Cours 1 - Généralités sur la cellule

Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule
BIOLOGIE CELLULAIRE
Cours 1 - Généralités sur la cellule
Pr Maier
I. La cellule
A. Définition
B. Théorie de l’évolution
C. Les différentes classes de cellules
II. Procaryotes
A. Éléments constitutifs
B. Le cytoplasme
C. La membrane plasmique
III. Eucaryotes
A. Éléments constitutifs
B. Le noyau
C. Le cytoplasme
IV. Métazoaires
A. Définitions
B. Différenciation
C. Mort cellulaire et cancer
D. Agents pathogènes
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1
Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule
I.
LA CELLULE
A. Définition
Il s’agit d’un compartiment délimité par une membrane et rempli d'une solution con centrée d’éléments
chimiques. C’est la plus petite unité capable de vie autonome et de reproduction et également le véhicule
de la transmission de l’information génétique. C’est l’unité fondamentale structurale et fonctionnelle de
tout être vivant.
?
?
Molécules organiques => Cellules => Organismes
B. Théorie de l’évolution
•
•
Variation (erreur de réplication) => mutation de l’information génétique
Sélection (ressources limitées) => par compétition
La cellule ancestrale commune : il s’agirait d’un compartiment avec
– Membrane biologique
– Synthèse des protéines contrôlée par des acides nucléiques
– Réplication des acides nucléiques (ARN, plus tard ADN)
Les compartiments cellulaires clos présentent un avantage sélectif (exemple théorique) :
•
•
Sans compartiment: la protéine
agit
sur tous les ARN dans l’environnement.
Avec compartiment: la protéine agit seulement sur les ARN de son compartiment.
(compartimentation => spécificité, efficacité)
C. Les différentes classes de cellules
Grec : « Carion » = noyau, « proto » = Premiers, avant. => Procaryotes
« Eucaryotes » = Vraiment nucléés.
1. Procaryotes
L’absence de noyau en fait les cellules les plus simples. Ils sont forcement unicellulaires. Ex: Bactéries
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1.4 La cellule - relation avec la taxinomie des organismes
1.4 La cellule
relation avec la taxinomie des organismes
Biologie cellulaire - Généralités
sur la-cellule
domaines et 6 règnes
2. Classification
Eucaryotes des êtres vivants en 3Classification
des êtres vivants en 3 domaines et 6 règnes
Bactéries
Eucaryotes
Ce sont des cellules
pourvues d’un Archées
noyau :
Bactéries
Archées
Eucaryotes
Unicellulaires
Multicellulaires
• Organismes unicellulaires – Protistes
Unicellulaires
Multicellulaires
Procaryotes
Procaryotes
Procaryotes
Procaryotes
Ex : Levures,unicellulaires
diatomées (algueunicellulaires
monocellulaire), Protistes
Protistes
unicellulaires unicellulaires
Algues
protozoaires
Végétaux
Algues
Végétaux
(Métaphytes)
• Organismes multicellulaires → 3 règnes :
(Métaphytes)
– Champignons
Champignons
Fongiformes
– Végétaux
Champignons
Fongiformes
(Mycètes)
(Mycètes)
– Animaux (Métazoaires)
Cellule
ancestrale
La différence entre Archées
et Bactéries, c'est que
les Archées sont des commune
procaryotes capables de vivre
dans des situations extrêmes (dans des volcans,
lieux très acides etc...).
II.
Protozoaires
Cellule
ancestrale
commune
Animaux
Protozoaires
(Métazoaires)
Animaux
(Métazoaires)
PROCARYOTES
A. Éléments constitutifs2.1
(compartimentation
minimale)
Procaryotes
2.1 Procaryotes
Ils sont constitués :
Eléments constitutifs (compartimentation minimale) :
• D'une membrane
plasmique plasmique
Eléments constitutifs (compartimentation minimale) :
- Membrane
• Du cytoplasme (absence
de noyau)
- Cytoplasme
(absence de noyau) - Membrane plasmique
- Cytoplasme (absence de noyau)
- (Taille
0.3 --22μm.
mm)
Leur taille est comprise
entre: 0.3
- (Taille : 0.3 - 2 mm)
Structure d’une bactérie (E. coli) :
(E. coli) :
ParoiStructure d’une bactérie
Espace
(facultative)
périplasmique
Paroi
(facultative)
Membrane
plasmique
ADN bactérien Ribosomes
Membrane
plasmique
Espace
périplasmique
ADN bactérien Ribosomes
A. Le cytoplasme : éléments constitutifs nécessaires à
M Maier / PACES / 2012-13 / UE2 BiolCell
Généralités sur la cellule
M Maier / PACES / 2012-13 / UE2 BiolCell
3
1. La synthèse de protéines
Généralités sur la cellule
•
•
•
•
Une seule macromolécule d'ADN circulaire (le chromosome) associée à la membrane plasmique
Enzymes de réplication de l’ADN (pour la division cellulaire)
Facteurs de transcription (régulation de l’expression génique)
Ribosomes : synthèse de protéines cytoplasmiques
– Ribosomes libres
– Polysomes (ensemble de ribosomes reliés entres eux)
2. La production d'énergie
Machinerie de synthèse d’ATP => échange d’énergie par phosphorylation au niveau du substrat (ex. sucres)
=> Glycolyse (fermentation)
=> Métabolisme anaérobie (sans oxygène)
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Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule
Bilan simplifié :
Glucose => eau + adénosine 5’-triphosphate
=> H2O + ATP
On ne peut pas parler de « respiration » cellulaire car l'oxygene n'entre pas en jeu dans la reaction.
B. La membrane plasmique
1. Éléments constitutifs nécessaires à la formation du compartiment
La membrane plasmique est constituée d’une bicouche de phospholipides (composés structuraux
insolubles), de protéines membranaires (transporteur, récepteur) et d’une machinerie de synthèse de
protéines membranaires ou des protéines sécrétées (ribosomes liés à la membrane plasmique).
2. Fonctions
La membrane plasmique a pour fonction d’être à la fois une barrière (filtre actif) entre le cytoplasme et
l’environnement mais aussi un lieu d’échange : importation (ex. nutriments), exportation (déchets).
3. Cas particuliers
•
Chez certaines bactéries :
– Machinerie de synthèse d’ATP par phosphorylation oxydative (respiration cellulaire – aérobie).
Glucose + oxygène => carbone gazeux + eau + ATP
Glucose + O2
=>
CO2
+ H2O + ATP
– Membrane externe (paroi => forme stable) avec espace périplasmique.
•
Bactériologie médicale : antibiotiques
- Bactéries avec paroi => non colorée : GRAM négatives (la paroi empêche le colorant de se fixer)
(ex : E.Coli)
- Bactéries sans paroi => colorée : GRAM positives
III.
EUCARYOTES (ANIMALES)
A. Éléments constitutifs (compartimentation plus complexe)
• Membrane plasmique
• Cytoplasme
• Noyau
• Organites (constituants physiquement séparés - membranes internes, fibres)
• Absence de paroi
• Cytosquelette (forme, mouvement)
• Endocytose et exocytose (contrairement aux procaryotes, qui en sont incapables)
• Reproduction par mitose (méiose)
• Métabolisme : aérobie
Taille : 10 - 100 µm,
taille du génome : environs 1000x plus de pdb –paires de bases- que le génome humain et 20x plus de
gènes)
*en gras : principales caractéristiques par rapport aux Procaryotes
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Exemple: acquisition des mitochondries (métabolisme aérobie)
Biologie
cellulaire(anaérobie)
- Généralités sur la cellule
Cellule ancestrale
eucaryote
Bactérie
libre (aérobie)
B. Architecture
Bactérie
Internalisation (phagocytose)
mais sans digestion
Symbiose (mitochondrie=endosymbyonte)
ATP
glucose
Spécialisation
(Similarité bactérie <=> mitochondrie :
même taille, ont leur propre génome et propres
ribosomes)
1.
Évolution à partir des procaryotes :
• Exemple de l’acquisition des mitochondries :
1) Cellule ancestrale eucaryote (anaérobie)
Bactérie libre (procaryote en aérobie)
2) Internalisation (phagocytose) mais sans digestion
3) Symbiose (mitochondrie = endosymbygonte)
4) Spécialisation
2.
3.
• Similarité entre bactérie et mitochondrie :
– Même taille
– Ont leur propres génomes et propres ribosomes
3.3 Eucaryotes - le noyau4.
ã Friend MBC (1983)
C. Le noyau
Structure :
- Enveloppe
nucléaire
1. Structure
- Chromatine (ADN + protéines associées)
Le noyau est constitué d’une enveloppe nucléaire, de chromatine (ADN
- Nucléole (site de biosynthèse des ribosomes)
histones) et d’un nucléole (site de biosynthèse de ribosomes).
Cytoplasme
Nucléole (biosynthèse de ribosomes)
Pores nucléaires
Enveloppe
nucléaire
Membrane nucléaire
externe
Membrane nucléaire
interne
+ protéines associées :
ADN
Transcription
Nucléoplasme ARN
Protéines
Traduction
(ribosomes)
Fonction du noyau : contient l ’ADN (plusieurs chromosomes
2. Fonction
linéaires) et toutes les activités liées à l ’ADN qui sont ainsi
des autres
activités
de etlatoutes
cellule
(synthèse
de protéine).
Ils contientisolées
l’ADN (plusieurs
chromosomes
linéaires)
les activités
liées à l’ADN
qui sont ainsi
isolées des autres activités de la cellule (synthèse de protéine).
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Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule
Propriété de la Faculté de Médecine Université Paris Diderot 3. Plan de Vie
Survie Cellulaire : Nécessite l'utilisation constante de l'ADN.
D. Le cytoplasme
Eucaryotes
- cytoplasme (1) les mitochondries
1.3.4Les
mitochondries
•
Structure
:
Structure
:
- Membrane externe
- Membrane interne
- Matrice mitochondriale
- Crêtes mitochondriales
- Génome propre (ADN mitochondrial, 5-10 copies)
- Ribosomes mitochondriaux
•
Fonction :
Propriété de la –Faculté
de Médecine
Assurent
la respiration- cellulaire (phosphorylation oxydative)
Université Paris– Diderot
Fournissent
partie
de l’énergie sous
forme d’ATP pour tous les eucaryotes.
Fonctionla:majeure
assurent
la respiration
( phosphorylation oxydative) et fournissent la majeur
2.
Système
endomembranaire
partie
de l’énergie
sous forme d’ATP pour
•
•
tous les eucaryotes.
Constitué par :
ã Barlow MBC (1983)
– Réticulum endoplasmique (RE), deux sous-compartiments :
Réticulum endoplasmique
granulaire
3.4o Eucaryotes
- cytoplasme
(3)(REG)
système endomembranaire
o Réticulum endoplasmique lisse (REL)
– Appareil de Golgi et vésicules de sécrétion
Fonction
du système endomembranaire :
– Endosomes
et Lysosomes
- REG
: synthèse de protéine
– Enveloppe
nucléaire
Fonctions du- système
endomembranaire
:
REL : synthèse
de lipide
– REG : synthèse
de
protéines
- Appareil de
Golgi : modifications
des macromolécules,
tri,
3.4 Eucaryotes
- cytoplasme
(2) système
endomembranaire
– REL : synthèse
de lipides
emballage
en vésicule et transport (intracellulaire ou par
– Appareilexocytose
de Golgi : modifications
des macromolécules, tri, emballage en vésicule et transport
=> sécrétion)
(intracellulaire ou par exocytose => sécrétion)
Constitué par :
ribosomes
- Endosomes
: impliqués
dans
le transport
intracellulaire
et
– Endosomes
: impliqués dans
le transport
intracellulaire
et
alimentés
par endocytose.
- Réticulum
endoplasmique
alimentés par
endocytose. (RE)
Deux sous-compartiments :
Membrane
- réticulum endoplasmique granulaire (REG)
plasmique
cytosol endoplasmique lisse (REL)
- réticulum
Puits
–
Vésicule
Endosome
- Lysosomes
: digestion cellulaire
(dégradation
par des
Lysosome
: digestion
enzymes à l’intérieur
desenzymes
lysosomes.
- Appareil
decellulaire
Golgi et(dégradation
vésicules par
de des
sécrétion
à l’intérieur des Lysosomes)
3. Le cytosquelette
Endosomes
et Lysosomes
Constitué-par
:
– Microfilaments (constitués d’actine)
– Microtubules
(constitués
de tubuline)
- Enveloppe
nucléaire
– Filaments intermédiaires
Ces trois éléments sont des fibres protéiques.
•
3.4 Eucaryotes - cytoplasme (4) cytosquelette
–
Centrosome (paire de centrioles) associé aux microtubules.
Constitué par:
M Maier / PACES / 2012-13
/ UE2 BiolCell
- Microfilaments (constitués d’actine)
Généralités sur
la cellule est un support de cours datant de l’année 2014-2015 disponiblefibres
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- Microtubules (constitués de tubuline)
protéiques
- Filaments intermédiaires
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8
Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule
•
Fonctions:
– Microfilaments : forme, mouvement et déplacement cellulaire
– Microtubules : transport intracellulaire
– Filaments intermédiaires : stabilité mécanique, adhésion
– Centrosome : impliqué dans la division cellulaire (mitose)
4. Autres constituants
•
•
•
IV.
Péroxysomes : petits organites membranaires impliqués dans la destruction des radicaux libres (ex.
monoxyde d’azote, NO). Détoxification en utilisant l’eau oxygénée (H202) (mais attention, il
n'appartient pas au système endomembranaire !)
Réserves métaboliques: gouttelettes lipidiques (sans membrane).
Le cytosol: le milieu dans lequel baignent tous les constituants du cytoplasme (organites
membranaires, cytosquelette et ribosomes). Sans ultrastructure spécifique.
MÉTAZOAIRES
A. Définitions
1. Animaux multicellulaires : métazoaires
Caractérisés par :
• Spécialisation cellulaire (différenciation et expression génétique)
• Séparations des fonctions spécifiques
• Coopération cellulaire
– Cohésion, via la matrice extracellulaire (MEC)
– Communication intercellulaire
2. Tissu (entité morphologique et fonctionnelle des cellules d’un ou
plusieurs types)
On distingue 5 types de tissus animaux :les épithéliums, les tissus conjonctifs, les tissus musculaires, le
tissu nerveux et le « tissu » sanguin.
B. Différenciation
1. Cellules épithéliales
•
Fonctions : marquent la frontière entre milieu intérieur et extérieur
– Forment des feuillets cellulaires (ex : épiderme)
– Créent des cavités (lumières) internes (ex : vessie, tube digestif)
– Certaines ont des fonctions sécrétrices (ex : mucus)
•
Caractérisés par une polarisation cellulaire (ex : épiderme) :
–
Un domaine basolatéral : face au milieu intérieur (lame basale)
–
Un domaine apical : face au milieu extérieur
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Biologie
cellulaire- - Généralités sur la cellule
Propriété de la Faculté
de Médecine
Université Paris Diderot
2. Cellules conjonctives
•
Fonction : sécrétion d’une matrice extracellulaire.
Trois types :
– Médecine
Fibroblastes :-caractérisées
par une matrice-souple,
permettent la réparation
de tissu
lésé
iété de la Faculté de
4.2 Métazoaires
différenciation
(3) cellules
musculaires
ersité Paris Diderot– Cellules cartilagineuses : caractérisées par une matrice déformable, constituent le cartilage
– Cellules osseuses : caractérisées matrice rigide, minéralisée, des cristaux de phosphate de calcium
Fonction
et sont constitutives du
squelette: production de force mécanique (mouvement) par
•
contraction musculaire.
- Cellule avec des filaments spécifiques : myofilaments
(actine et myosine).
3. Cellules musculaires
Histo : fibres
fibre
•
•
muscle
musculaires
Fonction
: production de
force mécanique (mouvement)
par musculaire
contraction
musculaire. Ce sont des
4.2
Métazoaires
- différenciation
(3) cellules
musculaires
Trois
types
:
cellules avec des filaments spécifiques : myofilaments (actine et myosine).
- Muscle
Fonction : production de
force squelettique
mécanique(strié)
(mouvement) par
Trois
types
:
contraction musculaire.
– Muscle squelettique (strié)
- Muscle spécifiques
lisse (non strié)
- Cellule avec des filaments
: myofilaments
– Muscle lisse (non strié)
(actine et myosine).
– Muscle cardiaque
- Muscle cardiaque
fibre
musculaire
muscle
Fibres musculaires striée :
– Ensemble
Trois
types :des cellules fusionnées
– Peu être très large (2-6cm de long, 100µm de diamètre)
– Cellule multi-nuclée
squelettique (strié)
– - Muscle
Myofilament
tendon
articulation
Histo : fibres
musculaires
tendon
4. Cellules
nerveuses
- Muscle
lisse (non
strié)
4.2 Métazoaires - différenciation
(4) cellules nerveuses
articulation
•
•
Fonction : traitement et transmission de l’information
- Muscle cardiaque
– Cellule avec une membrane
plasmique
spécifique
Fonction
: traitement
et transmission de l ’information
– Signaux électriques et chimiques
- Cellule avec une membrane plasmique spécifique
Propriété de la Faculté de Médecine - Signaux électriques et chimiques
Université
Paris Diderot
Polarisation cellulaire du neurone
:
–
–
–
–
–
Polarisation cellulaire du neurone :
Dendrites (réception de l’info)
- Dendrites (réception de l’info)
Corps cellulaire -ou soma- (intégration de l’info)
- Corps cellulaire (intégration de l ’info)
Axone (conduction de l’info)
- Axone (conduction de l ’info)
Synapse (transmission chimique de l’info à d’autres neurones)
- Synapse (transmission
chimique de- ldifférenciation
’info à d’autres(5)
neurones)
4.2 Métazoaires
cellules sanguines
Dendrites
4.2 Métazoaires - différenciation Type
(4) cellules
nerveuses
:
Fonction :
Axone
- Globules rouges
•
Transportent O 2 et CO2
Fonction : traitementSoma
et transmission de l ’information
Synapses
- Globules
blancs
Combattent
l’infection
Nauta
and Feirtag 1980
- Cellule avec une membrane plasmique
spécifique
- Signaux électriques et chimiques
- (Plaquettes)
Déclenchent la coagulation du sang
5. Cellules
sanguines
Polarisation
cellulaire
du neurone :
- Dendrites (réception de l ’info)
Type et fonction :
GB : leucocyte
Corps
cellulaire
(intégration
de l ’info)
M
/ PACES
/ 2012-13
/ UE2
BiolCell
– -Maier
Globules
rouges (ou
érythrocytes)
: transportent
O2 et CO2
Généralités
sur
la cellule
de l ’info)
– - Axone
Globules(conduction
blancs
(ou leucocytes)
: combattent l’infection
GR : érythrocyte
– - Synapse
Plaquettes (transmission
: déclenchent la coagulation
du
sang
chimique de l ’info à d’autres neurones)
Dendrites
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Biologie cellulaire - Généralités sur la cellule
C. Mort cellulaire et cancer
1. Mort cellulaire: modalités
•
Apoptose: mort cellulaire programmée par des signaux intra- ou extracellulaires (ex. infection virale)
•
Nécrose: mort accidentelle, après une lésion physique / chimique (ex. anoxie).
2. Mort cellulaire et cancer
Cellule cancéreuse : fonctionnement anormal (7 caractéristiques)
• Prolifération augmente => Reproduction ‘hors limite’
• Apoptose diminue
• Sénescence (vieillissement) réplicative diminue
• Différenciation diminue
• Génétiquement instable
• Envahissante : s’échappe de son tissu d’origine => ex. cancer du sein
• Colonisantes : prolifère dans des sites étrangers => Métastases ex. cellules cancéreuses du sein
dans le foie.
D. Agents pathogènes (pour l'Homme)
•
•
•
•
Organismes multicellulaires (ex. vers)
Eucaryotes (ex. hématozoaire responsable du paludisme)
Procaryotes (certaines bactéries, ex. Vibrio cholerae)
Virus :
– Organismes sub-cellulaires (acaryotes)
– Porteurs soit d’ADN, soit d’ARN
– Sans reproduction autonome (parasitisme)
– Sans métabolisme propre (parasitisme obligatoire)
– Taille : 0.02 - 0.3 μm
– Ex : grippe, VIH,Ebola
Prions (protéines infectieuses) :
– Sans ADN ou ARN
– Conformation aberrante
– Ex : Maladie de Kreutzfeldt Jakob
Avertissement:
ce document est
est un
de cours
datant
de l’année
2014-2015.
Seul le cours
dispensé ensur
amphithéâtre
fait foi pour le9concours.
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