Introduction à la biologie et à la cellule Fichier

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Biologie
Introduction à la biologie
et à la cellule (Marc
Blondel)
•
Historique de la théorie cellulaire
•
Origine et évolution de la cellule
•
Architecture et fonctions cellulaires
•
Vie et mort des cellules eucaryotes
•
Systèmes cellulaires expérimentaux modèles
Historique de la théorie cellulaire: La cellule
•
Unité de base structurale et fonctionnelle du vivant
•
Vie isolée et est capable de se reproduire
•
De sa petite taille naît la nécessité d’élaborer des
outils d’étude (MO(200nm)/ME(2nm pour les
coupes biologiques))
•
2 types de cellules: les eucaryotes (noyau) et les
procaryotes (absence de noyau)
Historique de la théorie cellulaire: La biologie
cellulaire
•
Science des lois régissants les phénomènes
communs aux divers types de cellules.
•
Phénomènes communs car à l’origine: une cellule
primordiale.
•
Les lésions cellulaires ont un rôle fondamental
dans l’apparition de maladies.
Origine et évolution de la cellule: Cellule primordiale
•
Les premières cellules remontent à 3,5 Mards d’années
•
Formation spontanées de molécules organiques simple dans
l’atmosphère de la Terre primitive (privé d’O2)
•
Expériences de Miller:
Décharge électrique dans mélange de H2, CH4, NH3 en
présence de H2O ==> Formation spontanée de molécules
organiques (aa ++)
Polymérisation des monomères (= les molécules organiques
précédemment formées) en macromolécules (aa->protéines;
oses->polysaccharides; nucléotides->acides nucléiques)
Origine et évolution de la cellule: Cellule primordiale
•
ARN : matériel génétique primordial (à la base pas d’ADN) (« Monde de
l’ARN »)
Capable de servir de matrice pour sa propre réplication
Et de catalyser sa propre réplication
•
Cellule primordiale= ARN encapsulé dans une membrane
phospholipidique (= la membrane plasmique) ==> Début de la
compartimentation
•
Avantage de la compartimentation: permet aux mutations avantageuses
de perdurer mais entraîne une séparation du milieu extérieur ==>
transports nécessaires
•
Puis l’ADN à pris la place de l’ARN
Origine et évolution de la cellule: Evolution du
métabolisme cellulaire
•
Cellule: besoin d’énergie ==> Utilisation de l’ATP
comme source d’énergie (ATP= Petite molécule qui
fournit de l’énergie par hydrolyse d’une de ses
liaisons)
Origine et évolution de la cellule: Evolution du
métabolisme cellulaire
•
Chronologiquement: 3 types successifs de réactions productrices
d’énergie: la glycolyse anaérobie, la photosynthèse, la glycolyse
aérobie
1- glycolyse (=dégradation du glucose) anaérobie (pas d’O2 dans
l’atmosphère): très rapide mais très faible rendement
2- photosynthèse : captation de l’énergie solaire et utilisation de l’eau
pour convertir le CO2 en molécules organiques et en oxygène. La
photosynthèse rend possible le mécanisme aérobie car elle produit de
l’O2
3- glycolyse aérobie(=métabolisme oxydatif) (utilisation de l’oxygène),
très efficace pour produire de l’ATP, utilise la phosphorylation oxydative
(dans la mitochondrie). Rendement très bon mais réaction longue.
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
procaryotes
•
Pas de noyau, taille:1μm, exemple: les bactéries,
présence d’une membrane plasmique.
•
Absence de mitochondries, système endo-membranaire et
peroxysomes mais présence de ribosomes
•
Génome= molécule d’ADN circulaire (appelée nucléoïde)
•
Division rapide (environ 20mn), capables de vivre dans
des habitats variés, métabolisme aérobie et anaérobie
•
Certaines espèces sont pathogènes, d’autres
indispensables à la vie (ex:tube digestif)
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
•
Séparé du milieu extracellulaire par une membrane
plasmique (comme la cellule procaryote), comporte 2
compartiments: le noyau et le cytoplasme (différent de la
cellule procaryote)
•
Le cytoplasme comporte le SEM (système endomembrenaire) = ensemble de compartiments limités par
des membranes d’enveloppe communicants sous la forme
de vésicules par des flux membranaires.
•
SEM= RE (réticulum endoplasmique), Appareil de Golgi,
lysosomes, endosomes, l’enveloppe nucléaire (qui est en
continuité avec le RE)
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
•
Dans le cytoplasme: organites n’appartenants pas
au SEM: les mitochondries et les péroxysomes.
•
La cellule comporte un squelette interne: le
cytosquelette. Composé de 3 types de filaments:
les microfilaments d’actine (MF), les microtubules
(MT) et centrioles, les filaments intermédiaires (FI)
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le noyau
•
Enveloppe nucléaire: double bicouche lipidique (une membrane
interne et une membrane externe qui est en continuité avec le RE)
•
La chromatine: s’observe quand le noyau est en interphase:
composée d’hétérochromatine (inactive et périphérique) et
d’euchromatine (active et transcriptionnelle)
•
Les nucléoles: usines dans les noyaux qui synthétisent les
ribosomes de la cellule
•
Les pores nucléaires: permettent les échanges nucléocytoplasmiques
•
Le noyau disparaît pendant la mitose où les chromosomes
deviennent visibles
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le SEM
•
Rappel: Le SEM est constitué du RE (réticulum
endoplasmique), de l’appareil de Golgi, des
lysosomes et endosomes, ainsi que de l’enveloppe
nucléaire.
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le SEM: Le Réticulum Endoplasmique (RE)
•
En continuité avec l’enveloppe nucléaire, subdivisé
en REG (REGranuleux), collecte des protéines
destinées à la membrane plasmique ou à l’extérieur.
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le SEM: Le Réticulum Endoplasmique (RE)
•
… et en REL (RE lisse), c’est le site privilégié des
synthèses lipidiques
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le SEM: L’appareil de Golgi
•
= Ensemble de saccules en pile d’assiettes: les
dictyosomes
•
Un dictyosome: 3 régions: Cis, Median et Trans
•
Golgi= site de maturation des protéines
(glycoprotéines++)
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le SEM: L’appareil de Golgi
•
= Ensemble de saccules
en pile d’assiettes: les
dictyosomes
•
Un dictyosome: 3
régions: Cis, Median et
Trans
•
Golgi= site de
maturation des protéines
(glycoprotéines++)
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le SEM: Les lysosomes
•
Vésicules avec une mb, contient des enzymes
impliquées dans les digestions intracellulaires.
•
Les enzymes fonctionnent à pH acide (=5)
•
« Système digestif intracellulaire »
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
La mitochondrie
•
Ensemble des mt (=mitochondries) d’une cellule = le chondriome
•
C’est le site de la glycolyse aérobie (Rappel: rendement très
bon mais réaction longue.)
•
Rôle majeur dans l’apoptose (mort cellulaire programmée)
•
Ressemblances ++ avec des bactéries, on suppose qu’il
s’agit d’une bactérie aérobie incorporée dans une cellule
ancestrale et qui y a survécu avec transfert progressif de ses
gènes dans le génome de la cellule- hôte
•
Attention: n’appartient pas au SEM
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Les peroxysomes
•
Organises ovoïdes, n’appartiennent pas au SEM.
•
Taille de 0,2 à 0,5μm
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le cytosol
•
Gel aqueux de pH = 7 et de viscosité variable
(équivalente à celle du blanc d’oeuf cru)
•
Siège de très nombreuses réactions biochimiques ;
en particulier le lieu de départ de toutes les
synthèses protéiques (sauf pour les quelques
protéines codées par le génome mitochondriale)
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
Le cytosquelette
•
Ensemble de polymères fibreux (composés de
monomères protéiques)
•
Structures à la fois stables et dynamiques
(musculature cellulaire)
•
Centrosome = les 2 centrioles formés par une
association stable de MT (intervient lors de la
mitose)
•
Rappel: 3 familles de polymères fibreux
Architecture et fonctions cellulaires : Les cellules
eucaryotes
La membrane plasmique
•
C’est une bicouche lipidique qui comprend aussi des protéines.
S’y ajoute le glycocalix (=cell coat): « manteau » de glucides liés
de façon covalente aux lipides et protéines de la face externe de
la membrane plasmique
•
Attention: Il n’y a pas de glucides sur la face interne de la mb
plasmique
•
Frontière séparant le milieu intra-cellulaire du milieu
extracellulaire
•
C’est aussi un lieu d’interactions : adhérence (aux cellules
voisines, à la matrice extra-cellulaire (MEC)) ; transduction des
signaux ; phénomènes de transport de matériel.
Vie et mort des cellules eucaryotes: Le cycle cellulaire
•
Le cycle cellulaire permet la genèse de nouvelles
cellules et donc le développement de la vie.
•
Il est composé de plusieurs phases:
L’interphase subdivisée en 3 phases: G1
(gap=intervalle), S (=synthèse (on a une réplication
de l’ADN)), G2 (gap=intervalle)
La phase M (mitose)
•
Cellule humaine: Environ 24h pour se reproduire
Vie et mort des cellules eucaryotes: La mort cellulaire
L’apoptose
•
Apoptose= mort cellulaire programmée
•
Elle est déclenchée par des signaux :
intracellulaires : lésions de l’ADN (voie intrinsèque,
suicide « volontaire »)
extracellulaires : déficit en facteurs de croissance,
infections virales (voie extrinsèque, suicide proposé)
•
L’apoptose est une mort propre sans rupture de la mb
plasmique ==> permet d’éviter l’inflammation
Vie et mort des cellules eucaryotes: La mort cellulaire
L’apoptose
•
C’est un phénomène physiologique normal
-Développement embryonnaire
-Renouvellement de tissus (homéostasie)
-Destruction de cellules-cibles par les LT
cytotoxiques
•
La dérégulation de cette auto-destruction :
-inhibition entraîne des malformations, des cancers
-suractivation entraîne des infarctus, des maladies
neuro-dégénératives
Vie et mort des cellules eucaryotes: La mort cellulaire
La nécrose
•
Mort cellulaire accidentelle, brutale suite à une
agression extérieure sévère (agent toxique).
•
Gonflement cellulaire puis lyse avec rupture des
membranes ==> libération du contenu du cytosol
dans le milieu extracellulaire.
•
==> réaction inflammatoire au niveau du tissu.
Bon courage !! :)