Physiologie Générale

1
PHYSIOLOGIE GENERALE : Etude de la Cellule.
INTRODUCTION :
En 1839, un physiologiste allemand est à l’origine de la théorie cellulaire qui identifie la cellule comme une entité
morphologique et fonctionnelle indépendante, unifiant ainsi le règne animal et végétal et permettant de trouver des points
communs entre un organisme pluri et unicellulaire. Explication de la diversité des cellules chez ces mêmes êtres
pluricellulaires.
Deux grandes catégories de cellules :
• Cellules procaryotes dont l’information génétique est portée par une molécule d’ADN libre à l’intérieur de la
cellule (ex : algues bleues, bactéries).
• Cellules eucaryotes, l’information génétique est portée par plusieurs molécules d’ADN contenues dans une
structure particulière = noyau.
I) LA CELLULE ANIMALE :
Séparée du milieu extérieur par une membrane plasmique. A l’intérieur de la cellule, on trouve le cytoplasme, composé du
cytosol (partie liquide), et des organites (partie organique).
1) Membrane plasmique :
Elle sépare le milieu extracellulaire (MEC) du Milieu intracellulaire (MIC), plus facile à étudier car facile à séparer.
1.1) Composition chimique et architecture moléculaire :
1.1.1) Les lipides :
40 % de la membrane. On trouve du cholestérol (25 %), des phospholipides (55 %) et des glycolipides (18 %). Ils sont
composés :
• Tête hydrophile: phosphate, chaîne carbonée et glycérol.
• Queue hydrophobe : acide gras.
1.1.2) Les protéines :
Environ 60 % de la membrane plasmique, elles sont :
• Hydrophile (extrinsèque).
• Hydrophobe (intrinsèque, intégrée).
1.1.3) Organisation, localisation :
• Organisation en double couche dans une solution aqueuse, avec un feuillet externe et interne.
• Glycoprotéine et glycolipide surtout sur feuillet externe de la bicouche.
1.2) Membrane plasmique = mosaïque fluide.
Le long de cette structure, les protéines et lipides se déplacent dans le plan de la bicouche = diffusion latérale.
1.3) Rôle physiologique de la membrane :
• Frontière physique entre le MEC et le MIC, contrôlant les flux d’eau, d’ions et de diverses molécules (acides
aminés ou a.a, glucides).
• Perméabilité sélective dépendant :
o De la molécule voulant traverser. Composition différente entre MIC et MEC.
o Du transport :
 Passif :
• Diffusion simple, une molécule passant du milieu le plus concentré vers le moins
concentré. Pour les ions, cela s’effectue selon le champ électrique.
• Diffusion facilitée qui fait intervenir une protéine de la membrane qui prend en
charge la molécule à transporter, selon le gradient et le champ électrique.
 Actif : fait passer une molécule ou un ion contre son gradient de concentration et/ou électrique.
Entraîne une consommation d’énergie.
• Identité de la cellule par le Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH).
• Transmission d’informations, lors de la conduction nerveuse ou hormonale.
1.3.1) Perméabilité d’une membrane purement lipidique et d’une membrane biologique :
Dépend du degré de liposolubilité et de la taille de la molécule. Des protéines intégrées permettent le passage de grosse
molécule hydrophile, les petites molécules hydrophiles et hydrophobes peuvent traverser la membrane sans aide.
1.3.2) Perméabilité à l’eau = pression osmotique :
Le passage de l’eau à travers la membrane dépend de cette pression qui est due à la différence de concentration des différents
ions de part et d’autres de la membrane. L’eau passe du milieu le moins concentré vers le plus concentré.
Exemple : le globule rouge (GR) dans une concentration de NaCl :
9 ‰ : concentration isotonique, échange normaux sans déséquilibre.
> 9 ‰ : hypertonicité, le GR perd son eau intracellulaire = plasmolyse
< 9 ‰ : hypotonicité, le GR se gonfle d’eau = turgescence et éclatement de celui-ci.
1.3.3) Rôle des protéines dans la perméabilité membranaire :
Elle assure le transport spécifique d’une molécule (ou d’un ion). Parmi ces protéines :

2
A) Protéine canal :
Elle forme un canal transmembranaire qui permet au soluté dont la taille et la charge correspondent de traverser la membrane
par un mécanisme de diffusion simple.
Ex : canal de fuite du potassium qui permet d’obtenir le potentiel de membrane (-70 à -90 mV).
B) Transport facilité :
Trois propriétés pour ce type de transporteur :
• Spécifique au substrat.
• Transport selon le gradient de concentration.
• Saturation si la concentration de substrat est importante = facteur limitant.
Ex : transporteur à glucose, trois étapes :
1. Sur la face extracellulaire, le glucose se fixe à la protéine spécifique = complexe transporteur/substrat.
2. Le transporteur change de configuration spatiale, le glucose va de la face externe à la face interne de la membrane
= translocation.
3. Le glucose se libère dans le MEC.
C) Transport actif :
Besoin d’énergie pour le fonctionnement, sous forme d’ATP. Ces pompes consomment environ un tiers de l’énergie de la
cellule.
Ex : la pompe Na
+
/K
+
ATP ase :
Cette pompe expulse vers l’extérieur trois Na
+
entrés par diffusion simple et incorpore deux K
+
sortis par le canal de fuite.
1.3.4) Transports de macromolécules (endo/exocytose) :
La cellule peut effectuer des échanges ente le MIC et le MEC pour des molécules de tailles plus importantes, au moyen de
processus plus globaux.
A) Endocytose :
Processus par lequel la cellule capte des substances dans le MEC, elle est importante dans la digestion intracellulaire. Elle
comporte deux phases :
• L’accolement : la molécule absorbée se concentre au niveau des chaînes sucrées de la membrane (glyco et
lipoprotéines).
• L’ingestion, plusieurs sous-étapes :
o Formation d’une dépression à la surface de la membrane de la cellule.
o Evolution par invagination en vésicule qui emprisonne la substance à absorber.
o La vésicule se détache de la membrane plasmique afin de se déplacer dans le cytoplasme.
Exemples :
• Les globule blanc (ici macrophage), chez les vertébrés protègent l’organisme des microbes en les absorbant =
phagocytose.
• La cellule peut stocker des réserves comme le glucose.
B) Exocytose :
C’est le phénomène inverse : des substances produites par la cellule (hormone, NT, protéine), ainsi que des déchets du
métabolisme sont libérés dans le MEC par ce système.
1.3.5) Jonctions cellulaires :
Dans les tissus, la membrane plasmique des cellules voisines sont réunies entre elles par des contacts ou jonctions cellulaires.
• Jonction adhérente : cohésion mécanique entre les cellules.
• Jonction serrée : cohésion mécanique et étanchéité entre les cellules.
• Jonction communicante : permet a deux cellule d’échanger des molécules de petite taille.
A) Jonction adhérente :
Très abondante dans les cellules épithéliales, elle permet à des groupes de cellules de fonctionner comme une unité
structurelle :
• Desmosome ceinturant (desmosome) : présence d’un matériel filamenteux dans l’espace intercellulaire assurant
l’adhésion des deux membranes plasmiques des deux cellules voisines ainsi que d’un anneau contractile (filaments
d’actine) sur la face cytoplasmique qui forme une bande entourant les cellules adjacentes au niveau de l’extrémité
apicale.
• Desmosome ponctuel : présence d’une plaque de matériel dense située du côté cytoplasmique servant de point
d’ancrage pour des filaments de kératine qui constituent la charpente structurale de la cellule. On trouve également
des glycoprotéines transmembranaires qui facilite l’adhésion des deux membranes plasmiques = rivets maintenant
les cellules attachées entre elles par des points de contact sur les faces latérales.
• Hémi-desmosome : structure identique à celles des desmosomes qui permet la liaison entre les cellules épithéliales
et la lame basale.

3
B) Jonction serrée (jonction étanche) :
Scellement étroit entre les deux membranes plasmiques des deux cellules, du à la présence des chaînes protéiques situées au
niveau de ces membranes. Absence d’espace intercellulaire.
C) Jonction communicante (jonction GAP) :
On la trouve dans la plupart des cellules animales. Présence de protéines faisant saillies hors de la membrane et formant des
connexons (structure), reliant les deux cytoplasmes des cellules voisines, par l’intermédiaire d’un canal. Persistance d’un
espace intercellulaire. Chaque jonction peut contenir plusieurs centaines de connexons, permettant à de petites molécules
hydrophiles (ions, a.a, sucres, nucléotides, vitamines), de passer directement d’une cellule à l’autre = couplage nucléotidique
et électrique.
1.3.6) Rôle informatif de la membrane :
La membrane permet le transfert d’informations entre des cellules ou des groupes cellulaires différents, cela permet une
coordination de leurs activités.
A) Transmission nerveuse :
Transmission rapide, elle s’effectue sur de grandes distances. Besoin de neuromédiateurs se fixant sur des récepteurs de la
cellule voisine.
B) Transmission hormonale :
Une glande endocrine déverse son contenu dans le courant sanguin = système lent. L’hormone est un messager chimique se
fixant sur des récepteurs spécifiques (faisant partie de la membrane plasmique) de la cellule cible.
C) Couplage entre les cellules :
Réalisé grâce aux jonctions communicantes.
Ex : cellule du cœur avec couplage électrique.
D) Antigénicité :
La cellule porte des Antigènes de surface (ou Ag composés de glycoprotéine) qui sont une sorte de carte d’identité de la
cellule, pouvant déclencher ou non une réaction immunitaire.
2) Cytoplasme
Entre la membrane plasmique et le noyau, il comporte:
• Organites (phase structurée).
• Cytosol = hyaloplasme = milieu intracellulaire (phase liquide).
2.1) Composition chimique
85 % d’eau, des protéines (enzymes et micro-filaments), acides nucléiques, réserve énergétique (glycogène, lipides), sucres,
a.a, nucléotides, ions, ATP, pH = 7 donc neutre.
2.2) Rôle physiologique :
• Constitue une réserve de combustible et de matériau de construction pour tous les composants de la cellule.
• Lieu où s’effectue un nombre important de réaction métabolique (ex : synthèse des a.a, acides gras, nucléotides,
glycogène).
• Lieu de la glycolyse, le glucose devient du pyruvate, donnant de l’ATP (réaction anaérobie).
3) Les micro filaments cytoplasmiques :
3.1) Les microtubules : squelette et autoroute de la cellule :
Tube de longueur variable et généralement rectiligne. Tubulines  protomères  microtubule. Différents rôles :
• Dans le cytosquelette : maintien de la forme de la cellule et mise en place d’une organisation cellulaire précise lors
du développement cellulaire.
• Guide et orienteur pour différents mouvements :
o Flux axonal : mouvement de diverses substances produites dans la région du noyau, vers l’extrémité de
l’axone.
o Courant entraînant les grains de sécrétions vers la surface lors du processus d’exocytose.
o Formation d’un fuseau de division où migrent les chromosomes lors de la division cellulaire.
• Mouvements des cils et flagelles : c’est l’évagination de la membrane plasmique pour former des doigts.
3.2) Actine, myosine : protéines contractiles :
3.2.1) Description :
• Actine : dans le muscle strié, c’est un filament formé par association de multiples unités globulaires identiques,
l’actine est localisée principalement sous la membrane plasmique à laquelle elle va y être rattachée.
• Myosine : elle est formée d’un bâtonnet surmonté de deux têtes globulaires.
3.2.2) Rôles physiologiques :
• Dans la contraction musculaire : la répartition précise, l’apport de calcium et d’énergie sous forme d’ATP permettra
une contraction musculaire.
• Dans la motilité cellulaire : toutes les cellules produisent des mouvements, la contraction musculaire n’est qu’un
aspect spécialisé d’un type d’activité qui est la motilité cellulaire. Traduction par déplacements des cellules le long
d’un support et par des invaginations de la membrane plasmique par endocytose.

4
4) Ribosomes, chaîne de production des protéines :
Particules globulaires de 15-20 nm de ∅ : sous forme libre dans le cytoplasme ou rattachés à la face hyaloplasmique du
Réticulum Endoplasmique Granuleux (REG).
4.1) Structure et composition chimique :
Petite et grosse sous-unités se différencient en fonction de la masse et la forme. Chaque sous-unité est constituée par un
assemblage de plusieurs protéines et acides ribonucléiques (ARN ribosomaux ou ARN
r
).
4.2) Rôle fonctionnel :
Assure la biosynthèse des protéines = assemblage dans un ordre déterminé des acides aminés pour former des protéines à
partir d’un plan porté par l’ARN messager ou ARN
m
. Lors de cette biosynthèse, plusieurs ribosomes se fixent au même brin
d’ARN, formant ainsi un polysome où chaque ribosome forme une protéine.
5) Réticulum endoplasmique, transformation et accumulation :
Le réticulum (qui signifie réseau de cavités) est un ensemble de membranes délimitant des cavités closes ou citernes qui
communiquent entre elles. Une portion du REG forme l’enveloppe nucléaire.
5.1) Composition chimique du RE :
Membrane plasmique avec 30 % de lipides et 70 % de protéines dont la plupart sont des enzymes permettant aux réticulum
d’assurer ces diverses fonctions.
5.2) Rôles physiologiques :
Les molécules s’accumulant dans le REL et le REG sont en transit dans ce réseau de cavité jusqu’à l’extérieur pour rejoindre
l’appareil de Golgi (AG).
5.2.1) REG :
• Réactions de glycosylation (ajout de molécules de sucres sur une protéine ou un lipide).
• Lieu d’accumulation pour les protéines synthétisées par les ribosomes du réticulum ou d’origine extra cellulaire.
5.2.2) REL :
• Participe au métabolisme des graisses : Ex : biosynthèse des acides gras, phospholipides, cholestérol, hormones
stéroïdes (testostérone, progestérone).
• Détoxification : transformation des substances toxiques provenant du milieu extérieur (ex : conservateur,
insecticide) en molécules non toxiques plus facilement éliminées pour l’organisme.
• Réservoir à calcium, notamment dans les cavités.
6) Appareil de Golgi (AG) :
• Unité de transformation et d’emballage, constituée de plusieurs séries de cavités aplaties (4-8 saccules), entourées
par une membrane lisse. Une pile de saccule = dyctyosome.
• AG = organite polarisé.
• Face externe : face du dyctyosome toujours tournée du côté du REG (cf. REL). Formation et présence de vésicules
de transition.
• Face interne : formation de vésicules de taille importante = vésicules de sécrétion.
6.1) Composition chimique :
Membrane plasmique de l’AG comprend 40-70 % de protéines (ex : glycosyl-transférase et sulfatide-transférase) et 30-60 %
de lipides.
6.2) Rôle physiologique :
• Emballage des produits de sécrétion (rôle majeur). AG participe au processus de sécrétion par lequel la cellule
libère dans le MEC des molécules synthétisées par les ribosomes libres du REG. Elles traversent l’AG, sont
concentrées, stockées puis emballées sous forme de grain de sécrétion qui sortiront de la cellule par exocytose.
• Participation au renouvellement de la membrane plasmique grâce à la fusion des grains de sécrétion.
• Intervention dans la réaction de glycosylation et sulfatidation, au moyen d’enzymes spécifiques pour obtenir au
final des glycoprotéines avec un groupement sulfate.
• Lien dans la protéolyse. Pro-protéine inactive passe par l’AG afin de devenir de véritables protéines actives (ex :
pro insuline qui deviendra de l’insuline active).
7) Lysosome et peroxysome :
7.1) Lysosome :
• Vésicules sphériques de tailles variables contenant des enzymes hydrolytiques (protéases, lipases, nucléases)
assurant la digestion intracellulaire des macro-molécules sous un pH acide (5).
• Si dysfonctionnement, pathologies graves (ex : syndrome de HURLER = déformation osseuse).
• Membrane imperméable aux macro molécules mais pas aux produits issus de la digestion.
• Présence de pompes à protons pour obtenir l’acidité voulue.
• Sur la membrane du lysosome, présence de protéines réceptrices reconnaissant les protéines marqueuses des
macromolécules à digérer.
• Depuis AG, bourgeonnement d’un lysosome primaire qui devient un phagolysosome puis un lysosome secondaire
puis enfin un corpuscule résiduel après digestion.

5
• Rôles :
o Intervient dans digestion et renouvellement des constituants intra et extracellulaires.
o Permet digestion de micro-organismes phagocytés par la cellule.
o Intervient dans l’assimilation du cholestérol.
7.2) Peroxysome :
• Oxydation de différentes molécules au moyen d’oxydases et d’O
2
pour être efficace.
• Retrait de H à différents substrats, formant ainsi du peroxyde d’hydrogène H
2
O
2
très oxydant.
• Pour éviter une accumulation dangereuse de H
2
O
2
, des catalases le consomment pour oxyder d’autres substrats.
8) Mitochondries :
De forme cylindrique et possédant une double membrane (interne et externe), qui délimite deux compartiments, la matrice et
l’espace inter-membranaire. Présence de crêtes formées par la membrane interne.
8.1) Composition chimique :
8.1.1) Membrane externe :
Perméable à la plupart des solutés de faibles poids moléculaires grâce à des protéines canal. Elle possède des enzymes
agissant sur le métabolisme des lipides.
8.1.2) Membrane interne :
80 % de protéines divisées en trois groupes :
• 15 enzymes appartenant à la chaîne respiratoire.
• ATP synthétase.
• Transporteurs spécifiques.
8.1.3) Matrice mitochondriale :
Contient des ions Ca
2+
, du Pi (phosphate inorganique) et de l’ADN mitochondrial ainsi que des mitoribosomes et des
enzymes intervenant dans la synthèse d’acétyl CoA et le Cycle de KREBS (CK). On trouve également des enzymes
permettant la réplication et la transcription d’ADN.
8.2) Rôles physiologiques :
Extraire l’énergie de certaines molécules pour la transformer en ATP qui sera utilisé par la cellule pour des activités
enzymatiques. On parle de respiration cellulaire nécessitant de l’O
2
.
8.2.1) La matrice :
• Par un transport sélectif, le pyruvate qui provient de la dégradation du glucose (glycolyse) ou de la dégradation des
lipides (acides gras), passe du cytoplasme à la matrice.
• L’acétyl CoA alimente le CK (8 réactions) qui libèrent du CO
2
et des H
+
.
8.2.2) La membrane interne : phosphorylation oxydative.
• Transport d’électrons et formation d’un gradient électrochimique de H
+
grâce à la chaîne respiratoire.
• Synthèse d’ATP.
8.2.3) La chaîne respiratoire :
• Les électrons libérés par le CK sont transportés jusqu’à l’O
2
par la chaîne respiratoire afin de produire de l’eau.
• Une partie de l’énergie produite par ce transport permet de pomper des ions H
+
de la matrice vers l’espace inter-
membranaire afin de créer un gradient électrique.
• L’ATP synthétase utilise ce gradient de H
+
pour former de l’ATP avec de l’ADP et du Pi.
9) Noyau :
Contient l’ensemble de l’information génétique ou génome porté par l’Acide DésoxyriboNucléique (ADN). Le nucléoplasme
est séparé du cytoplasme par une enveloppe nucléaire. Le nucléoplasme comprend le nucléole et la chromatine (structure
diffuse).
9.1) Enveloppe nucléaire :
• Membrane interne en contact avec le nucléoplasme.
• Membrane externe qui porte les ribosomes.
• Entre les deux, un espace périnucléaire en contact avec la cavité du RE qui est en fait une portion spéciale de celui-
ci.
• Enveloppe non continue, les membranes se rejoignent par endroits pour former des pores nucléaires permettant des
échanges entre le nucléoplasme et le cytoplasme.
• Les nucléotides passent du cytoplasme vers le nucléoplasme où ils interviendront dans la synthèse d’ADN et
d’ARN. Idem pour les protéines (ex : protéines enzymatiques, histones, etc).
• ARN
m
passe du nucléoplasme au cytoplasme.