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Calcul du potentiel d'équilibre pour un ion (V)
Equation de Nernst
V = R T ln
zF
C out
C in
Exemples de calcul, équation de Nernst :
K+
Si K +out = 5 mM et K in+ = 140 mM
V = ddp entre les deux faces de la membrane (Volts)
z = valence (charge) de l ion
F = cste de Faraday (96 500 C/mole; ou 2,3 104 cal V-1 mol-1)
C out = concentration de l ion à l extérieur (out)
C in = concentration de l ion à l intérieur (in)
T = température en Kelvins
R = cste des gaz parfaits
V K = -84 mV
Valeurs habituellement rencontrées :
V K : -70 à -100 mV
C
A 20 C : V = 0,058 log out
C in
(valence +1)
Na+
Cl−
Si
Na+out =
145 mM et
Nain+
= 10 mM
V Na = +67 mV
Si Clout = 110 mM et Clin = 10 mM
V Na = -60 mV
Valeurs habituellement rencontrées :
Valeurs habituellement rencontrées :
V Na : +50 à +65 mV
V Na : -50 à -65 mV
Potentiel de repos d une membrane
• Résulte de l'effet combiné des ≠ ions. Au final : V m = -70 mV (mesuré)
V Na
K + leak channel
VK
• Peut être estimé avec la relation de Goldman-Hodgkin-Katz
Vm
Canaux ioniques
P : perméabilité (en m s−1) des trois ions majeurs : K +, Na+ et Cl−
[ ] : concentration en moles m−3
Cellules eucaryotes : K + est la cause principale du potentiel de repos
Na+ et Cl− contribuent très peu au potentiel de repos
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1
Exocytose et endocytose : transports actifs
Exocytose : sortie de macromolécules et/ou particules via
des vésicules qui fusionnent avec la membrane.
Ex : neurones libérant des neurotransmetteurs
dans la fente synaptique.
Exemple : cellules pancréatiques produisant l insuline
insuline
Appareil de Golgi
Transport actif : production, transport et
fusion nécessitent de l ATP.
Phagocytose
Endocytose
Entrée de macromolécules et/ou de particules
via des vésicules : 3 types ≠
Phagocytose
Pinocytose
Endocytose par action
de la clathrine
- Entrée de
grosses
particules
inertes ou
vivantes
(ex: bactéries)
- système de
reconnaissance
- Emission
de pseudopodes
- Faut ATP
Pinocytose
Endocytose par action de la clathrine
- Pas de grands pseudopodes
- Entrée de fluides extracellulaires (pas de grosses particules)
- Très petites vésicules (0.1 – 0.2 μm de diamètre)
- demande de l ATP
- n est pas spécifique
- chez tous les eucaryotes
Clathrine : protéine des puits tapissés : « coated pits ». Permet
l'entrée de substances spécifiques grâce à des récepteurs
concentrés par la clathrine. Faut du GTP.
clathrine
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Les LDL : Low Density Lipoproteins
Ex : import de cholestérol
Sang : lipoprotéines de faible masse volumique (LDL)
Liaison aux récepteurs membranaires de LDL
Entrée par endocytose
Hypercholestérolémie familiale :
Maladie héréditaire : les récepteurs membranaires
fonctionnent mal : accumulation de cholestérol dans le sang :
athérosclérose
1 protéine Apo-B100
(de 4536 aa)
Cortex de
phospholipides
et cholestérol
non estérifié
(monocouche)
Coeur hydrophobe
(ac. gras + cholestérol
estérifié)
22 nm ϕ
Globules lipidiques permettant le transport du cholestérol
et des triglycérides dans le sang des Mammifères.
Accumulation
de cholestérol
dans les
artères :
athérosclérose
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2. Le cytosquelette (Eucaryotes)
3
Cytosquelette : réseau de fibres parcourant le cytoplasme
3 types de fibres :
- Microfilaments (μF)
μF : 7 nm
IF : 8-12 nm
μT : 25 nm
- Filaments intermédiaires (IF)
- Microtubules (μT)
Le cytosquelette est plastique : il peut être démonté et
remonté rapidement (sauf certains IF).
μT
Rôles du cytosquelette :
- Soutien mécanique, maintient de la forme
(important pour cellules animales sans paroi)
μF
Microtubules
- Cylindres protéiques creux
- Polymères de tubuline ! ( 55 kDa) et " (
Tubuline ! et " forment des protofilaments
Protofilament
• des organites : déplacement de vésicules sur des « rails »
(neurotransmetteurs le long d axones); vesicules du RE
vers Golgi
• des ARNm vers certaines cibles
• des chromosomes (mitose, méiose)
• de la cellule (cils, flagelles, pseudopodes)
55 kDa)
μF : 7 nm
IF : 8-12 nm
μT : 25 nm
hétérodimère
Tubuline ! Tubuline "
- Points d ancrage pour les organites
- Mobilité :
FI
(-)
(+)
80 Å
25 nm
polarité
microtubule
- Endocytose
200 nm - 25 µm
Microtubule en coupe transversale
Cils et flagelles
- Appendices locomoteurs constitués de microtubules
- Chez quasi tous les eucaryotes (protistes, spermatozoïdes ... )
- Rôles : déplacement cellule (protistes), créer un courant pour
capturer des particules (éponges), déplacer du mucus
(épithélium trachée), propulser l ovue vers l utérus (trompes de
Fallope), mécanorécepteurs (cnidocils, cellules ciliées oreille
interne, ...)
13 protofilaments
hélice
13 dimères/tour
- cils :
- flagelles :
0,25 μm #
0,25 μm #
2-20 μm long
10-200 μm long
Svt abondants
Peu abondants
Les microtubules peuvent s’allonger grâce à l’ajout de dimères
à une de leurs extrémités. Ils peuvent aussi se démonter.
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- Mode de battement ≠
- Longueurs ≠
axonème
= partie axiale
comportant
9 doublets
de μT
Coupes
transversales
dans un
flagelle
membrane
cytoplasmique
Cil
Flagelle
cytoplasme
corpuscule
basal ou
cinétosome
9+2
Coupes transversales dans des cils
Microscopie électronique
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Kinésine
Dynéine
Protéine motrice utilisant l ATP pour se déplacer le long
d un microtubule vers l extrémité −
Protéine motrice utilisant l ATP pour
se déplacer le long
d un microtubule vers l extrémité +
« Bras de dynéine »
Remarque : les flagelles bactériens sont différents
Nexine
Protéine liant périodiquement les microtubules adjacents
dans un axonème. Provoque la courbure du cil/flagelle.
- Pas de microtubules
- Pas de membrane
cellulaire
- Pas de corpuscule
basal
Corpuscule basal
Structuralement identique à un centriole
Composés de
flagelline
Chez de nombreux animaux le corpuscule basal du flagelle
du spermatozoïde pénètre l ovule et devient un centriole.
Microfilaments d actine (μF)
μF : 7 nm
IF : 8-12 nm
μT : 25 nm
Diamètre : 7 nm
Composés d actine (protéine globulaire); deux chaînes torsadées.
Toutes cellules
eucaryotes
- Actine globulaire (G) et actine filamenteuse (F)
- Chez Eucaryotes
- Actine G lie l ATP
- Les filaments d actine F sont polarisés
- Deux brins d actine F forment une structure en hélice
(périodicité de 37 nm)
- Les hélices d actine peuvent former des réseaux (ex: sous la
membrane cellulaire)
- Actine G (374 aa)
- Actine F
- Les filaments
d actine ont une
forme d hélice
- Polarisés
hélice d actine
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Rôle des microfilaments d actine
Les myofibrilles
comportent :
- Maintien de la forme cellulaire
- Résistance à l étirement
- Mobilité cellulaire : mouvements amiboïdes
- Cyclose (mouvements cytoplasmiques)
- Contraction musculaire
- μF (actine)
- Myosine
- Autres protéines
Les muscles sont composés de myocytes (= fibres musculaires)
Les myocytes contiennent de nombreuses myofibrilles
Et sont entourées
du réticulum
sarcoplasmique
(SR)
Axone
Myofibrilles
Fibre musculaire
= myocyte
Coupe dans un myocyte
Les myofibrilles comportent de nombreux sarcomères
Sarcomère = unité fondamentale d une myofibrille.
Des milliers de sarcomères sont placés les uns derrière les autres.
La myosine possède des « bras » avançant sur l actine.
La longueur des sarcomères peut varier.
Sarcomère : zone entre deux lignes Z (desmine = FI)
Bande I (isotrope) : autour des lignes Z; composée
essentiellement de μF d actine.
Bande A (anisotrope au microscope polarisant); comporte les
filaments de myosine.
Comporte :
- Zone H (Heller, pâle) : zone claire, centrale
- Ligne M (médiane)
Titine (connectine) : protéine élastique reliant ligne Z et ligne M
(une seule protéine). Protéine la plus longue connue (30 000 aa;
1 μm; 363 exons). Sert de guide.
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Contraction
Les bandes A de myosine ne changent pas de longueur : 1,85
μm pour les muscles squelettiques de Mammifère.
Raccourcissement des bandes I et H
I
H
Filaments de myosine
- Protéine des muscles (bandes A)
- Composée de petits « bâtonnets » protéiques
- Chaque « bâtonnet » comporte 2 sous-unités de 2000 aa
enroulées en hélice (2 chaînes « lourdes » ou « Heavy chains »)
• Une partie rigide (bâtonnet de
150 nm) : la « queue »
• Deux « Têtes » : partie « moteur » (extr. N-terminales, sur
190 aa)
De nombreux « bâtonnets » s associent pour former des filaments
de myosine plus épais, comportant de multiples « têtes ».
Les têtes de myosine peuvent « marcher » sur les μF d actine
2 chaînes lourdes
4 chaînes légères
Filament épais de myosine à multiples têtes
La « marche »
consomme de
l ATP
sites de
liaison
et génère de l ADP
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Tropomyosine
Protéine filamenteuse recouvrant les μF d actine et qui « cache »
les sites de liaison de la myosine.
Lorsque [Ca2+] augmente dans le cytoplasme la tropomyosine
change de conformation, les sites de liaison de la myosine sont
découverts, la contraction se réalise.
Lorsque [Ca2+] diminue dans le cytoplasme (Ca2+ séquestré dans
le Reticulum Sarcoplasmique) la contraction se termine
Tubules transverses (T-tubules)
• Tubules transverses (T-tubules)
Invaginations de la sarcolemme (membrane plasmique des
myocytes) aboutissant aux lignes Z.
Utilité : la dépolarisation nécessaire à la contraction pénètre
rapidement à l intérieur de la cellule, jusqu à la zone cible : le RS
Réticulum
sarcoplasmique (RS)
• Le RS forme une triade :
Stock de Ca2+
- 2 tubules du RS
- 1 tubule transverse
Rem : diades pour le muscle cardiaque.
myofibrille
Ach
Induction de la contraction
Neurone moteur
Neurone moteur : libère de l acétylcholine
L acétylcholine se lie à son récepteur membranaire postsynaptique. Récepteur ionotrope : ouverture d un canal ionique
au Na+.
fente
synaptique
Des ions Na+ entrent dans la cellule et un potentiel d action est
généré : dépolarisation transitoire, locale, et brève.
Le potentiel d action voyage jusqu aux tubules transverses.
Myocyte
Acétylcholine = neurotransmetteur
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La perméabilité du SR est changée : libération de Ca2+.
Contraction musculaire.
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Dépolarisation
Ca2+
Potentiel
d action
Ca2+
Propagation
dépolarisation
Importance de la dystrophine : lien avec matrice extracell.
Les μF d actine forment les pseudopodes des amibes :
matrice
extracellulaire
Le plus grand
gène : 2.4 Mb
79 exons
Dystrophine
non fonctionelle
=
Myopathie de
Duchenne
Protéine de
3500 aa
Dystrophine
Actine d un
myofilament
Filopodes et axopodes
Plusieurs types de pseudopodes
- Lobopodes (épais)
- Filopodes (longs et fins, μF)
- Réticulopodes (pseudopodes anastomosés)
- Axopodes (longs et fins, μT)
Filaments intermédiaires (IF)
- Diamètre : 8-12 nm (faisceaux)
μF : 7 nm
IF : 8-12 nm
μT : 25 nm
- Composés de une ou plusieurs protéines de la famille des
kératines : protéines fibrillaires (et non globulaires) enroulées en
superhélices non polaires.
- Six grandes classes.
- Très stables (pas souvent dépolymérisés).
- Cytoplasmiques pour la plupart (les lamines sont nucléaires)
- Rôles ≠ : maintient forme, résistance à la tension, ancrage des
organites, adérence intercellulaire (desmosomes).
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70 gènes ≠ codent pour des IF
Classifiés en 6 gands types (I à VI)
Filaments intermédiaires (IF)
« kératines »
Type I : IF acides
Type II : IF basiques
Cellules épithéliales
Cheveux, ongles, écailles
domaines globulaires aux extrémités N et C
hélice α
Type III : desmine des sarcomères, vimentine (supporte
membrane cytoplasmique et les organelles.
Type IV : neurofilaments des axones.
Type V : lamines nucléaires.
Type VI : nestine des cellules nerveuses.
assemblage en filaments non polaires
Desmine
Neurofilaments : support des dendrites et des axones
Les IF participent aux jonctions intercellulaires
Jonctions serrées
(à l apex)
Desmosomes
Jonctions ouvertes
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Epithélium (ex: peau, tube digestif, ...)
Jonctions serrées (tight junction, zonula occludens)
- Zones d adhérence entre deux cellules impérméables aux
fluides.
- Maintient de la polarité cellulaire : zone apicale / basale.
- Uniquement chez Vertébrés (invertébrés : jonctions septées).
- Composées de plusieurs rangées de protéines transmembr. qui
se croisent (claudines et occludines).
- Situées à l apex des cellules (près du milieu « extérieur »).
Partie apicale
Claudines et
occludines
Ex : dans les épithéliums
Cellule épithéliale
peau
Interactions entre
claudines et
occludines
Partie basale
lame basale
Maintient de la
polarité
cellulaire
Les fluides ne peuvent
passer entre les cellules
et sont forcés de passer
à travers les cellules
Les jonctions serrées forment des rangées
qui se croisent
Jonctions serrées
Desmosomes (jonctions d ancrage, macula adherens)
- Attachement cellule-cellule (solidité mécanique des tissus)
- Isolés (ne forment pas de rangées)
- Des IF (kératine) ancrent les desmosomes au cytoplasme
cell. 1
Extérieur
(lumière
tube digestif)
- Espace intercellulaire
large : 30 nm
- Composés de
cadhérine et
desmoplakine
cell. 2
microvillosités
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IF
Cadhérine
Desmoplakine
desmoplakine
Cadhérine
Jonctions ouvertes (jonctions communicantes, lacunaires)
Gap junctions
- Pas de IFs
- Canaux reliant le cytoplasme de cellules adjacentes
- Passage d ions, acides-aminés, glucides (molécules < 1000 Da)
- Surtout dans le muscle cardiaque et les embryons.
6 connexines
= 1 connexone
Les plasmodesmes des Végétaux
Canaux traversant les parois : les cytoplasmes communiquent.
Chez algues et plantes terrestres.
Diffusion libre : eau – solutés – protéines spécifiques – ARNm.
Se forment à la mitose (cytocinèse) et peuvent contenir des parties
du reticulum endoplasmique (desmotubules).
Homologue des plasmodesmes
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Animaux
Végétaux
Apoplasme : continuum extracellulaire (via parois)
Symplasme : continuum intracellulaire (via plasmodesmes)
3. La paroi des bactéries
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
La membrane plasmique (Euc et Proc)
Le cytosquelette (Euc)
La paroi des bactéries
Les mitochondries et les chloroplastes (Euc)
Le réseau intracellulaire de membranes (Euc)
Les constituants extracellulaires (Euc)
La communication cellulaire (Euc)
Desmotubules
Proviennent du RE
Structure générale d une cellule procaryote
ribosomes
éléments
obligatoires
[paroi]
chromosome
membrane
cytoplasme
cytoplasmique
[cytosquelette]
éléments
facultatifs
pili
sexuels
vésicules de gaz
microcompartiment
• •
• •
• •• •
•
Grande concentration en solutés dissous
p. osm. élevée :
2 atm chez E. coli (pneu!).
Paroi rigide pour maintient de la forme.
Bactéries Gram + : paroi épaisse
Bactéries Gram – : paroi mince et membrane externe (=2e bicouche)
plasmide
membranes
fimbriae
internes
EPS
(capsules)
et/ou
endospore
couche S
La paroi
magnétosomes
flagelle
Sur base de la coloration de Gram.
Attention : pas de signification phylogénétique!
La paroi est composée d un polysaccharide
appelé peptidoglycane = muréine.
inclusions de réserve
(PHB, volutine, glycogène)
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Gram –
Gram +
Gram –
Gram +
acides
teichoïques
membr.
externe
peptidoglycanes
périplasme
20-80
nm
7-8 nm
membr.
cytopl.
périplasme : espace entre
les deux membranes
muréine =
10% poids sec
muréine =
90% poids sec
Peptidoglycane : unique aux Bacteria
"-NAG
"-NAM
Liaisons
"(1,4) clivées
par lysozyme
groupement N-acétyle
= DAP
Nature anionique des parois bactériennes
ou lysine
tétrapeptide
Peptidoglycane = muréine
Unique aux Bacteria (pas chez Archaea ni Eukarya)
Signature moléculaire!
Plusieurs couches
de muréine chez
les Gram +
• Ø pores :
2 nm
• Pas de diffusion
possible pour les
protéines de plus
de 50 kDa
Demchick & Koch
(1996) J Bacteriol
178:769-773
• Pas de phagocytose
possible
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Gram
–
Gram
G-M-G
Transpep.
L-Ala
D-Glu
DAP
D-Ala
L-Lys
D-Ala
DAP
D-Ala
D-Glu
lien
peptidique :
Transpeptidase
G-M-G
L-Ala
D-Glu
Transpeptidase
= penicillin
binding protein
+
Pénicilline G = benzylpénicilline
Pont interpeptidique
Gly-Gly-Gly-Gly-Gly
G-M-G
D-Ala
L-Lys
Alexander Fleming (1928)
Nobel en 1945.
Depuis Penicillium chrysogenum
(Fungi Ascomycète des sols)
D-Glu
5 glycines
chez
Staphylococcus
aureus
L-Ala
Pénicillines : antibiotiques (Ab) affectant les parois des bactéries
L-Ala
- nombre d aa
- type d aa
sont fct de l espèce
Très toxique pour les Gram+
G-M-G
DAP
cycle "-lactame
Les Bacteria dépourvues de paroi : résistance aux Ab
Mécanisme d action des pénicillines
Les transpeptidases forment les liaisons entre deux chaînes
de peptidoglycanes (transpeptidation).
Les pénicillines se fixent aux transpeptidases (= Penicillin
Binding Protein) et les inactivent
La paroi perd de sa rigidité et la production d autolysines est
stimulée (digestion de la paroi) : lyse et mort cellulaire
• Mycoplasma : mycoplasmes (Phyl. Firmicutes), vie dans un
environnement osmotiquement protégé (tractus respiratoire,
articulations, etc.). Certains ont des stérols dans paroi (rigidité).
Pas de membrane externe.
• Phyl. Planctomycétales (Planctomyces, Pirellula). Groupe de
bactéries cosmopolite (eaux, sols). Enigmatiques. DNA parfois
entouré d une double membrane!
• Toute bactérie traitée au lysozyme (larmes, salive). Formation
de protoplastes (non stables dans eau pure : lyse).
Résistance aux Ab : Les micro-organismes résistants
produisent souvent des "-lactamases (pénicillinase)
Les Planctomycètes : Bactéries énigmatiques
4. Les mitochondries et les chloroplastes
- Pas de paroi
- Noyau!
-Eau douce
-Sols
-Marais
-Unités de
traitement des
eaux usées
Gemmata
obscuriglobus
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
La membrane plasmique (Euc et Proc)
Le cytosquelette (Euc)
La paroi des bactéries
Les mitochondries et les chloroplastes (Euc)
Le réseau intracellulaire de membranes (Euc)
Les constituants extracellulaires (Euc)
La communication cellulaire (Euc)
Fuerst, JA (1995), The Planctomycetes: emerging models
for microbial ecology, evolution and cell
biology. Microbiology 141: 1493-1506.
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16
4.1. Mitochondries
4.1. Mitochondries
Organites des cellules eucaryotes
Site de la respiration cellulaire aérobie
« centrales énergétiques de la cellule »
- Dans presque toutes les cellules eucaryotes (Plantae, Animalia,
Fungi, Protozoa).
- Nombre : 1 – 1000 (pfs plus). Dépend de l activité métabolique
(cellules mobiles ou contractiles : bcp de mitochondries).
- Taille : 1-10 μm de long.
- Se déplacent, modifient leur forme (ne sont pas statiques) et se
divisent par fission binaire (comme les bactéries).
- Possèdent deux bicouches lipidiques :
Mécanisme : hydrolyse substrats organiques réduits et récupération de
l énergie : génération d ATP. Accepteur terminal des eest l oxygène.
4.2. Chloroplastes
Organites des cellules eucaryotes, propres aux végétaux et algues.
Site de la photosynthèse : synthèse de composés organiques
à partir de CO 2 d eau et de lumière.
• membrane externe lisse
• membrane interne repliée et formant des crêtes
- espace intermembranaire
- matrice mitochondriale
Mitochondrie
Espace intermembranaire
Membrane
externe
ribosomes libres
de type 16S-23S
Membrane
interne
Crêtes
Matrice
ADN
mitochondrial
Les mitochondries ont un génome indépendant
Homme :
- ADN circulaire (2 à 10 copies)
- 16 000 pb
- 37 gènes : 13 gènes pour enzymes respiration
(complexes I, III, IV, V)
22 gènes de tRNA mitochondriaux
2 gènes de rRNA
- D autres gènes nécessaires à son fonctionnement sont dans
le noyau de la cellule (ex : enzymes du complexe II).
- Protéome : 615 protéines ≠ (mitochondries du coeur).
- Organisation DNA de type procaryote (circulaire, généralement
sans introns, pas de copies des gènes, peu de DNA non codant,
opérons).
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