cytologie1
publicité
Cytologie 1ère partie Les membranes : base de l’organisation spatiale Morphologie en microscopie électronique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Structure des membranes cellulaires A) B) Phospholipides – double couche ( + glycolipides et cholestérol ): barrière entre deux compartiments aqueux. Protéines : rôles particuliers G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Propriétés des membranes cellulaires Membrane semi-perméable : imperméable aux molécules hydrosolubles ( ions et la plupart des biomolécules ) perméable aux molécules liposolubles. Membrane présentant une grande fluidité : modèle de la mosaïque fluide de Singer et Nicholson. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Protéines de membrane :classées en deux catégories 1. 2. protéines adventices protéines intrinsèques souvent protéines transmembranaires et souvent associées à des groupes glucidiques ( cryofracture) Mobilité des protéines membranaires Diffusion latérale : G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Mobilité des protéines membranaires Certaines protéines membranaires ne diffusent pas librement car elles sont associées au cytosquelette. Glycocalyx manteau de résidus glucidiques à la surface des cellules Rôle : protection et marquage contribuant à l’identification des types cellulaires. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rôles de la membrane plasmique 1. 2. Protection et limite du cytoplasme Echanges entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire Membrane = barrière sélective Protéines de transport et protéines tunnel font passer les petites molécules. Phénomène de diffusion Mélange hétérogène Solution homogène eau Plusieurs jours Solution de CuSO4 Dans une solution non homogène, le déplacement du soluté se fait des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration jusqu ’à égalisation des concentrations. On appelle ce transfert : DIFFUSION En chimie physiologique, on observe souvent des transports de solutés entre deux compartiments distincts séparés par une membrane : C2 > C1 Le soluté va diffuser de la solution la plus concentrée vers la solution la moins concentrée jusqu ’à égalisation des concentrations C1 C2 La diffusion est un transfert de soluté. Le déplacement du soluté se fait toujours des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. Dans les cas où les compartiments contiennent des solutés différents à des concentrations différentes, chaque soluté se comporte comme si il était seul. Les transferts se font jusqu ’à égalité des concentrations pour chacun des solutés Loi de FICK Exprime quantitativement le débit de soluté, c-à-d la quantité qui traverse par seconde la membrane C2 - C1 D = k . S . ---------------x D = débit k = coefficient S = surface de la membrane x = épaisseur de la membrane C2 et C1 = concentrations respectives C2 - C1 On appelle ------------- = gradient de concentration x = variation de la concentration le long de l ’épaisseur de la membrane Osmose B Niveau final A h Membrane semiperméable Eau + molécules neutre dissoutes h Niveau initial Eau pure État initial État final Membrane semi-perméable = membrane ne laissant passer que l ’eau; elle est imperméable aux autres molécules Osmose = mouvement de l ’eau du compartiment B vers le compartiment A Pression osmotique Un piston exerce une pression Eau + molécules neutre dissoutes Eau pure Pression osmotique d ’une solution = pression qu ’il faut exercer sur cette solution pour empêcher l ’entrée du solvant pur séparé de la solution par une membrane semi-perméable Définitions Solutions ISOTONIQUES = solutions développant la même pression osmotique Une solution est HYPERTONIQUE par rapport à une autre si elle développe une pression osmotique supérieure à celle de l ’autre citée Une solution est HYPOTONIQUE par rapport à une autre si elle développe une pression osmotique inférieure à celle de l ’autre citée Diffusion passive Sens du flux des petites molécules hydrophobes selon le gradient de concentration de part et d’autre de la membrane. ( du + vers le - ) Arrêt quand les concentrations sont équilibrées. Exemples : O2, CO2; H2O. Diffusion facilitée Sens du flux selon le gradient de concentration. Protéines transporteuses = perméases subissent un changement de conformation qui pousse la molécule transportée et la libère de l’autre côté de la membrane. Protéines tunnels = conductines ménagent des pores laissant passer les molécules. Exemples : les sucres, les acides aminés, nucléosides G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Tunnels à ions Aquaporines : H2O passe plus rapidement. Tunnels à ions : passage rapide sélectivité ouverture sur commande G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Transport actif Sens du flux contre le gradient de concentration Nécessité d’énergie (ATP) Protéine transporteuse Exemple : pompe à Na+ et K+ G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Endocytose Absorption de macromolécules. Phagocytose = la cellule mange Pinocytose = la cellule boit G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Le potentiel d’équilibre à 37°C pour un ion E ion = 61/z log [ion]ext/ [ion]int Z= charge electrique de l’ion Diffusion passive Sens du flux des petites molécules hydrophobes selon le gradient de concentration de part et d’autre de la membrane. ( du + vers le - ) Arrêt quand les concentrations sont équilibrées. Exemples : O2, CO2; H2O. Rôles de la membrane plasmique 3. Interactions cellulaires Protéines d’adhérence Accolement sélectif des cellules entre elles grâce à des protéines transmembranaires = sélectines, intégrines, immunoglobulines, cadhérines. Présence d’ions calcium ou magnésium. Interactions momentanées. Jonctions serrées Empêchent les molécules de passer Entre cellules épithéliales : occludine G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Desmosomes cadhérine cytosquelette G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Jonctions lacunaires Tunnel ouvert entre les cytoplasmes de cellules adjacentes Connexines G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rôles de la membrane plasmique 4. Reconnaissance cellulaire Rôles de la membrane plasmique 5. Réception de messages hormonaux Protéines de surface = récepteurs membranaires Particularités de la membrane plasmique 1. Spécificités membranaires : microvillosités 2. Cils, Flagelle G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Le cytoplasme Structure du cytoplasme Cytoplasme = liquide dans lequel baignent tous les organites cellulaires Composition moléculaire H2O Matériaux énergétiques Matériaux de construction Sels minéraux Le cytoplasme Propriétés du cytoplasme Cytoplasme = solution colloïdale : sol Viscosité du cytoplasme peut varier gel Le cytoplasme Rôles du cytoplasme 1. Carrefour métabolique 2. Stockage de réserves Cytosquelette et motilité cellulaire Cytosquelette = réseau de filaments protéiques tendus dans le cytoplasme Structure dynamique, continuellemnt remodelée. Rôles : 1. structural : charpente, soutien du cytoplasme 2. motilité cellulaire : transport des organites et déplacement de la cellule entière. Cytosquelette et motilité cellulaire Cytosquelette comprend trois classes de filaments protéiques : 1. filaments d’actine ou microfilaments, 2. filaments intermédiaires, 3. microtubules. Cytosquelette et motilité cellulaire Filaments d’actine Actine = principale protéine cytosquelettique diamètre = 7 nm longueur = quelques micromètres G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Filaments d’actine Actine est codée par plusieurs gènes ( 6 ) chez les eucaryotes supérieurs : plusieurs types d’actine. 1. 2. actine G actine filamenteuse Cytosquelette et motilité cellulaire Filaments d’actine 2 types de structure: Câbles d’actine et réseaux d’actine. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Filaments d’actine Les filaments d’actine s’attachent à la membrane plasmique = cytosquelette cortical. Liaison entre actine et la membrane par diverses protéines : spectrine, filamine, dystrophine… G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Filaments d’actine Surface cellulaire forme parfois des prolongements : microvillosités, stéréocils, pseudopodes… G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Microfilaments • Ancrage des faisceaux d’actine aux jonctions étanches Actine • Présence d’une grande quantité d’actine dans le cytoplasme de la cellule musculaire. • Actine + Myosine => contraction musculaire Cytosquelette et motilité cellulaire Filaments intermédiaires : Diamètre = 10 nm Rôle : structurel, trame des cellules. • Protéines des filaments intermédiaires = 50 protéines différentes classées en 6 groupes. • Parmi ces protéines : la kératine exprimée dans les cellules épithéliales ( structure des cheveux et des ongles ), les protéines des neurofilaments, les lamines des enveloppes nucléaires… Cytosquelette et motilité cellulaire Arrangement des filaments intermédiaires : Réseau élaboré dans le cytoplasme. Maintien du noyau. Desmosomes G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Filaments intermédiaires • Neurofilaments dans les prolongements neuronaux. Cytosquelette et motilité cellulaire Microtubules : Diamètre = 25 nm Tubes creux et rigides Structures dynamiques Protéine des = tubuline microtubules = tubuline Rôle : forme et mouvements cellulaires. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Centrosome = centre organisateur de microtules = une paire de centrioles perpendiculaires l’un à l’autre + matériel péricentriolaire amorphe. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Centriole = structure cylindrique composée de 9 triplets de microtubules G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Remodelage des microtubules au cours de la mitose : formation du fuseau mitotique, permettant la séparation des chromosomes. 1. 2. 3. 4. 5. doublement du centrosome, migration aux pôles cellulaires, formation du fuseau mitotique et des microtubules astraux, accrochage des chromosomes par leur centromère, séparation des chromatides. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Transport des organites et agencement intracellulaire : • Va-et-vient des organites le long des microtubules • Répartition des organites dans la cellule ( exemple : distribution du reticulum dans le cytoplasme ) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles Cils et flagelles = prolongements de membrane plasmique enrobant des microtubules. • Diamètre = 0.25 micromètres • Longueur • Cils = 10 micromètres • Flagelles = 200 micromètres • Mouvement • Cils : battements coordonnés • Flagelles : mouvements ondulatoires • Rôle : • Cils : mouvements en périphérie de la cellule • Flagelle : déplacement de la cellule Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles Structure A) corpuscule basal : 9 triades de microtubules G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Cytosquelette et motilité cellulaire Dérivés centriolaires : cils et flagelles Structure B) axonème : 9 doublets + 2 microtubules et protéines auxiliaires G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Le noyau Noyau • • • • particularité de la cellule eucaryote mise à l’abri du génome séparation du génome et du lieu de traduction rôle central dans l’expression des gènes d’eucaryotes. Noyau en interphase • • • • membrane nucléaire nucléoplasme chromatine nucléole G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Fig 8.1c G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique • Membrane double • séparant le contenu du noyau et celui du cytoplasme • ménage des accès grâce aux pores nucléaires • soutient la charpente du noyau • Structure complexe provenant du réticulum endoplasmique rugueux. • Lamina nucléaire : trame fibreuse contenant la lamine, forme la charpente et sert d’anchrage à la chromatine. • Pores nucléaires : permettent le trafic sélectif des protéines et des ARN. Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique • Pores nucléaires Fig 8.2 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique • Pores nucléaires 8 protomères ménageant un tunnel et rayons-anneaux ; Fig 8.6 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique • Pores nucléaires : • petites molécules traversent par diffusion passive • grosses molécules traversent par processus actif, sur commande de signaux • importation sélective de protéines dans le noyau : histones, ADN polymérases, ARN polymérases, facteurs de transcription et d’excision-épissage. (protéines marquées par des séquences d’acides aminés particulières = séquences de localisation au noyau) • manette de commande de l’expression des gènes : régulation de l’importation de facteurs de transcription ( adaptation de la cellule aux modifications du milieu ) Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique • Pores nucléaires : • importation comporte deux phases Fig 8.9 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique • Pores nucléaires : • Transport des ARN : • • • exportation des ARNm, ARNt et ARNr, processus demandant de l’énergie, complexes ARN-protéines = ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes Fig 8.11 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau • Matrice nucléaire • • Composition moléculaire non clairement définie actuellement. Charpente du noyau ? Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau • Chromatine • Hétérochromatine = partie très condensée • Euchromatine = partie décondensée Fig 8.13 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau • Chromatine L’hétérochromatine se subdivise en deux types : • • hétérochromatine constitutive = séquences satellites des centromères hétérochromatine facultative = variable d’un type cellulaire à l’autre Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau • Nucléole • Siège de la transcription et de la maturation des ARNr et de l’assemblage des ribosomes. • Pas de membrane • Centre fibrillaire, composant fibrillaire dense et composant granuleux. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Fig 8.23 Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau • Nucléole • Chaque organisateur nucléolaire comporte un amas de gènes d’ARNr. Noyau en interphase 2. Structure interne du noyau • Nucléole • Assemblage du ribosome = association des précurseurs d’ARN ribosomiaux avec les protéines ribosomiales. Fig 8.26 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en mitose • Le noyau se décompose et se reforme chaque fois que la cellule se divise. • Les chromosomes se condensent au début de la mitose, le nucléole disparaît et l’enveloppe nucléaire se désagrège. Noyau en mitose Fig 8.27 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en mitose • Chez les eucaryotes supérieurs : mitose ouverte Fig 8.28 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en mitose • Mécanismes qui démembrent et reconstituent le noyau les membranes nucléaires se disloquent en vésicules, la lamina se dépolymérise, les complexes des pores nucléaires se dissocient. Fig 8.30 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en mitose • Condensation des chromosomes La chromatine se condense environ 1000 fois ; l’ADN semble arrangé en grandes boucles ancrées à une charpente protéique. Fig 8.31 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase Structure interne du noyau • Chromatine et chromosomes Figure hors livre (chromosome) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en mitose • Caryotype Figure hors livre UCL Noyau en mitose • Division cellulaire Cellule mère 2n 2 cellules filles 2n Noyau en méiose • Division cellulaire double Cellule mère 2n 4 cellules filles n
