V- Principales fonctions et organites cellulaires

Introduction à la biologie cellulaire
I - La vie, les êtres vivants
II - Classification des êtres vivants
III - Les cellules
-procaryotes
-eucaryotes
-végétales
-animales
IV - Notion de types cellulaires
V - Les fonctions cellulaires « de ménage » et les principaux organites
A- la réplication de l’ADN et la division cellulaire
B- le métabolisme
C- l’homéostasie
D- le mouvement et le trafic cellulaire
E- la communication intercellulaire
VI – Echelles et ordres de grandeur du vivant
I - La vie, les êtres vivants
La biologie cellulaire
La biologie cellulaire (cytologie) :
Etude des cellules et de ses constituants, des processus
vitaux qui se déroulent à l’intérieur des cellules.
I - La vie, les êtres vivants
La vie ?
Définition dans l’absolu : On peut définir comme vivant, tout système
individualisé, issu d’un événement de reproduction, capable de se
développer ou de se maintenir en l’état, jusqu’à pouvoir participer à
son tour à un éventuel événement de reproduction.
Définition de la vie organique sur terre : Par définition, les êtres vivants
sont faits de cellules (au moins une).
I - La vie, les êtres vivants
La cellule
•La cellule est l'unité de base du vivant.
•Toute cellule provient d'une autre cellule.
Rudolf Virchow (1821-1902)
100 microns
I - La vie, les êtres vivants
Organisation générale des cellules
toutes les cellules ont un certain
nombre de points communs :
•Présence d’une membrane
plasmique qui définit la frontière
entre l'intérieur et l'extérieur de la
cellule.
•La membrane enveloppe une
substance riche en eau : le
cytoplasme.
•Les informations héréditaires sont
contenues dans une ou plusieurs
molécules d’ADN : le génome.
II - Classification des êtres vivants
Dualité animaux/végétaux (début XIXe !!!)
ANIMAUX
VEGETAUX
MINERAUX
II - Classification
des êtres vivants
(Haeckel, 1866)
Protista
Planta
Animalia
ETRES VIVANTS
PROCARYOTES
(tous unicellulaires,
bactéries au sens large)
Bactéries (vraies)
Archéobactéries
EUCARYOTES
Protophytes
(algues unicellulaires)
Animaux
Protozoaires
Végétaux
Champignons
pluricellulaires
unicellulaires
ETRES VIVANTS
PROCARYOTES
(tous unicellulaires,
bactéries au sens large)
Bactéries (vraies)
Archéobactéries
EUCARYOTES
Protophytes
(algues unicellulaires)
Animaux
Protozoaires
Végétaux
Champignons
pluricellulaires
unicellulaires
II - Classification des êtres vivants
Distinction procaryote / eucaryote
PROCARYOTES
pro = avant
Caryon = noyau
Pas de noyau, matériel génétique concentré dans
une molécule d’ADN appelée nucléoïde.
EUCARYOTES
eu = vrai
Caryon = noyau
L ’information génétique est contenue dans les
chromosomes, situés dans un noyau délimité par une
double membrane (l’enveloppe nucléaire).
II - Classification des êtres vivants
L’évolution des espèces
Charles Darwin (1809-1882)
ETRES VIVANTS
PROCARYOTES
(tous unicellulaires,
bactéries au sens large)
Bactéries (vraies)
Archéobactéries
EUCARYOTES
Protophytes
(algues unicellulaires)
Animaux
Protozoaires
Végétaux
Champignons
pluricellulaires
unicellulaires
II - Classification des êtres vivants
III - La cellule PROCARYOTE
• Organismes unicellulaires
uniquement (Bactéries et Archées)
• 1 à 3 µm en général
• pas d'organites présents
• Pas de vrai noyau
• Présence d’une paroi
• ADN circulaire : le nucléoïde
1 µm = 1/1000 mm
III - La cellule PROCARYOTE
DIVERSITE DES BACTERIES
-Moins de 10% des espèces existantes sont connues
-On en trouve dans tous les biotopes de la planète : sols, eau douce, eau de mer,
air, grandes profondeurs, hautes altitudes, glaciers…
-4700 espèces de bactéries découvertes sur les mains de 51 sujets pris au
hasard,
mais on en a 150 espèces en moyenne sur chaque main (même après lavage)
-13000 espèces de bactéries identifiées dans l’intestin de 3 sujets, dont plus de
4000 jamais décrites.
-100 millions de bactéries dans un mL de salive
plus de 600 espèces différentes dans la bouches dont la moitié est inconnue
-10000 espèces de bactéries dans une poignée de terre
III - La cellule EUCARYOTE
Cytoplasme
Nucléole
Mitochondrie
Noyau
Ribosome
Réticulum
endoplasmique
granuleux
Appareil de Golgi
Réticulum
endoplasmique lisse
Fibre du
cytosquelette
Membrane plasmique
organisation d’une cellule type
III - La cellule EUCARYOTE végétale
III - La cellule EUCARYOTE animale
Taille moyenne:
50µm
IV - Notion de type cellulaire
Taille moyenne:
50µm
Vésicule de sécrétion
IV - Notion de type cellulaire
la cellule sécrétrice
IV - Notion de type cellulaire
Le fibroblaste
Anne Jarry, CHU de Nantes.
IV - Notion de type cellulaire
Le myotube (ou fibre musculaire)
http://www.molbio1.pri
nceton.edu/facility/conf
ocal/510image2/zeissli
st2.html
IV - Notion de type cellulaire
Le neurone
IV - Notion de type cellulaire
Les neurones
IV - Notion de type cellulaire
La différenciation cellulaire
EXPRESSION
DIFFERENCIELLE
DES GENES
Cellule souche
Cellules différenciées A
Cellule souche
Cellules différenciées B
Cellule souche
Cellules différenciées C
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Les principales fonctions cellulaires
A- la réplication de l’ADN et la division cellulaire
B- le métabolisme et la synthèse protéique
C- l’homéostasie
D- le mouvement et le trafic cellulaire
E- la communication intercellulaire
V- Principales fonctions et organites cellulaires
A- La réplication de l’ADN et la division cellulaire
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Le noyau
Entouré de l ’enveloppe nucléaire =
deux membranes percées de pores nucléaires
•Contient les chromosomes composés d ’ADN et de protéines
(les histones). Chaque noyau en contient un nombre
caractéristique de l’espèce (46 pour la cellule humaine).
•Lieu de synthèse des ARN messagers = transcription
= copie d’un gène qui s’exporte hors du noyau vers le cytoplasme
en passant par les pores nucléaires.
V- Principales fonctions et organites cellulaires
euchromatine
hétérochromatine
Compaction de l’ADN
Plasmatocyte (productrice d’anticorps)
V- Principales fonctions et organites cellulaires
B- Le métabolisme
l’anabolisme :
synthèse des molécules de la cellule
(protéines, acides gras, vitamines...)
nécessite de l’énergie
le catabolisme : hydrolyse des molécules de la cellule
et production d’énergie
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Le REG
Lieu de synthèse
et maturation des
protéines
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Citernes
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Synthèse protéique associée au REG
V- Principales fonctions et organites cellulaires
L’appareil
de Golgi
Maturation
des protéines
(suite)
V- Principales fonctions et organites cellulaires
L ’appareil de Golgi
Face trans
Vésicule
Face cis Citernes ou saccules
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Vésicules
de sécrétion
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Vésicules de sécrétion
milieu extracellulaire
cytoplasme
Vésicules de sécrétion
(saccule trans)
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Voie de
sécrétion
V- Principales fonctions et organites cellulaires
B- Le métabolisme
l’anabolisme :
synthèse des molécules de la cellule
(protéines, acides gras, vitamines...)
nécessite de l’énergie
le catabolisme : hydrolyse des molécules de la cellule
et production d’énergie
V- Principales fonctions et organites cellulaires
lysosome
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Les mitochondries
Les mitochondries sont les organites responsables de la respiration cellulaire
Taille de l'ordre du micromètre (µm).
membrane interne
membrane externe.
espace
inter-membranaire
matrice
Crêtes mitochondriales
2 compartiments: l’espace inter-membranaire
et la matrice
V- Principales fonctions et organites cellulaires
C- L’homéostasie = régulation des paramètres vitaux
température
pH
potentiel oxydant
potentiel électrique
pression osmotique
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Les peroxysomes régulent le potentiel oxydant
2 H2O2 → 2 H2O + O2
V- Principales fonctions et organites cellulaires
La membrane plasmique
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Régulation de la pression osmotique
(osmorégulation)
Milieu intracellulaire
membrane
Milieu extracellulaire
V- Principales fonctions et organites cellulaires
D- Le mouvement et le trafic
mouvements de la cellule grâce aux pseudopodes
cils
flagelles
trafic intracellulaire
de vésicules
de protéines
d’organites divers
mouvement des chromosomes lors de la mitose
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Cellules en mouvement
Pseudopodes (macrophage)
Cils (Paramécie)
Flagelle (spermatozoïde)
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Le cytosquelette
Les microfilaments ou filaments d’actine (Ø 9 nm)
Les filaments intermédiaires (Ø 10 nm)
Les microtubules (Ø 25 nm)
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Les microfilaments ou filaments d’actine
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Les filaments intermédiaires
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Les microtubules
V- Principales fonctions et organites cellulaires
Mouvements dans la cellule
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
1) Rôles de la communication
- chez les unicellulaires : coordination, reproduction
- au cours du développement
- sensorialité, douleur (communication neuronale)
- régulation du métabolisme
2) Modalités
- contact direct
- courte ou moyenne distance
- longue distance
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
1) Rôles de la communication
- chez les unicellulaires
- au cours du développement
- sensorialité, douleur (communication neuronale)
- régulation du métabolisme
- système immunitaire
2) Modalités
- contact direct
- courte ou moyenne distance
- longue distance
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
1) Rôles de la communication
- chez les unicellulaires
- au cours du développement
- sensorialité, douleur (communication neuronale)
- régulation du métabolisme
- système immunitaire
2) Modalités
- contact direct
- courte ou moyenne distance
- longue distance
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
1) Rôles de la communication
- chez les unicellulaires
- au cours du développement
- sensorialité, douleur (communication neuronale)
- régulation du métabolisme
- système immunitaire
2) Modalités
- contact direct
- courte ou moyenne distance
- longue distance
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
1) Rôles de la communication
- chez les unicellulaires
- au cours du développement
- sensorialité, douleur (communication neuronale)
- régulation du métabolisme
- système immunitaire
2) Modalités
- contact direct
- courte ou moyenne distance
- longue distance
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
1) Rôles de la communication
- chez les unicellulaires
- au cours du développement
- sensorialité, douleur (communication neuronale)
- régulation du métabolisme
- système immunitaire
2) Modalités
- contact direct
- courte ou moyenne distance
- longue distance
V- Principales fonctions et organites cellulaires
E- La communication intercellulaire
2) Modalités
contact direct :
jonctions cytoplasmiques
protéines de surface
courte ou
moyenne distance :
libération de molécules (synapse)
signalisation (ligand/récepteur)
longue distance :
sécrétion dans la circulation générale
(hormones)
VI – Echelles et ordres de grandeur du vivant
VI – Echelles et ordres de grandeur du vivant
Eucaryotes
Mètres
Procaryotes
Virus
Protéines
Molécules
simples
Atomes
VI – Echelles et ordres de grandeur du vivant
VI – Echelles et ordres de grandeur du vivant
Echelle tissulaire
Echelle cellulaire
Echelle sub-cellulaire
Echelle moléculaire
Echelle
macro-moléculaire
Echelle atomique
VI – Echelles et ordres de grandeur du vivant
1,5
70 cm
μm 20
= 0,07
mm
nm = 0,02 μm = 20/1000000 mm
10 μm
0,5 mm = 500 μm
1 mm3 Å = 0,3 nm = 3/10000000 mm
100 μm
7 2nm
μm= =7/1000000
0,002 mmmm