Naissance d`une cellule - Université catholique de Louvain

Vie et mort d’une cellule.
Les communications entre les cellules.
Mise à jour des connaissances dans le domaine de la biologie cellulaire et des systèmes qui
régulent la vie de la cellule et des communautés cellulaires.
• Naissance d’une cellule
• Vie et mort d’une cellule
Activités expérimentales et/ou multimedia pour faire découvrir la cellule,
son ultrastructure et sa dynamique.
• Cellule en 2009?
• Microscopie électronique // Microscopie optique
• Media, jeux, réalisation de maquettes
Naissance d’une cellule
- La phylogenèse cellulaire
- La compartimentation et la dynamique intracellulaire
Vie et mort d’une cellule
- Les signaux cellulaires
- Le cycle cellulaire
- Le cancer et l’apoptose
- La différenciation
Livres et revues
• Alberts, Bray & al. Essential cell biology. Garland Science, 2004
• Lodish, Baltimore & al. Biologie moléculaire de la cellule. De Boeck Université, 2000
• Dossier hors-série n°46 de Sciences et Vie Junior, Octobre 2001
• Dossier hors-série de Pour la Science « Les sociétés cellulaires », Avril 1998
CD-rom
• Exploration du vivant, Ph. Van den Bosch et Myriam De Kesel, une production de la
faculté des sciences de l’UCL, février 2005.
DVD
• Au cœur du vivant, la cellule, V. Kleiner et Ch. Sardet, une production CNRS Images,
2006.
Site
• http://www.humans.be/bio%20cell.html
1. Phylogenèse cellulaire.
L’atmosphère terrestre est pauvre en oxygène. La vie est dominée par les organismes
procaryotes bactériens à métabolisme anaérobie (chimiolithotrophie).
Apparition des procaryotes photosynthétiques(cyanobactéries).
L’oxygène est un « déchet » du métabolisme énergétique.
Photosynthèse anaérobie  photosynthèse aérobie
L’activité des procaryotes photosynthétiques produit l’accumulation d’oxygène dans
l’atmosphère. Apparition des cellules aérobies et de la respiration cellulaire
(fermentation aérobie) .
•
La chimiolithotrophie est l’utilisation de l’oxydation de composés minéraux comme source
d’énergie. Les plus probables sont l’hydrogène (H2), le soufre (S), le sulfure d’hydrogène
(H2S) et la pyrite (FeS).
•
La photosynthèse anaérobie consiste à utiliser l’énergie lumineuse pour la synthèse de
composés organiques (CHO) sans production d’oxygène. La réaction globale est : nCO2 +
2nH2S + E lumineuse  (CH2O)n + 2nS + nH2O. Pour ce faire, les cyanobactéries primitives
ont développé un pigment capable de capter l’énergie lumineuse : la chlorophylle.
•
La photosynthèse aérobie est une complexification de la photosynthèse anaérobie. La
différence majeure vient de l’utilisation de l’eau (H2O) en lieu et place du sulfure d’hydrogène
(H2S) comme source d’hydrogène pour la synthèse des composés organiques (CHO). Cette
photosynthèse produit un « déchet » : l’oxygène gazeux (O2).
•
La fermentation consiste à utiliser comme source d’énergie l’oxygénation de composés
organiques (surtout des hydrates de carbone). En l’absence d’oxygène, la fermentation est
anaérobie et peu efficace (exple: la fermentation alcoolique). En présence d’oxygène, la
fermentation se poursuit et est qualifiée d’aérobie (ou de respiration). Les produits finaux de la
dégradation aérobie des sucres sont le CO2 et l’H2O et une quantité d’énergie considérable
(plus de 15 fois la quantité dégagée par la fermentation anaérobie).
Apparition des eucaryotes. Première cellule à noyau. Les mitochondries des eucaryotes
seraient le résultat de la symbiose avec un procaryote aérobie.
Explosion cambrienne : organismes eucaryotes multicellulaires.
Explosion cambrienne : premiers vertébrés.
Procaryotes
Eucaryotes
La théorie endosymbiotique à l’origine
de la mitochondrie et du chloroplaste
La théorie cellulaire
• 1665 Robert Hooke : cellules de liège
• 1676 Antoni Leeuwenhoek : microorganismes unicellulaires
• 1839 Theodor Schwann « tout organisme est constitué de cellules »
• 1859 Rudolf Virchow « toute cellule provient d’une cellule
préexistante »
• 1859-1861 Louis Pasteur convainc la communauté que les cellules
viennent de cellules
Points de repères historiques sur
la connaissance des cellules
• Fin 19ème début du 20ème: description des organites cellulaires
Noyau, Compartiments, Golgi, Chromosomes, Centrosome, Fuseau mitotique…
• Les années 1900-1950: l’unité chimique
Les composants chimiques: Eau, Glucides, Protéines, Lipides, Acides nucléiques,
oligo élements…
L’énergétique: les réserves, le glucose, L’ATP
• 2ème moitié du 20ème siècle: l’information génétique
ADN, ARN, Biologie moléculaire, Le traitement de l’information
• Dernier quart du 20ème siècle: les appareils cellulaires
La dynamique et le cytosquelette, Les vésicules et les organites, La signalisation intra
cellulaire, les systèmes de contrôle et de réparation
• Transition 21ème siècle: Dynamique moléculaire dans la cellule
2. La compartimentation et la
dynamique intracellulaire.
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Les membranes
Le cytosquelette
Le noyau
Les mitochondries
Le réticulum endoplasmique
L’appareil de Golgi
Les lysosomes
1. Les membranes
Composition des membranes
•
Lipides (phospholipides et cholestérol) (~43%)
Forment le squelette des membranes
Pas de cholestérol chez les procaryotes
•
Protéines (récepteurs, transporteurs, enzymes) (~49%)
Attachés plus ou moins fortement aux phospholipides (liaisons
ioniques, hydrophobes, ponts hydrogène etc.)
•
Glucides (glycoprotéines ou glycophospholipides) (~8%)
1. Les membranes
Fonctions de la membrane plasmique
• La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieur de la cellule).
• Les échanges d’information avec d’autres cellules (récepteurs hormonaux, jonctions gap).
• La régulation du transport des ions, protéines, sucres graisses, etc..
• Les mouvements cellulaires (pseudopodes, endocytose-exocytose).
• Les phénomèmes de reconnaissance (antigène de surface)
• La régulation du métabolisme (transduction intracellulaire des signaux extracellulaires)
• Un site pour les réactions chimiques ne pouvant pas se produire dans un environnement
aqueux
1. Les membranes
Cholestérol
1. Les membranes
1. Les membranes
La compartimentation membranaire
Pour une cellule eucaryote
Surface de la membrane
plasmique 1500 mm2
Surface des membranes
internes 45 000 mm2
Surface du cytosquelette
150 000 mm2
1. Les membranes
La couche bi-lipidique agit comme une barrière
perméable mais sélective
Les protéines
membranaires sont
indispensables pour le
transport des
• molécules polaires
• ions
2. Le cytosquelette
Microfilaments
d’actine (5nm)
Microtubules (25nm)
Filaments
Intermédiaires (10 nm)
3. Le noyau
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson,
Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.
3. Le noyau
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.
4. Les mitochondries
Matrice: cycle de Krebs
oxydation des lipides
Membrane interne:
phosphorylation oxydative
Membrane externe
Organisation du métabolisme cellulaire
Appareil digestif
endocytose
hydrolyses
glucose
2 ATP
24 kcal/mole
2 pyruvate
Cytosol
ANAEROBIE
glycolyse
+ 6 O2
28 ATP
336 kcal/mole
Mitochondrie
AEROBIE
Cycle de l’acide citrique
Phosphorylation oxydative
6 CO2 + 6
H2O
686 kcal/mole
Excrétions
5. Le réticulum
endoplasmique
Cavités du réticulum
RER
Polysomes attachés au RER
REL
Membranes
nucléaires
Polysome et ribosome
non attachés au RER
Fonctions du RER et du REL
A. RER
Biosynthèse des protéines secrétées ou constitutives de la membrane plasmique (les
protéines non secrétées sont synthétisées au niveau des polysomes
non attachés au RER)
B. REL
1. Biosynthèse des phospholipides et du cholestérol
2. Détoxication des drogues liposolubles (foie)
- hydroxylation
+ OH
- démethylation
- CH3
3. Biosynthèse des hormones stéroides
- androgènes, oestrogènes, glucocorticoïdes etc
4. Réactions de glycosylation
5. Production de glucose à partir de glucose-6-P
par la glucose-6-phosphatase
(dans le foie mais pas dans les muscles)
6. L’appareil de Golgi
6. L’appareil de Golgi
• L'appareil de Golgi se compose de plusieurs dictyosomes
• Un dictyosome se compose de 4 à 8 saccules
Trans-Golgi - Face interne - Face de maturation
6-7.5 nm --->
} ~ 20 nm
Cis-Golgi - Face externe - Face de formation
6. L’appareil de Golgi
Participation des dictyosomes dans l’exocytose
MEMBRANE
PLASMIQUE
Face de maturation (trans)
VÉSICULES et
GRAINS DE
SÉCRÉTION
DICTYOSOME
Face de formation (cis)
RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE RUGUEUX
VÉSICULES DE
TRANSITION
Sécrétion de protéines
3 min
réticulum
endoplasmique
20 min
appareil de Golgi
90 min
vésicules de
sécrétion
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/proteinsecretion_mb.html
SOURCE: Lodish, et al., Molecular Cell Biology, Fifth Edition, W. H. Freeman & Co.
© 2004 W. H. Freeman & Co., and Sumanas, Inc.
7. Les lysosomes et les peroxysomes
7. Les lysosomes et les peroxysomes
Enzymes
LYSOSOME
Protéases
Ribonucléases
Désoxyribonucléases
Phosphatases
Sulfatases
Glycosidases
Lipases
Phospholipases
etc.
PEROXYSOME
Oxidases --> H2O2
H2O2 --> H2O + 1/2 O2
Catalase
PH acide
0.2 - 0.4 µm
0.2 - 1µm