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Chap1 : Présentation du monde vivant
1.1. Les procaryotes
1.1.1.
1.1.2.
-
Les différents types de bactéries
Organisation générale des cellules bactériennes
Gram+/Gram –
Cytoplasme – ADN
Autres : capsule, couche S, flagelles, fimbriae/pili, mésosomes, plasmides
1.2. Les eucaryotes
1.2.1.
Les eucaryotes unicellulaires : les protistes
1.2.1.1.
Les protozoaires :
- les flagellés
- les amibes
- les ciliés
- les sporozoaires
1.2.1.2.
Les levures
1.2.2.
Les eucaryotes pluricellulaires
1.3. Les virus
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
-
Structure :
acide nucléique
capside
virus à symétrie cubique
virus à symétrie hélicoïdale
enveloppe
Spectre d’hôtes
Matériel génétique des virus
Croissance et multiplication :
bactériophage
rétrovirus
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Chap2 : La membrane plasmique
I.
Organisation structurale et composition
1.1. La double couche lipidique
1.2. La fluidité de la membrane
1.3. Glycolipides membranaires.
1.4. Les protéines membranaires
1.4.1. Protéines transmembranaires.
1.4.2. Protéines membranaires solubles périphériques extrinsèques
1.4.3. Propriété de diffusion des protéines
1.5. Les glycoprotéines.
1.6. L’enveloppe cellulaire.
1.
Transport de petites molécules.
1.1. Transport passif.
1.2. Protéines de transports.
2.
Transport de macromolécules et des particules.
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Chap1 : Présentation du monde vivant
Intro générale : Le monde vivant peut être divisé en deux grands règnes :
Le règne des procaryotes et le règne des eucaryotes (caryon signifie noyau en grecque)
 Les procaryotes
Règne d’organismes unicellulaires, ils englobent toutes les bactéries. Ce sont des cellules
simples au niveau structural, mais des organismes variés au point de vu biochimique.
Organisme que l’on trouve dans la plupart des environnements naturels.
Forme des cellules : certaines sont sphériques (on parle de coque –coccus, cocci-), d’autre en
forme de bâtonnet (bacille) et d’autres en forme de spirale (spirochète). (Voir figure I.3.A.)
Dimension des cellules : linéaire courante de quelques micros.
Détails de structure : En générale une bactérie est entourée d’une coque protectrice résistante
qu’on appelle la paroi cellulaire. Sous-jacente à cette coque une membrane que l’on appelle la
membrane plasmique (MP) cette membrane délimite un compartiment interne, unique qu’on
appelle le cytoplasme. Dans le cytoplasme on trouve de l’ADN cellulaire qui est concentré
dans la région claire de la cellule, de l’ARN (acide ribonucléique) de petites molécules,
protéines, etc. En microscopie électronique le cytoplasme apparait comme une matrice de
texture variable sans aucune structure interne organisée évidente. (Voir figure I.3.B.)
Division des procaryotes : C’est une division simple et rapide. Elle se fait en deux, par
scissiparité.
Avantage : les bactéries s’adaptent de ce fait aux modifications de l’environnement.
Lieu de vie des bactéries : ils se trouvent dans des niches écologiques très variées. On
distingue deux types de procaryotes de parenté éloignée :
- Les eubactéries : formes courantes qui habitent le sol l’eau et les organismes vivants.
- Les archéobactéries : vivent dans des environnements extrêmes (les fonds océaniques
–pressions fortes températures faibles-, volcans –sources chaudes acides-, dans les
marais également)
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(Voir figure I.4.)
Nutrition : On trouve des bactéries qui peuvent utiliser toutes sortes de composés pour se
nourrir certaines se nourrice de graisse, d’autres sont capable de dégrader des hydrocarbures,
d’autres dégradent des polypeptides (ensemble d’acide aminé soit protéines) et d’autres
dégradent des polysaccharides (glucides macromolécules). C'est-à-dire à peu près n’importe
quelles molécules organiques.
D’autres vont utiliser le CO2 ambiant. Synthèse de molécule grâce à l’énergie solaire
(photosynthèse). Ces bactéries sont des cyanobactéries : bactéries photosynthétiques.
D’autres encore utilisent l’azote comme source nutritive.
Conclusion : en dépit de leur relative simplicité, les bactéries ont survécus depuis plus
longtemps que n’importe quel autre organisme (le premier type cellulaire à être apparu sur
terre). Elle constitue encore le type cellulaire le plus abondant sur terre.
 Les eucaryotes
Ce règne comprend des organismes unicellulaires que l’on appelle les protistes et des
organismes pluricellulaires (champignons, végétaux et animaux).
La caractéristique des eucaryotes est l’existence d’un noyau à l’intérieur duquel ce trouve
la majeur parti de l’ADN cellulaire. Le noyau est délimité par deux membranes donc l’ADN
cellulaire est bien séparé du reste du contenu cellulaire.
Il existe d’autre sous compartiment dans le cytoplasme, c’est ce que l’on nomme :
organites (petits organes de la cellule). Deux d’entre eux sont à citer : les mitochondries et les
chloroplastes.
 Les mitochondries : Elles sont une caractéristique presque universelle des cellules
eucaryotes. Elles sont le siège de la respiration cellulaire.
 Les chloroplastes : Présent uniquement dans les cellules végétales ainsi que quelques
protistes mais on ne les trouve pas chez les champignons et les animaux. Ils sont le
siège de la photosynthèse.
Ils auraient une origine endosymbiotique (symbiose signifie « vivre avec »).
Hypothèse : Des cellules eucaryotes ancestrales anaérobies ont pu établir des relations
symbiotiques avec des bactéries aérobies et parallèlement des cellules anaérobies ont pu
établir des relations symbiotiques avec des bactéries photosynthétiques.
1er cas :
2ème cas :
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Endosymbiotique : qui vie à l’intérieur et avec la cellule.
Argument en faveur de l’hypothèse endosymbiotique des mitochondries et de
chloroplastes :
- Organites entourées de deux membranes
- Organites qui ressemblent à des bactéries par leur taille, leur forme, la présence
d’ADN et par le mode de division par scissiparité.
De nos jours, mitochondries et chloroplastes ne sont plus des bactéries mais bien des organites
dépendants de la cellule eucaryote dans laquelle ils sont.
Exemple : la plupart des protéines de ces organites sont synthétisés à partir de l’ADN
nucléaire (du noyau). Donc sans l’ADN nucléaire, la plupart des mitochondries et
chloroplastes n’existeraient pas. La quantité d’ADN, dans ces organites, est inférieure par
rapport à des bactéries indépendantes.
La dimension des cellules eucaryotes : quelques dizaines de micro.
La forme des cellules : Très variée (voir figure I.9.).
La structure : Pour les cellules animales la structure est simple : une membrane plasmique
délimitant le cytoplasme. Pour les cellules végétales la structure est un peu plus complexe
dans le sens où il y a une paroi en plus à l’extérieur.
Conclusion : La classification biologique moderne comprend six règnes :
- Le règne des archéobactéries
- Le règne des eubactéries
- Le règne des protistes
- Le règne des champignons
- Le règne des végétaux
- Le règne des animaux
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1.1. Les procaryotes
1.1.1. Les différents types de bactéries.
 Les eubactéries sont majoritaires chez les procaryotes. C’est elles dont il s’agit quand
on parle de bactéries. Ainsi par la suite quand on parle de bactéries il s’agite
d’eubactéries.
 Les archéobactéries sont des formes moins bien connues : il y a deux critères
explicatifs, elles sont plus rares et leur milieu de vie qui sont extrêmes.
 Relations symbiotiques : les bactéries peuvent vivre en symbiose en pratiquant le
mutualisme, le commensalisme ou le parasitisme.
o Le mutualisme : c’est une relation symbiotique qui profite aux deux espèces
concernées. Exemple : bactéries fixatrices d’azote. On les trouve au niveau des
racines de certaines plantes dans ce qu’on appel des nodules (soja, trèfle, luzerne).
Ces bactéries transforment l’azote atmosphérique (sous forme de gaz N2 gazeux)
en azote organique qui est utilisable par la plante.
o Le commensalisme : c’est une relation symbiotique au cours de laquelle une espèce
tire profit de l’autre espèce sans lui causer de préjudice. Exemple : on trouve des
bactéries commensales dans le bouche, la gorge, le nez et sur la peau. Certaines
bactéries commensales participent à des réactions enzymatiques comme la
digestion de nutriments. Chez les ruminants par exemple ce sont des bactéries qui
assurent la digestion de la cellulose de l’herbe dont ils se nourrissent. La flore
commensale protège contre des pathogènes (organismes qui génèrent la maladie).
Des bactéries diminuent le PH intra-utérin ce qui fait obstacle à l’envahissement
par des pathogènes.
Remarque : la frontière entre commensalisme et mutualisme n’est pas toujours
évidente.
o Le parasitisme : c’est une relation symbiotique au cours de laquelle une espèce
qu’on appelle le parasite nuit à une autre espèce qu’on appelle l’hôte pour croître
et se reproduire. Deux exemples connus : le staphylocoque doré qui amène des
infections cutanées et le bacille tuberculeux qui provoque la tuberculose.
 Les bactéries auxiliaires industrielles : bactéries utiles étant donné leurs capacités
métaboliques elles sont exploitées par l’homme à l’échelle industrielle.
o Industrie agro alimentaire : on les utilise pour la fabrication des yaourts et des
fromages.
o Domaine des biotechnologies pour la fabrication de vitamines et même dans la
fabrication des antibiotiques. On les utilise également pour digérer nos déchets.
Si on les transforme génétiquement on peut leur faire fabriquer l’hormone de
croissance et l’insuline humaine.
 La bactérie de laboratoire : elle est largement utilisée dans les laboratoires de
recherche et parfaitement connue. Elle s’appelle Escherichia coli – E coli (Escherichia
nom du genre et coli nom de l’espèce). Elle est en forme de bâtonnet et on la trouve de
façon tout à fait normale dans le colon des être humain et elle prolifère également dans
le sol et les lacs d’eau douce. (voir figure 1.3.b.) Nous tirons deux avantages de cette
bactérie : son milieu de culture simple et son temps de génération qui est court
puisqu’il est de l’ordre de 20min dans des conditions favorables. Il existe plusieurs
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souche de cette espèce dont certaines qui sont pathogènes. Celles que nous hébergeons
ne sont pas pathogènes qui peuvent être manipulée sans précaution particulière.
 Les mycoplasmes (figure 1.3.a.) : c’est un groupe particulier de procaryote.
o Ce sont les plus simples et les plus petites cellules reconnues actuellement.*
o Une caractéristique de mycoplasme : la structure mycélienne qu’ils peuvent
adopter (en forme de champignon) les cellules s’associent entre elles pour
former des filaments.
o Formes variées : il existe des cellules sphériques et globuleuses et d’autres qui
sont allongées et filamenteuses.
o Procaryote dépourvu de paroi, ils font exceptions aux autres procaryotes. C’est
pourquoi certain les ont classé en « bactérie dégénérée ».
o Ils vivent en association avec des cellules végétales et animales, ils sont
répandu chez l’homme, on les trouve dans les cavités buccales, les voies
respiratoires ou encore au niveau de la moelle et du sang. Leur pouvoir
pathogène est très discuté, il y a une espèce dont on est sûre qu’elle est
pathogène pour l’homme la Mycoplasma pneumoniae.
* il y a quelques années, en 1990, une observation a été faite de structures à peu
près 10 fois plus petite qu’un procaryote par un géologue des structures qu’il a
baptisé nanobactéries. Un grand parcours jusqu’à 2008 où il y a eu d’autres
observation de structure ce type dans des calculs rénaux et également dans des
météorites de nature martienne. Et en 2008 des chercheurs après plusieurs essais
de mise en culture de ces nanobactéries infructueuses, plus la recherche d’ADN et
d’ARN dans ces structures sans résultats ils ont montré que ce n’était pas des
organismes vivant mais des structures minérales associées à des protéines. D’où le
changement de nom proposé nanons.
1.1.2. Organisation générale des cellules bactériennes
Pendant longtemps on a considéré les bactéries comme étant un « sac d’enzymes »
parce que la résolution des microscopes optiques était insuffisante pour révéler les détails de
structure. Avec le développement de la microscopie électronique, la structure fine des
bactéries a pu être étudiée. On a pu observer les différentes couches constituant l’enveloppe
bactérienne.
-
Gram+/Gram –
 Le protocole de la coloration de Gram :
o Les bactéries sont fixées sur une lame de microscope.
o Coloration au violet de gentiane (« colorant de Gram »)
o Fixation du colorant
o Toutes les bactéries seront violettes
o On fait agir de l’alcool et on a deux comportements possibles :
 Certaines restent violettes
 D’autres se décolorent
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On fait une contre coloration (avec de la fuschine)
Celles qui sont restés violettes le sont toujours elles retiennent le colorant
elles sont Gram + (bactéries Gram-positives ; bactéries à Gram positif)
Celles qui se sont décolorés deviennent roses elles ne retiennent pas le
colorant elles sont Gram – bactéries Gram-négatives ; bactéries à Gram
négatif).
 Cette coloration a été mise au point par Christian Gram en 1884. La différence de
coloration est liée à la structure de l’enveloppe.
 Expérience permettant d’expliquer le lien entre la coloration de Gram et la structure de
l’enveloppe :
o Bactéries à Gram+ → coloration au violet avec le colorant de Gram →
bactéries violettes → on fait agir une enzyme le lysozyme qui est une enzyme
qui dégrade la paroi bactérienne → on obtient des protoplastes violets →
conclusion 1 → on fait ensuite agir de l’alcool → les protoplastes se décolorent
→ conclusion 2.
o Conclusion 1 : Le siège de la coloration des cellules c’est le cytoplasme et non
la paroi.
o Conclusion 2 : c’est la paroi qui faisait une barrière à la pénétration de l’alcool.
Sans paroi l’alcool pénètre le cytoplasme et le décolore.
o Ainsi les bactéries Gram+ on une paroi épaisse qui lors de la coloration de
Gram empêche l’alcool de passer. Au contraire les bactéries Gram- on une
paroi fine qui laisse passer l’alcool et décolore le cytoplasme.
 Exemple de bactéries Gram+ : staphylocoques et les streptocoques.
 Exemple de bactéries Gram- : Escherichia coli
 Les bactéries Gram- on en plus dans leur enveloppe une autre couche membranaire
qu’on appelle la membrane externe. (figure 1.5. remplacer « peptidoglycane » par
« paroi »)
 La paroi bactérienne : c’est une couche rigide très résistante et pourtant élastique. Elle
donne à la bactérie sa forme et naturellement elle la protège. Elle est constituée de
peptidoglycane (également nommée muréine), c’est un hétéropolymère (ensemble de
plusieurs unités différentes) caractéristique des procaryotes (eubactéries) à l’exception
des microplastes. L’enveloppe bactérienne délimite donc le cytoplasme dans lequel se
trouve l’appareil nucléaire que l’on appelle aussi le nucléoïde.
-
Cytoplasme – ADN
 Appareil nucléaire : on évite de parler de noyau chez les procaryotes pour désigner le
matériel génétique c’est pourquoi on parle de nucléoïde du fait de l’absence d’une
enveloppe nucléaire comme chez les eucaryotes. On appelle aussi cet appareil
nucléaire chromosome bactérien par analogie avec les chromosomes eucaryotes qui
portent les caractères héréditaires de la cellule. Le chromosome bactérien est composé
d’ADN, c’est un filament unique, circulaire formé d’une double chaîne d’ADN
fortement compactée (cas général). Exemple : ADN d’Escherichia coli est circulaire,
d’une masse molaire de 3.109Da (Da = dalton = g.mol-1) et 5.106 paires de bases si
l’ADN de ce filament n’était pas compacté il mesurerait 1,3mm, soit près de mille fois
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la taille de la bactérie. Un segment d’ADN : 1µm – 2MDa (2.106 Da) – 3kb. En plus
de ces éléments fondamentaux (enveloppe et nucléoïdes) une bactérie peut avoir
d’autres composants caractéristiques (voir figure 1.6.).
-
Autres : capsule, couche S, flagelles, fimbriae/pili, mésosomes, plasmides :
Les bactéries même si elles sont protégées par une paroi peuvent s’entourer de
couches supplémentaires comme une capsule ou encore comme une couche S.
 Capsule : c’est la couche la plus anciennement décrite elle est composée d’eau et de
polysaccharides. En fonction des bactéries et de leur niche écologique la capsule a
différents aspects, c'est-à-dire qu’elle est plus ou moins structurée ou diffuse. Lorsque
les polysaccharides sont largement sécrétés dans le milieu alors la capsule a cet aspect
muqueux, on lui donne le nom de slime. Exemple : le bacille tuberculeux ou
Mycobactérium tuberculosis et Streptococcus pneumoniae ces capsules en plus d’un
rôle de protection de la cellule, elle joue un rôle dans la pathogénicité.
 Couche S : Elles ont été récemment décrites grâce au progrès de la microscopie
électronique. Elles sont composées de protéines et de glycoprotéines formant un
rayonnage cristallin à deux dimensions lorsqu’elles existent, elles les recouvrent
totalement. Elles procurent aux bactéries qui les possèdent des avantages sélectifs
grâce à leur fonction de protection, de tamisage moléculaire et d’adhésion.
 Flagelles : Ils sont responsables de la mobilité des procaryotes et on utilise ce critère
comme argument taxonomique (classement des espèces : la forme, Gram- ou +,
mobile ou non). Les bacilles sont fréquemment mobiles alors que les coques le sont
rarement.
o Ce sont des filaments fins (diamètre de l’ordre de 20nm), rigides (ce critère est
fondamentale pour le fonctionnement des flagelles puisqu’ils permettent la
progression de la bactérie par rotation et non par ondulation [cas du flagelle
eucaryote]), de ce fait le flagelle à une forme d’hélice parfaite qui n’est ni
rectiligne, ni courbée au hasard. Les flagelles sont long d’une dizaine de µm
soit 10fois la taille de la bactérie.
o La structure des flagelles peu se diviser en trois parties : le filament hélicoïdal
c’est cette parti là qui permet la nage de la bactérie, une partie crochet ou
coudée qui permet les transitions et le corpuscule basale qui permet l’ancrage
du flagelle dans l’enveloppe bactérienne. (Voir figure 1.7.)
o Grâce au mouvement de rotation flagellaire les bactéries nagent à une vitesse
de quelques µm/s voir quelques dizaines ou centaines de µm/s. Les distances
franchies sont faibles dans une direction donnée du fait des contraintes
exercées par les attractions ou répulsions chimiotactiques.
o La chimiotaxie : les bactéries sont sensibles à des variations de concentration
dans des milieux non homogènes. Lorsqu’une bactérie mobile est dans un
milieu homogène, elle nage dans une direction donnée pendant un court
instant, s’arrête brusquement, pivote et reprend sa nage dans une autre
direction, au hasard. Le mouvement rectiligne peut se faire dans les trois
dimensions. La chimiotaxie est la faculté qu’on les bactéries de dévier de ce
parcours rectiligne lorsqu’elles rencontres un gradient de concentration d’une
substance attractive (ex : glucide, acide aminé) ou répulsive (toxique). La
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chimiotaxie est positive lorsque les bactéries s’accumulent au niveau des fortes
concentrations, elle est négative si elles s’accumulent vers les faibles
concentrations. (figure 1.8.)
 Deux autres types de filaments les fimbriae et pili :
Fimbriae
Pili
Filaments présents en grand nombre (de la Filaments sont peu nombreux (quelques
centaine au millier), ils sont fins (Diam de unités, 1 – 4), fins (Diam de l’ordre de 8nm)
l’ordre de 5nm), ils sont court (de l’ordre du et ils sont +long que les fimbriae (environs
µm) et rigides.
10µm)
Il joue un rôle dans l’adhésion des bactéries Ils jouent un rôle dans le transfert d’ADN
aux surfaces.
d’une bactérie donneuse à une bactérie
receveuse, un transfert que l’on appelle la
conjugaison. C’est un processus sexuel chez
*On a trouvé des fimbriae sur toutes les la bactérie. On considère que les pili sont des
bactéries à Gram- jusque là examinées et ils appendices sexuels chez la bactérie. Pilus/pili
ont rarement été observés chez les Gram+.
permet un pont cytoplasmique.
 Mésosomes : (voir figure 1.6.) leur formes peuvent varier, ils ont fait l’objet de
beaucoup de description et pourtant il semble que ce ne sont pas des structures
naturelles qui se forment lors de la fixation des cellules qui précède l’observation en
microscopie électronique. Ces structures sont donc des artefacts liés à la technique de
microscopie électronique.
 Plasmides : c’est un élément supplémentaire que l’on peut trouver dans le cytoplasme.
L’essentiel de l’information génétique d’une bactérie est porté par le chromosome
bactérien. Les bactéries peuvent avoir une information génétique supplémentaire, sur
des molécules d’ADN bi-caténaire (en deux doubles chaînes, ou doubles brins) extrachromosomiques que l’on appelle des plasmides. Ils sont d’une grande variété, on
trouve cette variété au niveau de la taille (1 à 400 kb) donc par rapport à la quantité
d’information génétique qu’ils transportent. Ils diffèrent également par le type
d’information génétique porté. Ils diffèrent également par leur mode de réplication.
Certain se réplique en mode σ (1) et d’autre en mode θ (2).
o (1)
o (2)
Les plasmides sont généralement circulaires, ils représentent 1 à 3% du génome.
L’information génétique qu’il porte n’est pas indispensable à la bactérie lorsqu’elle est
dans sont environnement habituelle, voilà pourquoi on leur donne le nom de « minichromosome facultatif » (faible information génétique dont les chromosomes n’ont pas
forcément besoins). Elles donnent un avantage sélectif. Exemple : plasmides résistant aux
antibiotiques. Si la bactérie est cultivée en présence de l’antibiotique auquel elle résiste
grâce au gène de son plasmide alors elle peut se multiplier et les autres meurent. C’est un
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avantage sélectif. Certain plasmides ont des rôles qui ne sont pas encore connu ils sont dit
cryptique. Certain plasmide sont conjugatif, c'est-à-dire qu’ils peuvent s’échanger d’une
bactérie donneuse à une bactérie receveuse. Exemple : le plasmide F d’Escherichia coli,
une copie passe au travers d’un pilus de la bactérie donneuse à la bactérie receveuse. (voir
schéma a)
Beaucoup d’activité biologique peuvent être conféré à la bactérie hôte par des plasmides,
elle concerne trois domaines : la résistance aux antibiotiques et aux métaux lourds, le
pouvoir pathogène ou encore le métabolisme.
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1.2. Les eucaryotes
1.2.1.
Les eucaryotes unicellulaires : les protistes
Une origine qui remonte à peu près 1,5milliard d’années par rapport au procaryote dont
l’origine remonte à environs 3,5milliard d’année. Ce sont des organismes très variés :
 Premièrement dans leur organisation cellulaire qui est particulièrement complexe.
Elle est liée à de nombreux organites intracytoplasmiques spécialisés.
 On trouve également une variété dans la forme des cellules et dans leur
comportement (figure 1.9.). Certain protistes sont photosynthétiques d’autres sont
carnivores. Certains protistes sont mobiles et d’autres sédentaires. Même si ce sont
des organismes unicellulaires beaucoup sont plus complexes que des organismes
pluricellulaires. Ceci est particulièrement vrai pour le groupe des protistes appelés
protozoaires.
1.2.1.1.
Les protozoaires :
Ils sont très hétérogènes par rapport à la taille des cellules et à la formes (figure 1.9.).
En plus des organites habituels d’une cellule eucaryote les protozoaires ont des vacuoles
spécialisées dans l’absorption de nourriture vers des vacuoles digestives. Chez les
protozoaires d’eau douce on trouve dans le cytoplasme des vacuoles contractiles qui
permettent l’évacuation de l’eau par osmose. La reproduction se fait en général par fission
binaire. Certain protozoaires se reproduise de façon sexuée à un moment donné de leur cycle
biologique (par conjugaison). On distingue 4 classes principales chez les protozoaires en
fonction de leur appareil locomoteur, leur mode de reproduction (voir tableau 1.3.) :
- les flagellés : Ils se distinguent par le fait qu’ils possèdent des flagelles qui leur
permet de se déplacer. Ce sont de longs filaments. Certains se déplacent grâce à une
membrane ondulante. Beaucoup de cellule vive en symbiose (associé à un hôte).
Exemple : Trichorympha collaris qu’on trouve dans l’intestin des termites. Il aide les
insectes à digérer le bois dont ils se nourrissent. De nombreux flagellés sont
pathogènes pour l’homme. Exemple : Trypanosoma gambiense ou le Trypanosome
(voir figure 1.10.). Il sévit en Afrique et est transmit par la mouche Tsé-Tsé.
- les amibes : Ces organismes peuvent vivre sous forme libre ou parasite. Leur
caractéristique au point de vu locomoteur est qu’elle forme des pseudopodes qui
permettent leur déplacement et la capture de nourriture. Certain amibes sont parasites
ou pathogène pour l’homme. Exemple : Entamoeba histolytica elle est responsable de
la dysenterie amibienne et est à l’origine de cette maladie ou de virus ionfectés : corso
d’eau.
- les ciliés : Ils possèdent des cils qui servent à la fois au déplacement et à la
capture de nourriture. Ce sont des cellules à deux noyaux. Ils jouent un grand rôle dans
les communautés biotiques car ils sont des consommateurs actifs d’algues
microscopiques et de bactéries et de même la proie d’autres consommateurs.
Exemple : la paramécie ou Paramécium caudatum. La cellule est délimité par une
membrane plasmique recouverte de plusieurs centaines de cils qui servent à la
propulsion de la cellule dans l’eau sur une face de la cellule on trouve une structure
apparentée à une bouche qui s’appelle le cytopharynx au niveau de laquelle les
particules alimentaires entre avant d’être digéré par des vacuoles. A chaque pôle de la
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cellule on trouve des vacuoles contractiles qui permettent d’éliminer l’eau de la
cellule. Environs 150µm. (voir figure 1.12.) Il est carnivore.
- les sporozoaires : ce sont des cellules immobiles au stade adulte de leur
développement ils sont toujours parasites leur cycle évolutif sont complexe avec le
parasitisme de différents hôte. Dans ces cycles apparaissent des formes sporulées que
l’ont appelle des spores. Certain sont pathogènes pour l’homme. Exemple : le
paludisme soit Plasmodium. La transmission se fait par un moustique Anophèle
femelle. Frisson et fièvre surviennent quand les globules rouges infectés éclatent et
libèrent des substances toxiques.
- Autres protistes : (voir figure 1.1.) en plus des protozoaires, le règne des
protistes comprend des algues unicellulaires parmi lesquels les diatomées qui
représentent la majeur partie du phytoplancton des eaux douces ou marines. Et
également des champignons unicellulaires qu’on appelle des levures.
1.2.1.2.
Les levures
Ce sont des organismes largement distribués ou présent dans le sol ou dans l’air. elles
sont utilisées en alimentaire depuis des siècles (transfert d’aliments), et utilisées en
biotechnologies (fabrique des vitamines ou des enzymes)
Elles sont adaptées à la production industrielle car elles sont robustes, peu exigeantes,
elles se multiplient rapidement et se séparent facilement du milieu de culture. Elles ont
des formes assez variées mais les levures typiques sont ovalaires dont la taille à une
largeur de 1 à 5µm et une longueur de 5 à 50µm. ce sont des cellules immobiles et
point de vue reproduction elles peuvent se reproduire par scission binaire, sporulation
ou par bourgeonnement (voir figure 1.13.). le bourgeonnement est le mode de
reproduction le plus courant.
Exemple de levure bourgeonnante : Saccharomyces cerevisiae (levure des boulangers)
(voir schéma 1)
Exemple de levure fissipare : schizosaccharomyces pombe.
(voir schéma 2)
Au cours de l’évolution les voies ont divergé assez tôt entre ces deux cellules mais
elles ont quand même des cycles cellulaires similaires puisqu’elles peuvent proliférer
aussi bien à l’état diploïde qu’à l’état haploïde. Le passage d’un état à l’autre se fait
par des formes sporulées. La proportion de temps passé dans chacun de ces états dans
le cycle biologique d’une levure varie en fonction des espèces et de leur milieu
environnant. (Figure 1.14.)
1) Elle prolifère de façon classique à l’état diploïde, une cellule mère donne deux
cellules filles. Si le milieu devient défavorable (ex : carences alimentaire) les
cellules entre en méiose et elles sporulent elles passent de 2n à n chromosomes.
Sporulation permet de résister à un milieu défavorable. Moins d’eau =
métabolisme ralenti qui lui permet de survivre. Résistance à l’environnement grâce
à la structure cellulaire et à l’environnement. Si le milieu redevient favorable il y a
éclosion de spore et forme cellulaire haploïde qui sont générées et vont deux à
deux fusionner pour redonner la forme diploïde classique. Parfois la division se
fait à l’état haploïde.
2) Prolifère de façon classique à l’état haploïde. Si le milieu devient défavorable les
deux levures haploïdes se conjuguent pour donner une levure diploïde qui sporule.
Si le milieu redevient favorable il y a éclosion des spores et elles passent de 2n à n
chromosomes.
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1.2.2.
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Les eucaryotes pluricellulaires
Ces organismes sont formés par l’association de cellules représentées pour deux types
(cellules animales et végétales figure 1.15.).
Différences entre ces deux cellules : La cellule végétale à des constituants spécifiques par
rapport à la cellule animale qui sont la paroi (cellulosique) et des vacuoles.
Remarque : on en trouve également dans des cellules animales et chez les protistes mais les
vacuoles chez les végétaux sont caractéristiques ne serai-ce que par le volume qu’elles vont
occupées dans la cellule. L’autre caractéristique sont les chloroplastes qui sont le siège de la
photosynthèse. Pour former des eucaryotes pluricellulaires les cellules doivent être associées
entre elles, soudées entre elles, mais également liées en terme de communication cellulaire.
1.2.2.1.Les animaux
Les cellules sont associées entre elles au travers d’un réseau de macromolécules relativement
lâche appelé matrice cellulaire. Elles sont sécrétées localement par les cellules. Elles sont
également reliées entre elles avec des adhérences entre leur membrane plasmique. Dans de
nombreux cas les cellules seront associées par des attaches latérales leur permettant de former
des feuillets pluricellulaires ou épithélium.
 Vertébrés
On distingue plus de 200 types de cellules différentes et dans beaucoup de ces types il
existe un grand nombre de variété de cellule aux différences plus subtiles. On remarque
l’étonnante polyvalence des cellules eucaryotes. La plupart de ces cellules sont organisées en
ensemble coopératifs qu’on appelle des tissus. Ces tissus s’organisent selon différentes
combinaisons pour former les organes. Les différents tissus chez les vertébrés sont les nerfs,
les muscles, le sang, les tissus lymphoïdes, les tissus épithéliaux et les tissus conjonctifs.
o Le tissu lymphoïde : il est formé par l’ensemble des organes où réside les
lymphocytes et autre cellule du système immunitaire.
o Le tissu conjonctif : les espaces entre les tissus et les organes du corps sont
comblés par du tissu conjonctif constitué d’une matrice extracellulaire
abondante sécrété en grande parti par des fibroblastes.
o Le tissu épithélial : la plupart des frontières internes et externes de notre
organisme sont bordées de tissu épithélial. Les cellules de l’épithélium sont des
cellules polaires qui assurent l’environnement, l’intégrité des autres tissus.
Dans un épithélium les cellules sont étroitement associées entre elles, la
matrice extracellulaire est peu abondante c’est une fine couche sous-jacente
aux feuillets et on lui donne un nom de lame basale.
 Organisation de cellules épithéliales au niveau de l’intestin et plus particulièrement
dans le cas des cellules absorbantes qui bordent la lumière de l’intestin grêle :
(voir schéma 3)
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Aliments
Polysaccharides
Protéines
Dégradation
dans la lumière
de l’intestin
par des enzymes
pancréatiques
Oligosaccharides
Peptides
Enzymes
Hydrolytiques
Glucosidases
peptidases
Glucides simples
acides aminés
Transport
Au travers
De la membrane
Apicale puis
De la membrane
Basolatérale
Sang
Les cellules absorbantes du feuillet épithélial ont deux fonctions : permettre le passage
des aliments au travers de la membrane apicale et deuxièmement permettre la diffusion dans
le sang. Elles sont particulièrement adaptées à l’absorption des aliments du fait de l’existence
des microvillosités au niveau du pôle apical. Elles augmentent considérablement la surface
membranaire et la vitesse d’absorption des aliments. A la surface de ces microvillosités les
enzymes hydrolytiques forment un duvet (voir figure 1.16.) que l’on appelle glycocalyx.
Dans ce feuillet les jonctions cellulaires sont nombreuses d’où la notion de barrage à la
circulation de cellules, de molécules et même d’eau d’un compartiment corporelle à l’autre.
Elles existent entre deux cellules, de même entre cellule et matrice extracellulaire, on
distingue trois groupes fonctionnels de jonctions :
o Des jonctions dites imperméables
o Des jonctions d’ancrage
o Des jonctions communicantes
Chez les végétaux la présence de parois cellulaires (cellulose) peut être assimilée à la
matrice extracellulaire chez les animaux. Les jonctions d’ancrages sont inutiles. En revanche
une classe de jonctions intercellulaires est fondamentale chez les végétaux : les jonctions
communicantes on les appelle les plasmodesmes ou encore canaux cytoplasmiques.
1.3. Les virus
Ce sont des parasites obligatoires c'est-à-dire qu’ils ne peuvent se multiplier que dans des
cellules qu’ils infectent. Ils sont minuscules (plus petit que les bactéries) de quelques nm à
quelques centaines de nm. Particule infectieuse que l’on appelle virion est composée d’un
acide nucléique (ADN ou ARN) une gaine protéique et quelque fois une enveloppe lipidique.
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Eléments génétiques mobiles, la racine nucléique est infectieuse. On les considère comme
étant à la limite entre le moléculaire et le vivant.
1.3.1.
Structure :
-
Nucléocapside :

acide nucléique ou génome viral : il peut être sous la forme d’ADN
d’ARN (acide désoxyribonucléique et acide ribonucléique).
 Lorsqu’il est sous forme d’ADN il est généralement bicaténaire
ou linéaire. Cet ADN peut se circulariser ceci étant un préalable
nécessaire à son intégration dans le génome de l’hôte infecté
(voir 1.21.). cet ADN code pour 3 à 10 protéines dans le cas de
gros virus : 100 à 200 protéines.
 D’ARN il est généralement monocaténaire et linéaire. Le
génome viral peut être associé à des protéines virales ce qui
donne des nucléoïdes (acide nucléique + protéine).
 Capside : c’est une coque de nature protéique qui entoure et protège le
génome viral elle est composé de une ou plusieurs protéines virales.
La nucléocapside peut présenter deux types de symétries structurales : la symétrie
cubique et la symétrie hélicoïdale.
- virus à symétrie cubique : ils ont une capside icosaédrique (polyèdre à 20 faces
– voir figure 1.18.) elle est faite de sous unité appelé capsomère agencé régulièrement
et vont formés la structure icosaédrique. Les capsomères sont eux même composés
d’unités de structures. Exemple : adénovirus, herpès, bactériophages (virus qui infecte
les bactéries comme T2).
- virus à symétrie hélicoïdale : exemple : le virus de la mosaïque du tabac
(premier agent infectieux plus petit que des bactéries à avoir été découvert). Dimitri
Ivanowsky l’a découvert en 1892. C’est un virus à nucléocapside nue (sans
enveloppe). Elle a la forme d’un bâtonnet cylindrique (L = 250nm ; D = 18nm) qui est
formé par l’association de sous unité protéiques s’enroulant en hélices serrées. Ces
sous-unités forment un ruban continu. Elles comportent sur les faces supérieures et
inférieure des encoches où vient se loger le génome viral qui est ici un filament
d’ARN. De cette façon le génome s’enroule également en hélice, exemple : la grippe
(figure 1.18.) c’est une sphère parsemée de projection qui lui donne un aspect hérissé
(protéine du virus). Elle n’est pas rigide et droite comme le virus de la mosaïque du
tabac mais souple et enroulée en anneaux concentriques. En microscopie on voit cette
enveloppe sphérique parsemée de projection : protéines insérés dans l’enveloppe du
virus. C’est un virus à ARN (génome est de l’ARN filament de 9 fragments).
- Enveloppe lipidique : on les trouve en général chez les virus à symétrie
hélicoïdale, elles sont plus rares chez les virus à symétrie cubique. Elle est composée
de lipides et de protéines.
 Les lipides ressemblent aux lipides de la membrane plasmique des
cellules infectées. Beaucoup de virus acquièrent leur enveloppe par le
processus de bourgeonnement. Le bilan de ce processus c’est qu’il
récupère ainsi comme enveloppe un morceau de la membrane
plasmique de la cellule qu’ils ont infectée (voir figure 1.20.).
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
1.3.2.
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Les protéines de l’enveloppe sont d’origine virale et ont des propriétés
antigéniques importantes et elles jouent un rôle dans la reconnaissance
cellulaire (voir figure 1.23.), dans la maturation des virus et la
libération des particules virales.
Spectre d’hôtes
La largeur du monde cellulaire touché par tous. Ils sont en général assez étroit c'est-àdire qu’ils infectent un type cellulaire voilà pourquoi on utilise le spectre d’hôte comme
argument taxonomique. On appelle les virus qui infectent les bactéries les bactériophages
ou phages. Les virus qui n’infectent que les cellules animales on les appelle les virus
animaux de même pour les végétaux ont les appelle les virus végétaux.
Remarque : des virus ont des spectres d’hôte plus large et qui vont s’attaquer par exemple
aussi bien à des plantes qu’à des animaux.
1.3.3.
Matériel génétique des virus
Il existe des virus à ADN et des virus à ARN (Tableau 1.4. et 1.5. ce sont les
principaux virus humain à ADN et à ARN). Famille (… viridae) et genre (…virus)
nomination latine et espèces (virus…) nomination française.
1.3.4.
Croissance et multiplication :
Le cycle d’infection virale ce déroule en plusieurs étapes.
 Etape d’adsorption de la particule virale sur la cellule hôte (ou cellule cible).
Cette étape fait intervenir des protéines de la surface de la particule (de la
capside) qui vont interagir avec des protéines de la surface cellulaire. Et là il y
a reconnaissance entre le virus et sa cible. Cette interaction avec ce qu’on
appelle les récepteurs cellulaires détermine la spécificité d’hôte.
 Deuxième étape, la pénétration. Le génome viral entre dans la cellule.
 La capside peut rester à l’extérieure.
 Le génome peut rester associé à des protéines virales qui seront
indispensables à la multiplication.
 Dans le cas de virus eucaryote à ADN, celui-ci va jusque dans le noyau
de la cellule infectée. Il vaut au moins le génome viral pour que le virus
ce reproduisent.
 Troisième étape, étape de réplication de l’acide nucléique viral et synthèse des
protéines virales. Dans cette étape le virus détourne la machinerie cellulaire de
réplication de l’ADN et de synthèse des protéines à son profit. On distingue
trois catégories de protéines virales :
 Des enzymes propres à la réplication du virus.
 Des facteurs inhibiteurs du métabolisme cellulaire.
 Les protéines nécessaires à la construction de nouveaux virions.
 L’étape de libération des particules virales.
 La majorité des bactéries et beaucoup de cellules animales et végétales
éclatent, on dit qu’elles se lysent et libèrent ainsi d’un coup tous les
virions.
 Beaucoup de cellules animales ou végétales, n’éclatent pas mais
libèrent les virions en se désintégrant.
 Beaucoup de virus enveloppé quittent la cellule par bourgeonnement.
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L’ensemble de ces étapes constitue ce qu’on appelle un cycle lytique d’infection virale.
Certain virus peuvent développer ce qu’on appellera un cycle lysogène. Les deux
premières étapes sont identiques en revanche la troisième étape est une étape d’intégration
du génome viral sous forme d’ADN dans le génome de la cellule infectée.
- Bactériophage : les phages capables de développer ce cycle lysogène sont
appelés phages tempérés ou lysogènes.
- Rétrovirus : les virus eucaryotes les plus remarquables concernés sont les
rétrovirus, ce sont des virus à ARN capable de transformer leur génome en ADN
(double brin) pour permettre son intégration dans les chromosomes.
Cas du phage λ d’E. coli (figure 1.21.) :
Ce phage est un phage tempéré c'est-à-dire qui peut développer aussi bien un cycle
lytique qu’un cycle lysogène. Le cycle lytique assure la production de nouveaux phages et
lyse de la cellule. Le cycle lysogène aboutit à l’intégration aux chromosomes bactériens on lui
donne le nom de provirus.
Bactérie représentée avec son chromosome circulaire. A gauche le bactériophage λ. La
1ère étape est l’étape d’adsorption les protéines de la surface virale, la reconnaissance étant
établie le génome viral est insérée dans la cellule, il y a pénétration du génome viral dans la
cellule. Le génome viral est ici linéaire et quelque fois il se circularise étape nécessaire à
l’étape d’intégration du génome dans le génome cellulaire.
Cycle lytique : 3ème étape : synthèse des protéines virales et réplication du génome
viral puis libération des particules où se forme dans la cellule des nucléocapsides puis elle
éclate. En 20min une centaine de particule se forme.
Cycle lysogène : 3ème étape : le provirus s’insère dans le génome cellulaire et une
bactérie qui héberge un provirus est appelée bactérie lysogène. Les bactéries de sa
descendance seront de même appelées bactéries lysogènes. Mais le virus n’a pas forcément
d’incidence puisqu’il peut rester « endormi ». Événement conducteur signifie que la survie de
la bactérie est menacée, ainsi le provirus quitte le génome bactérien pour se propager avec un
cycle lytique.
Ici, seul le génome viral entre dans la cellule.
Expérience d’A.D. Hershey et M. Chase 1952 (voir figure 1.22. et 1.23.) :
Protocole :
Ils ont utilisés des phages lytiques (ne développe que des cycles lytiques) avec des
bactéries dans un milieu composé de soufre 35 (isotope actif qui marque les protéines
synthétisées). Ils obtiennent des phages dont la capside est marquée au 35S.
De même avec des phages lytiques avec des bactéries dans un milieu composé de 32P
(isotope radioactif qui marque l’ADN) ils obtiennent des phages dont le génome est marqué
au 32P. Il y a interruption de l’infection (avant la lyse).
On observe :
- Le marquage au 32P se détecte à l’intérieur des bactéries → pénétration du génome
viral.
- Le marquage au 35S se détecte à l’extérieur des bactéries → les capsides sont restées à
l’extérieur.
Infection par un virus à ARN (figure 1.23.)
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(1)
La réplication de l’ARN est un processus qui ne se fait pas dans les cellules eucaryotes. Ces
réplications ont lieu grâce à une enzyme virale qu’on nomme la réplicase. C’est une ARNpolymérase (1) ARN-dépendante (2)
(1) Ensemble de l’ARN
(2) En lisant de l’ARN
Cas particulier de virus à ARN : les rétrovirus.
La particularité de ces virus c’est qu’ils ont une enzyme capable d’inverser le processus
normal (cellulaire) de transcription de l’ADN par une enzyme qu’on appelle la transcriptase
inverse.
(voir figure 1.24.)
D’autres médicaments ont pour cible une autre enzyme importante dans l’infection qu’on
appelle l’intégrase, c’est l’enzyme qui catalyse l’intégration du génome viral sous forme
d’ADN à double brin dans le génome cellulaire.
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Schéma bilan (4):
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Chap2 : La membrane plasmique
Elle délimite le volume de la cellule et maintien ainsi les différences indispensables
entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Il existe des structures membranaires
délimitant chaque compartiment intracellulaire des cellules eucaryotes. Elles jouent un rôle de
véritable barrière (notion de cloisonnement) permettant le contrôle des concentrations en
solutés (composés soluble dans l’eau) de part et d’autre.
A la surface des membranes on trouve des protéines appelées récepteurs qui sont capables
de recevoir un signal extracellulaire et de générer une réponse dans la cellule.
I.
Organisation structurale et composition
Composition : Tout d’abord, au niveau quantitatif, toutes les membranes sont composées de
lipides et de protéines. La membrane plasmique est composée à peu près de 50% de lipides et
50% de protéines. Les pourcentages varient beaucoup d’un type de membrane à l’autre et
d’une cellule à l’autre.
Exemple : la membrane interne mitochondriale a environs 75% de protéines et 25% de
lipides.
Il existe aussi une variation qualitative.
1.1. La double couche lipidique
La structure des membranes en bicouche a été étudiée expérimentalement en 1925, mais c’est
la microscopie électronique qui a permis de la démontrer.
Expérience de Gorter et Grendel 1925 :
Ils ont extrait les lipides de la membrane d’erythrocytes humaines, étalé cet extrait à la
surface d’une solution aqueuse et ils ont mesuré la surface occupé par ces lipides et trouver
qu’elle correspondrait à peu près le double de la surface de la cellule de départ. D’où la
proposition d’une organisation des lipides en double couche.
Dans une membrane les lipides majeurs sont les phospholipides. Composé d’une tête
hydrophile et de queues hydrophobe.
 Observation de coupes ultrafines :
Protocole :
Si sur une coupe cellulaire, on fait agir des composés opaques aux électrons (noirs sur
les photos) qui se lient spécifiquement sur les têtes hydrophiles des phospholipides, la
membrane plasmique se présente comme une « voie ferré » avec une structure en trois
feuillets c'est-à-dire deux feuillets sombres séparés par un feuillet clair.
 Observation de réplique membranaire (voir figure 2.1. 2.2. et 2.3.) :
Protocole :
En microscopie, on peut observer des répliques membranaires grâce à la technique de
cryofracture ces répliques peuvent être des faces P (protoplasmique en synonyme de
cytoplasmique) ou E (face extracellulaire ou extracytoplasmique), elles comportent des creux
et des bosses complémentaires correspondant respectivement à l’absence ou la présence de
protéines membranaires (inséré ou non dans la membrane). C’est la fracture de la membrane
suivant l’association plus ou moins importante de la protéine à une face ou une autre qui
engendre ces « trous et bosses » à la surface des faces. Dans cette technique la fracture
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membranaire se fait tangentiellement à sa surface. Grâce à cette technique l’universalité de la
structure bilamélaire en deux lames des membranes a été démontée. L’épaisseur a été
mesurée : de l’ordre de la dizaine de nanomètre. C’est la symétrie des deux couches
membranaires (pas forcément de même épaisseur). S’il y a trop d’eau on fait des répliques
métalitique (mise en place de métal sur la surface des faces E et P afin de mieux observer les
irrégularités sur celles-ci.
Les lipides membranaires constituent la structure de base des membranes. Ils sont
organisés en bicouche, qui représentent une barrière hydrophobe à la circulation de la plupart
des composés hydrosolubles. Tous les lipides sont amphiphiles c'est-à-dire qu’ils ont une
partie hydrophile (ou polaire) et une partie hydrophobe (ou apolaire). Ils sont insolubles dans
l’eau mais soluble dans des solvants organiques.
Selon leur forme et du fait de leur caractère amphiphile, ils donnent dans l’eau des
structures spécifiques (voir figure 2.4.). Elle forme naturellement des structures en bicouches
(camoufler la partie hydrophobe et présenter la partie hydrophile à l’eau => feuillets bilamellaire). Le liposome est une structure en bicouche membranaire en forme de sphère qui
correspond à une vésicule creuse tridimensionnelle. Elle se referme sur une cavité hydrophile.
Lorsque les unités ont une forme en coin il forme des micelles et le centre de celui-ci est
hydrophobe (forme sphérique).
L’avantage du liposome est qu’il n’y a que la partie hydrophile extérieur qui est en
contact avec l’eau. Les phospholipides sont les lipides les plus abondants dans les membranes
cellulaires. Ils sont de forme cylindrique donc naturellement dans l’eau ils s’organisent en
bicouche.
Il existe trois types principaux de lipides membranaires :
o Les phospholipides
o Le cholestérol
o Les glycolipides
Les phospholipides ont une tête polaire avec un groupement phosphate (groupement
P) et un groupement X qui donne le nom au phospholipide (voir figure 2.6.). Deux queues
hydrocarbonées hydrophobes souvent constituées de deux acides gras de 14 à 24 atomes de
carbones. L’un de ces deux acides est souvent insaturé c'est-à-dire qu’il a une ou plusieurs
doubles liaisons dans la chaîne carbonée (voir figure 2.5.). Elles sont de configuration Z ou
Cis donc elles créent une couche dans la chaîne. L’autre acide gras est souvent saturé (pas de
double liaison).
(Voir figure 2.5.D, A et B)
Le nombre d’insaturation dans la chaîne hydrocarbonée d’un lipide a des
conséquences sur la capacité des molécules à se serrer les unes contre les autres et donc de
leur mobilité et sur la fluidité de la membrane (voir partie 2.1.2.). Quatre phospholipides
principaux existent dans les membranes plasmiques des cellules de mammifères (figure 2.7.).
Parmi les quatre, trois d’entre eux dérives du glycérol (ils sont construit à partir du glycérol).
Un phospholipide parmi ces quatre a une tête polaire chargée négativement.
1.2. La fluidité de la membrane
Une membrane fluide est une membrane dont les lipides sont en mouvement.
Etude à partir d’une bicouche lipidique artificielle (composée d’un type de phospholipide).
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 Premier mouvement : basculement d’un phospholipide d’une monocouche à l’autre.
Ce mouvement est exceptionnel. Il a lieu moins d’une fois par mois. On le nomme le
flip flop.
 Deuxième mouvement : Diffusion latérale, il correspond à un échange des lipides avec
ses voisins dans la même monocouche. Il a lieu fréquemment, soit environs 107 fois
par seconde, il faut environs une seconde pour un lipide pour parcourir une distance de
2µm.
 Troisième mouvement : Etudié in vitro, c’est une diffusion par rotation. Les lipides
tournent sur eux même autours d’un axe perpendiculaire au plan de la bicouche.
 Quatrième mouvement : c’est la flexion, les chaînes hydrocarbonées des
phospholipides sont flexibles.
La fluidité membranaire va dépendre à la fois de la composition d’une membrane et de
la température. Une double couche lipidique artificielle composé de type de phospholipide
passe d’un état liquide (c'est-à-dire fluide) à un état gel (c'est-à-dire état cristallin rigide) à
partir d’un point de congélation précis qu’on appelle température de transcription de phase.
Le changement de phase s’appelle une transition de phase (voir figure 1.6.).
Plus les chaînes hydrocarbonées des phospholipides sont courtes et insaturées, plus les
interactions hydrophobes sont faibles, plus les lipides sont mobiles, plus la membrane est
fluide et plus la température de transition de phase est basse.
Le cholestérol : le cholestérol peut être présent en quantité importante dans les
membranes biologiques. C’est une molécule amphiphile mais avec une petite tête polaire et
une partie hydrophobe comportant un groupement polycyclique. Groupement stéroïde, rigide
(figure 2.10. et 11.). A lui seul, le cholestérol ne peut s’organiser en feuillet donc il s’intercale
entre les phospholipides. La tête polaire interagit avec la tête polaire d’un phospholipide et sa
partie hydrophobe se retrouve intercalée entre les queues hydrophobes des phospholipides
voisins. Il crée ainsi une région rigidifiée c'est-à-dire qu’il diminue localement la mobilité des
phospholipides.
Conclusion : Aux températures de croissance des cellules le cholestérol diminue la
fluidité membranaire. Si on abaisse la température des membranes, l’effet du cholestérol sera
contraire, c'est-à-dire qu’il va maintenir une certaine fluidité en empêchant le tassement des
lipides.
Effet variable sur la fluidité membranaire.
1.3. Glycolipides membranaires.
Ils présentent une asymétrie dans leur structure :
 Partie lipidique
 Partie glucidique
Il y a une asymétrie dans leur distribution : on les trouve uniquement dans la monocouche
non cytoplasmique des membranes biologiques. C'est-à-dire dans le cas de la membrane
plasmique ils sont toujours dans la monocouche extracellulaire.
Ils dérivent du glycérol :
o Bactéries et plantes ont leurs glycolipides qui dérivent du glycérol.
o Les cellules animales ont leurs glycolipides qui dérivent de la sphingosine (alcool
aminé dérivé de la sérine. 1 sérine = 1 acide aminé)
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Il existe des glycolipides plus complexes comportant dans leur partie glucidique un ou
plusieurs résidus d’acide sialique (voir figure 2.12 A et C) qui apporte chacun une charge
inférieur à zéro dans les ganglioside (voir figure 2.7.).
Toutes les molécules lipidiques représentées en 2.7 dérivent du glycérol excepté la
sphingomyéline qui dérive de la sérine.
Fonctions peu connues : étant donné leur distribution :
- Rôle de protection de la membrane plasmique et donc de la cellule.
- Vu que certain sont chargés, les glycolipides peuvent modifier le champ électrique au
travers de la membrane plasmique et les concentrations ionique de la membrane
plasmique.
1.4. Les protéines membranaires
A la base de la structure des membranes se sont les lipides, la plupart fonctions membranaire
sont portées par les protéines. On les classe en fonction de leur mode d’interaction avec la
membrane, on distingue deux types :
- Protéines qui interagissent avec la membrane et se situe d’un coté de la membrane. Se sont
les protéines membranaires solubles.
- Les protéines qui traversent la membrane et donc débordent de chaque coté. On les appelle
les protéines transmembranaires.
La composition protéique des membranes est très variable d’une cellule à l’autre et même
d’une région à l’autre de la même cellule.
1.4.1. Protéines transmembranaires.
Structure :
On les appelle aussi protéines intégrales ou protéines intrinsèques.
Se sont des protéines amphiphiles c'est-à-dire qu’elles ont une partie hydrophobe au cœur de
la membrane et des parties hydrophiles de part et d’autres de la membrane. Le caractère
hydrophobe de ces protéines peut être augmenté par la liaison d’un acide gras qui s’insère
dans le feuillet cytoplasmique des membranes (voir la figure 2.13.1.). Toutes ses protéines ont
une orientation unique, leur structure est différente dans leur partie hydrophile de part et
d’autre de la membrane et si la structure est différente c’est que la fonction est différente. Les
caractéristiques de ces protéines c’est leur asymétrie de structure et de fonction hydrophile.
Autre caractéristique structure de la partie hydrophobe.
La partie hydrophobe d’une protéine transmembranaire contient ou est composée
essentiellement d’acides aminés hydrophobes.
Mais les liaisons peptidiques sont polaires.
La conséquence dans l’environnement hydrophobe d’une membrane ces liaisons ne peuvent
pas former des liaisons hydrogènes avec l’eau absente et donc elles forment ces liaisons
hydrogènes entre elles. Le maximum de liaison hydrogène est obtenu par la formation d’une
structure en hélice qu’on appelle hélice alpha. C’est sous cette forme que la plupart des
protéines transmembranaires traversent la membrane. Certaines protéines ont un seul domaine
transmembranaire on les appelle protéine transmembranaire à traversé unique (exemple :
figure 2.13.1 ou 2.15.) d’autres protéines traversent plusieurs fois la membranaire, ce sont des
protéines transmembranaires à traversé multiples (exemple : figure 2.13.2.). Elles sont pour la
plupart en traversé hélice alpha. Dans le cas d’une traversé multiple un autre mode de
structure est possible (autre que l’hélice alpha) les protéines à traversé multiples peuvent
traverser la membrane sous forme de feuillets béta. Dans cette structure les liaisons
hydrogènes se ne se font plus d’un étage à l’autre de l’hélice mais d’un segment
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transmembranaire à l’autre soit des liaisons hydrogènes latérales (figure 2.14.). Le maximum
de liaison hydrogène est obtenue par la formation d’une structure cylindrique qu’on appelle
tonneau béta. Cette structure est caractéristique de protéines appelées porines. Comme leur
nom l’indiquent elles forment des pores dans la membrane (permet la circulation de molécules
ou comme l’eau). Concernant les chaînes latérales des acides aminés qui traversent la
membrane. Lorsqu’elles sont non polaires elles seront tournées vers l’extérieur de la structure.
Elles interagissent donc avec les queues des lipides. Dans le cas des liaisons polaires elles
sont dirigées vers l’intérieur de la structure et formeront des liaisons hydrogènes entre elles.
Autres caractéristiques, la grande majorité des protéines transmembranaires sont glycosilées
(sucres associés) comme pour les lipides membranaires les sucres sont toujours du coté non
cytoplasmique c'est-à-dire dans le cas de la membrane plasmique du coté extracellulaire
(figure 2.15.) du coté non cytoplasmique se forme des liaisons S-S qu’on appelle des ponts
disulfures intracaténaires (repli la protéine) entre des acides aminés spécifiques (ou cystéine
qui est un acide aminé qui a une fonction S-H dans la chaîne latérale) ces ponts participent à
la structure replié de la protéine (deux acides aminés éloignée dans la chaîne linéaire
retrouvent liés) les ponts disulfures permettent l’association de deux polypeptides. Il peut y
avoir des ponts disulfures intercaténaires (entre deux chaînes peptidiques différentes, associe
des protéines).
Fonction :
Ce sont des protéines qui peuvent fonctionner de chaque coté, voilà pourquoi elles
peuvent être impliquées dans le transport de molécules (on les appelle les protéines de
transport membranaire) elles peuvent être impliquées dans le transport d’information, on parle
de récepteur. Dans la membrane plasmique on trouve ce type de protéine elles sont capables
de fixer une molécule signal du coté extracellulaire et de générer un autre signal du coté
cytoplasmique.
Pour étudier la structure ou la fonction d’une protéine quelle qu’elle soit il faut l’isoler
de la membrane avant de l’analyser. Pour les protéines transmembranaire le problème est dans
la solubilisation de ces protéines, elles sont trop hydrophobes pour être soluble dans l’eau
dans laquelle elles précipitent. Elles vont donc faire des liaisons hydrophobes entre elles d’où
le précipité. Les agents les plus utiles pour rompre les interactions hydrophobes des protéines
au sein d’une membrane se sont les détergents.
Détergents : se sont de petites molécules amphiphiles capables de former des micelles
dans l’eau (2.4.a) ils forment des structures sphériques hydrophobes dans l’eau.
Une des caractéristiques de chaque détergent c’est leur CMC (Concentration Micellaire
Critique) c'est-à-dire la concentration à partir de laquelle le détergent formera des structure
micellaire dans l’eau (voir schéma 2).
Pour purifier des protéines on utilisera un détergent en concentration suffisante pour
qu’il déstructure ou déstabilise la membrane et solubilise la protéine sous forme de micelles
mixtes détergent-protéine. Les molécules de détergents s’insèrent dans la bicouche lipidique
et les interactions hydrophobes initiales entre les protéines et les lipides voisins sont rompus
au profit d’interaction entre la partie hydrophobe du détergent et les parties hydrophobes des
protéines ou des lipides. Les micelles mixtes résultantes sont variées (détergent-protéinelipide ou détergent-lipide) celles qui seront utilisées seront les micelles contenant la protéine
membranaire que l’on veut étudier (figure 2.18.). On distingue deux types de détergents :
Les détergents ioniques (tête polaire chargés) ce sont des détergents puissants en termes
de pouvoir de solubilisation (exemple : SDS, sodium dodécyle-sulfate figure 2.16.).
Détergents non ioniques, dit détergents doux (tête polaire non-chargée) (exemple : triton
2.18.)
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Utilisation d’un détergent ionique, le SDS dans l’étude des protéines. Méthode SDSPAGE (figure 2.17.). Le but de l’expérience : c’est toujours valable quelque soit
l’expérience, obtenir la masse molaire d’une protéine. Quelque fois on cherche le nombre
de polypeptide que contient la protéine (pour cela il faut rompre les ponts disulfures).
Le défaut de l’utilisation des détergents ioniques c’est qu’en solubilisant si bien les
protéines il les dénature c'est-à-dire qu’elles perdent leur fonction. C’est dans de rare cas
qu’en éliminant les détergents les protéines retrouvent leur fonction.
Conclusion : pour une étude fonctionnelle des détergents on utilise la 2ème catégorie des
détergents comme le triton (X100) non ionique (voir figure 2.18.). Ces détergents doux
doivent être utilisés à une concentration supérieure à la CMC pour qu’ils puissent :
Dissoudre les membranes biologiques
Former des micelles mixtes dites détergent-protéines notamment.
Ce sont ces micelles qui seront utilisés pour former des systèmes membranaires
fonctionnellement actifs permettant l’étude de la fonction de la protéine.
Figure 2.18. : Dans le cas de l’expérimentateur qui veut étudier la protéine déjà étudié
(ATPase Na+-K+) quand on ajoute le détergent sous cette forme la ils s’insèrent dans la
membrane et forment des micelles mixtes (micelles lipides-détergents et micelles
protéines-détergents-protéines) masque les parties hydrophobe et expose les parties
hydrophiles. On fait une purification des micelles mixtes puis on les intègre dans un
système membranaire qui intègre la protéine. Il faut donc éliminer les détergents. Ajout de
phospholipides en micelle avec des détergents qui vont éliminer le détergent et le
remplacer. Cette bicouche membranaire formée va intégrer une vésicule phospholipidique
artificiel appelé un liposome. Il faut mettre de l’ATP dans le liposome ainsi que du Na+ et
des K+ à l’extérieur de celle-ci.
Les détergents non-ioniques permettent la purification des protéines sous leur forme
active.
1.4.2. Protéines membranaires solubles périphériques extrinsèques
Elles sont fixées à la membrane indirectement et très souvent par l’intermédiaire d’une
protéine transmembranaire (figure 2.13.3 à 6).
Ces protéines n’entre pas en contacte directe avec le cœur hydrophobe de la bicouche
lipidique de se fait leur purification sera plus simple que les protéines transmembranaires
et la solubilisation peu se faire en général dans l’eau soit sans détergent. Il ne suffit pas
seulement de l’eau pour les solubiliser il faut tout de même rompre les interactions avec la
membrane et le plus souvent se sont des interactions ioniques avec des protéines
transmembranaires (entité chargée positivement qui interagit avec une entité chargée
négativement). Pour les rompre on utilise donc des solutions à forte concentrations saline
(Na+) c’est à dire de force ionique élevée ou encore des agents chimiques capables
d’emprisonner les ions impliqués dans ces interactions. On les appelle les agents
chélatants, ils chélatent les ions.
Fonctions : contrairement aux protéines transmembranaires ces protéines ne
fonctionnent que d’un coté de la double couche, évidemment du coté où elle est associée.
Protéines de signalisation intracellulaire (dans la cellule), ces protéines sont associées très
souvent à la membrane par une chaîne lipidique insérée dans la monocouche
cytoplasmique (voir figure 2.13.3).
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1.4.3. Propriété de diffusion des protéines
Mouvement possible des protéines dans une membrane. Comme pour les lipides dans
une membrane artificielle, les protéines ne basculent pas à travers la double couche, c'est-àdire qu’il n’y a pas de flip flop des protéines. Il y a des enzymes spécifiques qui permettent ce
mouvement (pour les lipides) dans les membranes non-artificielles. Les protéines ont une
certaine orientation (unique) donc si elles pouvaient basculer elles modifieraient les entrées et
sorties de glucose par exemple dans la cellule. En revanche les mouvements possible sont la
diffusion par rotation c'est-à-dire qu’elles peuvent tourner sur elle-même autours d’un axe
perpendiculaire à la membrane. Autre mouvement possible c’est la diffusion latérale c'est-àdire dans une membrane fluide.
Preuve de la mobilité des protéines et en particulier de la diffusion latérale des
protéines a été apportée en 1970 par une expérience réalisée à partir d’hétérocaryons issue de
la fusion artificielle d’une cellule de souris avec une cellule humaine (voir figure 2.19.). On a
donc deux noyaux (matériel génétique de la cellule humaine et de la cellule de souris) la
structure sphérique que l’on obtient avec une demi-sphère d’origine murine et une autre
d’origine humaine. La deuxième expérience est réalisée à froid où l’on fait agir des anticorps
dirigé soit vers les protéines humaines soit vers les protéines de souris. Ainsi on obtient une
demi-sphère de protéines humaines et une demi-sphère de protéines de souris. Après
incubation à 37°C on obtient des protéines humaines et de souris « mélangé » sur la couche
membranaire.
2ème expérience : anticorps bivalent qui optimisent la diffusion latérale des protéines et
la maximisation des liaisons entre les différents anticorps. Les protéines se retrouvent donc
regrouper d’un coté de la membrane.
3ème expérience : vitesse de diffusion latérale des protéines. Technique de FRAP
Récupération de Fluorescence Après Photodécoloration (voir figure 2.20.).
1. la membrane plasmique avec un seul type de membrane
transmembranaire.
2. Il existe des anticorps spécifique pour cette protéine qui
vont se fixer sur celle-ci. On va regarder le pourtour
cellulaire. On ajoute ces anticorps sur les protéines qui ont
été greffés au préalable sur un colorant fluorescent. Si ma
protéine est assez abondante on voit la cellule qui fluoresce
sur le pourtour de la cellule.
3. Puis on fait une récupération de fluorescence localement
grâce à un faisceau laser et l’on mesure la récupération de la
fluorescence après Photodécoloration.
4. Les anticorps vont se diluer dans la surface cellulaire. Il faut
un certain temps pour que les protéines décolorées diffusent
latéralement.
5. Grâce à cette technique on pu être déterminées les
coefficients de diffusion latérale de différente protéines
membranaire.
Ils sont de l’ordre de 1/10ème à 1/100ème des valeurs correspondantes pour les phospholipides
des mêmes membranes.
Conclusion sur la mobilité des protéines et des lipides : on peut représenter une
membrane selon un model dit en mosaïque fluide « mais la représentation d’une membrane
comme une mer de lipide où toutes les protéines flotte librement est beaucoup trop simpliste
car les cellules ont les moyens de limiter la diffusion des protéines membranaires voir même
des lipides. »
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C’est le cas par exemple des cellules épithéliales qui bordent la lumière de l’intestin grêle. Ce
sont des cellules polaires qui sous entend que tout le pourtour cellulaire c'est-à-dire la
composition de la membrane plasmique n’est pas équivalent (voir figure 2.22.). Du fait de la
jonction entre les cellules empêche les protéines de diffuser dans certain domaine. En effet le
pôle apical possède des protéines spécifiques qui ne diffuseront que dans la membrane
apicale, idem pour le pôle basolatéral. La barrière de la jonction est tellement importante que
même les lipides ne peuvent pas passer.
1.5. Les glycoprotéines.
En général les protéines de la membrane plasmique ne sont pas nues mais recouvertes de
glucides associées. Comme dans le cas des lipides glycosylés cela rajoute une asymétrie à la
surface cellulaire. On distingue deux types de protéines glycosylés :
Des oligosaccharides associés à des protéines ce sont les glycoprotéines. Ce sont quelques
unités avec des ramifications (oligosaccharides).
Des polysaccharides associés à des protéines ce sont des protéoglycanes. C’est une chaîne
linéaire de glucides (polysaccharides) (voir figure 1.23.).
Les protéoglycanes pour l’essentiel sont des molécules extracellulaires appartenant aux
composants de la matrice extracellulaire. Quelques uns sont transmembranaires et quelques
uns sont associés à la membrane par l’intermédiaire d’une ancre lipidique GPI (voir figure
2.13.4).
1.6. L’enveloppe cellulaire.
Couche riche en glucides provenant des glycolipides de la monocouche externe de la
membrane plasmique, des glycoprotéines membranaires solubles extracellulaires, de
glycoprotéines transmembranaires, de protéoglycanes membranaires extracellulaire
périphérique, des protéoglycanes membranaires intrinsèques (voir figure 2.23. et 24.).
Remarque : on appelle également glycocalyx la capsule bactérienne.
Les cellules peuvent avoir des cellules appelées lectines qui reconnaissent spécifiquement
un sucre et qui donc seront impliquées dans des phénomènes d’adhérence intercellulaire.
Point de vue rôle : elle permet la protection de la membrane plasmique et de ses
composants contre des agressions mécaniques ou chimiques, qui dit protection de la
membrane dit protection de la cellule.
2.
Transport de petites molécules.
La membrane plasmique est une frontière semi-perméable entre la cellule et le milieu
environnant.
L’imperméabilité : une membrane de par sa composition lipidique et donc son caractère
hydrophobe est très imperméable à la circulation de la plupart des molécules polaires. On la
considère comme une véritable barrière. Cela permet à la cellule de maintenir des
concentrations très différentes entre l’extérieur et l’intérieur.
Ceci est vrai pour toutes les membranes c'est-à-dire celles qui délimitent les organites.
Ceci permet à chaque organite d’avoir sa propre fonction car elles ont leur propre
composition. Cependant une cellule ou un organite a besoin d’échanger des composants avec
l’extérieur. Au niveau de la membrane plasmique on a :
 Une entrée de composés nutritifs pour la cellule.
 Une sortie des composés déchets.
 Une régulation importante des concentrations en ions de part et d’autre.
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Pour le transport de ces composés, la cellule dispose de différents moyens :
 Un système de transport de petites molécules assuré par des protéines spécifiques
(2.2.)
 Un système de transport de macromolécule voir même de cellule (2.3.).
2.1. Transport passif.
Définition : Beaucoup de molécules de petites tailles passent au travers des membranes
dans le sens de leur gradient de concentration (c'est-à-dire du milieu le plus concentré vers le
milieu le moins concentré) sans dépense d’énergie métabolique, c’est ce que l’on appelle le
transport passif.
(Voir schéma)
Premier type de transport passif, dit diffusion passive ou diffusion simple : c’est un
transport passif avec une traversé de la membrane sans l’intervention d’une protéine. Si on lui
laisse assez de temps, pratiquement n’importe quelle molécule même polaire pourrait
traverser une double couche lipidique artificielle (c'est-à-dire sans protéine). Les molécules
qui diffuseront le plus rapidement ce sont les molécules hydrophobes (c'est-à-dire qui peuvent
se dissoudre dans les membranes).
Exemple : le CO2 ou O2.
Lorsque les molécules sont polaires elles diffusent rapidement à condition d’être assez
petites et surtout pas chargées.
Exemple :
o L’eau diffuse rapidement (mais moins que le CO2 ou O2).
o Le glycérol (molécule à 3 carbones) diffuse plus lentement.
o Le glucose (molécule à 6 carbones) diffuse très difficilement.
Dans le cas de soluté chargés (ions : Na+, K+, Cl-)
La membrane représente une barrière à la différence quelque soit la taille.
Exemple : une membrane est à peu près 109 fois plus perméable à l’eau qu’à des ions
comme Na+ ou K+.
o Molécules petites non polaires
o Molécules polaires non chargées
voir figure 2.26. et 2.25.
o Molécules grosses ou chargées
La vitesse de diffusion passive d’une molécule au travers d’une membrane biologique va
dépendre du gradient de concentration. Dans le cas de soluté chargé du gradient électrique.
Elle est également influencée par les affinités lipides/eau, de même elle est influencée par
la taille.
Diffusion facilitée : pour les composés chargés et/ou polaires de taille trop importante, la
cellule doit disposer de protéines pour les transporter.
Transport passif tel que la traversée de la membrane se fera avec l’aide de protéines.
o La vitesse de transporte sera supérieur à la vitesse de diffusion simple.
o Processus spécifique c'est-à-dire que chaque protéine de transport va
transporter un et un seul type de soluté.
(voir schéma)
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Il existe une vitesse maximum de transport passif de type diffusion facilitée. Cette vitesse
est atteinte pour les forts gradients de concentrations.
2.2. Protéines de transports.
Les protéines qui assurent la traversée de composés au travers des membranes sont
appelées protéines de transports transmembranaires. Il en existe de tout type dans toutes les
membranes biologiques.
Ces protéines sont des protéines transmembranaires a traversées multiples. Elles
permettent aux solutés qu’elles transportent de passer au travers de la double couche lipidique
sans entrée en contacte avec les lipides.
Il en existe deux types :
- Protéines porteuses ou perméases (voir figure 2.27.) Etat conformationnel.
Ces protéines reconnaissent le soluté qui vient se lier. Lorsqu’elles changent de
conformation le soluté est libéré de l’autre coté de la membrane.
- Canaux protéiques : ils ne lient pas le soluté qu’ils transportent, ils permettent à certain
soluté de passer au travers du canal qu’ils forment lorsqu’ils sont ouvert.
Il existe deux types de transport :
- Transport passif ou diffusion facilitée, soit au travers de tous les canaux protéiques et
de nombreuses perméases.
 Dans le cas de molécules non chargées, le sens de transport est fonction du
gradient de concentration.
 Dans le cas d’un soluté chargé, le sens du transport est fonction du gradient
électrochimique, c'est-à-dire du gradient électrique et du gradient de
concentration. Le gradient électrique ou différence de potentiel électrique au
travers d’une membrane est appelé le potentiel de membrane.
 Définition : le potentiel de membrane est la différence de voltage à travers une
membrane du à un faible excès de charge positive ou négative d’un coté et un
léger déficit de l’autre.
 Expérience (voir figure 2.29.) :
 Membrane imperméable à Na+ et Cl-. Il n’y a aucun transfert d’ions au
travers de la membrane.
 Information : Le potentiomètre mesure la différence de potentiel
électrique, soit de potentiel de membrane.
 Perméable aux ions Na+ (mais pas Cl-). Les ions Na+ descende leur
gradient de concentration et charge le compartiment de gauche en
charge positive ainsi il y a un déficit de charge positive à droite. Il y a
mouvement de charge. Déviation de l’aiguille du potentiomètre (vers 60) puis stabilisation avec opposition des charges, les forces
s’opposent. C’est un état d’équilibre.
 Perméable aux ions Cl- (mais pas Na+). Les ions Cl- descende leur
gradient de concentration et charge le compartiment de gauche en
charge négative ainsi il y a un déficit de charge négative à droite. Il y a
mouvement de charge. Déviation de l’aiguille du potentiomètre (vers
+60) puis stabilisation avec opposition des charges, les forces
s’opposent. C’est un état d’équilibre.
 Membrane aussi bien perméable à Na+ qu’à Cl-. Il n’y aura pas de
mouvement de charge et ainsi pas de différence de charge jusqu’à
équilibration des concentrations.
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Membrane avec plus de transporteur pour les ions Na+ que pour les
ions Cl-. Il y aura tout d’abord une compensation des charges de Clainsi le potentiomètre indiquera un potentiel tel que : -60<Potentiel de
membrane<0. L’aiguille va revenir ensuite vers 0, le potentiel s’annule.
 CONCLUSION : Le mouvement d’ions à travers les membranes, on dit
doué de perméabilité sélective, est donc régit par deux forces. Le
potentiel électrique membranaire et le gradient de concentration
ionique. Ces forces peuvent s’exercer dans le même sens ou dans le
sens opposé.
Un rôle crucial de la membrane plasmique est d’entretenir dans le cytosol (phase
liquide du cytoplasme) des concentrations ioniques particulières souvent très
différentes des concentrations ioniques extracellulaires. Il existe une différence de
potentiel électrique de part et d’autre de toutes les membranes plasmmiques l’intérieur
étant de charge négative par rapport à l’extérieur.
 Exemple : le potentiel membranaire typique d’un animal est de -60mV.

-
-
Transport actif : protéines porteuses. Les cellules ont besoin de ce mode de transport
pour transporter des solutés contre leur gradient électrochimique. Pour ce transport de
l’énergie sera donc nécessaire les protéines agissant comme des pompes.
o Contre le gradient électrochimique : énergie nécessaire :
 Soit l’énergie est apportée par l’hydrolyse de l’ATP
 Soit par gradient ionique
o Entraine la perméase contre leur gradient.
o Il existe trois modalité de transport (figure 2.31.) :
Remarque : ce qui suit concerne uniquement les perméases.

Mode uniport : transport le plus simple avec un seul soluté transporté à
la fois. Il présente une cinétique simple dont nous allons définir la
vitesse du transport (V) en fonction de la concentration du soluté (s) :
V=f(s) pour définir ce transport on utilise l’analogie entre les deux
systèmes : le système perméase-soluté et le système enzyme-substrat.
La cinétique d’un transport de mode uniport va obéir à la même
équation qu’une cinétique enzymatique simple. Différent point
d’analogie entre les deux systèmes :
 Une perméase reconnait et transporte un soluté
spécifique, une enzyme transforme un substrat
spécifique.
 Pour les fortes concentrations en soluté ou en substrat, la
vitesse de transport ou de transformation atteint une
valeur maximale (Vmax) le nombre fixe de perméase
capable de transporté un certain nombre de soluté si on
monte trop le nombre de soluté, on atteint une vitesse
que l’on dit maximale. Toutes les perméases sont
occupées, on dit qu’elles sont saturées ou encore qu’il y
a saturation des perméases, le système ne peut pas allé
plus vite (de même pour les enzymes et le substrat).
 Le Km est la concentration en soluté pour laquelle la
vitesse de transport est égale à Vmax/2. C’est la
constante de Mickaelis. Elle est caractéristique du
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couple perméase-soluté. C’est la concentration en soluté
qui entraine l’activité de la moitié des perméases. Elle
reflète l’affinité de la perméase pour son soluté (voir
courbe et équation). Dans un premier temps les
perméases sont libre avant d’être saturée. Si on compare
les deux courbes (1) et (2), l’affinité de la perméase (2)
est moins importante que l’affinité de la perméase (1)
pour son soluté ainsi Km (1) < Km (2) ainsi plus Km est
grand plus l’affinité est faible c'est-à-dire que le
transport est moins efficace.
Remarque (voir figure 2.30.) : deux courbes (a) diffusion
par transporteur c’est la courbe d’un transport de type
diffusion facilitée de mode uniport (un seul soluté transporté
à la fois) et (b) diffusion simple (courbe droite) soit un
soluté qui rentre sans aide de protéine, donc n’atteint pas de
maximum, la vitesse de transport est proportionnelle à la
concentration en soluté V=α[s].
 Inhibiteur compétitif : composé qui inhibe le transport
du soluté classique, il entre en compétition avec le site
de fixation du soluté classique (voir schéma).
 Inhibiteur non-compétitif : ils entrent en compétition en
se fixant ailleurs sur la perméase ce qui entraîne une
modification du site de fixation classique (voir schéma).
 Il y a une différence fondamentale entre les deux
couples : un soluté transporté n’est pas modifié.
 D’autre perméases ont des cinétiques plus complexes, elles transportent
plusieurs soluté dans un système de cotransport dans lequel le transport
d’un soluté dépend du transport simultané ou consécutif d’un autre
soluté dans le même sens on parle alors de symport (transport avec
l’autre) ou en sens opposé et on parlera d’antiport.
o Fonctionnement d’une protéine porteuse (figure 2.32.) :
 Changement de conformation réversible, figure qui représente un
transport passif parce que c’est dans le sens du gradient de
concentration. Perméase représenté dans un état tout d’abord ping puis
état pong. Il semblerait que ce soit aléatoire, la perméase régulièrement
passe de l’état ping à l’état pong. Le changement de conformation se
fait au hasard mais c’est le changement de concentration qui oriente la
conformation. Le changement de conformation est réversible et
aléatoire.
 Ces protéines peuvent travailler avec ou sans source d’énergie (avec
source d’énergie le transport est orienté).
Exemple 1 : Système de transport chez les bactéries à Gram – (figure 2.33.)
Membrane plasmique double couche lipidique (il manque la couche pariétale mais elle est
inutile car il est émaillé assez gros). Pour traversé une enveloppe Gram- il faut traversé la
membrane externe et la membrane interne. Dans la membrane externe on trouve de
nombreuses porines qui forment des pores dans la membranes ce qui permet aux solutés de
diffuser (ce sont des canaux avec un transport de type facilité). Il manque les gradient
électrochimique ainsi on met du coté externe une forte concentration en soluté. Dans l’espace
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périplasmique il y a des faibles concentrations en solutés et dans le cytoplasme il y a de même
de forte concentration en soluté. Ainsi il descend sont gradient de concentration de l’extérieur
de la cellule à l’espace périplasmique. Une fois dans cet espace, il y a une protéine dite
protéine périplasmique de liaison du substrat libre, elle change la conformation du soluté,
alors elle est capable de venir se lier à une perméase, c’est l’ATPase qui est capable de
produire de l’ATP par hydrolyse en source d’énergie, spécifique de la membrane interne
(transport actif).
Au travers de la membrane externe, le soluté passe par transport passif de type diffusion
facilité au travers d’une porine (protéine abondante dans la membrane externe des Gram-,
diminue le caractère hydrophobe), le soluté diffuse simplement dans l’espace périplasmique
jusqu’à sa prise ne charge par une protéine périplasmique de liaison du substrat, cette protéine
l’adresse à une perméase de la membrane plasmique pour un transport actif au travers de cette
membrane. L’énergie est fournie par l’hydrolyse de l’ATP.
Exemple 2 : transport du D-glucose dans les érythrocytes par perméases.
Caractéristique du transport : (change la concentration en glucose des globules rouge)
C’est un transport passif de type diffusion facilité de mode uniport, donc un transport avec
une cinétique simple qui obéit à l’équation de Mickaelis-Menten.
(Voir courbe expérimentale)
Commentaires :
1. Il existe une vitesse maximale de transport du D-Glucose correspondant aux nombres de
perméases dans la membrane des globules rouges. Cette vitesse est atteinte pour les fortes
concentrations en D-glucose lorsque les perméases sont saturées.
Pour les faibles concentrations en D-glucose, la vitesse de transport augmente rapidement.
2. Quand la concentration en D-glucose est égale à Km alors V=Vmax/2. En générale il y a
plus de la moitié de nos perméases qui sont occupées. Le taux sanguin du D-glucose est en
général d’environs 5mM (voir courbe). La vitesse de transport dans le sang des perméases de
nos globules rouges est de 77% soit 77% des perméases transporte du D-glucose.
3. Par rapport à une entrée du glucose par diffusion simple, on voit l’efficacité des perméases
dans la diffusion facilitée, la vitesse de transport est nettement supérieure.
4. Spécificité de la perméase pour le D-glucose (voir tableau 2.1.)
Le L-glucose n’est pas efficace car Km>3000mM
Le D-Manose Km=20mM et le D-galactose Km=30mM ainsi l’affinité de la perméase au Dglucose est moins importante (Km plus grand) que pour le D-glucose qui est le soluté
classique.
Ces résultats de Km montrent à quel point les perméases reconnaissent très spécifiquement un
soluté dans sa structure.
Caractéristique de la perméase :
- 45000 Da, les perméases au D-glucose représentent 2% de la masse des protéines de la
membrane des érythrocytes.
- Ces perméases ont été purifiées et incorporées dans des liposomes de façon à étudier leur
fonction, les liposomes sont devenus perméables au D-glucose (voir figure 2.34.
représentation correcte 2.18.).
- Les perméases aux D-glucose sont composées de douze hélices α transmembranaires. La
plupart des acides aminés de ces hélices sont hydrophobes, mais certain sont hydrophiles et
appartiennent à des hélices qui bordent le canal formé par la perméase lors du passage du Dglucose.
- mécanisme : (voir figure 2.35.) c’est un model de fonctionnement (voir légende).
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Exemple 3 : La pompe Na+ - K+ que l’on appelle aussi ATPase de transport.
C’est une pompe donc à transport actif, soit une perméase, avec un système de cotransport
(Na+ - K+). Il y a de même hydrolyse de l’ATP qui est la source d’énergie au transport.
Pour une cellule de mammifère typique, la concentration en K+ est de 40mM intracellulaire et
de 5mM extracellulaire ; la concentration en Na+ est de 5 à 15mM intracellulaire et de
145mM extracellulaire. Ces valeurs fixent le gradient de concentration.
Ces gradients sont maintenus au niveau de la membrane plasmique de la plupart des cellules
animal par la pompe Na+ - K+. Cette pompe fonctionne comme un antiport pompant
activement Na+ et K+ contre leurs gradients électrochimiques, c'est-à-dire Na+ vers l’extérieur
de la cellule et K+ vers l’intérieur de la cellule.
Cette pompe a un rôle très important dans la cellule.
Pompe → gradient Na+
→ Responsable du potentiel de membrane
→ Contrôle du volume cellulaire
→ Commande de transport (exemple : glucides, acides aminés)
Expérience sur les vésicules d’hématies reconstituées (voir figure 2.36.) :
A partir de ces vésicules les concentrations intra et extra vésiculaire sont modifiées [Na+][K+]-[ATP]-[ouabaïne]
1. Transport d’ions couplés à l’hydrolyse de l’ATP.
2. Elle fonctionne si Na+ et l’ATP sont à l’intérieur et K+ est à l’extérieur.
3. Ouabaïne est une molécule inhibitrice de la pompe, elle inhibe le transport des ions entrant
en compétition avec K+ pour le même site de fixation.
4. Pour une absorption de 2 K+ et éjection de 3 Na+ on a hydrolysations d’une molécule
d’ATP.
Le globule rouge subit une lyse hypotonique suivit d’un lavage, on obtient un fantôme
d’hématie percé. Suite à ce lavage on fragmente sa membrane et les fragments se referment
sur eux même et on obtient des vésicules d’hématies.
→ Modèle du cycle de pompage : phosphorylation réversible.
La pompe Na - K+ change de conformation par phosphorylation réversible (figure 2.37.).
Pour simplifier sur ce schéma ne sont représenté qu’un site pour Na+ et un site pour K+
pourtant la perméase transporte 3 Na+ et 2 K+.
1. Fixation de Na+ sur la perméase, hydrolysation d’ATP en ADP.
2. La phosphorylation de la protéine est sodium dépendante.
3. Changement de conformation de la perméase qui libère Na+.
4. Puis accueil K+, il y a donc déphosphorylation.
5. Changement de conformation de la protéine qui libère K+ dans le milieu
intracellulaire.
+
Caractéristique de la perméase : il existe deux grosses sous-unités :
Une grosse sous unité catalytique qui porte les sites de fixations de Na+ (intracellulaire) et de
K+ (extracellulaire) et qui est phosphorylé et déphosphorylé au cours du transport. C’est une
protéine transmembranaire a traversé multiple.
La deuxième sous-unité est une glycoprotéine transmembranaire à traversé unique dont on ne
connait pas bien la fonction.
Cette pompe peut être intégrée dans un liposome, elle reste fonctionnelle (voir figure 2.18.)
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ATP ase Na+ contient 3 sites de liaisons pour Na+ coté intracellulaire et coté extracellulaire.
Elle est représentée uniquement dans deux états conformationnelles (figure 2.37.) ou elle
alterne entre plusieurs états conformationnelles.
Son rôle, à l’ATP ase, est qu’elle est responsable du potentiel de membrane. Cette pompe fait
sortir 3ions chargés positivement Na+ alors qu’elle ne fait entrer que 2ions de même charge.
Donc elle crée un gradient électrique de part et d’autre de la membrane plasmique. On dit
qu’elle est électrogénique (qui génère un gradient électrique). Elle contribue directement à
hauteur de 10% du potentiel de membrane. Mais indirectement elle est responsable des 90%
restant d’où l’introduction.
Son deuxième rôle est qu’elle est responsable du volume cellulaire en modifiant les forces
osmotiques qui tendrait à faire gonfler ou se rétracter la cellule.
Osmose : c’est le mouvement net de molécule d’eau à travers une membrane semi-perméable
induit par une différence dans la concentration en soluté de part et d’autre de la membrane. La
membrane est perméable à l’eau mais pas aux molécules en solution.
On définit comme étant le compartiment le plus concentré hypertonique et comme étant le
compartiment le moins concentré hypotonique.
L’eau diminue sont gradient de concentration jusqu’à ce qu’une contre pression freine son
passage qu’on appelle pression osmotique. Au niveau des cellules, la membrane plasmique est
perméable à l’eau, le cycle est très concentré en soluté divers, le milieu est hypertonique.
Exemple : effet d’osmose chez les globules rouges (figure 2.39.) :
Beaucoup de cellules ont les moyen de réagir face à de telle contrainte osmotique ce qui nous
amène au second exemple comme le lymphocyte (figure 2.40.).
3° exemple : cellule végétale (figure 2.41.) Les cellules végétales grâce à leur pourvoir
peuvent résister à des conditions hypotonique sans éclater.
4° exemple : protozoaire dans l’eau douce, il existe des vacuoles contractiles qui déversent
leur contenu en eau pour empêcher la cellule de gonfler et d’éclater.
En résumé : une cellule à donc plusieurs moyens pour résoudre ces problèmes osmotiques.
Dans le cas des cellules animales, la pompe Na+ - K+ joue un rôle fondamental.
Problème osmotique : dans les cellules existe un fort gradient osmotique du fait des fortes
concentrations intracellulaires qui a tendance à faire entrer l’eau dans la cellule.
Solution au problème : il existe un gradient osmotique du fait de forte concentration ionique
extracellulaire. Il s’agit principalement d’ions Na+ et Cl-. Les ions Na+ sont pompés par l’ATP
ase Na+ - K+, les ions Cl- sont attirés par le potentiel de membrane (positif à l’extérieur). Elle
permet la commande de transport de composés qui peuvent être aussi bien des glucides que
des acides aminés. La consommation d’ATP au niveau de la pompe est une source d’énergie
indirecte aux flux entrant des oses et des acides aminés (figure 2.42.).
Exemple : dans les cellules épithéliales qui bordent la lumière de l’intestin.
Les cellules sont polaires, c'est-à-dire qu’elles n’ont pas la même composition protéique dans
la membrane apicale et basolatéral (figure 2.42.).
La concentration en glucose est élevée dans la cellule épithéliale contrairement à la
concentration de glucose dans le sang. Le glucose est transporté par transport actif par une
protéine symport glucose - Na+, la source d’énergie nécessaire à la perméase pour transporter
le glucose contre le gradient de concentration est apporté par Na+. Na+ descendent leur
gradient électrochimique La pompe Na+ - K+ est présente uniquement dans la membrane
basolatéral, elle élimine les ions Na+ qui entre en même temps que le glucose au travers de la
membrane apicale.
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Pour le fonctionnement de la protéine symport glucose-Na+ voir figure 2.43. pour modèle).
3.
Transport de macromolécules et des particules.
Procaryotes : des enzymes digestives sont sécrétées donc le transport est amené à un transport
de petites molécules.
Eucaryotes :
- Processus d’exocytose par lequel les macromolécules sont sécrétées.
- Phagocytose, permet de faire rentrer des particules et des cellules.
- Endocytose, procédé par lequel entre des macromolécules.
Ces modes de transport font intervenir des fusions de membrane. La fusion membranaire ne
se fait pas spontanément ; exemple : deux cellules ne fusionnent pas spontanément l’une dans
l’autre. Deux liposomes ne fusionnent pas l’un dans l’autre il en est de même pour les
organites.
Il y a deux obstacles à la fusion membranaire :
- l’importante charge négative à la surface de la membrane plasmique provenant des
têtes polaire de certains phospholipides (voir figure 2.7.), provenant des résidus
d’acide sialique de certains phospholipides (voir figure 2.12.B et C) cette charge
entraine des forces de répulsions réciproques entre les membranes. Attention c’est
différent du potentiel membranaire. Les membranes n’ont pas de bord libre donc pour
fusionner elles doivent se fendre. La fusion membranaire est mal connue : elle se
forme en deux étapes : 1ère étape, l’apposition des membranes, 2ème étape, la fusion
réelle.
 Etape d’apposition, les deux membranes s’associent, il y a fusion des lipides.
 C’est là que les membranes se fendent.
3.1. Exocytose
C’est un processus par lequel la plupart des molécules sont sécrétées à partir d’une cellule
eucaryote. Les molécules sont emballées dans des vésicules qui sont acheminées vers la
membrane plasmique avec laquelle elles fusionnent libérant ainsi leur contenu vers
l’extérieur. Protéines et lipides membranaire de la vésicule viennent s’ajouter aux constituants
de la membrane.
Exemple d’exocytose :
Les cellules animales communiquent au moyen de centaines de molécules informatives. La
plupart de ces molécules sont sécrétées par des cellules de transmissions. Certaines sont
libérées par diffusion, d’autres vont rester insérées dans la membrane plasmique de la cellule
de transition.
Dans ce dernier cas, seules des cellules cibles voisines pourront répondre au signal de la
cellule de transmission (voir figure 2.46.). Dans tous les cas, soit quelque soit le mode de
transmission, les cellules cibles sont celles qui ont les récepteurs appropriés (point de vue
moléculaire ce sont des protéines transmembranaires), l’interaction entre les deux va générer
un signal dans la cellule cible. Parmi les molécules informatives ont a les hormones qui sont
sécrétées par des cellules endocrines et distribuées par le système sanguin au travers de tout
l’organisme. C'est-à-dire que des cellules de transmissions peuvent agir sur des cellules cibles
au travers de l’organisme (voir 2.47.)
Dans certain cas les cellules de transmissions ont les récepteurs capables d’interagir avec les
molécules informatives qu’elles sécrètent on parle alors de transmission autocrine. Ainsi la
cellule de transmission est aussi cellule cible (exemple cellule de croissance). Les
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macromolécules de la matrice extracellulaire sont sécrétées localement par les cellules de la
matrice.
Il existe deux types de modalité :
- la sécrétion dite constitutive ou sécrétion continue ou encore sécrétion par défaut.
Toutes les cellules ont besoin de cette voie d’exocytose (ou de sécrétion) pour
alimenter leur membrane en nouveaux constituants donc lipides et protéines.
Continuellement on a des vésicules qui arrivent au niveau de la membrane plasmique
vont amener des protéines et des lipides dans la membrane.
- La sécrétion contrôlé c’est une voie qui existe dans les cellules spécialisées dans la
sécrétion rapide et sur demande de molécules, c’est le cas par exemple de la sécrétion
d’hormone. La sécrétion des molécules à lieu à la suite de l’interaction d’un signal
extracellulaire avec un récepteur spécifique inséré dans la membrane plasmique de la
cellule spécialisée. Cette interaction génère une réponse de la cellule par sécrétion
d’une molécule (voir figure 2.48.). exemple : l’histamine est une petite molécule
responsable des réactions allergiques comme démangeaison et éternuement.
3.2. phagocytose.
La phagocytose est effectuée par certain type cellulaire, elle leur permet de s’approprier ou
d’ingérer des particules comme des bactéries ou encore des débris cellulaires donc des
particules dont la taille peut être de quelques µm. l’ingestion se fait par des phagosomes
(diamètre en général >150nm).
Chez les protozoaires la phagocytose est une forme d’alimentation. Les particules
alimentaires sont phagocytées dans des phagosomes et finissent dans les lysosomes de la
cellule. Les lysosomes sont des organites riches en enzymes de dégradation avec un pH acide
(ce sont des « organites digestives »). Les produits de la dégradation des molécules passent
dans le cytosol pour être utiliser comme aliments.
Chez les organismes pluricellulaires les particules alimentaires sont dégradées de façon
extracellulaire, d’autre part seul certaines cellules sont douées de phagocytoses, donc on ne
peut associer la phagocytose à l’alimentation cellulaire. On va plutôt associer la phagocytose
à des procédés de nettoyages. Les cellules spécialisées dans la phagocytose sont appelées
phagocytes professionnels, chez les mammifères ce sont deux sortent de globules blancs
appelés macrophages et les neutrophiles. Ces deux types de cellules nous protègent contre des
infections par des microorganismes envahisseurs. Les macrophages ont un second rôle très
important c'est-à-dire qu’ils phagocytent les cellules sénescentes (soient « vieilles ») ou
endommagées ainsi que les débris cellulaires.
Cette seconde fonction est de loin la plus importante, par exemple, les macrophages
phagocytes plus de 1011 globules rouges par jour et par individu.
3.2.1. Mécanismes de la phagocytose.
1. Pour être phagocyté, une particule ou une cellule doit tout d’abord se lier à la cellule
phagocytaire, la liaison faisant intervenir des récepteurs associés à la machinerie
phagocytaire.
2. La liaison déclenche le déploiement de pseudopodes (c’est un film cytoplasmique
entouré de membrane plasmique).
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3. Quand les extrémités des pseudopodes fusionnent alors il y a formation du phagosome
qui entre dans la cellule. Sa taille est donc déterminée par la taille de la particule.
4. Son contenu fini dans les lysosomes pour être dégradé.
3.2.2. Déclenchement de la phagocytose.
Déclencheur de la phagocytose les mieux connus sont les anticorps car ils viennent se lier sur
les microorganismes infectieux et seront reconnus par des récepteurs liés à la machinerie
phagocytaire, ce sont les récepteurs Fc. L’anticorps est une protéine avec deux chaînes
lourdes et deux chaines légères.
Fab : fragment antigen binding (liant).
Fc : fragment cristallisable.
Macrophages et neutrophiles exposent à leur surface des récepteurs Fc, la liaison de ces
récepteurs avec les anticorps recouvrant les microorganismes déclenchera la phagocytose. On
connait d’autres récepteurs associés à la machinerie phagocytaire par exemple des récepteurs
qui reconnaissent directement des sucres à la surface des cellules.
3.3. L’endocytose
Procédé par lequel des composés entre dans la cellule mais par invagination de la membrane
plasmique. Donc nous sommes dans un cas différent de la membrane plasmique (voir figure
2.49.).
Les vésicules d’endocytose ont un diamètre assez faible (environs 0.1µm).
On distingue deux types d’endocytose (voir figure 2.49.) :
- La pinocytose.
- L’endocytose par récepteur interposé.
3.3.1. La pinocytose (« boisson cellulaire »)
Les cellules eucaryotes ingèrent (pour la majorité) continuellement des morceaux de leur
membranes plasmiques sous forment de vésicules de pinocytose. Le taux auquel la membrane
plasmique est internalisée est extrêmement important, bien que différent d’une cellule à
l’autre.
Exemple : pour un macrophage. Un macrophage ingère à peut près 25% de son propre volume
en liquide par heure soit 3% de sa surface membranaire en une minute, c'est-à-dire à peu près
100% en une demi-heure. Or surface et volume d’une cellule sont constants donc la même
quantité de surface membranaire ou de volume de liquide cytoplasmique est éliminé par le
processus inverse c'est-à-dire par exocytose.
Dans ce sens, endocytose et exocytose peuvent être considérés comme étant des processus liés
et constituant un cycle d’endocytose-exocytose (sens chronologique est faux car il y a un
équilibre entre ces deux procédés qui évoluent indépendamment).
Mécanisme :
La pinocytose commence aux niveaux de régions spécialisées de la membrane plasmique
appelées puits recouverts de clathrine (voir figure 2.53.)
Ces puits sont des invaginations de la membrane plasmique recouvertes sur leur face
cytosolique d’un manteau protéique, la clathrine étant la protéine principale. L’invagination
de ces puits s’accentue jusqu’au détachement d’une vésicule recouvert de clathrine. La durée
de vie des puits est de quelques minutes, celles des vésicules de quelques secondes. Ces
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vésicules perdent leur manteau de clathrine et fusionnent alors avec des organites appelés
endosomes précoces.
Un endosome est un organite membranaire des cellules animales qui transportent un pH
légèrement acide des matériaux nouvellement ingérés par endocytose et les transfèrent en
grande partie au lysosome pour leur dégradation.
Structure des vésicules recouverte de clathrine on les appelle aussi vésicules tapissées, les
vésicules sont sphériques et de petites tailles (diamètre 50-100nm) par rapport à des vésicules
d’exocytose et par rapport aux phagosomes. Ces vésicules sont recouvertes sur leur face
cytosolique d’un manteau de protéines, la protéine majeur ou principal étant la clathrine. Ces
protéines forment une structure équivalente à un panier ou une cage caractéristique. Cette
structure on va l’expliquer avec la clathrine. C’est une protéine fibreuse avec une structure
trimérique appelé triskélion. Chaque brins sont deux chaînes peptidiques : une lourde
(180kDa) et une légère (35-40kDa) (voir figure 2.54.c). Les molécules de clathrine
s’assemblent sur la face cytosolique de la membrane plasmique en un échafaudage
d’hexagone et de pentagone (voir figure 2.54.d) d’où la forme de panier ou de cage. Les
forces produites par cet assemblage de triskélion entraîne l’invagination de la membrane, d’où
la formation d’un puits recouvert (ou tapissé) de clathrine (voir figure 1.23.). La clathrine est
impliquée également dans la formation d’autres vésicules qui peuvent être des vésicules plus
grosses comme des vésicules d’exocytose (voir figure 2.48.) ou encore même des
phagosomes. Dans ce dernier cas la taille du chargement est trop importante pour que la
clathrine forme un manteau complet, la courbure de la membrane n’est pas suffisante. La
clathrine forme des plaques qui aident la membrane à se courber.
3.3.2. Endocytose par l’intermédiaire de récepteurs.
Définition et mécanisme :
Dans la plupart des cellules animales, les puits et vésicules tapissés sont une voie efficace
d’internalisation de composés spécifiques. On l’appelle endocytose par récepteurs interposés
ou par l’intermédiaire de récepteurs.
Dans cette voie les macromolécules se fixent à des récepteurs spécifiques à la surface de la
cellule, ces récepteurs diffusent latéralement dans des puits recouvert de clathrine en
formation les vésicules tapissées formées à partir de ces puits contiennent des complexes
macromolécules-récepteurs (voir figure 2.49.). L’endocytose par récepteurs interposés est un
mécanisme de concentration sélectif qui permet à une cellule de faire entrer efficacement des
composés mineurs dans le liquide extracellulaire sans qu’une grande quantité de liquide
extracellulaire n’entre également (ce qui se passerait s’il n’existait que la pinocytose).
Exemple 1 : la capture du cholestérol par endocytose par récepteurs interposés :
Beaucoup de cellules animales prélèvent du cholestérol par endocytose par récepteur
interposés et c’est ainsi qu’elles obtiennent l’essentiel du cholestérol dont elles ont besoin
pour fabriquer de nouvelles membranes. Si ce système est bloqué le cholestérol s’accumule
dans le sang et peut être à l’origine de la formation de plaques d’athérosclérose c'est-à-dire de
dépôt de lipides ou de tissus fibreux responsable des accidents cardiaques et cérébraux.
La plus grande partie du cholestérol est transporté dans le sang sous forme de particules
appelées lipoprotéines de faible densité (LDL) (voir figure 2.56.). Ce sont des particules de
forme sphérique délimité par une monocouche mixte de cholestérol et de phospholipide dans
laquelle s’insère une très grosse protéine hydrophobe, le cœur de la particule est constituée
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uniquement de molécule d’ester de cholestérol. Ces particules sont une source non
négligeable de cholestérol pour les cellules même si elles peuvent toutes en synthétiser.
Mécanisme :
- Lorsque les cellules ont besoin de cholestérol elles synthétisent des récepteurs des
LDL qui sont acheminés dans la membrane plasmique.
- Des particules de LDL peuvent se fixer à ces récepteurs qui diffusent latéralement
dans des puits recouvert de clathrine en formation.
- Lorsque les vésicules tapissées se détachent, les LDL liées entrent ainsi dans la cellule.
- Suite figure 2.58.
- Cette vésicule très rapidement se dénude ce qui lui permet de fusionner avec
l’endosome.
- Apposition avec la membrane de l’endosome, la fluidité va permettre l’insertion des
récepteurs.
- A partir du moment où dans l’endosome le pH est acide cela va provoquer le
détachement des LDL dans l’endosome.
- Des vésicules vont bourgeonner en récupérant les récepteurs.
- Ils vont permettre le recyclage de ceux-ci en fusionnant avec la membrane plasmique.
- Les vésicules qui transportent les LDL vont aller jusqu’aux lysosomes et dégrader la
protéine. Ce sera du cholestérol libre qui sera donc libéré.
Si trop de cholestérol s’accumule dans la cellule, elle cesse d’en synthétiser et elle cesse
également la fabrication des récepteurs des LDL. On l’appellera un mécanisme de régulation.
Chez certain individu ce mécanisme ne fonctionne pas et il existe trois cas de maladie. Ces
individus ont hérité de gènes défectueux codant pour les récepteurs des LDL.
- La mutation du gène peut être telle qu’aucun des récepteurs des LDL n’est synthétisé.
Ainsi il n’y a pas d’endocytose et pas de récepteurs intermédiaire.
- La mutation du gène peut se traduire par un site de fixation des LDL défectueux. Pas
de fixation des LDL.
- La mutation du gène est telle que le récepteur peut fixer des LDL mais il est
défectueux au niveau de la partie intracellulaire de fixation du puits recouvert de
clathrine. La conséquence est que ces récepteurs ne peuvent diffuser latéralement dans
un puits recouvert de clathrine en formation (voir figure 2.57.b).
Conclusion : les puits recouverts de clathrine agissent comme des filtres moléculaires, soient
qui sélectionnent des molécules.
Remarque : (figure 2.57.) dans la plupart des cas des récepteurs associés ou non à leur ligand
(ce qui se lie à un récepteur) peuvent diffuser latéralement dans un puits recouvert de
clathrine. Dans quelque cas la fixation préalable du ligand est indispensable pour la diffusion
latérale des récepteurs dans les puits c'est-à-dire que lorsque le ligand s’associe il y aura
changement de conformation de la partie intracellulaire du récepteur.
Exemple 2 : protéine appelée la transferrine. C’est une glycoprotéine qui transporte le fer dans
le sang. Elle existe sous deux formes : la forme apotransferrine (forme dépourvue de fer) et la
forme ferrotransferrine soit la forme associée au fer (figure 2.59.).
Endocytose suivie d’exocytose correspond à une transcytose ou au recyclage (voir figure
2.60.)
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C’est une cellule polaire (présence de plusieurs zones au niveau de la membrane donc pas la
même fonction donc présence d’une membrane polaire) la frontière entre les pôles est établie
par une jonction. Vésicule se forment du coté apical (endocytose), fusion avec l’endosome
précoce, en général arrive dans les lysosomes pour être dégradé ce qui sert de nourriture à la
cellule. Certain composés sont recyclés, vésicules amenées à la membrane plasmique dont il
est issus. Cependant si les récepteurs au lieu d’être envoyé au pôle apical mais au pôle
basolatéral on parle d’un mécanisme de transcytose. Une cellule apolaire ne peut avoir de
mécanisme de transcytose.
Si le ligand endocyté avec son récepteur reste lié à ce récepteur dans l’environnement acide de
l’endosome, il suivra le même chemin que le récepteur ; sinon il sera livré aux lysosomes.
La voie principale dans le devenir des récepteurs est la voie qui mène vers la dégradation,
pour les autres voies, recyclage et transcytose (pour les cellules polaires) les récepteurs ont un
signal spécifique d’adressage vers la membrane cible appropriée (cela équivaut à une adresse
postale dans la séquence de la protéine pour un envoie vers une membrane ou une autre).
4.
Rôle de la membrane dans les interactions de la cellule avec son environnement
(Voir figure 2.62.)
(Voir tableau 2.2.)
4.1. jonctions étanches (voir figure 2.61.)
 Fonction : assure l’étanchéité d’un tissu. Exemple spécifique de la jonction étanche
qui borde la lumière de l’intestin grêle, tous les aliments ne passeront pas la
membrane, les jonctions étanches sont imperméables aux macromolécules. Barrière de
diffusion et soudure des cellules jouent dans l’étanchéité des membranes.
 Structure : On ne fait pas un seul point de contact entre les cellules, il y a plusieurs
points de branchement.
4.2. jonctions d’ancrages
Fonction : association de cytosquelette : résistance à de fortes tensions mécaniques. Ce sont
des filaments protéiques ils en existent trois types :
- filaments d’actine : jonctions adhérentes il y en a deux : cellule-cellule (cadhérine) et
cellule-matrice (intégrine)
- filaments intermédiaires : desmosomes et hémidesmosomes
(Voir figure 2.62.)
Structure : (voir figure 2.63.)
Deux catégories de protéines :
- protéines de liaisons transmembranaires, quand elles interagissent entre elles, elles
associent deux cellules (jonctions cellule-cellule ou cellule-matrice où il y a une
liaison avec une cellule de la matrice)
- attachement intracellulaire : elles interagissent d’un coté avec leur parti cytoplasmique
de la protéine de liaison transmembranaire et de l’autre avec le filament du
cytosquelette
Jonctions d’ancrage relient les filaments d’actine et des filaments intermédiaires.
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Jonctions adhérentes :
Deux types de jonctions :
- Jonctions cellule-cellule, on les appelle les ceintures d’adhérence. Ce sont des
jonctions que l’on trouve juste en dessous de la jonction étanche, ce sont des sites de
liaison des filaments d’actines qui s’enroulent contre la membrane plasmique en se
liant à des protéines d’attachements intracellulaire. Ces protéines sont associées
également à la partie cytoplasmique des protéines de liaison transmembranaire de ces
jonctions. Ces protéines appartiennent à la famille des cadhérines qui sont des
protéines calcium-dépendante (voir figure 2.64 et 2.65). Les microvillosités ne
s’aplatissent pas et garde leur structure particulière car elle est maintenue par les
filaments protéiques, le cytosquelette assurent le maintient structurale et la mobilité
des cellules.
- Jonctions cellule-matrice, on les appelle contact focal, ou point de contact focal, ou
encore plaque d’adhérence. Jonctions qui vont relier les filaments d’actine du
cytosquelette aux macromolécules de la matrice. Au niveau de ces jonctions les
filaments d’actines aboutissent (voir figure 2.72.). Les protéines de liaisons
transmembranaires impliquées appartiennent à la famille des intégrines qui sont des
récepteurs de la matrice. Ce sont des protéines composées de deux glycoprotéines
associées de façon non covalente (voir figure 2.67.).
Desmosomes :
Ce sont des jonctions intercellulaires qui relient les filaments intermédiaires d’une cellule aux
filaments intermédiaires des autres voisines de sorte que ces filaments forment un réseau
continu au travers du tissus (d’où la résistance mécanique). On les compare à des boutons de
pression, elles font une plaque à la surface cytoplasmique. Dans beaucoup de tissus
épithéliaux les filaments intermédiaires sont des filaments de kératine. Ils s’attachent
latéralement à une plaque cytoplasmique faite de protéines d’attachement intracellulaire. Les
protéines de liaisons transmembranaires impliquées dans ces jonctions sont de type cadhérine
(voir figure 2.68).
Hémidesmosomes :
Ils ressemblent à des demi-desmosomes. Ils sont différents fonctionnellement et
chimiquement. Fonctionnelle : jonction cellule-matrice. Chimiquement : les protéines de
liaison transmembranaire sont des intégrines. Les protéines d’attachement intracellulaire
seront également différentes.
Au niveau des hémidesmosomes on a les filaments qui aboutissent au niveau du complexe
fonctionnel.
Les deux types de liaisons cellule-cellule impliquent les mêmes protéines d’ancrage et les
deux types de liaisons cellule-matrice impliquent aussi les mêmes protéines d’ancrage.
4.3. Jonction de type Gap (figure 2.69 à 2.71.)
On les appelle aussi jonction communicante. Elles sont très répandues dans les tissus
animaux. Elles sont constituées de protéines formant des canaux aqueux au travers desquels
vont circuler des ions et des petites molécules de types glucides simples, acides aminés,
nucléotides, etc. donc la fonction de ces jonctions est d’assurer un couplage électrique et
métabolique.
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Remarque :
Les cellules n’échangent pas des macromolécules. Constituées de protéines
transmembranaires qui forment des structures appelées connexons. Ces structures sont
cylindriques avec un port aqueux central lorsque deux connexons de deux cellules voisines
sont alignées ils forment un canal continu reliant les cytoplasmes des ceux cellules. Une
jonction de type gap peut contenir une plusieurs centaines de connexons. Un connexon est
composé de six protéines transmembranaires appelées connexines, chaque connexine à 4
hélice alpha transmembranaire. On pense que les six connexines s’associent pour former la
structure cylindrique du connexon avec au centre un canal délimité par une des 4 hélices de
chaque connexine = hélice 3 du fait de son amphiphilie.
Remarque : comme les canaux ioniques (2.27) les jonctions de type gap ne sont pas toujours
ouvertes elles oscillent entre un état ouvert et un état fermé (2.71).
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Chap3 : Cycle cellulaire et prolifération
Les cellules se divisent en dupliquant leurs composants. Le cycle de division cellulaire au
cours duquel une cellule va donner deux cellules filles est le moyen de propagation des êtres
vivants. Si on bloque ce cycle cela entrainera la mort de l’individu.
Dans le cas d’un organisme unicellulaire, un cycle de division entraine la formation d’un
organisme supplémentaire. Dans le cas d’organisme pluricellulaire, plusieurs cycles de
division sont nécessaires pour former l’organisme et chez l’adulte plusieurs cycles sont aussi
nécessaires pour le maintien de l’organisme. Par exemple chez l’homme ce sont plusieurs
million de division cellulaire chaque seconde.
Les détails du cycle cellulaire varient d’un organisme à l’autre mais certaines exigences sont
universelles.
- L’ADN doit être correctement répliqué et les chromosomes doivent correctement se
séparer dans les deux cellules filles. (1)
- Chaque cellule double en général sa masse, duplique ses organites à chaque cycle
cellulaire. (2)
Conclusion : se produisent au cours du cycle cellulaire un ensemble de processus nucléaire (1)
et cytoplasmique (2) coordonnées.
Il existe en effet un système du contrôle du cycle cellulaire.
I.
les phases du cycle cellulaire
Il existe deux phases principales :
 Interphases : phases G1, S et G2, précède et prépare la phase M
 Phase M : division nucléaire – caryodiérèse – mitose, division cytoplasmique –
cytodiérèse. Au cours de cette phase des travaux préparatoire élaboré parce que pas du
tout négligeable ont lieu dans un ordre précis en particulier c’est pendant cette phase
qu’à lieu la division de l’ADN.
En particulier c’est pendant l’interphase qu’à lieu la réplication de l’ADN plus exactement
pendant la phase S (S pour Synthèse). Cette phase est précédée et suivi de deux phases
respectivement G1 et G2 (G pour Gap ou Growth).
Ces phases sont des temps nécessaire à la croissance de la cellule et également des phases de
contrôle.
On considère la phase G1 : en phase G1 la cellule contrôle son environnement et à un moment
donné elle fait le choix décisif de poursuivre dans le cycle cellulaire.
En phase G2, la cellule s’assure que la réplication de l’ADN est complète avant de rentrer en
phase M.
Les phases G1, S, G2 et M sont les sous-divisions classiques d’un cycle cellulaire standard
(voir figure 3.2.).
1.1. Courbe de croissance et les différentes phases.
On peut suivre la division des cellules en culture in-vitro. On trace alors ce que l’on appelle
une courbe de croissance c'est-à-dire l’évolution de la concentration cellulaire ou de la
biomasse au cours du temps.
Une cellule se reproduit par division binaire c'est-à-dire que la croissance suit une progression
géométrique.
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1→ 2→ 4→ 8 …
20→ 21→ 22→ 23→ … 2n
A t0, il y a x0 cellules → A t, x= x0.2n avec n= le nombre de division.
Nombre de division : n= (log x-log x0)/log 2
Temps de génération : tg= (t- t0)/n, c’est le temps nécessaire à la multiplication de la cellule,
durée du cycle cellulaire.
Taux de croissance : µ= (1/x).(dx/dt)
Si on trace la courbe de croissance en général on met en ordonnée non pas l’évolution de x
mais du log x. µ correspond à la pente à la tangente à la courbe log x = f (t).
Vitesse de division : log x = µmax. t. b
Une courbe de croissance peut être divisé en plusieurs phases et ce paramètre µ sera celui qui
les définit le mieux (voir figure 3.3.).
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Latence phase pour laquelle µ=0
Accélération pour laquelle µ=augmente
Croissance exponentielle pour laquelle µmax et constant
Ralentissement pour laquelle µ=diminue
Phase stationnaire pour laquelle µ=0
Déclin : µ<0
(1) La phase de latence est une phase au cours de laquelle x n’évolue pas x=x0=Cte.
Cela viens du fait qu’après l’ensemencement, la croissance cellulaire ne s’établie pas
immédiatement sauf dans des conditions choisies. µ=0, la durée de cette phase dépend de
plusieurs facteurs comme l’âge des cellules (a) ou la composition du milieu de culture (b).
(a) Si on démarre la culture avec un inoculum (insertion de cellules) issue d’une culture
jeune dans un milieu de même composition chimique alors la phase de latence est très
réduite. Si l’inoculum vient d’une culture en phase stationnaire c'est-à-dire qu’il
contient des cellules non viables alors la phase de latence correspondra au temps
nécessaire aux quelques cellules capables de se diviser (parmi les x 0 de l’inoculum) de
donner une évolution de x mesurable.
(b) Si on place des cellules issues d’une culture en phase exponentielle de croissance en
pleine division dans un milieu de composition identique, alors elles poursuivent
immédiatement leur croissance, il n’y aura pas de phase de latence. Si on change la
composition du milieu, la durée de la phase de latence sera le temps d’adaptation des
cellules aux nouveaux aliments, c’est le temps nécessaire à la synthèse des enzymes
permettant l’utilisation des nouveaux aliments.
(5) Phase stationnaire, au cours de cette phase on a x= x0=Cte et µ=0. Cette phase arrive quand
le milieu devient moins favorable c'est-à-dire lorsqu’un aliment nutritif indispensable à la
nutrition fait défaut et/ou lorsque trop de métabolites toxiques se sont accumulées.
 Cette phase peut correspondre à un équilibre entre le nombre de cellules issues
de la division et le nombre de cellules qui meurent et disparaissent par
autolyse.
 Cela peut être aussi un maintient des cellules dans le milieu en absence de
division.
 Cela peut aussi être une combinaison des deux propositions précédentes.
On parle de phase maximale stationnaire car x= xmax=Cte.
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(6) La phase de déclin, au cours de celle-ci la mortalité cellulaire l’emporte et le taux de
mortalité peut être constant, cette phase sera alors une droite sur la courbe log x = f (t). la
même proportion meurt au cours du temps.
(3) Phase de croissance exponentielle, au cours de cette phase la vitesse de division est à son
maximum donc x augmente le plus rapidement, ce qui signifie que le temps de génération des
cellules est minimum. La courbe dans cette phase est une droite de pente µ max. Si on prend
deux points (t1, log x1) et (t2, log x2).
Log x2 – log x1 = µmax (t2- t1)
On prend x2=2 x1, alors t2- t1= tg
Log 2 x1 – log x1 = µmax tg
Ainsi on a tg = log 2/ µmax
Dans des conditions favorables, ce temps de génération est de l’ordre de 20min pour
Escherichia coli.
Remarque : tg n’est pas aussi faible pour toutes les bactéries. Par exemple : M. tuberculosis à
un temps de génération supérieur à 20 heures. M. leprae à un temps de génération supérieur à
300 heures, non culturable in-vitro.
Le temps de génération de cellules eucaryotes (voir partie suivante).
1.2. Durée du cycle cellulaires et des différentes phases.
Remarque : Dans le cas des cellules eucaryotes le temps de génération correspond à la durée
du cycle cellulaire.
La durée des cycles est très variable d’une cellule à l’autre, les cycles cellulaires les plus
courts sont les cycles embryonnaires précoces qui surviennent immédiatement après la
fécondation pour diviser rapidement une cellule d’œuf géante en cellules filles plus petites.
Il n’y a pas de croissance cellulaire donc la durée du cycle est divisée à peu près en deux entre
la durée de la phase S et celle de la phase M. Ainsi G1 et G2 sont très réduites (voir figure
3.4.).
Chez les levures, le temps de génération dure environs 120min.
Dans le cas des cellules animales et végétales, la plupart se divisent toutes les 10 à 30 heures.
Certaines ne se divisent pas du tout. C’est le cas des cellules nerveuses ou encore du muscle
strié (muscles cardiaques et squelettiques).
D’autres cellules se divisent sur commande. C’est le cas des fibroblastes (cellules typiques du
tissus conjonctifs) ils se divisent dans le cas d’une blessure pour assurer la guérison.
La diversité dans la longueur de tous ces cycles se retrouve dans la durée de leurs différentes
phases (voir tableau 3.1.).
La plus grande diversité dans la longueur des cycles vient de la variation de durée dans la
phase G1. En effet en phase G1 du cycle cellulaire, les cellules peuvent à un moment donné
quitter le cycle pour entrer en phase G0 qui est une phase de repos avant de reprendre ou non
le cycle.
Différentes techniques qui permettent d’évaluer la drée des phases du cycle cellulaire, elles
s’appuient sur la microscopie ou encore sur l’autoradiographie. Techniques dans laquelle un
objet radioactif produit une image de lui-même sur un film photographique.
 Détermination de la durée de la phase S. Pour déterminer cette durée il faut connaitre
le pourcentage de cellule en phase S dans une population non-synchrone (toutes les
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


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cellules ne sont pas dans la même phase du cycle à un instant t). Pour connaitre le
pourcentage de cellule en phase S il faut pouvoir compter ces cellules entrain de
répliquer leur ADN parmi les autres. Pour cela on ajoute dans le milieu de culture
pendant un bref instant (on parle de pulse) un marqueur spécifique de l’ADN qui sera
utilisé uniquement par les cellules en cours de réplication pendant le marquage.
Exemple de deux marqueurs : 3H-thymidine (marquage radioactif) ou le
Bromodésoxyuridine : analogue chimique de la thymidine. La cellule en phase S
utilise ces marqueurs. Pour déterminer la phase S il faut repérer les cellules en phases
S. les cellules en court de réplication utilisent le marqueur et l’incorporent dans
l’ADN, on l’appelle l’ADN néo-synthétisé. Conséquence : cellule en phase S peuvent
être compté parmi les autres par autoradiographie. Ce comptage s’appelle l’index de
marquage. Soit le pourcentage de cellule en phase S à un instant donné. En général
dans une population asynchrone, cet index de marquage est d’à peu près 30% car la
duré de la phase S représente à peu près 30% de la duré du cycle total. Le
pourcentage de cellules observé à un stade donné représente le pourcentage de la
duré de ce stade par rapport au cycle cellulaire. On l’écrit ainsi : f(s)/f(c) =
d(s)/d(c). f(s) correspond à fraction de cellule en phase S et d(s) correspond à la durée
de la phase S.
Pour déterminer la durée de la phase M il faut déterminer le pourcentage de cellules en
phase M. par observation de cellules au microscope et on fait un comptage des cellules
en phase M par rapport aux cellules en interphase. On le note f(M)/f(c) = index
mitotique = durée de la phase M/ durée du cycle = d(M)/d(c).
Comment repérer à quel stade du cycle se trouve une cellule. Technique :
cytofluorimétrie, on parle également de cytométrie de flux. L’appareil utilisé est un
FACS qui est un cytofluorimètre ou un cytomètre de flux (fluorescence-activated cell
sorter). (Voir figure 3.5.). La quantité de fluorescence mesurée est proportionnelle à la
quantité d’ADN. Certaine cellule on une seule unité arbitraire et d’autre en ont le
double. (voir schéma fait en cours).
Remarque : malgré la division du cycle cellulaire en plusieurs phases, la croissance est
un processus continu régulier interrompu seulement brièvement par la division de la
cellule en deux. En effet les protéines sont synthétisées continuellement tout au long
du cycle également l’ARN est synthétisé de façon à peu près continu à l’exception de
la mitose pendant laquelle l’ADN est trop condensé pour être transcrit.
2.1. Culture des procaryotes.
On divise les bactéries sur deux catégories sur la base de leurs exigences nutritionnelles.
Les premières sont les bactéries autotrophes, ce sont des bactéries qui utilisent le CO2 comme
seule source de carbone (bactéries photosynthétiques). Les deuxièmes sont hétérotrophes,
elles ont besoin de composés organiques comme source de carbone. La culture est réalisée à
partir d’un lot de cellules pures (soit une seule espèce) si on veut faire par exemple une courbe
de croissance. Le milieu de culture peut être liquide ou solide, il est stérile avant la mise en
culture et placé dans un récipient approprié (c'est-à-dire dans des tubes à essais, des
erlenmeyers ou encore dans des boîtes de Pétri pour des milieux solides). La croissance des
cellules en milieux liquides va donner un trouble du milieu si les cellules se multiplient en
suspension dépôt si elles poussent au fond du récipient. On peu également avoir un dépôt ou
encore un voile si elles poussent en surface du récipient. Dans un milieu solide les cellules
peuvent former une nappe si l’ensemencement a été important. La colonie est un amas de
cellules issues de la division d’une seule cellule mère et l’aspect d’une colonie est
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caractéristique d’une espèce bactérienne. Point de vue composition les milieux de culture ont
les substances indispensables à la croissance :
 Le premier type s’appelle le milieu synthétique on dit aussi minimaux : milieux de
composition chimique parfaitement connu, réservé à des cultures particulières.
 Le deuxième type, milieu riches ou empiriques ce sont des milieux de composition
non-spécifique définie à base de bouillon de viande.
 Troisième type de milieu, milieu sélectif ou d’enrichissement, ce sont des milieux
utilisés si on veut sélectionner une espèce parmi d’autres en favorisant sa croissance.
Par exemple on ajoute un antibiotique (inhibiteur chimique) dans un milieu permet
uniquement la croissance des bactéries résistantes.
2.2. Culture des eucaryotes.
Dans des conditions appropriées la plupart des espèces de cellules végétales et animales
vivent, se multiplient et expriment même des propriétés différenciées dans une culture in
vitro.
La culture eucaryote a commencé en 1907 avec la vérification d’une hypothèse connue sous
le nom de ‘’Doctrine neuronale’’. C’est une hypothèse selon laquelle chaque fibre nerveuse
est une excroissance d’une cellule nerveuse unique et non le produit de la fusion de plusieurs
cellules. Pour vérifier l’hypothèse, des morceaux de moelle épinière ont été placées dans du
liquide tissulaire (aujourd’hui milieu de culture) dans une chambre chaude et humide
(aujourd’hui étuves). Observation au microscope des cellules et rapidement ils ont vu des
excroissances émises par chaque cellules (fibre nerveuses) donc l’hypothèse a été vérifiée.
Avec cette expérience les premiers pas de la culture cellulaire eucaryote ont été franchis. Ce
type de culture réalisé à partir de fragments tissulaires correspond à ce qu’on appelle une
culture d’explants (et non une culture de cellules). Aujourd’hui on réalise plutôt des cultures à
partir de suspensions de cellules.
(Voir protocole partie 2.4.)
1ère étape on ajoute des enzymes protéolytiques et des agents chélatants c'est-à-dire capables
d’emprisonner les ions impliqués dans les jonctions (voir figure 2.55.). Il va y avoir rupture de
la matrice extracellulaire et des jonctions intercellulaires.
2ème étape : action mécanique ménagée, on obtient des cellules dissociées.
Ces cellules misent en culture issues directement d’un tissus vivant on obtient directement une
culture primaire, de ces cultures primaires on peut faire de nombreuses cultures secondaires.
Ce sont les cellules des cultures secondaires qui expriment souvent les propriétés
différenciées propres de leur origine. Exemple : des cellules issues d’un tissu épithélial
forment en culture secondaire un feuillet de grande dimension aux propriétés du tissu
d’origine.
Concernant les milieux de culture : ce sont des milieux liquides placés dans des boîtes de
cultures eucaryotes au fond desquels les cellules peuvent adhérer.
Composition : ce sont des solutions salines tamponnées contenant des acides aminés, du
glucose, des vitamines, on peut aussi ajouter du sérum qui apporte entre autre des facteurs de
croissance (protéines nécessaire à la stimulation de la prolifération cellulaire). Ce type de
milieu est appelé milieu avec sérum ce qui équivaut au milieu riche des procaryote car la
composition chimique n’est pas parfaitement connue. On peut ajouter des antibiotiques pour
éviter les contaminations bactériennes.
Dans des cas particulier on a besoin de connaitre la composition chimique exacte du milieu,
donc on travail avec des milieux sans sérum mais on ajoute des protéines comme les facteurs
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de croissances. On rajoute également la transferrine qui permet à la cellule de récupérer du fer
(voir le tableau 3.3.).
Rôle des facteurs de croissances dans la prolifération cellulaire (voir figure 3.7. et 3.8.).
(1) On part d’une boîte avec un tapis cellulaire (nappe confluente) et on vient blesser la
surface par raclement. La couche confluente se reforme par division cellulaire.
(2) Boîte recouvert de cellule, elle ne prolifère plus une fois que la monocouche est
confluente. Cependant une fois que l’on rajoute du milieu frais soit du facteur de
croissance ce qui ressert les cellules et active la prolifération.
Conclusion :
Expérience figure 3.7, l’arrêt de la prolifération cellulaire pourrait être attribué à une
‘’inhibition de contacte’’. Cette expression est trompeuse, l’expérience figure 3.8, montre
que la densité de la population cellulaire à partir de laquelle la prolifération s’arrête dans
une monocouche confluente augmente lorsque la concentration en facteur de croissance
augmente dans le milieu. C’est une compétition en facteur de croissance en présence qui
stop la prolifération.
Une culture unique réalisée à partir d’une espèce cellulaire constitue une souche cellulaire,
la durée de vie des cellules est limitée, au bout d’un moment, la vitesse de prolifération
des cellules diminuent on a affaire à des cellules dites sénescentes, puis la vitesse
s’annule, on arrive à la mort cellulaire (voir figure 3.16.).
Des cellules peuvent subir une mutation qui les rend immortelles et on obtient ainsi ce que
l’on appelle une lignée cellulaire.
Si on veut obtenir des cellules identiques génétiquement on permet à une cellule unique de
proliférer et on obtient des clones. Ce qui équivaut chez les bactéries des colonies.
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Chap4 : Noyau
Voir schéma 4.1. Coupe transversale d’un noyau cellulaire typique.
L’essentiel de l’ADN d’une cellule eucaryote est contenu dans le noyau sous forme de
chromatine. Le noyau occupe à peu près 10% du volume cellulaire, il est délimité par une
enveloppe nucléaire faite de deux membranes. Celles-ci sont percées de pores nucléaires au
niveau desquelles entre et sorte des constituants. Elle est soutenue par des filaments
intermédiaires qui forment une fine paroi à l’intérieur du noyau, c’est la lamina nucléaire. A
l’extérieur ces filaments s’étendent jusqu’à la périphérie cellulaire c'est-à-dire jusqu’à la
membrane plasmique.
4.1. structure
4.1.1. l’enveloppe nucléaire
Elle est faite de deux membranes et la première s’appelle la membrane nucléaire
interne. Elle contient des protéines spécifiques qui agissent comme site de fixation de la
lamina nucléaire. La deuxième est la membrane nucléaire externe et elle ressemble à la
membrane du réticulum endoplasmique rugueux, donc on trouve comme à la surface du
RER, des ribosomes à la surface de la membrane nucléaire externe engagés dans la
synthèse des protéines. Les membranes du réticulum endoplasmique rugueux et nucléaire
externe étant continues les protéines peuvent diffuser du noyau dans le réticulum
endoplasmique (protéines transmembranaires diffusent latéralement de la membrane
nucléaire vers le RE). Les protéines solubles diffusent de l’espace périnucléaire (espace
entre les deux membranes) vers la lumière (vers l’intérieur) du RE.
-
Lamina nucléaire :
 Elle est entre la membrane nucléaire interne et la chromatine. C’est une couche
bien délimité contrairement au réseau désorganisé de filaments intermédiaires
qui entourent le noyau.
 Taille de 10 à 20 nm
 Si on élimine la chromatine associée à la lamina et quelques protéines
membranaires elle apparait comme un réseau à mailles carrées en feuillets
bidimensionnels (voir figure 4.3.A et B.). Cette lamina est interrompue dans la
région des pores pour permettre le passage des molécules.
 Les trois protéines principales de la lamina ce sont les lamines A, B et C
 La lamine B joue un rôle particulier d’attachement de la lamina à
l’enveloppe nucléaire.
 Les lamines A et C s’attachent d’une part aux lamines B, d’autre part à
la chromatine.
 La lamina donne une configuration et une stabilité à l’enveloppe nucléaire.
 A la mitose, on assiste à la désagrégation de l’enveloppe nucléaire. Cette
désagrégation est précédée d’une dépolymérisation de la lamina. La
phosphorylation des lamines à lieu en début de mitose (prophase) et c’est elle
qui entraine cette dépolymérisation (voir figure 4.4.). L’enveloppe nucléaire se
fragmente en vésicules de l’enveloppe nucléaire, les lamines B restant
associées à ces vésicules. Les lamines A et C se dispersent dans le cytosol tout
comme le contenu du noyau et les éléments des pores nucléaires.
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 Au début de la télophase on a une séparation des chromosomes fixent,
reformation de l’environnement nucléaire autour de chaque groupe de
chromosomes. Déplacement des lamines qui permet la re-polymérisation et
donc la fusion des vésicules de l’environnement nucléaire ce qui engendre la
reformation d’un environnement avec les pores nucléaires. Les constituants
nucléaires sont à nouveau importés.
4.1.2. Organisation des pores nucléaires.
On appelle ça un complexe du pore nucléaire :
- masse molaire de l’ordre de 125.106 Da
- Il est composé de plus de 100 protéines différentes organisées en étroite symétrie
octogonale (voir figure 4.6. et 4.5.)
On a deux types de transports qui vont avoir lieu au travers des complexes de pores
nucléaires :
- Transport de diffusion passive (diffusion simple) :
On a réalisé une expérience (figure 4.7.) dans laquelle des molécules marquées non
nucléaires, c'est-à-dire pour lesquelles il n’existe pas de système de transport particulier,
elles sont injectées dans le cytosol. On observe celles qui sont capables de rentrer dans le
noyau.
Le résultat de l’expérience montre qu’il existe un système de transport passif permettant à
des petites molécules de traverser les complexes de pores nucléaires, le passage se fait au
travers de canaux équivalent à des cylindres de 9nm de diamètre. Cependant en
microscopie électronique on mesure un orifice de 26nm de diamètre entre les sous-unités
annulaires. On en conclu qu’il existe des composés qui ont été éliminés lors de la
préparation pour la microscopie au centre des complexes de pores nucléaires, ces
composés venant réduire l’orifice à 9nm de diamètre.
On a deux hypothèses concernant ces composés :
La première serait que ces composés formeraient un diaphragme au centre du complexe de
pore nucléaire.
La seconde que ces composés formeraient un bouchon au centre du complexe de pore
nucléaire.
- Transport actif
Etant donné que des molécules d’une taille comprise entre 9 et 26nm peuvent entrer dans
le noyau, le diaphragme doit s’ouvrir pour permettre le transport actif de ces gros
composés.
Le bouchon doit s’enlever ou le diaphragme doit s’ouvrir pour permettre le passage de ces
composés.
Il existe au niveau des complexes de pores nucléaire des récepteurs spécifiques, un
composé nucléaire présent dans le cytosol va interagir avec son récepteur ce qui va
déclencher l’ouverture du diaphragme ou la suppression du bouchon et permettre ainsi le
passage du composé.
4.1.3. le nucléole
-
c’est un sous-compartiment du noyau mais pas délimité par une membrane. Il contient
de forte concentration d’ARN et de protéines. En fait le nucléole est le lieu de
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rassemblement des gènes d’ARN ribosomal porté par différents chromosomes et
présents en multiples copies sur chacun.
Un ribosome est constitué d’ARNr (issu de la transcription de gène d’ARNr) ainsi que
de protéines ribosomales. Le rapprochement de tous ces gènes permet une très grande
efficacité dans la synthèse des ARN ribosomaux, ces ARN étant ensuite associés aux
protéines ribosomales pour donner les ribosomes.
Le rôle du nucléole est dans une synthèse d’ARN ribosomal et l’assemblage du
ribosome.
La taille du nucléole reflète son activité. Au début de la mitose, les chromosomes se
condensent donc la transcription de l’ADN diminue et si la transcription diminue alors
la taille du nucléole diminue également.
En métaphase quand la condensation du chromosome est maximale, il y arrêt de la
transcription et donc disparition du nucléole.
En télophase la transcription a repris donc apparaissent des petits nucléoles au niveau
de chaque chromosome porteur de gènes d’ARN ribosomales. Ces chromosomes se
rassemblent rapidement pour former le seul nucléole typique d’une cellule en
interphase.
Voir figure 4.9. Evolution de l’aspect du nucléole dans une cellule humaine au cours
du cycle cellulaire.
1.3. La chromatine
C’est l’ensemble ADN + protéines puisque l’ADN est toujours empaqueté par des
protéines. Chez les eucaryotes on distingue deux types de protéines de liaison à l’ADN :
celles qu’on appelle les histones et les protéines chromosomiques non histones.
3.
L’ADN support de l’information génétique. (2)
A la fin du 19ème siècle, les biologistes reconnaissaient les chromosomes comme composants
porteurs de l’information héréditaire d’une cellule. Les chromosomes sont visibles au
microscope qui se séparent en deux cellules filles en mitose. Mais le fait que l’ADN de ces
chromosomes est la molécule porteuse des gènes n’a été démontré que plus tard. Grâce à des
expériences effectuées avec des bactéries.
2.1. Expériences de transformation sur le pneumocoque.
1928 F. Griffith
Bactérie : Streptococcus pneumoniae
Cette bactérie est capable de synthétiser une capsule polyosidique les propriétés antigéniques
des capsules synthétisées par différentes souches varient et déterminent l’appartenance des
souches à un sérotype donné. Il existe une centaine de sérotypes. Ces bactéries sur milieu
solide donnent des colonies lisses (S), dans certains cas ces bactéries perdent leur capacité à
synthétiser une capsule et dans ce cas là elles donnent des colonies rugueuses (R).
Il a voulu reproduire ce phénomène in vivo, soit dans un animal la souris (voir figure 4.10).
Pour la 1ère expérience il a injecté des bactéries S1 vivantes soient qui synthétisent des
capsule et 1 c’est le numéro de sérotype. Les souris meurent et on retrouve les bactéries
vivantes. 2ème expérience il injecte les bactéries mortes et les souris survivent. 3ème
expérience il injecte des R3 et les souris survivent ainsi pour qu’elles soient virulentes, la
bactéries doivent être lisse et vivante. 4ème expérience il injecte des bactéries de type S1
tuées et R3 vivante. Et les souris meurent.
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Conclusion : La virulence du pneumocoque est liée à la présence de la capsule et cette
virulence ne s’exprime que chez des bactéries vivantes c'est-à-dire capable de se
multiplier dans l’organisme infecté. Résultat étonnant pour la 4ème expérience que Griffith
n’a pas su expliqué, il a fallu attendre presque 20ans pour comprendre le phénomène de
transformation des bactéries R3 vivante en S1 vivante.
En 1944 Avery et ces collaborateurs.
1. Extraction de l’ADN de bactéries S
2. Mise en culture de bactéries R en présence de cet ADN le tout en milieu solide.
3. Observation des colonies : certaines sont lisses et le reste après repiquage.
Conclusion : les bactéries R sont devenues capables de synthétiser une capsule donc elles
ont acquis l’information génétique apportée par l’ADN des bactéries S.
La preuve, Avery et ces collaborateurs, ont ajouté dans le milieu de culture différentes
enzymes : Protéinases, observation de colonies S – Ribonucléases, observation de colonies
S – Désoxyribonucléases en petite quantité entraine l’absence de colonies S car elle
dégrade l’ADN.
C’est ainsi qu’ils ont démontré que le principe transformant des bactéries c’est l’ADN.
2.2. Infection bactérienne par les bactériophages
1952 : Alfred Hershey et Martin Chase (voir figure 1.22.)
ADN (virus) + bactéries pour provoquer une infection entraine la production de particules
virales. Ainsi a été prouvé que l’ADN constitue le matériel génétique.
On ne connait de l’ADN que sa structure en double hélice découverte par Watson et Crick
en 1953. en réalité l’ADN n’est pas seulement cette molécules inerte, stable et apte à être
recopier à l’infini, c’est une molécule qui à la suite d’interactions spécifiques avec des
protéines est capable de se déformer en des sites précis pour permettre l’expression des
gènes qui s’y trouvent.
4. organisation de l’ADN (3)
3.1. l’ADN premier niveau d’organisation : la double hélice.
Nous avons une chaîne d’ADN qui est un polymère de nucléotides (figure 4.11. à 4.17.).
Les nucléotides : ensemble sucre (pentose, quelque soit l’acide nucléique, le sucre est un
désoxyribose, le sucre c’est le ribose) phosphate base. Le sucre est lié à un phosphate puis lié
par un carbone. Dans une cellule il y a 5bases. Les bases qui composent l’ADN sont Adénine
Tymine Guanine Citosine (purine s’associe toujours à la pyrimidine). Appariement en double
hélice avec liaison entre bases conjuguées. Une chaîne poly nucléotide n’est pas symétrique.
Toute chaîne à une orientation extrémité 5’ et extrémité 3’, on écrit toujours dans le sens 5’
vers 3’ (pour les bases). La double hélice se fait par l’appariement des bases entre elles avec
des liaisons hydrogènes entre deux bases purine et pyrimidine. Les bases sont des cycles. Les
paires de bases s’empilent les unes au dessus des autres, interactions hydrophobes. Les
séquences 5’ 3’ s’associe aux séquences correspondantes 3’ 5’.
Dans la double hélice il y a une succession de petits sillions, grands sillions. La double hélice
est antiparallèle et de pas droit.
3.2. L’ADN 2ème niveau d’organisation : la chromatine.
(Voir tableau 4.2.)
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Génome dans le noyau : chez les procaryotes l’absence de noyau fait que par exemple la
traduction des ARN en protéines peut commencer avant même que la transcription ne soit
terminée. L’ADN est transcrit en ADN et l’ARN est traduit en protéine. Chez les eucaryotes,
la transcription et la traduction sont cloisonnées (transcription dans le noyau, traduction dans
le cytoplasme).
L’absence de noyau ne doit pas faire penser que l’ADN n’est pas organisé dans le cytoplasme
chez les procaryotes. En effet, chez les procaryotes, l’ADN est fait de boucles stabilisées à
leur base par une combinaison d’ARN et de protéines (voir figure 4.18.).
L’intérêt de cette structure permet au chromosome bactérien d’être réduit en taille, environs
1000 fois et donc il entre dans une cellule de quelques µm. Le deuxième avantage est que
grâce à cette structure les différentes boucles peuvent être exprimées indépendamment, c'està-dire que les gênes d’une boucle peuvent être activement transcrit alors que ceux d’une
boucle voisine ne seront pas exprimés donc on établit un lien entre le repliement de l’ADN et
l’expression des gênes qui s’y trouvent.
Deux enzymes contrôle ce que l’on appelle le surenroulement de l’ADN : la gyrase qui
introduit des supertours dans l’ADN (avec énergie) et la topoisomérase I permet le
relâchement (sans énergie).
La longueur du génome : ce n’est pas surprenant que le génome du procaryote soit plus grand
que celui de l’eucaryote vu les capacités des organismes et leur complexité. Mais cette
différence de taille est disproportionnée par rapport aux capacités de codage.
En effet il existe chez les eucaryotes de nombreuses séquences d’ADN non codantes. Un gène
code pour une protéine.
Chromosome : ce n’est pas une molécule d’ADN, c’est une molécule d’ADN empaqueté avec
des protéines.
Génome : information génétique totale dans les chromosomes.
Exemple : cellule humaine : étude du génome :
Cellule humaine diploïde, soit deux paires de chaque chromosome. Il y a 22 paires
d’autosomes et deux chromosomes sexuels, soit au totale 46 chromosomes.
Génome diploïde composé d’à peu près 6.109 paires de nucléotides.
Relation : une molécule d’ADN d’1 µm a un MM de 2MDa et est composé de 3kbases (soit
3000 paires de bases). La longueur totale du génome humain c’est 2m.
Molécule d’ADN : 50.10 6 – 250.10 6 paires de nucléotides.
Chromosomes qui mesurent donc entre 1.7 et 8.5 cm.
On retient qu’en moyenne l’ADN d’un chromosome humain a une taille de 5cm.
Il faut donc que l’ADN soit replié pour rentrer dans un noyau de quelques µm.
1er niveau de repliement de l’ADN eucaryote : niveau qui permet de passer de la double hélice
à ce que l’on appelle des filaments de nucléosomes. Ce niveau de repliement fait intervenir
des protéines de type histones.
Histones : ce sont les principales protéines associé à l’ADN des eucaryotes. Elles sont
présentes en quantité si importante dans la chromatine que leur masse est proche de la masse
d’ADN.
Caractéristique : protéines chargées positivement et de ce fait elle se lie à l’ADN
indépendamment de sa séquence car elles s’associent aux phosphates.
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Il existe 5 types d’histones : les histones nucléosomiques : H2A, H2B, H3 et H4 qui
interviennent dans le premier niveau de repliement. Les cinquièmes types sont les histones H1
qui interviennent dans le deuxième niveau de repliement.
Elle joue un rôle dans le repliement de l’ADN, c'est-à-dire dans la réduction de taille des
doubles hélices qui doivent entrer dans le noyau, elle joue également un rôle dans le contrôle
de l’expression des gènes car l’ADN n’est pas toujours replié de la même façon.
Description des filaments de nucléosomes qui sont les particules unitaires de la chromatine.
Un nucléosome c’est de l’ADN en double hélice enroulée en deux tours serrés autour d’un
noyau octamérique d’histones (c'est-à-dire huit histones plus précisément, deux fois les quatre
histones nucléosomique + un segment d’ADN internucléosomique).
Le génome diploïde humain est fait de 6.109 nucléotides donc on aura à peu près 3.107
nucléosomes dans le génome humain.
On assimile le premier niveau de repliement à un collier de perle irrégulier à cause de la
variabilité de longueur de l’ADN internucléosomique (voir figure 4.20.).
Expérience qui a été réalisé et a premier d’arriver à la conclusion précédente. Prendre l’ADN
a son premier niveau de repliement. On par de la chromatine 1 er niveau on fait agir une
nucléase de microcoque, c’est une enzyme qui dégrade les acides nucléiques, aussi bien ADN
que ARN. Sauf les ribonucléases ou désoxyribonucléases. Quand on fait agir cette enzyme
elle a le pouvoir de dégrader le segment d’ADN internucléosomique on récupère les paires de
nucléosomes et on trouve 146 nucléotides. On récupère 1,8 tours et non 2 tours de nucléotides
car la nucléase agit un peu plus loin or on sait que la hauteur du nucléosome 11µm d’où la
conclusion.
La longueur variable des segments d’ADN internucléosomique et plus généralement le
positionnement des noyaux d’histones viennent de deux paramètres, le premier est la
difficulté qu’a la double hélice d’ADN à s’enrouler en deux tours serrés autours du noyau
d’histone surtout du fait de la compression considérable subit par le petit sillon interne (voir
figure 4.21.).
Cette compression est facilité par une composition du petit sillon riche en paire de base A-T.
Présence d’autres protéines liées à la double hélice et empêchant la formation des
nucléosomes. Ces protéines créent des segments d’ADN long d’une centaine de paires de
nucléotides dépourvu de nucléosomes. Ces segments sont des sites hypersensibles aux
nucléases.
Expérience : si on fait agir sur la chromatine au premier niveau de repliement de petites
quantité de DNase I ( Desoxyribonucléase I), l’enzyme dégrade les longs segments d’ADN
dépourvus de nucléosomes et non les courts segments d’ADN internucléosomiques.
Dans les cellules eucaryotes l’ADN est soit recouvert de nucléosomes ou part des protéines de
régulation.
2ème niveau de repliement :
Correspond a des empilements des nucléosomes par les histones H1 ce qu’on appelle la fibre
de chromatine. Elle fait 30nm d’où sa deuxième nomination : fibre de 30nm. C’est une hélice
compacte solénoïde de nucléosomes (voir figure 4.22. et 4.23.).
Participation des histones H1 à l’empilement des ribosomes : (voir figure 4.24.).
3ème niveau de repliement de condensation :
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Après le 2ème niveau de repliement, un chromosome humain moyen aurait encore une taille de
l’ordre du millimètre donc le troisième niveau de repliement est obligatoire.
Il correspond à la formation de boucles de chromatines (voir figure 4.25.). Ces boucles sont
formées par un ancrage de la fibre de chromatine par endroit à un échafaudage de protéines
chromosomiques non histones.
(Voir figure 4.18.)
Ces boucles permettent de faciliter la transcription dans certain cas et ne pas la faire dans
d’autre. Il a un rôle crucial dans le contrôle de la transcription des gènes puisque chaque
boucle est isolée topologiquement des boucles voisines. Les gènes d’une boucle peuvent être
activement transcrits alors que ceux d’une autre boucle peuvent ne pas être exprimés (voir
repliement de l’ADN procaryote) (voir figure 4.27.).
Niveau supplémentaire de compactage :
La chromatine existe sous deux formes dans une cellule : la forme Hétérochromatine qui est
très condensée qui représente environs 10% du génome et apparaît foncée en microscopie et
la forme Euchromatine qui est moins condensée.
Elle correspond à une condensation qui permet l’inactivation d’un gène, soit ne plus autoriser
les enzymes à transcrire ces gènes. Ces zones du génome fortement condensée correspondent
à de l’ADN redondant c'est-à-dire à des séquences fortement répétées dans le génome.
Exemple : dans les femelles de mammifères on a un X inactif condensé (chez les
chromosomes sexuels) ça s’est passée très tôt dans la division embryonnaire. Il n’est pas
spécifique, ni paternel ou maternel.
4.
Les chromosomes.
L’ADN s’est une suite linéaire de nucléotides non répétitives, voilà pourquoi l’ADN porte
l’information génétique de la cellule.
On appelle les cellules somatiques les cellules qui ont 2n chromosomes et on appelle ça un
nombre diploïde.
Les cellules germinales sont des cellules à n chromosome et on appelle ça un nombre
haploïde.
Si l’on pèse la masse d’ADN dans une cellule haploïde on trouve 0.015 chez les levures, 0.15
pour les drosophiles, 1.33 pour le poulet, 3.3 chez l’homme et 90 chez les amphibiens. On
appelle valeur C la quantité d’ADN d’un organisme par génome haploïde. L’absence de
corrélation entre la complexité d’un organisme et la valeur C s’appelle le paradoxe de la
valeur C.
D’où vient ce paradoxe ?
Il vient des proportions variables de séquences d’ADN, répétées dans le génome, qui sont
jamais ou très rarement transcrites.
On regarde le nombre diploïde de chromosomes 46 chez l’homme, 78 chez le chien, 8 chez le
cerf et 26 chez la grenouille. Il y a également une absence de corrélation entre la complexité
phylogénétique et le nombre de chromosome.
4.1. Evolution du chromosome au cours du cycle cellulaire.
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Phase G1 : transcription de la chromatine moins condensée (Euchromatine active).
Phase S :
- La transcription continue
- C’est la phase de synthèse de l’ADN
- Donc tous les chromosomes doivent être répliqués
- Au fur et à mesure de la réplication de l’ADN la double hélice doit être repliée d’où un
grand besoin de protéines chromosomiques dont les histones qui sont synthétisées en
abondance pendant la phase S.
- Va donc se faire l’assemblage des protéines chromosomiques avec l’ADN.
- A la fin de cette phase, chaque chromosome est sous la forme de deux chromatides
sœur liées.
Phase G2 : transcription continue et les chromosomes restent dans cet état là.
Phase M :
- L’entrée d’une cellule en phase M est marquée par la condensation des chromatides
(au début de la prophase) cette condensation est indispensable au succès de leur
séparation futur en anaphase (pour ne pas mélanger les chromatides).
- Cette condensation est du à la phosphorylation des histones H1 par un complexe
protéique le MPF soit Facteur Promoteur de la phase M.
- En mitose et en particulier en métaphase la condensation des chromosomes est telle
qu’ils ne peuvent être transcris car la condensation est maximale. C’est la
condensation qui donne au chromosome sa forme en X.
- A la télophase décondensation des chromosomes.
- Cytodiérèse
4.2. Structure d’un chromosome.
Un chromosome mitotique c’est la chromatine dans son état le plus condensée, c’est un état
tout à fait similaire à l’Hétérochromatine (voir figure 4.27.) cela correspond à un enroulement
en hélices serrées des boucles de chromatines.
4.3. Le caryotype
Il donne le nombre, la taille et la forme des chromosomes métaphasiques soit dans leur état le
plus condensé (voir figure 4.28.).
Le centromère n’est pas forcément au centre des brins, sa position est variable.
Chap2 figure à ne pas apprendre : II.1. (4.5.6.) – II.2. – II.3. – II.5. (B et C) – II.7 (détail
structure X) – II.10. (A) – II.12 (B et C) – II.13(4) – II.16. – II.17.(A) – II.18. (Formule
Triton) – II.26. – Tableau II.1. – II.2. – II.40. – II.54(C) – II.56. (nombres légendes) –
II.65, 66, 67.
Chap3 : III.1. – III.6. – Tab. III.1, 2, 3.
Chap4 : IV.3(C), 5, 8, de 11 à 17, 25, 28, 29. tableau IV.1.
A l’examen 2h, 13 points de cours, 7points sur la partie TD.
Tout hors sujet n’est pas lu.
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