrice ........................................................................................................... 17
6.3.2 Transformation de l'ADP en ATP ........................................................................ 17
7
le cytosquelette................................................................................................................. 18
7.1
Généralités ............................................................................................................... 18
7.1.1 Définition ............................................................................................................. 18
7.1.2 3 types de filaments ............................................................................................. 18
7.1.2.1 Microfilaments d'actine ................................................................................. 18
7.1.2.2 Microtubules ................................................................................................. 18
7.1.2.3 Filaments intermédiaires ............................................................................... 18
7.2
Les microfilaments d'actine ..................................................................................... 18
7.2.1 La forme G ........................................................................................................... 18
7.2.2 La forme F............................................................................................................ 19
7.2.2.1 Polymérisation de l'actine ............................................................................. 19
7.2.2.2 Fonctions ....................................................................................................... 19
7.2.3 Types d'arrangements des fibres d'actine ............................................................. 19
7.2.3.1 protéines associés à l'actine: exemple ........................................................... 19
7.2.4 Poisons de l'actine ................................................................................................ 19
7.3
Les filaments intermédiaires .................................................................................... 20
7.4
Les microtubules ...................................................................................................... 20
7.4.1 Centrioles, centrosomes et COMT ....................................................................... 20
7.4.2 Fonctions .............................................................................................................. 21
7.4.3 Cils et flagelles ..................................................................................................... 21
8
Noyau / mitose / meiose ................................................................................................... 21
8.1
Noyau cellulaire ....................................................................................................... 21
8.2
Interphase ................................................................................................................. 21
8.2.1 Phase G1 .............................................................................................................. 21
8.2.2 Phase S ................................................................................................................. 22
8.2.3 Phase G2 .............................................................................................................. 22
8.2.4 Les "check-point" du cycle cellulaire .................................................................. 22
8.3
Mitose ...................................................................................................................... 22
8.3.1 Prophase ............................................................................................................... 22
8.3.2 Métaphase ............................................................................................................ 22
8.3.3 Anaphase .............................................................................................................. 23
8.3.4 Télophase ............................................................................................................. 23
8.4
méiose ...................................................................................................................... 23
8.4.1 termes de base ...................................................................................................... 23
8.4.2 Première division (division réductionnelle: sépare les paires de chromosomes
homologues) 23
8.4.2.1 Prophase 1 ..................................................................................................... 23
8.4.2.2 Métaphase 1 .................................................................................................. 24
8.4.2.3 Anaphase 1 .................................................................................................... 24
8.4.2.4 Télophase 1 ................................................................................................... 24
8.4.3 Deuxième division: Division équationnelle (sépare les chromatides- soeurs) .... 24
8.4.3.1 Prophase 2 ..................................................................................................... 24
8.4.3.2 Métaphase 2 .................................................................................................. 24
8.4.3.3 Anaphase 2 .................................................................................................... 24
8.4.3.4 Télophase 2 ................................................................................................... 25
8.5
Conclusion ............................................................................................................... 25
8.5.1 mitose ................................................................................................................... 25
8.5.2 meïose .................................................................................................................. 25
8.5.3 possibilité d'évolution?......................................................................................... 25
9
Le réticulum endoplasmique- Golgi- Lysosomes ............................................................ 25
9.1
Le réticulum endoplasmique .................................................................................... 25
9.1.1 Réticulum endoplasmique Granuleux .................................................................. 26
9.1.1.1 Synthèse des protéines .................................................................................. 26
9.1.1.2 Glycosylation ................................................................................................ 26
9.1.1.3 Détoxification ................................................................................................ 26
9.1.1.4 Accumulation d'ions Ca2+ ............................................................................. 26
9.1.2 Le réticulum Endoplasmique lisse (REL) ............................................................ 27
9.1.2.1 Fonctions ....................................................................................................... 27
9.1.2.2 Synthèse des lipides ...................................................................................... 27
9.1.2.3 Détoxification ................................................................................................ 27
9.2
Appareil de Golgi (AG) ........................................................................................... 27
9.2.1 Fonction ............................................................................................................... 27
9.2.2 les Dyctiosomes ................................................................................................... 27
9.2.2.1 Région "Cis" .................................................................................................. 27
9.2.2.2 Région "médiane" ......................................................................................... 27
9.2.2.3 Région "Trans" .............................................................................................. 28
9.2.3 Glycosylation ....................................................................................................... 28
9.3
Les Lysosomes ......................................................................................................... 28
9.3.1 Formation des lysosomes ..................................................................................... 28
9.3.2 Membrane lysosomale ......................................................................................... 28
10 Trafic cellulaire ................................................................................................................ 28
10.1 transport passif ......................................................................................................... 28
10.2 Transport Actif ......................................................................................................... 29
10.3 Endocytose ............................................................................................................... 29
10.3.1 Pinocytose (action de "boire") ........................................................................... 29
10.3.2 phagocytose (action de "manger") ..................................................................... 29
10.3.3 endocytose par récepteurs interposés ................................................................. 30
10.3.3.1 Exemples ..................................................................................................... 30
10.4 Exocytose ................................................................................................................. 31
1 CHIMIE PREPARATOIRE
1.1 ORGANISATION MOLECULAIRE
du plus simple au plus complexe:
particule  atome  molécule  protéine  cellule
1.2 CHIMIE
1.2.1

combiner

nucléaire)
ATOME
Particule d'un élément chimique qui forme la plus petites quantités susceptible de se
élément indivisible sans perte de propriétés physique" (c'est le cas de la fission
1.2.1.1



Organisation de l'atome
A.
particules
+
proton [p ] : charge positive
masse = 1
neutron [n0] : charge neutre
masse = 1
électron [e ] : charge négative masse ~ 0
dans le noyau
dans le noyau
en périphérie
Dans un atome il y a autant de proton que d'électron (pour maintenir une charge neutre).
B.
Les isotopes
c'est une variante du même atome (même nombre de p+ mais nombre différent de n°
 ex: 12C (carbone 12)
p+= 6 n° = 6

p+= 6 n° = 8
14C (carbone 14)
les isotopes ont donc la même propriété chimique (autant de charge positive et de charge
négative), mais pas le même poids.
C.
nombre et masse atomique
Z (nombre atomique)= nombre de proton = nombre d'électron
M (masse atomique)= nombre de proton + nombre de neutron
1.2.1.2
Valence
C'est le nombre d'électron qu'un atome peut échanger avec un autre dans le but d'atteindre
l'octet.
règle de l'octet: la dernière couche d'un atome est stable quand elle possède 8 électrons
1.2.2
LA MOLARITE
une mole = 6,023 . 1023 atomes ou molécule dans 1 litre de solvant
A.
Poids moléculaire
M= poids relatif à l'atome d'H ou 1/12 12C = 1 D(alton)
1 D * 6,023.1023 = 1 g => si M = 180 D
pM= 180g
B.
Molarité
mesure de concentration.
1 molaire= 1 mole/litre de solution
1.2.3
LIAISONS CHIMIQUES
liaisons chimiques = échange d'e-
1.2.3.1
liaison covalente
mise en commun d'e- pour arriver à l'octet
1.2.3.2
liaison ionique
attraction et perte définitive d'au moins un e- d'un "élément positif" (cation) en faveur d'un
"élément négatif" (anion)
stabilité de la molécule assurée par interaction entre charges opposées
=> partage inégal de e- entre 2 atomes
1.2.3.3



liaison hydrogène
liaison faible et temporaire
atome déjà lié attiré par un atome très électronégatifs
délocalisation de charge
1.3 PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUE EN RELATION AVEC LE
MAINTIEN DU VIVANT
réaction chimique du vivant nécessite forcément milieu acqueux
+
+
molécule polaire
-
1.3.1



IMPORTANCE DE L'EAU
échange et transport de molécule
intervient dans l'ensemble des réactions du métabolisme
régulation de la pression osmotique
 chaleur spécifique  inertie thermique
 grande chaleur de vaporisation => température interne constante à forte
température (transpiration)
1.3.2
LA SOLVATATION
Capacité des molécules polaires à venir interagir avec d'autres atomes ou molécules.
= Cl –
= Na+
= H2O
= couronne de solvatation
1.3.3
ACIDITE / PH
dissociation de l'eau:
H2O  H+ + OHH+ est un proton très réactif
OH- est un hydroxyle très réactif
[H+] * [OH-] = 10-14
Dans le cas d'un acide fort (sinon, il existe d'autres formules):
pH = -log [H+]
si acide : pH < 7 ([H+] > [OH-])
si neutre: pH = 7 ([H+] = [OH-])
si basique: pH > 7 ([H+] < [OH-])
2 BIOCHIMIE
2.1 MOLECULES ORGANIQUES
ce sont des molécules composés essentiellement de Carbone et d'Hydrogène.
il en existe 3 types principaux:
 les hydrocarbures (qui sont fabriqués naturellement à partir de vivant)
 les glucides
 les lipides
 et les protéines
Ces 3 derniers sont produits par le vivant pour édifier leur structures et s'adapter au
changement du milieu.
Elles peuvent être synthétiser en laboratoire.
2.1.1





LES GLUCIDES
corps ternaire (3 types d'atomes: C; H; O)
produite surtout par photosynthèse
molécules essentiellement énergique (amidon chez les plantes, glycogène chez
l'animal)
oxydé lors de la respirations cellulaires
3 sortes:
o les monosaccharides (monomère)
o les disaccharides (2 monomères)
o les polysaccharides (polymères)
2.1.2





LES LIPIDES
molécule hydrophobe
réserve énergétique (chaîne carbonée oxydable)
constituante de la membrane avec les protéines
dépourvue de liaisons polaires
plusieurs type de lipides: e.a. phospholipides, cholestérol, glycolipides,…
2.1.3




LES PROTEÏNES
corps quaternaires (C; H; O; N)
servent pour les structures
servent d'enzyme
il existe 3 types de protéines membranaires:
o les intrinsèques
protéine
membrane
o les périphériques ou extrinsèques
o les ancrées dans les lipides
acide gras


milieu extérieur
rendent compte de la spécificité et diversité membranaires
échanges cellules  milieu extérieur
o réceptionneur de signaux
o identité de la cellule
2.1.3.1



structures chimiques
A.
acides aminés
constituant des protéines
différenciés par le radical (20 sortes différentes)
fonction carboxylique COOH (acide)


fonction amine NH2 (base)
atome H
B.
lien peptidique
+
acide aminé 1
acide aminé 2
----------------------------------------------------------------------------------
+ H2O
dipeptide


la Nature et la fonction d'une protéine seront déterminées par le nombre et le type
d'AAs.
c'est l'ensemble des interactions ("ponts hydrogène", "ponts disulfures", AA polaires,
hydrophobes,…) qui donneront à la protéine sa forme particulière.
C.


niveau d'organisation dans la structure des protéines
structure primaire: succession des AAs dans une chaîne simple
structure secondaire: disposition de la chaîne d'AAs qui se tord en créant des ponts
hydrogène
o 2 types de structure secondaires tridimensionnelles:
 hélice  (chaîne d'AAs qui s'enroule en spirale)



feuillet plissé  (ruban)
o Ces structures sont hydrophobe : permet aux hélices de traverser la membrane.
structure tertiaire: reploiement en fonction des liens disulfures (à partir de groupe
sulfhydryls [-SH])
structures quaternaire: association de plusieurs chaînes polypeptidiques
Certaines molécules sont propres à une cellules, ce sont essentiellement les protéines et
glycoprotéines disposées à la surface de la membrane.
3 THERMODYNAMIQUE
2 principes de Carnot:
3.1.1
CONSERVATION DE L'ENERGIE
premier principe de Carnot: l'énergie totale de l'univers est constante. Donc: ni création, ni
destruction d'énergie; mais changement de forme
3.1.2
EVOLUTION EN PHYSIQUE MACROSCOPIQUE
second principe: dans un système ouvert toute transformation d'énergie tend spontanément
vers le désordre (entropie)
3.1.2.1
Entropie
définition: tendance d'un système évoluant spontanément vers un état de plus basse énergie:
le désordre.
Les structures ordonnées ont tendance à augmenter leur entropie
L'entropie d'un système isolé ne peut que croître ou rester stationnaire.
3.1.3
LE CONCEPT DE L'ENERGIE LIBRE
Définition : capacité à produire un travail, de mouvoir une masse contre une force qui s'y
oppose
Un processus spontanée est un changement qui se fait sans l'utilisation d'énergie externe et
conduit à un état plus stable.
L'énergie libre est une mesure d'instabilité d'un système = portion de l'énergie
potentielle qui est disponible pour faire un travail.
Le changement d'énergie d'un système est marqué par un G
G= H – T.S
G= énergie libre
H= enthalpie (énergie emmagasinée à l'intérieur d'une molécule au cours de sa formation)
S= entropie
T= 298°K
3.1.3.1






G <0
réaction spontanée mais peut nécessiter de l'énergie d'activation
dégage de l'énergie
R  P + énergie
H < 0 et Hproduit < Hréactif
exemple: rupture de l'ATP
3.1.3.2





Réactions exergoniques (ou exothermiques)
Réactions endergoniques (endothermiques)
réaction non spontanée, nécessite de l'énergie en permanence
absorbe de l'énergie
R + énergie  P
H > 0 et HP > HR
exemple: transformation de l'ADP en ATP
4 LA CELLULE
4.1 TECHNIQUE D'ETUDES
4.1.1
LA MICROSCOPIE (PP: 4-6)
 Création par Hook: il observe des cellules et leur compartiments
au même moment, Leeuwenhoeck : observe des organismes unicellulaires
 résolution= capacité à distinguer deux points proches comme distinct
( différent de l'agrandissement)
 la résolution dépend de la longueur d'onde du rayonnement utilisé.
4.1.1.1



agrandissement: +/- 2000X
résolution limitée à la lumière visible: +/- 2µm
permet étude de la cellule (pas celle des organites)
4.1.1.2



microscopie optique (ou photonique):
microscopie électronique
agrandissement : 100.000 X (et plus)
résolution augmentée grâce à l'utilisation des e- au lieu des photons: 0.2nm
permet étude des organites, des molécules d'ADN….
A. A transmission
– Identique au microscope
photonique, faisceau d’
électrons au travers d’un
spécimen
– Électrons passe au travers de
l’échantillon et frappe un
écran fluorescent
– Excellente résolution (0.2nm)
4.1.1.3




B.
A balayage
– Électrons
diffractés
– Résolution moins
bonne (10nm)
– Images en relief
microscopie à fluorescence
utilisation particulière du microscope photonique
lumière monochromatique (utilise une fréquence donnée)
permet l'étude spécifique d'une protéine (donc détails structurels)
préparation difficile
4.1.1.4
A.
B.
préparation des échantillons


fixation des structures
but: empêcher la dégradation des structures
moyen: formol, acétone, Azote liquide



inclusion
but: permettre des coupes fines. (grâce au microtome)
étape 1: déshydratation: alcool ou toluol
étape 2: rigidification: paraffine
C.
coloration
 but: permettre l'observation (la cellule étant peu ou prou transparente)
 but: marquage différentiel grâce aux affinités
 hématoxyline – éosine, bleu de toludine, substances fluorescentes, sels de
métaux lourds.
D.


4.1.2
coupe fine ou ultrafine
but: permettre l'observation (il faut que la lumière traverse)
microtome (appareil à rasoirs)
AUTRES TECHNIQUES
utilisation d'autres techniques pour détailler (et découvrir parfois), des éléments particulier.
(((pensez à les décrire ici pour éviter de surcharger le cours)))
4.2 THEORIE CELLULAIRE (P 6)
en 1839: M. Schleider et T. Schwann :
 la cellule est la plus petite entité vivante
 tout être vivant est composé de cellules
 toutes cellules provient d'une autre cellule
4.3 TYPES DE CELLULES (P 7-8)
4.3.1
LES CELLULES
4.3.2
PROCARYOTES
 monères (unicellulaire)
 pas de noyau
 pas d'organites
 présence de membranes plasmiques
(en polysaccharide)
LES CELLULES
EUCARYOTES




plantes, animaux
présence d'un noyau distinct
présence d'organites
présence d'une membrane phospho-
lipidique
Les organismes pluricellulaires sont des organisations de cellules spécialisées (ce qui permet
une séparation des tâches.
4.3.2.1
Tailles des différents éléments
cellule
noyau
mitochondries
ribosomes
microtubules
microfilaments
membranes
Protéines filamenteuses (collagène)
Protéines globulaires (myoglobine)
Double hélice d’ADN
4.3.2.2
5-50 µm
5 µm
1-4 µm
15-20 nm
24 nm
8 nm
5-10 nm
100 nm
3-4 nm
2 nm
Exemple de cellules eucaryotes
A.
La cellule végétale
trois particularités:
 paroi cellulaire (cellules rigides)
 vacuoles (régulation de la turgescence)
 chloroplastes (comprend la chlorophylle, permet la photosynthèse)
B.
a.
b.
c.
La cellule animale




cellules nerveuses
présence d'un prolongement: l'axone
conduit l'information par dépolarisation
communication par "neurotransmetteur" à travers les synapses
fonction: transmission de l'information


cellules musculaires
différenciation grâce à deux protéines: myosine et l'actine
fonction: contraction


cellules de la peau
cellules aplaties formant des couches de grandes surface
fonction: protection mécanique et recouvrement
d.
cellules sanguines
différents types de cellules
 globules rouges (cellules anucléés: sans noyau) transport de l'oxygène
 leucocytes ou globules blancs défense face aux infections
e.
C.



Cellules intestinales
cellules épithéliale
organisation polarisée
fonction: absorption sélective des nutriments

Les virus
parasite des cellules eu_ et procaryotes


ne peut survivre seul (aucune "machinerie" de production de protéine)
ne peut se dupliquer seule (aucune "machinerie" de duplication de l'ADN)
Ce n'est donc pas au stricto sensu vivant. MAIS son génome contient les informations à
même de satisfaire aux préceptes du vivants
5 LA MEMBRANE
5.1 DEFINITION




enveloppe d'environ 8nm d'épaisseur
rôle important dans les échanges
dans les mécanismes de reconnaissance
transmission de certaines informations
5.2 COMPOSITION CHIMIQUE




composé principalement de phospholipides et de protéine
c'est une mosaïque fluide car les phospholipides et protéines peuvent se déplacer
les phospholipides constituent la majorité de la membrane. Ils sont répartis en une
double couche.
tête hydrophile
queue hydrophobe
le cholestérol (uniquement dans les cellules animales) modifient la fluidité en
s'insérant entre les lipides
Propriétés de la membrane:
 laisse passer les molécules hydrophobes
 les molécules hydrophiles traversent grâces aux protéines transmembranaires
5.3 DYNAMIQUE MEMBRANAIRE
d'autres types d'échanges existent sans "traversée membranaire directe". Ce sont les processus
d'endocytose et d'exocytose (cfr 10 : trafic cellulaire)
6 METABOLISME: ENERGIE DE LA CELLULE
6.1 INTRODUCTION
6.1.1




TERMES DE BASE
Métabolisme : ensemble des réactions chimique au sein d'un être vivant
enzyme: accélérateur de la vitesse de réaction
catabolisme: dégradation de molécules (réaction exothermique : énergie réactif >
énergie produits)
anabolisme: construction de molécules (réaction endothermique: énergie réactifs <
énergie produits)
6.1.2
AUTOTROPHES
Ce sont les bactéries photosynthétiques et les plantes supérieures.
Ils utilisent comme source de C, le CO2 de l'air.
besoin d'eau et d'énergie (dans notre biosphère, il s'agit de l'énergie lumineuse du soleil)
 6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse (hv)  C6H12O6 + 6 O2
6.1.3
HETEROTROPHE
Ce sont les micro-organisme et animaux supérieurs
Ils utilisent comme source de carbone (et d'énergie) les molécules de types glucides.
ils catabolisent donc les molécules organiques des autotrophes ou d'autres hétérotrophes et en
récupère l'énergie…
6.2 ENERGIE CELLULAIRE
6.2.1
RESPIRATION CELLULAIRE
2 phases
 oxydation des glucides ou glycolise(réaction exothermique)
L'énergie produite n'est pas directement utilisable par la cellule. Elle doit être convertie en Adénosine
Tri Phosphate (ATP)
 production des molécules d'ATP (réaction endothermique)
6.2.1.1
A.


Glycolyse
glycolyse anaérobie
absence d'oxygène
milieu extra-mitochondriale (dans le cytosol)











série de réactions biochimiques (isomérisation, phosphorylation, oxydation et rupture
de la molécule)
passage de glucose (C6H12O6) en acide pyruvique (CH3-CO-COOH)
production de 2 ATP/molécule de glucose
dégradation incomplète du glucose
se passe avec des levures dans des milieux sucrés sans oxygène
B.
Glycolyse aérobie
dégradation complète du glucose
au sein du cycle de Krebs (se passe dans la mitochondrie)
production de 38 molécules d'ATP
première phase dans le cytoplasme= glycolyse anaérobie (2ATP)
deuxième phase dans les mitochondries (36ATP)
produits finaux: H2O et CO2
6.2.1.2
La molécule d'ATP




nucléotide (une base, un sucre, un groupement phosphate)
base= Adénine
Sucre= Ribose
phosphate= 3 phosphates


le groupement phosphate est riche en énergie et instable.
en général: transfert du groupement phosphate de l'ATP vers autre molécule: Cette
phosphorylation des molécules par l'ATP est à la base de la plupart du travail
cellulaire.
Dans toute la cellule: hydrolyse de l'ATP
ATP  Adénosine Di-Phosphate (ADP) + Pi + énergie
dans la mitochondrie: phosphorylation oxydative de l'ADP
ADP + Pi + énergie  ATP


6.3 LES MITOCHONDRIES




spécifique des eucaryotes aérobies (aussi bien animal que végétal)
But: transformation l'énergie libérée par le catabolisme des glucides en ATP par
phosphorylation de l'ADP.
Spécificité: capacité de se reproduire lui-même.
Durée de demi-vie: 5-10jours
6.3.1

MORPHOLOGIE
taille: 0,5 à 1 m de diamètre. longueur maximale: 10
6.3.1.1



lisse
bicouche lipidique (60% protéines / 40% lipides)
constituée de porines pour le transport
6.3.1.2







matrice
occupe la chambre interne
contient molécules d'ADN; enzymes pour le cycle de Krebs, ribosomes, ARN
6.3.2


membrane interne
plissée (augmentation de la surface=> stockage max d'enzymes –les oxysomes-)
2 faces: une interne vers la matrice mitochondriale, une externe vers la chambre
externe
80% protéines/20% lipides
peu perméables aux ions
nombre de crêtes proportionnel à l'activité de la cellule
forme des crêtes variables selon fonctions et activité de la cellule
6.3.1.4


chambre externe
entre la membrane externe et la membrane interne
communique avec les lumières des crêtes
6.3.1.3


membrane externe
TRANSFORMATION DE L'ADP EN ATP
protéines, glucides, lipides alimentent le cycle de Krebs en pyruvate
protéines et lipides dégradés et passent par la formation de acétylCoA (acétyl
coenzyme A)
au cours du cycle: formation de cofacteurs réduits (NADPH) qui transportent e- à
haute énergie


Au niveau de la membrane interne: enzymes se servent de cette énergie pour
concentrer H+ dans espace inter-membranaire
dissipation du gradient d'ion H+ à travers molécule (F1/F0 ATPase) transforme ADP
en ATP
7
LE CYTOSQUELETTE
7.1 GENERALITES
7.1.1
DEFINITION
Le cytosquelette est un réseau complexe de polymères protéiques filamenteux qui structure le
cytoplasme des cellules eucaryotes permettant à celles-ci d'adopter une grande variété de
changements morphologiques.
7.1.2
3 TYPES DE FILAMENTS
7.1.2.1



taille: 7 à 9 nm de diamètre
architecture de la cellule en lui conférant une forme particulière
dynamique de polymérisation préside à divers mouvements cellulaires
7.1.2.2





Microtubules
taille: 25 nm de diamètre
constitué de dimères de Tubuline α et β.
dynamique des ≠ transports
mouvement intracellulaire des organites et certaines vésicules (avec d'autres
protéines)
séparation des chromosomes lors de la mitose et de la méiose par dynamique de
polymérisation.
7.1.2.3


Microfilaments d'actine
Filaments intermédiaires
monomère de base différent et spécifique selon le type de cellule
absent des cellules eucaryotes végétales
7.2 LES MICROFILAMENTS D'ACTINE



polymère d'actine
2 formes d'actine
o forme G (globulaire / monomère)
o forme F (filaments / polymère)
Existe dans toutes les cellules eucaryotes (5% dans les non-musculaires/ jusqu'à 20%
dans les musculaires)
7.2.1

LA FORME G
poids moléculaire: 42Kda


caractérisé par une petite fente qui permet à l'ATP de s'y positionner.
Stabilisé sous la forme polymérisée quand occupée par l'ATP
7.2.2


LA FORME F
polymérisation de l'actine
forme d'un filament torsadé
7.2.2.1




présence d'une polarité sur les microfilaments d'actine
état permanent d'"assemblement - désassemblement"
extrémité "-" tend à perdre des molécules d'actine G (dépolymérisation)
extrémité "+" tend à associer des molécules d'actine G (polymérisation)
7.2.2.2





TYPES D'ARRANGEMENTS DES FIBRES D'ACTINE
faisceau parallèle serré: // entre eux
faisceau semblable à un gel: aléatoirement
faisceau contractile: //
7.2.3.1







Fonctions
soutien de la cellule
architecture
formation des microvillosités
résistance mécanique (fibres de tension ou "stress fibers")
motilité cellulaire (de la cellule ou des organites) (avec la myosine)
7.2.3



Polymérisation de l'actine
protéines associés à l'actine: exemple
β-thymosine : régulation de la concentration d'actine au moment de la polymérisation
fibrine: assemblage des microfilament (cfr microvillosité)
myosine: moteur moléculaire
filamine: organisation de l'actine en réseau lâche de grande maille
A.
cas particulier: la myosine
protéine filamenteuse de structure hétérogène par rapport à l'actine
associé à l'actine : permet la contraction musculaire
jusqu'à 35% dans les cellules musculaire
7.2.4
POISONS DE L'ACTINE
2 toxines:
 cytochalasine: se lie à l'extrémité "+" empêchant la polymérisation. La protéine
continue cependant à se dépolymériser jusqu'à disparaître
 phalloïdine: se lie le long du filament et le stabilise (blocage de la dynamique).
Techniquement: associée à un marqueur fluorescent permet de rendre l'actine visible
7.3 LES FILAMENTS INTERMEDIAIRES






tailles intermédiaires entre l'actine et les microtubules.
forment la "Lamina propria" dans le nucléoplasme pour faire le soutien de la
membrane nucléaire
insoluble et stable
fonction de cohésion des autres systèmes de microfilaments et microtubules
assurent le maintient de la forme cellulaire
interaction entre cellules
7.4 LES MICROTUBULES




diamètre: 25nm
long polymères rigides
hétérodimère de tubuline α et β
microtubule: forme de tube creux
7.4.1
CENTRIOLES, CENTROSOMES ET COMT
Centriole = 9 triplets de microtubules
Centrosome= 2 centrioles à 90° + protéines qui structurent
COMT: (ou Centre Organisateur des MicroTubules) = protéines autres + tubuline γ. Les
tubulines α et β s'y accroche par l'extrémité "-" et se forme par l'extrémité "+"
7.4.2




transport au sein de la cellule
mouvement par polymérisation/ dépolymérisation
déplacement des vésicules et particule (en association avec Kinésine et dynéine).
structure des cils et flagelle
7.4.3



FONCTIONS
CILS ET FLAGELLES
structure identique.
cils (court) ≠ flagelle (long)
association en cylindre de 9 doublets de micro-tubules.
8 NOYAU / MITOSE / MEIOSE
8.1 NOYAU CELLULAIRE




entouré par une membrane
présence de pores membranaire (passage bidirectionnel de messagers et facteurs
protéiques.
dépositaire de l'information codée sous forme de gènes.
Nucléole: lieu de synthèse de l'ARNm et de l'ARNr (cfr chapitre sur les ribosomes)
8.2 INTERPHASE



périodes comprises entre fin d'une division et début de la suivante
ADN sous forme de chromatine
3 phases: G1, S (synthèse de l'ADN), G2 (synthèses des protéines nécessaires pour la
mitose)
8.2.1





PHASE G1
période de la fin de la mitose à la synthèse de l'ADN
absente durant les premières divisions qui suivent la fécondation.
durant dvlpt embryonnaire: spécialisation des cellules
la cellule "décide" si poursuite ou non du cycle. (si non: passage en G0, c'est le cas
des neurones)
2n chromosomes, constant durant toute la phase G1

expression différentielle de certains gênes -> production de certaines protéines ->
phénotype cellulaire.
8.2.2




PHASE S
duplication du matériel génomique
réplication de l'entièreté de l'ADN par l'ADN-polymérase
enroulage autour des histones
synthèse ARNm des histones uniquement
histone
 protéine basique
 => attirance électrostatique avec ADN
8.2.3
PHASE G2
Uniquement synthèse des protéines nécessaires à la mitose
8.2.4


LES "CHECK-POINT" DU CYCLE CELLULAIRE
dû à une protéine: la cycline
o synthétisé à taux variable au cours du cycle (d'où son nom)
o libérés en cascade, elle conduit la cellule vers une division
Check-point = point de non-retour
o 1 en fin de mitose: décide d'aller vers G0 ou G1
o 1 en G1: précède la mise en route de la réplication
o 1 en G2: pré-mitose
8.3 MITOSE
passe d'1 cellule à 2N chromosomes  2 cellules à 2n chromosomes
8.3.1
PROPHASE
 ADN couplé aux histones
 3 enroulements
o 1er: hétérochomatine autour de nucléosome;
o 2ème chromonéma;
o 3ème chromatide (1 chromosome= 2 chromatides)
 Désagrégation de la membrane nucléaire
 Duplication centriole, formation du fuseau achromatique
8.3.2
METAPHASE
 chromosomes sur la plaque équatoriale
 centromères fixés aux fibres (1 chromosome/fibre)
8.3.3
ANAPHASE
 clivage du centromère
 migration des chromosome par dépolymérisation du
microtubule
8.3.4
TELOPHASE
 reformation de la membrane nucléaire autour des
chromatise
 décondensation des chromosomes
 étranglement de la cellules
 partage du cytoplasme et des organites
8.4 MEIOSE
1 cellule 2n chromosomes (diploïde)  4 cellules 1n chromosomes (haploïde)
8.4.1
TERMES DE BASE
chromonéma: résultat du 2ème enroulement de l'ADN
chromatide: résultat du 3ème enroulement de l'ADN
chomosome: 2 chromatides reliées par un centromère
bivalent: 2 chromosomes homologues
tétrade: bivalent
chromatide-sœur: 2 chromatides d'un même chromosome

8.4.2
PREMIERE DIVISION (DIVISION REDUCTIONNELLE: SEPARE LES
PAIRES DE CHROMOSOMES HOMOLOGUES)
8.4.2.1
Prophase 1
 Stade leptotène: ADN se condense grâce aux histones =>
chromonéma
 Stade zygotène: spiralisation jusqu'en chromosome et se placent par
pair
 Stade pachytène: chaque pair forme 1 bivalent
 Stade diplotène: les chromatides des tétrades se croisent et se soude:
lieu des "chiasmas"
 stade diacinèse: tétrades se défont: échange, aux chiasma de segment
de chromatide (crossing-over)
8.4.2.2
Métaphase 1
 placement sur la plaque équatoriale
 placement sur les microtubules du fuseau achromatique
8.4.2.3
Anaphase 1
 Les chromosomes migrent vers les pôles.
 division réductionnelle
8.4.2.4
Télophase 1
 division de la cellule en 2 cellules fille
 peu de décondensation
 pas de reformation du noyau
8.4.3
DEUXIEME DIVISION: DIVISION EQUATIONNELLE (SEPARE LES
CHROMATIDES- SOEURS)
8.4.3.1
Prophase 2
 très courte
 formation du fuseau achromatique
8.4.3.2
Métaphase 2
 fixation des chromosomes par le centromère sur les fibres du fuseau
8.4.3.3
Anaphase 2
 clivage des centromère
 séparation des chromatides
8.4.3.4
Télophase 2
 étranglement des cellules filles
 formation des 4 cellules à n chromosomes
8.5 CONCLUSION
8.5.1




= division d'une cellule mère en 2 cellules filles avec même patrimoine génétique
se produit chez toutes les cellules eucaryotes
croissance des pluricellulaires
reproduction des unicellulaire
8.5.2


MEÏOSE
division d'une cellule diploïde en 4 haploïdes
uniquement dans un cycle de reproduction sexuée
8.5.3


MITOSE
POSSIBILITE D'EVOLUTION?
chez les unicellulaires: mutation spontanée et pression sélective
chez les pluricellulaires: capacité de réarrangement avec les crossing-over => plus
grande capacité d'adaptation (car + de combinaisons)
9 LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE- GOLGILYSOSOMES
9.1 LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE




système de cavité dans le cytoplasme
série de parois, de tubule et de canaux.
une portion avec ribosome : le Réticulum Granuleux (REG)
une autre sans : le Réticulum Lisse (REL)
9.1.1
RETICULUM ENDOPLASMIQUE GRANULEUX
appelé aussi : "rugueux" ou REG
 comportent des ribosomes en surface d'où: synthèse des protéines (uniquement les
sécrétoires)
 participe aux réactions de détoxification
 transfert des sucres sur les protéines (avec enzyme)
 "réservoir" d'ions Ca2+, qui est un second messager cellulaire
9.1.1.1
Synthèse des protéines
 un peptide est reconnu par une Particule de Reconnaissance du Signal (SRP)
 ce complexe est fixé sur les récepteur reconnaissant le SRP
 libère alors le peptide signal.
Début de la traduction (voir les ribosomes)
lors de la synthèse de polypeptide par ribosome attaché au réticulum:
 la protéine entre dans le réticulum
 perd sa configuration native
 subit des modifications "post-traductionnelle" (genre glycosylation)
une fois la protéine parachevée:
 le réticulum bourgeonne
 forme une vésicule à destination de l'appareil de Golgi.
9.1.1.2


mécanisme enzymatique
but: ajout de motifs saccharidiques à des protéines (d'où: changement de solubilité,
stabilité et charge des protéines)
9.1.1.3

Détoxification
transformation et catabolisme de certains substrats hydrophobes en composé
hydrophile (permet leur excrétion)
9.1.1.4


Glycosylation
Accumulation d'ions Ca2+
présence d'une pompe calcique
stocke le Ca2+ sous une forme liée à une protéine
9.1.2
LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE (REL)
9.1.2.1



synthèse des lipides et hormones stéroïdes
Accumulation d'ions Ca2+
Détoxyfication
9.1.2.2



Synthèse des lipides
partagé avec Golgi
Formation de lipide pour la membrane cellulaire
intégré à des vésicules qui fusionnent avec la membrane.
9.1.2.3


Fonctions
Détoxification
Elimination des toxines du corps
REL très développé dans les cellules du foie, des intestins, des reins, des poumons et
de la peau
9.2 APPAREIL DE GOLGI (AG)


Ensemble de cavités circonscrites unitaires (saccules)
JAMAIS de ribosome
9.2.1


FONCTION
Glycosylation des protéines
tri des protéines
9.2.2
LES DYCTIOSOMES
empilement de saccules aplaties + grandes vacuoles en périphérie
9.2.2.1




CGN (Cis Golgi Network) face au REG
vésicules du REG fusionne avec
la protéine se mature en traversant les saccules
processus de maturation post-traductionnelle
9.2.2.2

Région "Cis"
Région "médiane"
entre région "cis" et "trans"



Nombre de saccules variable (en fonction de l'activité cellulaire)
maturation post-traductionnelle
transport entre "Cis" et "Trans"
9.2.2.3






réseau tubulo-vésiculaire (TGN: Trans Golgi Network)
"Tri" par destination précise
Adressage sélectif (réponse à un stimulus)
ou
Adressage non-sélectif (façon continue)
protéines G interviennent dans la fusion des vésicules et leur transport
protéine G agit comme un switch ON-OFF
9.2.3

Région "Trans"
GLYCOSYLATION
achèvement de la glycosylation débutées dans le REG
9.3 LES LYSOSOMES






organites dont les protéines sont des enzymes protéolytiques
fonction de digestion intracellulaire
pH acide (4,5 – 5,5)
pompe à proton dans la membrane (pour maintenir le pH acide)
élimination des déchets cellulaires
hydrolyse de grosses molécules (passage de protéines en AAs, par ex.)
9.3.1



Hydrolase venant du REG glycolysés (= lysosomes primaires)
bourgeonnement du TGN
vésicules recouvertes de clathrine
9.3.2





FORMATION DES LYSOSOMES
MEMBRANE LYSOSOMALE
pompes à proton (H+)
traversée libre des petites molécules + liposolubles
perméabilité sélective
protection contre les enzymes du lysosomes: protéases
présence de pores grâce aux porines (permet la sortie des aa's vers le cytosol)
10 TRAFIC CELLULAIRE
10.1 TRANSPORT PASSIF


membrane semi perméable
loi de diffusion
+concentré
molécules
- concentré

osmose
+concentré
- concentré
eau
10.2 TRANSPORT ACTIF



permet un déséquilibre de concentration
se fait grâce à des protéines transmembranaire qui jouent un rôle de ségrégation
(pompe H+, pompe NA+/K+,…)
dépense d'énergie (donc consommation ATP), donc appelé transport ACTIF
10.3 ENDOCYTOSE

phénomène qui est impliqué quand une cellule absorbe une molécule voire une
particule de taille conséquente
10.3.1




entrée non spécifique
petites gouttelettes avec composé dissous
invagination de la membrane (  rôle de l'actine)
création de vacuoles de pinocytose
10.3.2




PINOCYTOSE (ACTION DE "BOIRE")
PHAGOCYTOSE (ACTION DE "MANGER")
incorporation de grosses particules ou de débris cellulaire
déformation de la membrane
formation à partir de la membrane de pseudopodes ( rôle de l'actine)
création de vacuole de phagocytose ou de phagosomes
10.3.3
ENDOCYTOSE PAR RECEPTEURS INTERPOSES





spécifique
endocytose des complexe "ligand- récepteur"
localisation des récepteurs dans les puits recouverts de clathrine.
une fois la vésicule formée: perte de la clathrine.
vésicule fusionne avec des compartiment membranaire: les endosomes.


communication cellule/environnement par l'intermédiaire de récepteurs membranaires
permet de contrôler divers fonctions (apport de nutriment, réponses aux hormones,
capture d'antigène,…)
10.3.3.1


Exemples
Absorption du cholestérol par des récepteurs LDL:
o Vésicule tapissée de clathrine
o Fusion avec des endosomes
o Découplage récepteur/ligand par acidification
o libération du cholestérol dans la cellule
o recyclage des récepteurs
transferrine (protéine chargée de fer)
o intermédiaire d'un récepteur spécifique présent dans le plasma
o transferrine livre le fer dans le compartiment lysosomial
o récepteur à la transferrine recyclé à la surface de la membrane plasmique
10.4 EXOCYTOSE



excrétion de produits
o vésicules se déplace dans le cytoplasme vers la périphérie
o fusion avec la membrane
o déversement dans le compartiment extracellulaire
deux type d'exocytose:
exocytose constitutive: sécrétion en continue
exocytose régulée: déclenchée par des stimuli extérieurs. Régulée au niveau de la
fusion des vésicule avec la membrane. Fournit des protéines libérés de manière exo ou
endocrine.