introduction biologie cellulaire
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INTRODUCTION À LA BIOLOGIE CELLULAIRE ORGANISATION DE L’ÉPREUVE DE BIO C → 22 questions. → 10 questions sur des schémas (en général deux). → 12 questions sur les ED, qui sont des expériences à interpréter. high school power PACES POWER PLAN DU PETIT COURS • A/ LA THÉORIE CELLULAIRE • B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • • • • I. LE NOYAU II. LE CYTOSOL III. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANNAIRE IV. LES MITOCHONDRIES ET PEROXYSOMES • C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE • I. POUVOIR DE RÉSOLUTION DES MICROSCOPES • II. IMMUNOCYTOCHIMIE OU IMMUNOHISTOCHIMIE • III. LE WESTERN BLOT • D/ LE CYCLE CELLULAIRE A/ LA THÉORIE CELLULAIRE • Avant le XVIIIème siècle, le monde vivant n ’était perçu que comme une simple juxtaposition d’entités totalement indépendantes les unes des autres… • C’est en 1665, que Hooke proposa le terme de « cellule » : logettes toutes identiques, dans une coupe de liège, observées sur l’un des premiers microscopes • Il faut attendre le XVIIIème siècle pour que l’idée selon laquelle les êtres vivants sont formés par l’association d’unités élémentaires s’impose… Ces unités élémentaires étant les cellules bien évidemment. A/ LA THÉORIE CELLULAIRE • La THÉORIE CELLULAIRE SCHWANN affirme que : selon SCHLEIDEN et → /!\ La CELLULE représente l’unité structurale et fonctionnelle commune à l’organisation de tous les êtres vivants • Toute cellule provient de la division d’une cellule antérieure et c’est la plus petite (5-50μm) portion de matière vivante qui puisse vivre isolée et se reproduire. CELL POWER B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • La cellule est délimité en 3 grandes parties : - Le NOYAU délimité par l’enveloppe nucléaire (=Réticulum Endoplasmique) - Le SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE (=SEM) qui est l’ensemble des cavités, vacuoles et canalicules délimités par une membrane d’enveloppe. /!\ : les mitochondries et peroxysomes n’en font pas partie - Le CYTOSOL qui est délimité par la membrane plasmique (=MP) B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • I. LE NOYAU Il est composé : - De pores nucléaires - D’un nucléole - D’une enveloppe nucléaire (appelée Réticulum Endoplasmique) B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • I. LE NOYAU Il contient l’ADN qui est fragmenté en 46 segments de chromosomes et contient l’information génétique. Cette information est transmise au cytoplasme sous la forme de plusieurs familles de molécules d’ARN (transfert (t), messager(m) et ribosomal (r)). Les ribosomes se chargeront de la traduction en protéines. ADN / transcription / ARN / traduction / PROTÉINES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES ARNm : ARN traduit en protéine grâce aux ribosomes ARNr : permet la production de ribosomes ARNt : Intermédiaire à la traduction en se plaçant sur les sites où l’ARNm va être lu au niveau des ribosomes : Sans lui, l’ARNm ne peut pas se fixer sur les ribosomes B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • I. LE NOYAU /!\ ED : Ces protéines peuvent êtres sécrétées dans le milieu extracellulaire (=MEC), rester dans le cytosol ou bien retourner dans le noyau ! On peut le savoir grâce à la technique du western blot ou encore par immunofluorescence par exemple ! B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • I. LE NOYAU • Il existe une communication entre le noyau, le cytoplasme et les cellules avoisinantes via des facteurs de régulation de la transcription (=FRT) • Ces FRT vont permettre de modifier l’architecture cellulaire et le métabolisme cytosolique et nucléaire. B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES IMMUNOFLUORESCENCE WESTERN BLOT B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • II. LE CYTOSOL Il est composé : - D’inclusion lipidiques - De filaments du cytosquelette - De microtubules - De centrioles CONSTITUANTS DU CYTOSQUELETTE B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • II. LE CYTOSOL /!\ : Il ne faut pas confondre cytoplasme, cytosol et cytosquelette • CYTOPLASME : totalité du volume cellulaire délimité par une membrane plasmique SAUF le noyau. • CYTOSOL : contenu du cytoplasme SAUF le nucléoplasme et les compartiments membranaires (SEM, MITOCHONDRIES, PEROXYSOMES). • CYTOSQUELETTE : ensemble des molécules fibreuses ou non entrant dans la constitution de réseaux structurant le cytosol et le nucléoplasme. Il possède 3 constituants principaux : MICROTUBULES, MICROFILAMENTS D’ACTINE, FILAMENTS INTERMEDIAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • II. LE CYTOSOL - Carrefour métabolique(84% d’eau) - Rôle important du CYTOSQUELETTE dans : . l’échange de signaux inter/intracellulaires, . le mouvement de la cellule (ex: cellule musculaire), . la contamination de la cellule par des bactéries. B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • II. LE CYTOSOL La synthèse de toutes les protéines codées par le génome nucléaire commence dans le CYTOSOL (voir schéma 7 avec transcription/traduction) PUIS : - La moitié des protéines cellulaires cytosoliques sont synthétisées par des ribosomes libres cytosoliques (donc NON FIXÉS sur la membrane d’enveloppe du RE, ils sont associés en polysomes), - L’autre moitié des protéines cellulaires poursuivent leur synthèse au niveau de ribosomes FIXÉS à la membrane d’enveloppe du RE pour ensuite être adressées au SEM, à la MP ou être sécrétées dans le MEC, B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • III. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE Il est composé : - De REGranuleux (porte des ribosomes) et RELisse (dépourvu de ribosomes) - De l’enveloppe nucléaire (=RE) /!\ elle appartient aussi au noyau - De l’appareil de Golgi : organite intracellulaire formé d’un ensemble de saccules (= dictyosomes). C’est l’un des carrefours des flux membranaires intracellulaires B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • III. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE Il est composé (2) : - De grains de sécrétion : particules protéiques (déchets, peptides antigéniques…) qui vont sortir de la cellule ou être présentés à la MP par un mécanisme appelé exocytose. - De lysosomes : compartiment du SEM renferment des hydrolases fonctionnant à pH acide qui vont hydrolyser l’ensemble des familles de molécules biologiques. Sa membrane comporte une ATPase à protons (permet l’acidification du lysosome en faisant rentrer des H+ via consommation d’ATP). - De ribosomes (associés au RE ou libres) B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • III. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE • Uniquement chez les cellules eucaryotes = compartiments intracellulaires avec une membrane • Transports (de matériel ou membranes) : - Flux membranaire vectoriel permanent (RE -> Golgi -> MP / Endosomes / Lysosomes) - Flux de retour du Golgi vers le RE (Golgi -> RE) B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • III. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE • Il est le siège de diverses modifications pour rendre les protéines fonctionnelles comme par exemple les GLYCOSYLATIONS : Il existe 3 mécanismes : - N glycosylation : accrochage de sucres sur l’Azote(=N) porté par l’asparagine - C glycosylation : accrochage de sucres sur le Carbone(=C) porté par un résidu tryptophane - O glycosylation : accrochage d’un sucre de sucres sur l’Oxygène(=O) porté par la sérine ou thréonine LUMIERE DU RE GOLGI OU CYTOSOL B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • III. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE • Lysosome : Dégrade les différents métabolites (sucres/lipides..) + rôle de nutrition B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • IV. LES MITOCHONDRIES ET LES PEROXYSOMES /!\ : Ils ne font pas partie du système endomembranaire !!!!! a) Les mitochondries • • • • Double membrane d’enveloppe, Présente uniquement chez les eucaryotes, Possèdent un génome qui leur est propre, Rôle = production d’énergie + déclenchement de la mort cellulaire (=Apoptose) B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES • IV. LES MITOCHONDRIES ET LES PEROXYSOMES b) Les peroxysomes • Une seule membrane d’enveloppe, • Isolée ou en réseau, • Dépourvu de génome, • Rôle essentiel dans la détoxification de l’organisme (ex : dans le foie 20-25% de l’alcool bu est converti en acétaldéhyde toxique entrainant un blocage de la polymérisation de microtubules (blocage du transport axonal) ainsi que dans la défense antivirale B/ L’ARCHITECTURE ET LES FONCTIONS CELLULAIRES C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE • I. POUVOIR DE RÉSOLUTION DES MICROSCOPES - Microscope Optique (colorations possible) - Microscope Electronique (Balayage/Transmission) /!\ : pas de colorations possibles en microscopie électronique - Microscope Confocal - Microscope en Contraste de Phase (particularité de pouvoir étudier du matériel non fixé donc VIVANT !) C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE MICROSCOPIE OPTIQUE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A TRANSMISSION MICROSCOPIE ELECTRONIOQUE A BALAYAGE MICROSCOPIE CONFOCALE C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE • II. IMMUNOCYTOCHIMIE OU IMMUNOHISTOCHIMIE • Permet de localiser des antigènes dans des tissus, cellules ou organites cellulaires grâce à l'utilisation d'anticorps spécifiques dirigés contre l'antigène d'intérêt à détecter • /!\ Si l’épitope est à l’intérieur de la cellule (noyau, domaine transmembranaire ou dans le cytosol), on aura recours à une perméabilisation de la membrane plasmique C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE 3 : Utilisé si l’ANTICORPS II est couplé à une ENZYME (=cytoenzymologie) 4 : Témoin d’une absence d’activité enzymatique endogène (si existante dans les cellules testées) C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE • /!\ : Il existe plusieurs localisations localisation possible des épitopes : • INTRACELLULAIRE : perméabilisation nécessaire • EXTRACELLULAIRE : pas de perméabilisation nécessaire • BICOUCHE LIPIDIQUE : perméabilisation nécessaire car on est en transmembranaire (et ce peu importe que la protéine soit ancrée du côté extracellulaire ou intracellulaire) C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE • III. WESTERN BLOT Technique employée pour analyser des protéines individuelles dans un mélange protéique. Le mélange protéique est soumis à une électrophorèse sur gel de polyacrylamide (PAGE) dans une matrice porteuse afin de trier les protéines par taille, charge ou toute autre différence au sein des bandes individuelles des protéines. Les bandes de protéines séparées sont ensuite transférées vers une membrane porteuse (ex : nitrocellulose) sous l’effet d’un courant électrique. Les protéines de cet immunotransfert peuvent ensuite être utilisées pour être liées à l'anticorps spécifiques en vue de la détermination. C/ MÉTHODES D’ÉTUDES EN BIOLOGIE CELLULAIRE D/ LE CYCLE CELLULAIRE • Mode cyclique avec alternance Mitose (=division) / Interphase • MITOSE : division d’une cellule mère en 2 cellules filles • • • • Prophase Métaphase Anaphase Télophase • INTERPHASE : • PHASE G1/G0 : cellule quiescente (maintient du métabolisme) • PHASE S : Réplication de l’ADN • PHASE G2 : Préparation de la mitose D/ LE CYCLE CELLULAIRE • Le cycle cellulaire est contrôlé !! EVITER LES ERREURS ! • Check points : contrôle des différentes phases du cycle avec présence des complexes cycline-Cdk (G1/avant S/S/G2). • En cas de problème : soit l’erreur est réparée soit la cellule rentre en apoptose. • CDK : CYCLIN DEPENDANT KINASES = kinases activées par des cyclines D/ LE CYCLE CELLULAIRE D/ LE CYCLE CELLULAIRE • Zone de dialogue/recoupement entre cycle cellulaire et apoptose : • Intervention d’acteurs moléculaires dont les produits de gènes sont dits suppresseurs de tumeurs : PROTÉINE P53 • Si cette protéine est inactive, on assiste à une survie des cellules anormales et celles-ci vont ainsi se multiplier. Cela donnera des TUMEURS. D/ LE CYCLE CELLULAIRE D/ LE CYCLE CELLULAIRE • Apoptose : autodestruction physiologique et actif • Régulation : via gènes anti/pro apoptotiques • Rôles : dans le développement embryonnaire + homéostasie tissulaire • Dérégulation : entraine des pathologies comme les cancers • Nécrose : gonflement Eclatement Réaction inflammatoire (bouton, abcès…) TÉMOIGNAGE D’UNE RÉACTION IMPRÉVUE D/ LE CYCLE CELLULAIRE FIN DU PETIT COURS
