protéine
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UE 2.1 : « Biologie fondamentale » La cellule Année 2016-2017 – promotion GAUFRED de ROUSSILLON Institut Méditerranéen de Formation en Soins Infirmier Jean-Luc Moreau Qu’est-ce qu’une cellule ? Comment est-elle organisée ? Quelle est la fonction des organites cellulaires ? Comment s’effectue la synthèse des protéines ? Comment les cellules communiquent elles ? Qu’est-ce que le métabolisme? Organisation cellulaire du vivant (1) X 1000 Observation microscopique d'un frottis sanguin Organisation cellulaire du vivant (2) Tissu adipeux (x 600) Épiderme d’oignon Tous les êtres vivants sont constitués d’une ou plusieurs cellules La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants Toute cellule provient d’une autre cellule (division cellulaire) Le fonctionnement de l’organisme dépend de l’activité des cellules (isolées ou regroupées en tissus) Un dysfonctionnement cellulaire aura des répercutions sur l’organisme Il existe une grande variété de cellules qui différent par : - leur taille; - leur forme; - Leur fonction. Niveau d’organisation cellulaire Hématie Macrophage Cellule musculaire Neurone elles ont toutes une organisation de base commune : - un cytoplasme (gelée limpide) limité par une membrane plasmique (= double couche lipidique + protéines) contenant de l’eau, des électrolytes, des protéines, des grains de glycogène, et divers organites - un noyau contenant l’information génétique contenu dans la séquence d’ADN Arbre phylogénétique de la vie Cellule : unité du vivant, base des tissus • deux grands types de cellule : - procaryotes - eucaryotes • Issu d’un ancêtre commun : proto-cellule ou progénote = procaryote • Les procaryotes : bactéries , structure simple la plupart vivent comme des organismes monocellulaires mais peuvent se regrouper Les procaryotes ont leur ADN dans le cytoplasme de la cellule • Les eucaryotes structure évoluée et complexe un noyau, un cytoplasme, des organites les virus Non vivant Parasite obligatoire Nécessite une cellule hôte pour se reproduire Agents infectieux constitués au minimum d'acide nucléique et de protéines. les virus Non vivant Parasite obligatoire Nécessite une cellule hôte pour se reproduire Agents infectieux constitués au minimum d'acide nucléique et de protéines. Organisation d’une cellule procaryote un compartiment unique : pas de cloisonnement cytoplasmique Cytoplasme, contenant un chromosome pas de noyaux ADN circulaire ou linéaire, situé dans le cytoplasme Multiplication rapide par division cellulaire ou scissiparité 1 membrane plasmique qui peut être doublée par 1 paroi : une couche de peptidoglycane doubles formant la paroi cellulaire Pas de réseau endomembranaire Pathogènes ou non pathogènes Organisation type d’une cellule Procaryote Organisation des cellules eucaryotes Les cellules eucaryotes Une fonction spécifique assure Cellule eucaryote est Unité structurale et fonctionnelle du corps humain Comprend Membrane plasmique cytoplasme Noyau Organisation des cellules eucaryotes Un noyau contenant l’ADN, support de l’information génétique Un cytoplasme délimité par les membranes plasmiques et nucléaires contenant : • 75 à 90% d’eau • Des solutés en suspension (protéines, sels, sucres, déchets, lipides ATP, ions etc) • Un ensemble d’organites limités par une membrane : réticulum-endoplasmiques, appareils de Golgi, lysosomes et endosomes, mitochondries Un cytosquelette (microtubules, microfialments) • morphologie cellulaire • position des organites dans la cellule • transport de différents composants cytoplasmiques Cellule Eucaryote Membrane plasmique (1) • toutes les cellules possèdent une membrane plasmique • sépare le milieu intracellulaire et milieu extracellulaire • double couche de phospholipides (75%) et de protéines (+ cholestérol 20%) • asymétrique, fluide Membrane plasmique (2) • des glucides sur la couche externe de la membrane associés aux protéines et aux lipides (glycoprotéines et glycolipides) constituent le glycocalyx • Le glycocalyx : - Protège les cellules - Favorise l'adhésion entre les cellules - Permet la reconnaissance et l’interaction entre les cellules • semi-perméable car certaines substances ne peuvent pas la traverser • régule donc le mouvement des molécules d'un milieu à un autre Ultra-structure de la membrane Cytoplasmique Milieu extracellulaire Milieu intracellulaire Protéines membranaires • Transport solutés (ions, glucose, acides aminés,…) • Communication cellulaire (récepteurs) Le cytosquelette Réseau de structures fibrillaires S’étend dans toute la cellule Ossature flexible de la cellule Rôles : • Forme de la cellule • Mouvements de la cellule • Mouvement des organites (ex mitochondries, vésicules sécrétoires) et des chromosomes lors de la mitose Cellule eucaryote les principaux organites • le réticulum endoplasmique • l’appareil de Golgi • les mitochondries • lysosomes • noyau Le réticulum endoplasmique Système membranaire RE Réticulum endoplasmique lisse REL Synthèse des lipides (acides gras et phospholipides) Réticulum endoplasmique granuleux REG (associé aux ribosomes) Synthèse des protéines (membranaires, lysosomiales et exportées) Appareil de Golgi Empilement de disques membranaires aplatis appelés saccules ou citernes • • • • Modification chimique (phosphorylation, glycosylation,…) Tri Emballage Sécrétion des protéines produites dans le REG (phosphorylation, glycosylation) Mitochondrie Centrales énergétiques de la cellule : production d’ATP Lysosomes Vésicules sphériques délimitées par une membrane provenant de l’appareil de Golgi et contenant des enzymes digestives (= les hydrolases) Digestion de molécules organiques, des particules étrangères, des vieux organites Cellule procaryote versus cellule eucaryote Cellules procaryotes Cellules eucaryotes animales Absence d'enveloppe nucléaire Présence d'enveloppe nucléaire Possède une membrane plasmique Possède une membrane plasmique Pas d’organites Organites : nombreux et diversifiés Présence d'une paroi Pas de paroi Pas de réseau endomembranaire 1 réseau endomembranaire très important Cellule eucaryote / procaryote Le noyau • Centre de commande de la cellule, contient les gènes et les chromosomes responsables de nos caractères héréditaires • Nucléole : transcription Arn, assemblage des ribosomes • Granules : lieu de l’épissage un processus par lequel les ARN transcrits à partir de l'ADN génomique peuvent subir des étapes de coupure et ligature qui conduisent à l'élimination de certaines régions dans l’ARN final Les segments conservés s’appellent des exons et ceux qui sont éliminés s’appellent des introns Schéma du noyau et du réticulum endoplasmique (1) Enveloppe nucléaire (2) Ribosomes (3) Pores nucléaires (4) Nucléole (5) Chromatine (6) Noyau (7) Réticulum endoplasmique granuleux (8) Nucléoplasme L’ADN Polymère de désoxyribonucléotides formé de deux chaînes (brins) complémentaires et antiparallèles. Les 2 chaînes sont reliées entre elles par des liaisons hydrogènes entre les bases azotées et s’enroulent l’une autour de l’autre pour former une double hélice Le gène Une séquence d’ADN spécifiant la synthèse d’une protéine ou d’un ARN L’expression des gènes ou synthèses des protéines Synthèse des protéines Traduction Expression des gènes 1. La transcription : transfert de l'information génétique de l'ADN vers une autre molécule : l'ARN 2. La traduction, qui est un transfert d'information depuis l'ARNm vers les protéines 3. L'activité des protéines • Dépend de leur structure • détermine l'activité des cellules , • qui détermine à son tour le fonctionnement des organes et de l'organisme Il existe différents ARN Selon leurs fonctions, on distingue plusieurs espèces d'acides ribonucléiques : ARNr = acide ribonucléique ribosomique, qui participe à la structure des ribosomes ; responsable de la synthèse des protéines ARNt = acide ribonucléique de transfert, transporteur des acides aminés pour la traduction ARNm = acide ribonucléique messager, produit de la transcription d'un gène qui porte l'information à traduire Synthèse des protéines traduction - décodage de l'information portée par l'ARN messager en protéine - Cette synthèse se fait dans le cytoplasme, au niveau des ribosomes Les acteurs de la traduction sont : 1. l’ARNm 2. ribosomes 3. ARNt porteurs d’acides aminés Transcription Brin d’ADN TTCAGTT AAGUCA A Transcription ARN Codon Pour traduire un ARNm en protéine, les quatre lettres A, C, G et U s'associent en « mot » de trois lettres (GGA, CUA...) pour former un codon. Traduction Du gène à la protéine • L’ADN contient l’information nécessaire à la synthèse des protéines • Un gène est transcrit en ARNm • Un ARNm est traduit en protéine par lecture des codons • Un codon est l’association de 3 bases de l’ARNm dans un ordre précis • Chaque codon code pour un AA • Les AA sont transportés par les ARNt • La succession des AA forme une protéine • Un codon stop, marque la fin de la traduction d'un ARNm protéine en Qu’est-ce qu’un codon ? Qu’est-ce qu’un anticodon ? Comment passe t-on de la séquence nucléotidique de l’ARNm à la séquence protéique ? On passe du langage de nucléotides au langage des acides aminés grâce au code génétique Le code génétique (64 codons et leurs acides aminés) 61 codons codent un acide aminé 1 codon code la méthionine et sert de codon de départ 3 codons ne codent pas d’acides aminés et servent de codons d’arrêt Campbell (3eéd.) — Figure 17.5 : 342 Le code génétique est redondant (code dégénéré) Plusieurs codons codent le même acide aminé bien qu’un seul «à la fois» soit nécessaire pour la mise en place de l’acide aminé dans la protéine. Rôle de la redondance Minimise les effets néfastes des mutations ! , la mutation ne s’exprime pas = «silencieuse». Le code génétique : correspondance entre codons et acides aminés Le code génétique : correspondance entre codons et acides aminés Un langage universel Le code génétique est commun à tous les êtres vivants, de la bactérie à l'homme, chez les animaux comme chez les végétaux : il est (quasi) universel Ceci signifie que lorsqu'un gène, issu d'un organisme codant pour un caractère particulier, est inséré dans un deuxième organisme, ce dernier sera capable d'exprimer la même protéine Synthèse des protéines Noyau Transcription ADN ARNpm Maturation Traduction ARNm Cytoplasme Ribosome Chaîne polypeptidique Cellule eucaryote Bactérie ADN Noyau Transcription Traduction Chaîne polypeptidique ARNm Ribosome Transcription ADN ARNpm Maturation Traduction ARNm Cytoplasme Ribosome Campbell (3eéd.) — Figure 17.3 : 340 Chaîne polypeptidique Communication Cellulaire L’organisme constitué de cellules communicantes 3 types cellulaires spécialisés communication cellulaire : • Cellules nerveuses • Cellules endocrines • Cellules immunitaires dans Quels sont les mécanismes de communication intercellulaire? la Communication Cellulaire 4 systèmes de communication de base : 1. jonctions communicantes 2. Signaux dépendant du contact 3. Communication locale 4. Communication sur longue distance Communication Cellulaire C’est l'ensemble des mécanismes qui permettent à une cellule, un tissu et un organisme de recevoir, interpréter et répondre aux signaux émis par d'autres cellules ou par son environnement assurée principalement par : Les récepteurs cellulaires : une protéine de la membrane cellulaire ou du cytoplasme ou du noyau cellulaire Se lie spécifiquement à un ligand telle une hormone, ou un neurotransmetteur induisant une réponse cellulaire spécifique Communication Cellulaire Hormone neurotransmetteur Jonctions communicantes • Jonctions communicantes (=gap jonction) forment des connexions cytoplasmiques directes entre cellules adjacentes • Ces jonctions permettent le passage directe des ions et petites molécules • Synchroniser l’activité d’un ensemble de cellules • Muscle cardiaque Communication Cellulaire par contact = Communication juxtacrine Voies de signalisation nécessitant une interaction entre des molécules membranaires présentes sur les deux cellules : contact physique entre cellules Cellules du système immunitaire Communication Cellulaire locale Les signaux autocrines agissent sur les cellules qui les ont sécrétés Les signaux paracrines sont sécrétés par une cellule et diffusent vers les cellules adjacentes Histamines cytokines Communication Cellulaire Les hormones sont sécrétées par les glandes endocrines Seules les cellules cibles possédant les récepteurs de l’hormone vont répondre au signal Communication cellulaire : synapse chimique Communication Cellulaire : en résumé 4 modes de communication intercellulaire par signaux chimiques extracellulaires Métabolisme cellulaire Métabolisme cellulaire Ensemble des réactions chimiques du vivant 2 formes de métabolisme : • aérobie (avec O2) • anaérobie (sans O2) la forme aérobie est la plus rentable en terme de production d’ATP Respiration cellulaire • une réaction chimique d'oxydo-réduction = transfert d’électrons • C’est un processus chimique d’extraction de l’énergie contenue dans certaines molécules comme le glucose pour fabriquer de l’ATP • Du dioxygène est extrait de l'air par la ventilation pulmonaire et est apporté à la cellule par la circulation sanguine, fixé sur l'hémoglobine des hématies • elle produit des déchets : - CO2 : il est évacué par la circulation sanguine, dissous dans le plasma - parfois de l'urée, si le carburant contient de l'azote (ex: acides aminés) Métabolisme cellulaire Nutriments Energie (ATP) Métabolisme O2 Molécules organiques
