Éléments de Biologie Cellulaire, de Cytologie et d`Histologie

Éléments de Biologie Cellulaire, de Cytologie et d’Histologie
préparatoire à l’étude du Système Nerveux et des glandes
endocrines
Plan du cours
1. Introduction : La Cellule - Théorie Cellulaire - Techniques d’étude
2. Chimie - Biochimie préparatoire à l'étude de la cellule
3. La Membrane Cellulaire - Les Protéines - Les Compartiments cellulaires
4. Énergétique Cellulaire - La Mitochondrie - La Glycolyse – L'ATP
5. Le Cytosquelette
6. Le Noyau cellulaire (ADN) - La Réplication - La division cellulaire (Mitose & Méiose)
7. La Synthèse protéique - La Transcription - La Traduction
8. Le réticulum endoplasmique – Golgi – Lysosomes
9. La Communication Cellulaire – Transduction des signaux
10. Développement Embryonnaire – Les quatre types de Tissus
11. (Le Système Nerveux Central – Le Neurone et l'Astrocyte)
12. Hormones et notions d'Endocrinologie
13. Endocrinologie de la Reproduction
1. Introduction : La Cellule - Théorie Cellulaire - Techniques d’étude
"Tout ce qui est généralement commun aux végétaux et aux animaux comme toutes les facultés qui
sont propres à chacun de ces êtres sans exception, doit constituer l'unique et vaste objet d'une
science particulière qui n'est pas encore fondée, qui n'a même pas de nom, et à laquelle je donnerai
le nom de biologie." Jean-Baptiste Monet, chevalier de Lamarck (1744-1829)
La cellule… c'est une membrane qui sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire.
La matière essaie une nouvelle façon d'être, qui résiste au pouvoir dévastateur du temps. De
minuscules bulles fermées qui inventent le dedans et le dehors, comme autant de monde clos, plus
petits que des grains de sable.
La cellule est la plus petite unité capable de manifester les propriétés du vivant.
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La Cellule: Généralités
Unité de base de tous les organismes vivants
Différents types de cellules forment les plantes et les animaux, microorganismes.
L'organisme humain contient environ 200 types cellulaires différents variants selon la taille, la
forme, les fonctions, la capacité de division.
Les cellules sont regroupées en tissus, les tissus sont regroupés en organes
La Cellule : les Dimensions
La majorité des cellules ont des dimensions comprises entre le 1/10 de millimètre et le 1/200 de
millimètre donc entre 5 et 100 Micron (1 μm = 10-6 m).
Autres préfixes : nanomètre : 10-9 m et picomètre : 10-12 m
Les bactéries ont des dimensions entre 1 et 5 micron, les virus entre 20 et 400 nanomètre, l'atome de
0,1 nm.
Échelle
A l'œil nu, on peut voir du km jusqu'au dixième de millimètre, avec un microscope optique on peut
voir du demi centimètre jusqu'un peu en dessous du micron, avec le microscope électronique, on
peut aller de 100 micron à un peu en dessous du nanomètre.
Un peu d'histoire
Apparition du mot cellule : en 1665, Robert Hooke dans «Micrographia» (recueil de dessins où
apparaît pour la première fois le mot «Cellule»). Il a inventé le premier microscope. Il observait un
morceau d'écorce de Liège et il vit des petits espaces entourés de parois d'où le nom cellules qu'il
donna à ces structures.
En 1673, Antonie Van Leeuwenhoek crée un nouvel instrument : À « nouvel instrument »; « nouvel
Univers »… (Huygens). « Je n’ai rien vu d’aussi agréable que ces milliers d’êtres vivants réunis
dans une seul petite goutte d’eau ». Le microscope est ainsi à l'origine de la découverte de la cellule,
unité de base du vivant. Antonie était un drapier, il a créé cette instrument avec une bille de verre
pour observer la qualité des draps. Ensuite, il a observé l'eau, le sang, le sperme... Le grossissement
obtenu avoisinait les 300 fois.
En 1884 sort le premier périodique traitant de la cellule.
La vie...
Aristote (-4°s) : la vie résulte de la rencontre entre un principe passif, la matière, inerte et informe
et un principe actif, l'âme qui imprime à la matière son organisation complexe, son mouvement, son
énergie, sa vitalité.
Le principe de la génération spontanée était populaire durant les 16ème et 17ème siècles. Cette idée
n'a pas été remise en cause par de grands scientifiques tels que Sir Isaac Newton et Descartes. Elle a
été remise en cause par Pasteur au 19ème siècle.
La théorie cellulaire
Par Th. Schwann - M. Schleiden – (1839) (Virchow), la théorie cellulaire repose sur 3 axiomes:
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1. La cellule est la plus petite entité vivante.
2. Tout être vivant est composé de cellules.
3. Toute cellule provient d'une autre cellule « Omnis cellula e cellula » (Rudolph Virchow,
1858). Mais d'où vient la toute première cellule?
La vie sur le plan biologique
Elle est indissociable de l’existence de la cellule.
Elle se base sur une organisation évolutive de la matière qui s’est complexifiée et organisée avec la
capacité de répliquer une « structure organisée ».
Définition historique en relation avec les techniques de microscopie, de coloration et de marquage:
les trois axiomes de Schleiden, Schwann et Virschow.
Définition dynamique (à partir d’un substrat matériel, support d’une information, traversé par un
flux d’énergie): La vie est la capacité à maintenir et à reproduire une structure complexe. La vie est
la capacité qu'ont les molécules et les atomes de s'assembler en structures organisées auto-
reproductibles.
La première cellule?
Toute cellule provient d'une autre cellule « Omnis cellula e cellula » (Rudolph Virchow, 1858)
La vie - Définition
La vie est une manifestation de la matière, une « propriété émergente » qui apparaît spontanément
dans certaines conditions. Les « premiers pas » de la « vie » sur notre planète consisterait en
l’assemblage à partir de petites molécules simples (H2, H2O, C02, CH4, NH3, …) de macromolécules
de plus en plus complexes, qui en s’auto-organisant auraient mené à l'apparition de(s) la première(s)
proto-cellule(s).
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Formation de la Terre
La terre a été formée il y environ 4,5 milliards d’années.
La composition atmosphérique supposée était composé d’éléments simples: ammoniaque, eau,
méthane, hydrogène, C02
Il n'y avait pas de vie…
Quel environnement ?
Les impacts d’astéroïdes et les éruptions volcaniques sont à l’origine de l’atmosphère primitive.
L'atmosphère contenait du CO2, N2, vapeurs d’eau, gaz sulfurés. L'Hydrogène bien que trop léger
n'était pas dissipé dans l’espace. Il était présent et associé en macro-molécule.
Le CO2 a produit l'effet de serre.
Le magma refroidit a formé une croûte solide et la vapeur d’eau s’est condensée pour former les
océans
Expérience de Stanley Miller et Chimie Pré-Biotique
En 1952, un chercheur de l’université de Chicago démontre la formation de molécules organiques
complexes à partir de composés chimiques simples, que l'on pense présent sur terre il y a 4,5
milliards d’années.
Il mélange du méthane, de l'ammoniaque, de l'eau et de l'hydrogène qu'il chauffe et amène en phase
gazeuse. Ce mélange reçoit des « Décharges électriques » entre deux électrodes… et il analyse la
composition de la « mixture » au bout d’une semaine….
Les décharges électriques permettent de donner de l'énergie à la mixture.
H2 + ½ O2 --> H2O + beaucoup d'énergie
Synthèse “abiotique” de composés organiques
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L'expérience de Miller a été reproduite depuis 1952 et ses résultats confirmés.
En plus des Acides Aminés on a trouvé des molécules “critiques” de la chimie de la vie : purines,
pyrimidines, sucres.
Abiotique signifie non-vivant mais que les biotiques ont besoin pour survivre.
Protocole de Miller « modifié »
En 1961 : J. Oro ajoute HCN (acide Cyanhydrique) --> on obtient les acides aminés et les bases
puriques : Quantité importante d’Adénine (ADN, ARN, ATP)
Ensuite, on ajoute de l'urée, du HCHO (formaldéhyde) et de l'HCN (acide cyanhydrique) --> on
obtient des Pyrimidines (Cytosine, Thymine, Uracile), des sucres et 18 acides aminés sur les 20
acides aminés biologiques.
Expérience de Miller- Restrictions
Les conditions « réductrices » sont indispensables à l’apparition de molécules complexes. Il faut
une présence d’hydrogène (donneur d’électrons) pour que la réaction ait lieu. Si l'hydrogène est
remplacé par du CO2 il n'y a pas apparition de molécules organiques complexes!
En 1833 – Léonides: poussières émises par la comète Temple.
Météorites
Au début de la formation de la terre le bombardement par les météorites est estimé comme étant 10
milles fois plus important qu’à ce jour.
Actuellement, il y a 10 à 20 tonnes de micro-météorites/an (taille < 0,5mm) et 100 tonnes de
météorites de plus de 100 grammes
Panspermie - les Faits...
La panspermie est une théorie scientifique qui affirme que la terre aurait été fécondée de l'extérieur
par des moyens extra-terrestres.
Observation :
Des molécules organiques simples sont présentes dans la poussière interstellaire.
Des molécules organiques plus complexes sont présentes au niveau des météorites et des comètes.
L'énergie est générée à partir du rayonnement des étoiles (fonte glace)
Ces comètes ont croisé l’orbite terrestre
Les composés chimiques proviennent des météorites
Il y a 90 Acides Aminés répertoriés dont 19 existent sur Terre
Il y a des Acides Aminés retrouvés dans la météorite de “Murchison”
Déduction :
Les AA sont stables chimiquement dans des conditions extrêmes et l'ensemencement de la planète a
pu être fait par des Acides aminés « embarqués»
On a donc tous les ingrédients mais comment se sont-ils assemblé pour former la première cellule?
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