Y. Bassaglia 2007/2008

Biologie
cellulaire
TD
Y. Bassaglia
2007/2008
Deux remarques en guise de préambule :
1 - La liste des exercices n’est pas séparée en séances de TD. Chaque intervenant précisera dans son
groupe de TD les exercices à préparer. Il est donc essentiel que chacun suive SON groupe de TD… et
prépare les exercices !
2 - Ces exercices ne sont pas exclusifs de vos questions… Autrement dit, le TD sera d’autant plus
efficace que VOUS y participerez !
1 - Pourquoi l'eau est-elle liquide dans les conditions normales de température et de pression ?
2 - Combien de liaisons hydrogène peuvent-elles s'établir autour d'un groupement –COOH ?
3 - Pourquoi le glucose est-il un sucre réducteur ? Le saccharose est-il réducteur ?
CH2 OH
O
+
1
OH
α glucose
CH2 OH
CH2 OH
O
O
2
HO
1
O
O
CH2 OH
β fructose
CH2OH
CH2 OH
O
2
CH2 OH
1
CH2OH O
O 2
Saccharose (liaison α(1,2))
CH2OH
4 - La pectine, composé des parois de la cellule végétale, est un polymère de l'acide galacturonique
(acide issu de l'oxydation du galactose). Sachant que le pK de cet acide est de l'ordre de 5, quelle est sa
forme naturelle dans un milieu neutre ? Comment placer les ions divalents que l'on trouve en abondance
dans la paroi (Ca2+ , Mg2+ ) par rapport à cette molécule ?
CH2 OH
CH2 OH
Lactose = β galactose-(1,4)-α glucose
O
1
O
4
O
1
OH
5 - On constate que, en fonction de la température du milieu, les membranes plasmiques des bactéries
contiennent plus ou moins d'acides gras insaturés. Quelle est la conséquence prévisible de cette
insaturation ?
6 - Structure "fondamentale" d'un acide nucléique ?
7 - Quels sont les points communs structuraux d'une protéine et d'un ARN ?
Biologie cellulaire L1
2
8 - La molécule de myosine présente une structure quaternaire, et peut former des filaments (filaments
épais du muscle squelettique)
Filament épais
Molécule de Myosine
2 chaînes lourdes (+ 4 chaînes légères)
Coiled-coil d’hélices a
L'ensemble de la structure repose sur les propriétés de la queue des chaînes lourdes, qui a une structure
secondaire en hélice α (ici en vision axiale) :
Zone hydrophobe
le reste plutôt hydrophile
Comment, à partir de ces propriétés, expliquer la structure du filament épais ?
9 - Quel est l'effet de l'augmentation de la chaleur sur un acide nucléique ? sur une protéine ?
10 - La bactériorhodopsine présente 7 domaines d'une vingtaine d'acides aminés hydrophobes, en
hélice α . Comment la placer dans une membrane plasmique ?
11 - La connexine est une protéine membranaire qui présente 3 domaines d'une vingtaine d'acides
aminés hydrophobes, en hélice α et 1 domaine analogue, mais possédant une face hydrophile. La
configuration de la molécule dans la membrane est connue, et on sait que tous ces domaines sont
transmembranaires. Par ailleurs, on montre que les molécules de connexine s'associent par 6.
Quelle peut être l'allure du complexe ainsi formé ? Proposez lui un rôle physiologique.
12 - Expérience des hétérocaryons
On possède des cellules de souris, des cellules humaines, et on est capable de les reconnaître grâce à des
anticorps qui reconnaissent des protéines membranaires de ces cellules [en l'occurrence les systèmes
majeurs d'histocompatibilité : H2 chez la souris, HLA chez l'homme]. On peut, en mettant ces cellules en
culture, les faire fusionner [sous l'action d'un virus type virus de Sendaï, ou de PEG] pour obtenir une
"cellule" binuclée (un hétérocaryon), sur laquelle on repère les-dites protéines spécifiques. On observe
alors le phénomène suivant :
¢ humaine
¢ souris
+
H, S : protéines spécifiques repérées par immunomarquage.
5 mn
H
H
H
H
H
H
S
S
S
S
H
S
S
30 min.
H
H
S S
S
H
S
S
S
H
H
Quelle propriété membranaire est-elle mise en évidence ?
13 - Modèle de la mosaïque fluide : Quelles interactions stabilisent la membrane ?
14 - Osmose et cellule eucaryote
De nombreuses cellules végétales (par exemple, les cellules épidermiques de bulbe d'oignon...)
comportent une vacuole : vésicule intracytoplasmique de grande taille, limitée par une membrane.
Biologie cellulaire L1
3
Lorsqu'on place ces cellules dans une solution hypotonique, elles sont turgescentes : la vacuole occupe la
quasi-totalité du volume cellulaire (cf schéma).
Compte tenu de ces données, quel est le
compartiment cellulaire développant la
plus forte pression osmotique chez un
végétal ?
Si un protoplaste (cellule isolée de sa
paroi) est mis dans ces conditions, que
se passe-t-il ?
15 - Marquage des protéines membranaires.
La lactoperoxydase est une enzyme capable d'assurer l'iodation de protéines sur les résidus "tyrosine", qui
sont courants dans toutes les protéines. C'est une grosse protéine.
In vitro, on peut obtenir, à partir d'hématies, des vésicules de membrane plasmique. En fonction du pH et
de la concentration en sel (notamment en Mg2+) utilisés, les vésicules présentent vers l'extérieur soit la
face extracellulaire (vésicules "normales"), soir la face intracellulaire (vésicules "retournées") de la
membrane initiale.
Des vésicules ainsi obtenues sont mises en présence de lactoperoxydase et d'iode radioactif dans un
milieu qui permet à l'enzyme de jouer son rôle. Les protéines membrannaires sont alors extraites et
soumises à une électrophorèse sur gel de polyacrylamide. Après migration, le gel est coloré par un
colorant des protéines et photographié ; une autoradiographie est ensuite effectuée. Le protocole est
effectué en parallèle sur des vésicules normales et des vésicules retournées, et les résultats sont
comparés.
Piste a : vésicules normales
Piste b : vésicules retournées
(a) (b)
a - Sachant que la forme biologiquement active de
(a) (b)
2l'iode est I , quel(s) type(s) de liaison existe(nt) à
1
priori entre la lactoperoxydase et ce substrat ?
2
b - Que pouvez-vous conclure de la comparaison entre
3
les résultats obtenus avec les vésicules normales et les
4
résultats obtenus avec les vésicules retournées ?
(L'idendification des protéines n'est pas demandée !)
5
c - Quel serait le résultat d'un traitement de ces
6
membranes par une solution saline ?
Coloration
Autoradiographies
16 - Les compartiments cellulaires et leur rôle : définir "pour un dictionnaire" les termes de noyau,
REG, REL, Appareil de Golgi, Lysosome, mitochondrie
17 - Qu'est-ce qu'un pulse-chase ?
18 - Que se passe-t-il si un polymère d'actine est plongé dans une solution d'actine de concentration
supérieure à la concentration critique du bout (-) ?
19 - Il existe des protéoglycanes membranaires. Proposez un schéma illustrant leur mise en place.
20 - Qu'est-ce qu'une lame basale ? Pourquoi faut-il éviter le terme de membrane basale ?
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4
21 – Etude du syndrome de Hurler
Les Mucopolisaccharides (MPS) sont assemblés et associés à des protéines au niveau au niveau du Golgi.
Lorsque des cellules issues de biopsies de peau (fibroblastes) de malades souffrant du syndrome de
Hurler (cellule H) sont cultivées in vitro, une coloration spécifique des MPS permet de montrer la
présence de ces molécules à l’extérieur de la cellule, mais aussi une accumulation de ces molécules au
niveau de vésicules cytoplasmiques dans les cellules H.
a - Une analyse des activités enzymatiques habituellement présentes dans un fibroblaste montre l'absence
d'Iduronidase (Id) dans les cellules H. Sachant que l'Id est une glycoprotéine, et que c'est une enzyme de
type hydrolase acide, quel est son lieu de synthèse, de glycosylation et de stockage dans la cellule ? Quel
peut-être le rôle de cette enzyme ?
b - Des cellules H cultivées en présence de cellules normales, ou de milieu conditionné par des cellules
normales, retrouvent en quelques jours un phénotype normal.
Iduronidase intracellulaire (unités arbitraires)
Des quantités croissantes d'Id purifiées sont
ajoutées dans une série de boîtes de culture
contenant le même nombre de cellules H.
Deux heures plus tard, on dose la quantité d'Id
intracellulaire. La manipulation est répétée
ensuite en présence de mannose-6-P ou de
mannose dans le milieu :
60
40
Id
Id + M
Id + M6P
20
Quelles indications vous apportent ces
observations ?
0
0
20
40
60
80
Concentration en Id du milieu (unités arbitraires)
c - Le récepteur au M6P a été mis en évidence au niveau du Golgi, dans les cellules normales comme
dans les cellules H. Par ailleurs, dans une cellule normale, la part d'Id sécrétée représente 10 à 15 % de
l'enzyme synthétisée par la cellule.
Que vous apporte ces informations ?
22 - Quels éléments du cytosquelette sont particulièrement développés dans une cellule épithéliale ?
23 - Comparaison jonction étanche / jonction adhérente.
24 - L’action de la bungarotoxine (polypeptide extrait du venin d’un serpent) est étudiée sur des
cellules musculaires en culture. Les cellules sont réparties en plusieurs lots (A,B, C,D ,E), plongées dans
un fixateur doux qui respecte toutes les structures cellulaires puis soumises à différents traitements avant
d’être débitées en coupes ultra fines sur lesquelles on pratique la technique autoradiographique.
Lot A : les cellules sont immergées dans la bungarotoxine radioactive pendant deux heures
Lot B : les cellules sont immergées pendant deux heures dans un bain de bungarotoxine non radioactive
(froide) puis transférées deux heures dans un bain de bungarotoxine radioactive
Lot C : les cellules subissent l’action ménagée d’un détergent (la saponine) pendant un temps court puis
sont immergées deux heures dans la bungarotoxine radioactive
Lot D : les cellules sont immergées deux heures dans un bain de bungarotoxine froide puis traitées par la
saponine avant d’être transférées deux heures dans la bungarotoxine radioactive
Lot E : les cellules, traitées sur le vivant par la puromycine (inhibiteur de la synthèse protéique) pendant
quatre heures puis fixées, subissent le même traitement que le lot D.
Les résultats du marquage sont donnés dans le tableau suivant :
Biologie cellulaire L1
5
Lot A
Lot B
Lot C
Lot D
Lot E
Membrane
plasmique
++++
—
++++
—
—
Appareil de
Golgi
—
—
++++
++++
+
REG
Noyau
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
1/ Comparez les résultats des lots A et B. Qu’en déduisez vous ?
2/ Comparez les résultats des lots A et C.
3/ Expliquez la répartition du marquage dans le lot D par rapport à celles observées dans les lots A et C
4/ Pourquoi dans les lots C et D, le REG n’est-il pas marqué ?
5/ Expliquez les résultats du lot E
6/ Si dans les lots A et B la bungarotoxine est remplacée par de l’acétylcholine radioactive, les
autoradiographies sont identiques. Quelles conclusions peut-on en tirer ?
7/ Sachant que l’acétylcholine assure la transmission de la stimulation d’une cellule nerveuse à une
cellule musculaire, quel peut être l’effet de la bungarotoxine sur l’organisme ?
29 - Ad libitum...
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QCM :
1 - Les interactions faibles entre molécules biologiques
A – sont toutes modulées par la présence d'eau
B – sont à la base des mécanismes de reconnaissance moléculaire
C – ont une énergie inférieure à l'énergie d'agitation thermique
D – permettent la fluidité membranaire
2 - La liaison hydrogène
A – est liée à la présence d'eau
B – permet la solubilisation de molécules apolaires dans l'eau
C – est impliquée dans la conformation des macromolécules
D – se fait avec élimination d'une molécule d'eau
3 – On peut dire que :
A – les oses ont comme formule générale (CH 2 O)n
B – les oses peuvent établir une liaison de faible énergie : la liaison O-glycosidique
C – le saccharose est trouvé en abondance dans certains tissus végétaux
D – le glycogène est un polymère linéaire à chaînes ramifiées
4 – On peut dire que :
A – les lipides constituent une famille chimique hétérogène, caractérisée par le caractère polaire des
molécules qui la composent.
B – les acides gras possèdent toujours une double liaison
C – les acides gras ont généralement un nombre pair d’atomes de carbone
D – les acides gras sont généralement solubles dans l’eau.
E – le cholestérol est un lipide
5 – Les acides aminés
A – à l'état de monomères sont tous chargés dans le cytoplasme d’une cellule
B – ne contiennent pas d’autres atomes que C, H, O et N
C – peuvent s'assembler en chaînes peptidiques par différents types de liaison
D – ne peuvent établir entre eux que des liaisons peptidiques
E – possèdent une chaîne latérale dont les propriétés permettent leur classification chimique
6 – Les protéines polymériques
A – présentent des structures secondaires
B – ne présentent pas de structure quaternaire
C – sont des enzymes allostériques
D – sont des protéines globulaires
E – peuvent comporter un cœur hydrophobe
7 – Les acides nucléiques
A – sont des polymères de nucléosides
B – sont chargés négativement dans la cellule
C – sont constitués de brins caractérisés par une extrémité dite « 5’P » et une extrémité dite « 3’OH »
D – comportent un type de sucre, le ribose ou le 3-désoxyribose (ribose dont le C3 n'est plus hydroxylé)
E – sont constitués d’une succession non périodique des monomères qui les composent, leur ordre
constituant une « information » linéaire
8 – ADN et ARN
A – L’ADN est constitué de deux chaînes polypeptidiques antiparallèles enroulées en double hélice
B – Un ADN riche en A-T est plus facilement dénaturé qu’un ADN riche en G-C
C – La plupart des ARNs présentent une structure tridimentionnelle bien déterminée
D – Les molécules d’ARN ont en règle générale une masse moléculaire plus faible que les molécules
d’ADN.
E – On peut réaliser des hybrides ADN / ARN grâce à la complémentarité des bases A / T et G / C
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9 – La membrane biologique :
A – Dans toutes les membranes cellulaires, les deux couches de lipides d’une membrane ont la même
composition chimique, celle-ci étant spécifique de l’organite considéré
B – Les protéines membranaires intrinsèques sont des protéines profondément et solidement ancrées dans
la bicouche lipidique
C – Toutes les protéines membranaires peuvent se déplacer dans le plan de la membrane
D – La majorité des glycolipides sont tournés vers l’intérieur de la cellule
E – Les protéines extrinsèques sont situées du côté extérieur de la membrane plasmique
10 – La fluidité membranaire
A – diminue quand la température augmente, ce qui entraîne la diminution des échanges et la mort
cellulaire
B – est fonction du degré de saturation des acides gras des phospholipides et des glycolipides de la
bicouche
C – est indépendante de la teneur en cholestérol des membranes
D – est un élément essentiel de la survie cellulaire
E – peut être restreinte, concernant les protéines, grâce à des ancrages.
11 – Le noyau
A – est un organite caractéristique de toutes les cellules eucaryotes
B – possède une enveloppe constituée de deux membranes, percée de pores organisés par des complexes
protéiques.
C – montre une membrane interne tapissée par un revêtement protéique : la lamina
D – contient de l’euchromatine, ou chromatine diffuse en interphase.
E – contient des chromosomes lors de la mitose
12 – Parmi les organites,
A – le REG représente un ensemble de membranes en nappes ou en réseau en communication d’une part
avec l’enveloppe nucléaire, d’autre part avec la membrane plasmique
B – le REL est particulièrement abondant dans les cellules spécialisées dans la synthèse et la sécrétion
des polysaccharides
C – l’appareil de Golgi reçoit les protéines par sa face trans, puis les transporte vers sa face cis.
D – l’appareil de Golgi effectue des glycosylation o-liées.
E – les vésicules de transition assurent le transport entre appareil de Golgi et membrane plasmique
13 – Concernant les systèmes d’adressage cellulaire,
A – ils reposent sur l’exploitation de propriétés particulières des molécules à transporter : les signaux
d’adressage
B – l’adressage vers les lysosomes repose sur une modification post-traductionnelle des protéines
adressée
C – l’adressage vers les lysosomes implique un récepteur situé au niveau du cis-Golgi
D – le recyclage des récepteurs est assuré par des mécanismes d’adressage
E – ils assurent la répartition de toutes les protéines cellulaires
14 – Dans une cellule épithéliale typique, on peut observer
A - sur les faces basolatérales, des desmosomes en relation avec le cytosquelette d’actine
B - sur la face basale, des hémidesmosomes en relation avec le cytosquelette de filaments intermédiaires
C - sur la face apicale, des microvillosités soutenues par des microtubules
D - sur les faces basolatérales, des jonctions adhérentes en relation avec le cytosquelette d’actine
E - sur les faces basolatérales, des contacts focaux en relation avec les filaments intermédiaires
15 – Dans les structures épithéliales, les jonctions permettant l’adhérence intercellulaire
A - sont assurées par les hémidesmosomes
B - sont représentées par les seuls desmosomes
C - jouent un rôle dans la cohésion mécanique structurale
D - font intervenir les jonctions de type "gap"
E - obligent les molécules à un passage transcellulaire entre les régions apicales et basolatérales
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