Cours biologie cellulaire Deug SV1

Polynucléotides
3’
5’
5’
3’
L’appariement (ou hybridation) dû
aux liaisons hydrogènes impose l’
antiparallélisme des 2 chaînes de l’ADN.
Tableau: Nombre de molécules par
type de cellule et par constituant
EAU IONS i ARN Protéines Lipides
4 1010 2,5 108 4,6 105 3,6 106 2,5 107
B
H
4,2
X 1000
1013
2,4
1011
1,5
108
2,5
109
2,5 1010
B= Bactérie
H= Hépatocytes d’homme
Plan du cours du 24-27 / 01 / 05
1-Origine de la vie et molécules du vivant
1.1-Les êtres vivants face au monde minéral
- Composition élémentaire de la matière
- Les atomes sont les mêmes
- Pas de force vitale !
- Comment définir un organisme vivant ?
1.2-Organisation structurale hiérarchique
- De la molécule => à l’écosystème
- De la cellule => aux molécules
- Principales molécules organiques
- Nombre total de molécules/cellule et constituant
1.3-Caractéristiques fondamentales de la vie
1.4-Bref historique de la Bio Cell et des techniques
2-Diversité des formes cellulaires
- Qu’est-ce qu’une cellule ?
- Des procaryotes aux eucaryotes
- Notion d’évolution cellulaire
Caractéristiques fondamentales de
la vie / organismes uni- et
pluricellulaires:
- Ordre et hiérarchie des éléments /
complexité de la structure
- Reproduction et biogenèse / Anabolismecatabolisme
- Croissance et développement / division,
élongation et différenciation
- Utilisation et conversion de l’Énergie
pour assurer les ≠ fonctions
- Maintenir l’homéostasie (équilibre
interne d’un organisme)
- Évolution, adaptation face aux facteurs
environnementaux => Notion de plasticité
aux niveaux de la cellule et de l’organisme
entier
•Remarque 1: L’origine des cellules
et donc des organismes résulte de
phénomènes d’auto-assemblage =>
créer des édifices supra-moléculaires
•Remarque 2: Apparition de
nouvelles propriétés à chaque niveau
supérieur
d’organisation
=>
phénomène d’émergence
•Remarque 3: Grande diversité des
organismes vivants peuplant les
écosystèmes => Protistes, mycètes,
végétaux et animaux
•Remarque 4: Êtres = Organisation
structurale hiérarchisée (cas de la
chlorophylle => Forêt)
Bref historique de la biologie
cellulaire et des techniques d’analyse
-1830 : Formulation de la théorie cellulaire par
Dutrochet, Schleiden, Schawnn
-1850 : Formulation de la continuité cellulaire par
Virchow / Division !
-1900 : Description des principales structures
composant la cellule et préparation des premiers
extraits acellulaires de levure par Büchner
-1920 : Développement
cytochimie / coloration
des
techniques
de
-1940 : Utilisation des isotopes / Études
métaboliques et premières images en MEB et
MET par von Ardenne et Porter (com. en 1965)
-1950 : Mise au point des techniques de
fractionnement cellulaire et de purification des
organites par Claude et Brachet
-1960 : Immunolocalisation; 1970; Hybridation in
vitro; 1987 : Utilisation de la microscopie confocale
(inventée par Minski en 1961)
1980 à nos jours : Révolution biotechnologique
avec l’avènement de la biologie moléculaire
(étude des gènes et de leur régulation) et des
outils de transgénèse (introduction de gènes
étrangers dans une cellule végétale ou animale)
Remarque 1: Sciences biologiques se définissent
par une approche « hypothético-déductive » =>
poser des hypothèses qui sont vérifiées par
l’expérimentation => déduction par interprétation
des résultats / raisonnement (philosophie des
sciences) => Plus de vérité sur le monde
Remarque 2: Réductionnisme, concept rattaché
à l’étude fragmentaire des systèmes biologiques
=> faciliter l’étude et la compréhension de
certains processus (cas de l’ADN décrit par
Watson et Crick en 1953 => Bases chimiques de
l’hérédité / cellule)
Remarque 3: Activité scientifique dans le
domaine de la biologie : 450 000 articles dans
des revues spécialisés / an, à l’échelle mondiale
Plan du cours du 24-27 / 01 / 05
1-Origine de la vie et molécules du vivant
1.1-Les êtres vivants face au monde minéral
- Composition élémentaire de la matière
- Les atomes sont les mêmes
- Pas de force vitale !
-Comment définir un organisme vivant ?
1.2-Organisation structurale hiérarchique
- De la molécule => à l’écosystème
- De la cellule => aux molécules
- Principales molécules organiques
- Nombre total de molécules/cellule et constituant
1.3-Caractéristiques fondamentales de la vie
1.4-Bref historique de la Bio Cell et des techniques
2-Diversité des formes cellulaires
- Qu’est-ce qu’une cellule ?
- Des procaryotes aux eucaryotes
- Notion d’évolution cellulaire
La cellule: base de l’unité et de la
diversité du monde vivant (p17)
Théorie cellulaire (1838, Schleidens & Schwann)
et théorie de l’évolution (Darwin)
 Toute forme vivante est faite de cellules
 Toute cellule dérive d’une cellule pré-existante
Corrolaire: fin de la génération spontanée et du
créationisme.
Unité et diversité structurale
C’est un volume de cytoplasme entouré par une
membrane cytoplasmique et contenant un noyau
et différentes structures. Mais … différenciation
Unité et diversité fonctionnelle
C’est la plus petite organisation moléculaire qui
possède les propriétés du vivant: contrôle des
échanges, métabolisme, croissance et
multiplication. Mais … différenciation
La biologie cellulaire étudie l’organisation
et le fonctionnement de la cellule.
Qu’est-ce qu’une cellule ?
Définition (p17)
*La cellule est la plus petite unité capable de
manifester les propriétés du vivant: elle synthétise
l'ensemble de ses constituants en utilisant les
éléments du milieu extracellulaire, elle croît et se
multiplie.
*La cellule est limitée par la membrane
plasmique. La membrane plasmique est faite d'une
bi-couche de phospholipides peuplée de protéines
glycosylées. Il s'agit d'une barrière dont la
perméabilité est extrêmement sélective.
*La cellule renferme également un certain nombre
d'organites.
*La cellule subit un cycle où alternent deux
grandes phases, la phase d'activité fonctionnelle ou
interphase et la phase de multiplication ou mitose.
Membrane plasmique
La cellule eucaryote
Nous distinguons:
- les Protozoaires formés par une seule cellule
libre, souvent capables de se mouvoir (Amibes,
Paramécies, Euglena, levures)
Une Paramécie (Ciliés) (x 250)
- les Métazoaires (animaux, plantes) dont les
cellules sont groupées en tissus épithéliaux,
musculaires, conjonctifs, de soutien [cartilagineux,
osseux], nerveux chez les animaux
Cellules eucaryotes
PLURICELLULAIRES=Métazoaires
• Animaux
• Végétaux
• Champignons
• Algues
UNICELLULAIRE
• Levures
• Protistes
• Algues
Formes de cellules
Bactéries
Pro-érythrocyte
Exoderme de racine
Paramécie
Evolution et tailles des cellules
1,5 Milliards
3,5 Milliards
Procaryotes  Pas d’organites cellulaires, pas de noyau.
Cellule animale (schéma)
Centrioles
Cellule végétale (MET)
Le jeu des
7 différences
(p18)
Cellule procaryote
Cellules eucaryotes
p18
LE CYTOPLASME
HYALOPLASME
MORPHOPLASME
CYTOSOL CYTOSQUELETTE
- Solution
- Réseau
aqueuse
microtrabéculaire
- pH = 7
- Filaments
- Homogène
protéiques
- Molécules
solubles
ORGANITES
- Noyau
- Réticulum
endoplasmique
- Appareil de Golgi
- Vacuoles
Pexoxysomes
Mitochondries
Chloroplastes
VOIES
MÉTABOLIQUES
Mitochondrie
Hyaloplasme
Hyaloplasme
Chloroplaste
Origines de la vie cellulaire
On suppose que la vie existait dès 3,8 Ga, âge des plus anciennes traces
de molécules organiques, et les
premières cellules ayant laissé des
vestiges fossiles sont datées de - 3,45
Ga (cyanobactéries découvertes en
Australie occidentale).
Précipités de calcite dus au métabolisme bactérien
La problématique
1. La théorie de la génération
spontanée est caduque (Pasteur
1860) et Darwin impose l’idée
d’un ancêtre commun de forme
cellulaire simple
2. La théorie de l’ÉVOLUTION veut
que le premier organisme vivant
se soit développé à partir de la
matière inanimée. Au fur et à
mesure qu'il s'est reproduit, il
s'est
transformé
en
des
organismes différents, jusqu'à
donner toutes les formes de vies
sur terre.
3. L'émergence de la vie cellulaire
n’a laissé aucune trace.
Origines des
molécules de la vie
Divers schémas réactionnels aboutissent à
la formation de monomères et
polymères biologiques à partir de
précurseurs plus ou moins simples.
Ils postulent que la genèse a eu lieu dans
des environnements extrêmes :
1.
Composants de l’atmosphère primitive
dissous dans l’eau (CH4, NH3, CO2, SH2,
H2) + Photons, électricité = soupe
primitive ou prébiotique où se forme le
CHON ! (Oparin/Haldane ~ 1890)
2.
Au fond des océans près des sources
hydro-thermales
3.
Provenir de l’espace
Les expériences de S. Miller
(1950)
+ Production de l ’acide cyanidrique HCN
en présence d’NH3
=> Adénine, acides aminés, sucres
Chimie prébiotique!
Les 1ères macromolécules
(Last Universal Common Ancestor)
?
Les protéines sont indispensables pour
la réplication et l'expression des gènes
(ADN) … Et L’ADN est nécessaire
pour la biosynthèse des protéines.
La théorie de l’ARN
On suppose qu'un "monde d'ARN", c'est à
dire une vie utilisant les ARN à la fois comme
matériel génétique et comme catalyseurs, a
précédé l'apparition de cellules comportant
de l'ADN et des protéines.
Pour:
• ARN
Catalytiques
• Virus à ARN
Contre:
• « Fragiles »
• Non autoréplicatif
Plan du cours du 24-31 / 01 / 05
1-Origine de la vie et molécules du vivant
1.1-Les êtres vivants face au monde minéral
- Composition élémentaire de la matière
- Les atomes sont les mêmes
- Pas de force vitale !
-Comment définir un organisme vivant ?
1.2-Organisation structurale hiérarchique
- De la molécule => à l’écosystème
- De la cellule => aux molécules
- Principales molécules organiques
- Nombre total de molécules/cellule et constituant
1.3-Caractéristiques fondamentales de la vie
1.4-Bref historique de la Bio Cell et des techniques
2-Diversité des formes cellulaires
- Qu’est-ce qu’une cellule ?
- Des procaryotes aux eucaryotes
- Notion d’évolution cellulaire
Origine endosymbiotique
des eucaryotes (p19)
Cellule animale: bactérie pourpre …
Cellule végétale: bactérie bleue (cyanobactérie) …
Ce qu’il faut retenir …
Culture générale
-Apport de la science / Société
-Missions de l’Université / Biologie à Montpellier
-Savoir définir un animal / Végétal
-Organisation structurale hiérarchisée du vivant
-Processus d’auto-assemblage des macromolécules
-Théorie cellulaire symbiotique
Examen de fin de semestre
-Distinguer cellule animale / cellule végétale
-Distinguer un procaryote d’un eucaryote
-Structure et fonctions des organites
-Structure, fonctions et propriétés des molécules
-Fonctions et liaisons chimiques / édifices
macromoléculaires
-Interactions entre macromolécules (ADN-Protéine,
protéine-protéine, ARN-protéine, ARN-ARN)
-Intégration des structures et des fonctions / cellule
Frontière biologique p21
=> CONCEPTS Échanges
Communication
Liaisons chimiques
1- Celles définies entre atomes
- Liaisons covalentes fortes
- Liaisons faibles
+ Forces de van der Waals
+ Ponts hydrogènes
+ Liaisons ioniques
+ Forces hydrophobes
2- Exemples de liaisons formant les macromolécules
- Ponts hydrogènes et liaisons ioniques
- Ether R-O-R et thioether R-S-R
- Ester R-COO-C
- Phosphodiester R-PO4-R
- Peptidique O=C-NH-R
- N-glycosidique N-CH- Thiol H-S-R