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Les cellules

Unité fondamentale des organismes vivants (animaux et végétaux). Organisme humain : des milliards de cellules Caractéristiques générales Complexité de leur structure. Eau prédominante : 60% Les cellules baignent dans (= sont entourées par) les liquides interstitiels (composition voisine de l'eau de mer). Rappel : liquides interstitiels + plasma = milieu intérieur. Echanges permanents entre

l’intérieur des cellules et les liquides interstitiels et entre les liquides interstitiels et le plasma (donc le sang)

Grandes différences de taille et de forme entre les cellules. Taille : 2 µ à 1 m (prolongement de cellule nerveuse). La forme et la structure de la cellule sont liées à sa fonction. Nombreuses formes : globuleuse, cubique, étirée, avec des prolongements. Nombreuses fonctions. Exemples : cellule endocrine : élaboration et sécrétion d’une hormone (hormone = substance qui exerce son action sur un autre tissu ou un autre organe), globule blanc : protection de l'organisme en détruisant les microbes, cellule musculaire : contraction… Organisation générale Malgré leurs différences liées à leurs spécialisations (on dit aussi différentiations), on peut leur décrire des points communs, un modèle général Trois régions principales : noyau, cytoplasme, membrane plasmique. 3.4 Noyau, en général au centre. Cytoplasme semi-liquide, gel translucide Membrane plasmique = limite externe de la cellule.

Dr BOGGIO

Les cellules et les tissus

2.1 Biologie fondamentale IFSI Dijon - Promotion COLLIERE 2014-2015

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Noyau Centre de commande = centre de régulation Le noyau contient les gènes. Matériel génétique : ADN. = code qui comprend : toutes les directives nécessaires au développement au fonctionnement du corps humain (par la synthèse des protéines, notamment des enzymes) et à la reproduction du corps humain. Une cellule sans noyau (telle que le globule rouge) est condamnée à mort à moyen terme. Forme du noyau : le plus souvent sphérique ou ovale Enveloppe nucléaire Elle délimite le noyau C’est une membrane à 2 feuillets. Fig 3.1 Par endroits, fusion des deux feuillets : pores nucléaires La membrane a une perméabilité sélective Mais le passage est plutôt facile grâce aux pores Nucléoles, c’est-à-dire « petits noyaux » Corpuscules sphériques Lieu de fabrication des ribosomes en réalité des éléments de ribosomes qui migrent dans le cytoplasme pour former les ribosomes Quand la cellule n’est pas en train de se diviser les ADN se présentent comme un enchevêtrement de fils renflés par endroits et dispersés dans le noyau = chromatine. Quand la cellule se divise, la chromatine s’épaissit comme un ressort. Les fils de chromatine deviennent des bâtonnets, appelés chromosomes. La membrane plasmique Barrière transparente, souple. Enferme le contenu de la cellule. Sépare ce contenu du liquide interstitiel et des autres cellules. Souvent appelée membrane cellulaire. Autrefois considérée comme un simple sac. En fait : rôle dans de nombreuses activités cellulaires. Composition Fig 3.2 Deux couches lipidiques (= bicouche). Les lipides sont surtout des phospholipides

dont les molécules sont opposées par leurs extrémités non polaires

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Les extrémités polaires des phospholipides sont hydrophiles, attirées vers l’eau donc vers l’extérieur de la membrane (liquide interstitiel) et l’intérieur (liquide intracellulaire). Les extrémités non polaires (hydrophobes) sont dirigées vers l’intérieur de la membrane

→ Barrière relative à la plupart des molécules hydrosolubles (solubles dans l'eau)

Dans la bicouche, flottent des protéines. Les protéines disséminées dans la bicouche ont des fonctions spécialisées. Exemples :

- Protéines agissant comme récepteurs

pour les messagers chimiques comme les hormones - Sites de liaison ancrant la cellule

aux fibres du liquide interstitiel (voir plus loin ) - Protéines traversant la membrane

et participant au transport de substances à travers la membrane.

Certaines forment des canaux protéiques (petits pores) → passage d’eau et de petites molécules D’autres sont des transporteurs : → liaison avec une substance pour lui faire traverser activement la membrane - Enfin plusieurs protéines portent,

du côté des liquides interstitiels, des glucides ramifiés : ce sont donc des glycoprotéines.

Certaines déterminent le groupe sanguin, D'autres se lient à des bactéries, des virus, des toxines, ou permettent des interactions entre cellules. Certaines membranes sont très spécialisées, Cette spécialisation est en rapport avec leur fonction. Exemple : les microvillosités des cellules intestinales qui bordent la lumière intestinale Fig 3.3 Elles augmentent la surface d’absorption (absorption : passage de substances de la lumière intestinale vers l'intérieur de la cellule intestinale puis vers le sang) Les membranes cellulaires de plusieurs cellules peuvent établir entre elles des jonctions = jonctions membranaires Différents modes de jonction Fig 3.3 Jonctions serrées joints imperméables

= fusion de membranes plasmiques de cellules contiguës Elles assurent une étanchéité parfaite,

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empêchant les molécules de passer entre deux cellules. Desmosomes

jonctions d’ancrage, unissant les cellules soumises à des tensions mécaniques, permettant à la fois solidité et souplesse :

Exemple : cellules de la peau Epaississements en forme de boutons des membranes adjacentes, reliés par des filaments de protéines Certains filaments traversent la cellule et s’ancrent à un autre desmosome de l’autre côté de la cellule Jonctions ouvertes Exemple : entre les cellules du myocarde (muscle cardiaque) Permettent le passage de substances d’une cellule à une autre Elles sont constituées de cylindres creux, constitués de protéines

qui traversent les deux membranes Cytoplasme C'est ce qui est à l’extérieur du noyau et à l’intérieur de la membrane plasmique = "Zone industrielle". Lieu d’activité de la cellule Comprend le cytosol, des inclusions et des organites, Cytosol : liquide (plus ou moins gel) translucide,

eau et substances dissoutes, dans lequel les autres éléments sont en suspension. Inclusions cytoplasmiques : éléments non fonctionnels (mais des substances chimiques présentes dans certaines cellules, à titre par exemple de réserves). 3 exemples : gouttelettes de lipides dans les cellules adipeuses (réserve de triglycérides) granules de glycogène

dans les cellules hépatiques (foie) ou les cellules musculaires

(réserve de glucose), pigments (comme la mélanine) dans les cellules de la peau Organites cytoplasmiques 3.4 Organites : petits organes = compartiments intracellulaires spécialisés Ils exercent des fonctions précises indispensables à la cellule Ils sont souvent délimités par une membrane

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analogue à la membrane plasmique → ce qui est à l’intérieur de l’organite N'a pas la même composition que le cytosol.

Mitochondries 3.4 En forme de saucisse Changent de forme continuellement La paroi est constituée de deux membranes analogues à la membrane plasmique Membrane externe, lisse, sans relief Membrane interne repliée vers l’intérieur pour former des crêtes Le catabolisme des nutriments (glucose, acides gras) commence dans le cytoplasme puis continue dans le liquide contenu dans les mitochondries et se termine sur les crêtes mitochondriales internes. C’est à ce niveau qu’intervient l’oxygène. L’énergie provenant du catabolisme est transportée sur l’ATP ou dissipée en chaleur. Mitochondries = centrales d’énergie Très nombreuses dans les cellules très actives (foie et muscles) Peu nombreuses dans les cellules relativement inactives. Ribosomes Petits granules sombres composés de protéines

et d’ARN (acides ribonucléiques) ribosomiques Siège de la synthèse des protéines Certains flottent librement dans la cellule Ils produisent des protéines qui resteront dans la cellule D’autres sont fixés

sur des membranes du réticulum endoplasmique Réticulum endoplasmique Réseau de membranes entourant des canaux et des citernes, qui se tordent et s’enroulent dans le cytosol. Sorte de système circulatoire à l'intérieur de la cellule. Ce réseau transporte des substances (protéines notamment) entre différents points de la cellule. Deux types de réticulum endoplasmique. Réticulum endoplasmique rugueux :

parsemé de ribosomes 1. Usine à fabriquer les constituants des membranes : en particulier les phospholipides membranaires. 2. De plus : (3.5) les protéines synthétisées par les ribosomes prennent dans le réticulum endoplasmique rugueux leur forme tridimensionnelle avant d’être expédiées vers d’autres régions de la cellule.

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La quantité de réticulum endoplasmique rugueux est proportionnelle à la quantité de protéines synthétisée par la cellule. Exemple : Le réticulum endoplasmique rugueux est très abondant dans les cellules du pancréas qui élaborent les enzymes déversées dans l’intestin. Réticulum endoplasmique lisse (non parsemé de ribosomes) Communique avec le réticulum endoplasmique rugueux mais ne participe pas à la synthèse des protéines (3.4) Il intervient dans le métabolisme des lipides Exemple : Il y a beaucoup de réticulum endoplasmique lisse dans les cellules du testicule qui produisent des hormones stéroïdes comme la testostérone. Il intervient aussi dans les phénomènes de détoxication Détoxiquer = rendre inoffensives les molécules exogènes, provenant de l'extérieur : médicaments, contaminants, pesticides. Appareil de Golgi Pile de sacs membraneux aplatis entourés de vésicules (3.4) (vésicule = petit sac). Il dirige le trafic des protéines dans la cellule. Il modifie et il emballe les protéines qui lui parviennent du réticulum endoplasmique rugueux (3.6) Les sacs du Golgi se remplissent de protéines. Les extrémités renflées des sacs s’étranglent → formation de vésicules qui se séparent. Ensuite trois voies Voie 1 : les vésicules fusionnent avec la membrane plasmique → le contenu est sécrété hors de la cellule. Exemples : le mucus qui lubrifie les parois du tube digestif, les enzymes libérées dans le tube digestif. Voie 2 : les vésicules fusionnent avec la membrane plasmique et leur contenu (des protéines et des phospholipides) participe à la formation de la membrane Voie 3 : certaines vésicules sont appelées lysosomes Elles contiennent des hydrolases (sur la figure 3.6, changer "enzymes digestives" en "hydrolases") enzymes puissantes qui détruisent les structures cellulaires usagées ou inutilisables et de nombreuses substances étrangères qui auraient pénétré dans la cellule Ce sont des broyeurs cellulaires Les lysosomes sont abondants dans certains globules blancs, cellules actives contre les bactéries. Les hydrolases des lysosomes sont élaborées dans les ribosomes et emballées dans le complexe golgien Peroxysomes Les peroxysomes (3.4) ressemblent aux lysosomes Ce sont des sacs membraneux qui contiennent des oxydases, puissantes enzymes qui utilisent l’oxygène

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pour neutraliser de nombreuses substances nuisibles en particulier les fameux « radicaux libres ». Les radicaux libres sont des substances chimiques très réactives qui peuvent semer le désordre dans la structure des protéines et des acides nucléiques La présence de radicaux libres est normale (ils proviennent du métabolisme), mais c’est leur accumulation qui peut être désastreuse. Les peroxysomes sont nombreux dans les cellules du foie et des reins organes actifs dans la détoxication. Cytosquelette Réseau de structures protéiniques dans le cytoplasme (fig 3.2 et 3.4) Il agit comme le squelette et la musculature de la cellule Il donne sa forme à la cellule soutient les autres organites participe aux transferts de substances participe aux mouvements Il comprend des éléments de différente taille (3.7) des microfilaments, des filaments intermédiaires, des microtubules Les filaments intermédiaires ressemblent à des cordages Ils entrent dans la composition des desmosomes = haubans internes qui s’opposent aux forces d’étirement exercées sur la cellule (3.3) Microfilaments (exemple actine et myosine) → mouvement et changement de forme de la cellule Microtubules → forme générale de la cellule, répartition des organites.

Ils jouent un rôle important dans la division cellulaire : formation du fuseau mitotique (3.15). Centrioles : 2 par cellule (3.4) situées à proximité du noyau constituées de microtubules Ils interviennent pendant la division cellulaire : Ils dirigent la formation du fuseau mitotique Cils : dans certaines cellules Extensions cellulaires semblables à des fouets Ils déplacent les substances à la surface de la cellule Ex : cellules ciliées des voies respiratoires : les cils poussent le mucus vers le haut. Un grand cil s’appelle un flagelle. Seule cellule flagellée de l’organisme : le spermatozoïde 3.8g un seul flagelle, appelé queue, qui lui permet de se déplacer.

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Diversité des cellules A partir de la structure générale étudiée précédemment. 200 types différents de cellules Différences de formes, de tailles, compositions et fonctions diverses Formes : sphériques : cellules adipeuses discoïdes : globules rouges discoïdes ramifiées : neurones cubiques : cellules des tubules des reins Exemples de relations entre forme et fonction (3.8) Fibroblaste 3.8a (blasto = germe) → production et sécrétion abondante de protéines constituant des fibres Cellule en longueur Riche en réticulum rugueux et en Golgi Globule rouge= érythrocyte = hématie 3.8a Transporte l’oxygène dans le sang. Forme discoïde et biconcave → facilite son déplacement dans les petits vaisseaux sanguins Large surface qui favorise l’entrée de l’O2 La protéine qui transporte l’oxygène, l’hémoglobine est tellement abondante dans le globule rouge que tous les organites en ont été chassées, y compris le noyau Cellule épithéliale (3.8b) Forme hexagonale Cellules très proches les unes des autres comme les cellules d’une ruche. Elles constituent ensemble un épithélium (Cf. Tissus) Abondance des desmosomes et des filaments intermédiaires → résistance à l’étirement et au frottement sans déchirure. Cellule musculaire = myocyte 3.8c Plusieurs types de cellules musculaires : Cellule musculaire squelettique, striée ou cellule musculaire lisse (= non striée). Nombreux microfilaments contractiles Contraction des cellules musculaires striées → contraction des muscles squelettiques → action des articulations → mouvement du corps. Contraction des cellules musculaires lisses → mouvements dans le tube digestif ou les voies urinaires

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Cellule adipeuse 3.8d Grande, sphérique. Une grosse inclusion cytoplasmique de triglycérides. Macrophagocyte 3.8e Muni de pseudopodes = faux pieds → déplacement dans les tissus vers les zones infectées Ingestion des microbes Il contient de nombreux lysosomes → digestion des microbes Cellule nerveuse = fibre nerveuse = neurone 3.8f Longues ramifications → recevoir et transmettre les messages Rôle déterminant de la membrane plasmique (grande surface de la membrane par rapport au volume de la cellule) Réticulum endoplasmique rugueux abondant → Synthèse des membranes Spermatozoïde 3.8g Cellule longue et profilée Faite pour nager jusqu’à l’ovule qu’elle féconde Le flagelle : fouet qui permet d’avancer

Physiologie cellulaire Tâches (fonctions) spécialisées dans la cellule Chaque partie de la cellule → une fonction précise Fonctions communes à toutes (ou presque) les cellules :

Métaboliser = cataboliser les nutriments pour en tirer de l’énergie et renouveler les structures de la cellule

Eliminer les déchets Se reproduire Réagir aux stimulus

Trois fonctions très particulières et importantes Transport membranaire Division cellulaire Synthèse des protéines

Transport membranaire Deux liquides de part et d’autre de la membrane plasmique Liquide intracellulaire à l'intérieur et liquide interstitiel à l'extérieur. Ce sont des solutions = solvant (eau) + solutés

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Liquide intracellulaire (cytosol) = solution Solvant : eau Solutés : gaz dissous, sels minéraux, molécules organiques

Liquide interstitiel (celui qui entoure les cellules) = solution = une soupe : eau + nutriments + molécules d’information et de régulation (hormones, neurotransmetteurs), sels, déchets Ce milieu est de composition à peu près constante (Cf. homéostasie) Chaque cellule doit prélever à travers sa membrane ce dont elle a besoin (et seulement ce dont elle a besoin) dans le liquide interstitiel. La membrane plasmique a une perméabilité sélective dans les deux sens : A l'entrée : elle laisse passer certaines substances, en quantités contrôlées empêche le passage des autres A la sortie : elle retient à l’intérieur ce dont elle a besoin, notamment ses protéines, laisse sortir les déchets ou ce qu'elle produit et qui doit être exporté pour être utilisé ailleurs. Il existe plusieurs mécanismes de transport à travers la membrane. Mécanisme de transport passif : sans que la cellule dépense de l’énergie Mécanisme de transport actif : nécessite une dépense d'énergie. Ce transport a besoin d’ATP. Transport passif : diffusion et filtration Diffusion Tendance des molécules à se disséminer dans l’espace disponible. Elles se déplacent dans tous les sens Mais globalement elles se déplacent davantage des zones où il y en plus (concentration plus élevée) vers les zones où il y en a moins (concentration plus faible) = suivant leur « gradient de concentration », c’est-à-dire suivant la différence entre les concentrations initiales, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de différence Exemple : fumée dans une salle ou sucre dans une tasse 3.9 La diffusion est plus rapide : si les molécules sont plus petites, si leur température plus élevée si le gradient de départ plus élevé La membrane plasmique gêne la diffusion mais la diffusion est possible à travers la membrane

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pour certaines molécules. A travers la membrane : 2 types de diffusion

Diffusion passive, simple, non assistée et diffusion assistée ou facilitée

Diffusion simple 3.10a

Elle concerne les petites molécules, non polaires, pouvant se dissoudre dans la couche lipidique de la membrane.

Exemples : oxygène, gaz carbonique, lipides, vitamines Eau : statut particulier. La diffusion de l'eau est appelée osmose. Comme l'eau est polaire elle ne peut pas traverser la membrane lipidique Mais elle passe à travers de tous petits pores. L’eau passe du côté où elle est le plus concentrée, donc du côté où il y a moins de solutés, vers le côté où elle est le moins concentrée, donc du côté où il y a le plus de solutés jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de différence. Conséquence sur les perfusions intraveineuses (page 73). Solution isotonique = dont la concentration en solutés est la même que celle des globules rouges. Solution hypertonique= dont la concentration en solutés est la supérieure à celle des globules rouges. Solution hypotonique = dont la concentration en solutés est la inférieure à celle des globules rouges. On perfuse en général des solutions isotoniques. Une solution hypotonique ajoutée dans le sang par perfusion peut entrainer un passage d'eau vers l'intérieur des globules rouges et les faire éclater : hémolyse (= "destruction" du sang) Diffusion facilitée (3.10b) Elle répond aux lois de la diffusion mais elle au lieu de se faire pas à travers la couche lipidique elle se fait à travers des canaux protéiques (notamment pour la diffusion de certains ions) ou en se servant d'un transporteur protéique servant de véhicule (par exemple pour le glucose). La diffusion se fait sans utilisation d’énergie : économie d’énergie cellulaire. Heureusement que la diffusion concerne des molécules essentielles : l’eau, l’oxygène, le glucose ! Autre phénomène passif : la filtration Mécanisme par lequel l’eau et les solutés traversent

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une ou plusieurs membranes sous l’effet de la pression du sang, lequel est mis sous pression par le cœur. Quand il existe un gradient (différence) de pression entre deux endroits d’un même tuyau, le liquide s’écoule. C'est le cas du sang dans les vaisseaux sanguins. Quand cette différence, ce gradient de pression existe de part et d’autre d’une membrane ou d’une paroi, l’eau filtre (comme à travers la paroi d’un récipient poreux ou d'un filtre à café) Deux exemples majeurs (revus ultérieurement) : sortie de l’eau hors des vaisseaux vers le liquide interstitiel formation de l’urine à partir du sang Le phénomène est peu sélectif. Ainsi, dans la formation de l’urine, tout est filtré sauf les globules (trop gros) et les protéines (trop grosses). Transports actifs Transports pour lesquels la cellule dépense de l’énergie, donc de l’ATP. Ils permettent de faire traverser la membrane à certaines substances, en principe parce que la diffusion ne le permet pas : molécules trop grosses, polarité qui ne permet pas de traverser la couche lipidique nécessité d’un déplacement contre le gradient de concentration, c’est-à-dire du côté où les molécules sont moins concentrées vers le côté où elles sont plus concentrées. Deux mécanismes : les pompes et le transport vésiculaire Les pompes Dans « pompe » on entend bien « actif » Le système ressemble à la diffusion facilitée par transporteur protéique (vue précédemment pour le glucose) Des protéines membranaires se lient de façon réversible à la substance à transporter. Mais avec utilisation d’ATP. Sont transportés ainsi : acides aminés, certains sucres, certains ions. Exemple : acides aminés, nécessaires à la formation des protéines dans la cellule, mais trop gros et non solubles dans les lipides de la membrane Les pompes sont très sélectives d’une substance donnée. Cas particulier : pompe à sodium et à potassium L’intérieur des cellules est riche en K+ et pauvre en Na+. C’est l’inverse pour le milieu intérieur (plasma et liquides interstitiels), riche en Na+ (comme l’eau de mer) et pauvre en K+. La pompe à sodium et à potassium rejette les ions Na+ vers l’extérieur et fait pénétrer les ions K+ vers l’intérieur Cette pompe est essentielle

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dans la propagation des influx nerveux dans les neurones Cf. (3.11) Transport vésiculaire (= en vrac) Nécessite de l’ATP Exocytose Vers l’extérieur (3.12) Fait sortir des hormones, du mucus, des déchets… Le produit est enfermé dans une vésicule par le Golgi. La vésicule migre vers la membrane plasmique. Elle fusionne et déverse le contenu à l’extérieur (sécrétion et excrétion) Endocytose Vers l’intérieur. 3.13 Une vésicule se forme autour de substances extracellulaires Elle se détache de la membrane, migre vers le cytoplasme. Fusion avec un lysosome. Destruction des substances par les enzymes (hydrolases) du lysosome - Si ce qui doit être entouré est gros, comme une bactérie ou des débris de cellules mortes, la cellule émet des pseudopodes. Il s’agit alors d’une phagocytose 3.13b (phago, manger) Globules blancs ou autres cellules spécialisés dans la phagocytose des bactéries, de substances étrangères nocives, ou de cellules mortes. Mécanisme de défense - Pinocytose (beaucoup plus fréquente, concerne la plupart des cellules) = endocytose des liquides (pino, boire) 3.13a Un repli de la membrane, forme un puits de plus en plus profond, qui entoure du liquide interstitiel contenant des substances à faire rentrer dans la cellule. Mécanisme très importante pour les cellules spécialisées dans l’absorption (paroi de l’intestin grêle, tubules rénaux) - Endocytose par récepteurs interposés 3.13c Mécanisme principal pour certaines molécules bien précises (hormones, enzymes, fer, mais aussi virus). Des récepteurs protéiques de membrane se lient spécifiquement à ces molécules cibles. Des vésicules internalisent (= faire passer à l’intérieur) récepteurs et molécules cibles.

La division cellulaire

On appelle « cycle cellulaire » la série de transformations subie par une cellule entre l’instant de sa formation et l’instant où elle se divise, c’es-à-dire où elle donne deux autres cellules. Deux périodes : interphase : période la plus longue,

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la cellule croît et accomplit ses activités métaboliques. C’est la phase métabolique

division cellulaire : reproduction de la cellule Préparation à la division cellulaire : réplication de l’ADN Il est essentiel que toutes les cellules contiennent le même matériel génétique, Ce matériel permet de diriger le fonctionnement de la cellule. Donc les molécules d’ADN doivent se dédoubler pour pouvoir se répartir dans chaque cellule fille Ce phénomène a lieu à la fin de l’interphase. Rappel : ADN = enchainement de nucléotides Chaque nucléotide = désoxyribose + phosphate + base azotée Double hélice = escalier en colimaçon Montants : alternance de phosphates et de désoxyribose Barreaux : paires de bases azotées appariées thymine-adénine ou cytosine-guanine Au moment de la réplication, la double hélice se déroule et se sépare petit à petit en 2 brins de nucléotides. Chaque brin devient une matrice, un modèle pour l’élaboration de la chaîne complémentaire. En raison de l’appariement des bases, l’ordre des nucléotides de la matrice détermine l’ordre des nucléotides dans le brin complémentaire. → à la fin, deux doubles hélices identiques entre elles et identiques à celle d’origine. Dans chacune, un vieux brin et un brin neuf Le phénomène se déroule simultanément pour toutes les molécules d’ADN du noyau. Déroulement de la division cellulaire Le plus souvent : deux événements successifs Mitose = division du noyau Et la division du cytoplasme Mitose = division du noyau Formation de deux noyaux-fils contenant exactement les mêmes molécules d’ADN donc les mêmes gènes que le noyau-père. Puisque la réplication précède la mitose : pendant un moment le noyau comporte une double quantité d’ADN. Une moitié identique de cette double quantité va se retrouver dans chaque noyau-fils. 3.15 Au début : condensation de la chromatine

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(aspect sous lequel se présentent les doubles molécules d’ADN) pendant l'interphase pour former des chromosomes : molécules d’ADN ratatinées. Chaque chromosome est constitué de deux chromatides-soeurs identiques, chacune correspondant à l’une des deux doubles hélices d’ADN issues de la réplication. Les chromatides restent reliées à un endroit : le centromère Les centrioles se séparent et se dirigent vers les extrémités opposées de la cellule. en tissant entre eux un réseau de microtubules : le fuseau mitotique, → échafaudage sur lequel les chromosomes se fixent et se déplacent pendant les phases ultérieures. Puis disparition de la membrane nucléaire. Les chromosomes se fixent par leur centromère sur le fuseau mitotique. Regroupement et alignement des chromosomes à l'équateur du fuseau Les chromatides-soeurs se séparent et s’appellent désormais chromosomes Ils se déplacent vers les pôles opposés de la cellule. Ils semblent tirés par leurs centromères Déroulement des chromosomes qui redeviennent des filaments de chromatine Disparition du fuseau mitotique Formation d’une enveloppe nucléaire autour de chaque masse de chromatine 2 noyaux-fils Durée de la mitose : environ 2 heures Division du cytoplasme Apparition d’un anneau de microfilaments sillon de clivage qui se creuse jusqu’au partage du cytoplasme en deux. Chaque cellule-fille contient moins de cytoplasme que la cellule-mère. La cellule-fille croît et son activité augmente jusqu’à ce qu’elle se divise à son tour. Habituellement : mitose et division du cytoplasme sont liées. Exceptions : cellules multinucléées contenant plusieurs noyaux (cellules musculaires squelettiques) Finalement : Division cellulaire → 3 intérêts : nouvelles cellules pendant la croissance, renouvellement des tissus,

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réparation des tissus. Synthèse des protéines Les ADN fournissent les directives pour la synthèse des protéines Traditionnellement, on appelle gène un segment d’une chaîne d’ADN qui porte les directives pour l’élaboration d’une protéine ou d’un polypeptide. Rappels : les protéines sont constituées d’acides aminés ; les protéines sont primordiales dans la vie de la cellule. Les protéines fibreuses ou structurales sont les principaux composantes des cellules. Les protéines globulaires ou fonctionnelles sont souvent des enzymes. Elles catalysent les réactions chimiques. Pour chaque réaction chimique (ou à peu près) une enzyme spécifique est nécessaire. C’est l’ADN qui détermine la structure des enzymes, donc qui détermine les réactions dans la cellule. Comment ? L’information est codée dans un gène segment d'un ADN C'est l'enchainement des bases (qui forment les barreaux de la double hélice) qui constitue le code. Chaque séquence de 3 bases est appelée triplet Elle code pour un acide aminé précis. (3.16) Exemple : AAA code pour l’acide aminé appelé phénylalanine CCT pour la glycine ou glycocolle AAACCT code donc pour une phénylalanine à laquelle s’attache une glycine Chaque gène, enchaînement de bases, constitués de 300 à 3000 bases successives, code donc pour une protéine, en particulier une enzyme. Le problème : L’ADN qui porte le code est dans le noyau et ne le quitte pas. Les ribosomes où ont lieu l’assemblage des acides aminés en protéines sont dans le cytoplasme. Un décodeur messager est donc nécessaire : rôle de l’ARN messager Rappel : ARN : une seule chaîne, ribose, U au lieu de T ARN messager = ARN m Ressemble à un brin d’ADN Il transporte l’information codée, les directives,

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du noyau au cytoplasme La transmission des informations est assurée par la transcription = Transcription : fabrication d’ARN messager complémentaire à partir d’un brin d’ADN. La même information est désormais portée par l’ARN m. Comment ? Triplet, séquence de bases de l’ADN codant pour un acide aminé. Codon, séquence de bases de l’ARNm codant pour le même acide aminé. La forme est différente (les séquences de bases ne sont pas les mêmes) mais l’information est la même. Le triplet CCT de l'ADN code pour la glycine ou glycocolle Le codon GGA (codon complémentaire au triplet CCT, formé par transciption) de l'ARNm code pour la glycine ou glycocolle. AAA de l’ADN code pour la phénylalanine. UUU (puisque U remplace T) de l’ARN m code pour la phénylalanine. Etape suivante : traduction = assemblage des protéines Selon l’information portée par l’ARN Le langage de l’ARN, succession de codons, est traduit en succession d’acides aminés. La traduction est réalisée dans le cytoplasme (au niveau des ribosomes). Elle fait intervenir l’ARN m Mais aussi deux autres types d’ARN.

1) ARN de transfert, petits ARN, ressemblant à des feuilles de trèfle : apportent les acides aminés aux ribosomes.

Les ARN de transfert diffèrent selon l’acide aminé. Chaque ARN de transfert a une tête qui comporte un anticodon, c’est-à-dire 3 bases complémentaires au codon (donc identiques à un triplet) et une queue qui fixe l’acide aminé 2) ARN ribosomique : entre dans la constitution des ribosomes)

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L’ARN m s’attache au ribosome. Les codons sont lus les uns après les autres et un anticodon d’un ARN t vient se placer en regard de chaque codon. L’acide aminé a apporté par l’ARN t se lie à l’acide aminé apporté par le précédent L’ARN t se détache, rendu disponible pour se lier à un autre acide aminé de même type. Le codon suivant est lu… La protéine est libérée après la lecture du dernier codon

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Les tissus Les cellules ont des fonctions communes et des spécialisations. Un ensemble de cellules qui ont une structure semblable et qui remplissent la même fonction = tissu Deux tissus très spécialisés Tissu musculaire Tissu nerveux Les autres peuvent être regroupés en 2 catégories : Tissus épithéliaux Tissus conjonctifs

TISSU EPITHELIAL = EPITHELIUM Cellules disposées les unes à côté des autres Reposant sur une membrane basale, laquelle est une couche de glycoprotéines. En dessous de la membrane basale se trouve un tissu conjonctif (Cf plus loin). La partie des cellules qui repose sur la membrane basale est appelée la base des cellules. Le côté opposé est l'apex (apex = sommet), libre, Il est tourné vers l’extérieur de l’organisme ou vers l’intérieur d’une cavité ou d'un conduit. Les cellules peuvent être (3.17b)

En forme d'écaille : épithélium squameux En forme de cube : épithélium cuboïde En forma de prisme : épithélium prismatique

Elles peuvent être disposées (3.17a)

en une seule couche : épithélium simple en plusieurs couches : épithélium stratifié

Pas de vaisseaux sanguins. Un épithélium est dit avasculaire. Nutriments et oxygène parviennent aux cellules de l’épithélium par diffusion à partir des capillaires du tissu conjonctif situé en-dessous. Certains épithéliums sont dits épithéliums de revêtement. Ils recouvrent une surface,

surface tournée vers l’extérieur (la peau) ou surface qui tapisse une cavité ou un conduit

Les cellules très ajustées les unes aux autres et formant des feuillets continus Nombreux points d’attache entre les cellules :

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desmosomes et jonctions serrées 3.3 Ils ont une fonction de protection (exemple : peau, contre les microbes et les agents chimiques ; voies respiratoires), ou d'absorption (exemple : intestin grêle), ou de filtration (exemple : reins) D'autres épithéliums sont dits épithéliums glandulaires. Ils forment les glandes = ensemble de cellules qui élaborent et sécrètent une substance, appelée sécrétion. « Sécrétion » désigne tantôt le phénomène,

tantôt le produit fini sueur, mucus, enzymes du tube digestif

Les glandes peuvent un ensemble de cellules dans un organe (glandes de la paroi de l'estomac par exemple), ou tout un organe. N.B. Dans un épithélium de revêtement, il peut y avoir des cellules glandulaires isolées : exemple de l'épithélium gastrique (celui de l'estomac) Exemples d'épithéliums 3.18 a Paroi des alvéoles pulmonaires : C'est un épithélium simple squameux Une seule couche de cellules minces sur une basale

Comme un dallage Il permet les échanges rapides par diffusion : échange d’O2 et de CO2 entre l'air et le sang Autre exemple voisin : paroi des capillaires (cet épithélium est dit endothélium !) : échange de nutriments, d’O2 et de CO2

entre le sang et les liquides interstitiels

3.18c Paroi du tube digestif (par exemple l'estomac) C'est un épithélium simple prismatique Une seule couche de cellules hautes sur une basale Il a une fonction de protection une fonction d'absorption (des nutriments) une fonction glandulaire :

certaines cellules sécrètent un mucus lubrifiant d'autres des enzymes digestives. 3.18e L'épiderme, partie superficielle de la peau. C'est un épithélium stratifié squameux :

plusieurs couches de cellules. Fonction de protection +++

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On retrouve ce type d'épithélium dans tous les endroits exposés au frottement (peau, bouche, œsophage)

Retour sur les glandes : Glandes exocrines (sécrétion externe) Exemple : glandes sudoripares, salivaires

Les cellules glandulaires déversent leur sécrétion dans des conduits, des canaux qui conduisent la sécrétion à la surface de l’épiderme ou dans une conduit débouchant à l'extérieur.

Glandes endocrines (sécrétion interne) Exemple : thyroïde, glandes surrénales Pas de canaux : les cellules glandulaires libèrent leur sécrétion (hormones) directement dans le sang. N.B. dans un même organe (exemple : pancréas) il peut y avoir des glandes endocrines et des glandes exocrines

TISSUS CONJONCTIFS Conjonctif : « Joindre ensemble » Fonctions des tissus : protection, soutien, réunion Caractéristiques : Vascularisation très variable souvent bien vascularisés. exceptions : tendons et ligaments et surtout : cartilage avasculaire.

Donc cicatrisation plus difficile Tissu conjonctif = cellules + matrice extracellulaire. Matrice extracellulaire : matière située à l’extérieur des cellules élaborée par les cellules du tissu conjonctif et sécrétée hors des cellules, Matrice = substance fondamentale + fibres

Substance fondamentale : eau + protéines d’adhérence + polysaccharides

protéines d’adhérence : rôle de colle fixant les cellules et les fibres (voir ci-dessous)

polysaccharides : forment des mailles qui emprisonnent l’eau. Leur abondance détermine la consistance de la matrice : liquide, gélatineuse, voire dure. Fibres, formées de protéines Fibres de collagène : résistantes à la traction Fibres élastiques : reprennent leur forme après étirement

Fibres de réticuline : forment la charpente de certains organes mous comme la rate. Selon la matrice, le tissu conjonctif peut

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- fournir une gaine moelleuse autour des organes - supporter des frottements - résister à des tensions importantes Exemples extrêmes. Tissu adipeux : matrice très molle Tissu osseux et cartilage : matrice très dure Les types de tissu conjonctif Tissu osseux → os

Cellules = ostéocytes, entourés de couches de matrice très dure (3.19a) (5.3) qui contient

des sels de calcium beaucoup de fibres de collagène Donc ce tissu est apte à protéger (crâne) et à soutenir (os des membres inférieurs) Tissus cartilagineux 3.19b

Un peu moins durs et un peu plus flexibles que le tissu osseux

Cartilage hyalin (« de verre ») Recouvre l’extrémité des os dans les articulations Constitue le squelette du fœtus,

progressivement remplacé par de l’os. Constitue les structures du larynx

Cartilage fibreux 3.19c Davantage de fibres. Très compressible Constitue les disques intervertébraux (entre les vertèbres)

Cartilage élastique Nez et pavillon de l’oreille

Tissu conjonctif dense 3.19d

Prédominance des fibres de collagène dans la matrice Cellules allongées : fibroblastes :

ils élaborent les fibres de collagène Ce tissu constitue :

les tendons : ils relient les muscles squelettiques aux os

les ligaments : ils relient les os dans les articulations les couches profondes de la peau : le derme

Tissu conjonctif lâche

3.19e Plus mou. Plus de cellules et moins de fibres Spongieux (beaucoup d'eau dans le liquide interstitiel), souple, Il a un rôle de protection, d’emballage et de colle : il relie les organes entre eux et assure leur maintien.

N.B. Un épithélium qui recouvre une cavité ouverte vers l’extérieur repose sur une membrane basale sous laquelle se trouve un tissu conjonctif lâche.

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L’ensemble de l’épithélium et du tissu conjonctif situé au-dessous constitue une muqueuse Un tissu conjonctif lâche peut se gorger d’eau : œdème. Tissu adipeux = graisse 3.19f = tissu conjonctif lâche rempli

de cellules adipeuses ou adipocytes [Rappel : adipocyte = cellule occupée par une inclusion cytoplasmique de triglycérides, repoussant le noyau sur le côté.] Il est abondant sous la peau : rôle d’isolant Protection des organes (exemple : rein) Constituant majeur des seins Réserve d’énergie Sang 3.19h Analogue à un tissu conjonctif : des cellules (globules) dans une matrice, laquelle est liquide (plasma). Mais le sang mérite d’être étudié à part.

TISSU MUSCULAIRE

Tissu qui a la propriété de se contracter, de se raccourcir Les cellules musculaires sont les myocytes. Trois types de tissus musculaires 3.20 Tissu musculaire squelettique 3.20a Constitutif des muscles squelettiques, organes attachés au squelette, qui répondent à des commandes volontaires (conscientes)

du système nerveux central → mouvements et expressions Les myocytes du tissu musculaire squelettique

sont longs, ce qui facilite la contraction, Ces myocytes sont souvent appelés fibres musculaires (ambiguïté du mot fibre)

Ils sont multinucléés (plusieurs noyaux par cellule) Ils ont un aspect strié

→ Les muscles squelettiques sont appelés muscles striés Tissu musculaire cardiaque 3.20b Spécialisé, appelé myocarde. Constitue une pompe propulsant le sang dans les vaisseaux Cellules striées, mais plus courtes. Un seul noyau par cellule. Cellules imbriquées les unes aux autres par des jonctions ouvertes qui laissent librement passer les ions → transmission rapide de l'influx électrique. Tissu musculaire lisse 3.20c Il ne porte pas de stries visibles

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Les myocytes sont fusiformes. Un noyau par cellule Les contractions sont plus lentes Le cellules du tissu musculaire lisse se trouvent

dans la paroi des organes creux : tube digestif, voies urinaires, utérus, vaisseaux sanguins. Les contractions et

relaxations des cellules musculaires lisses → constrictions et dilatations des organes creux Elles permettent le mouvement de péristaltisme : séquence de constriction-dilatation permettant l'avancée de ce qui est contenu dans l'organe creux.

TISSU NERVEUX 3.21 2 types de cellules : neurones et gliocytes Neurones : Structure très particulière Longs prolongements Reçoivent et transmettent des influx électrochimiques Propriétés : excitabilité et conductivité QS Gliocytes (glio = glu = colel) Isolent, protègent, soutiennent les neurones QS

REPARATION DES TISSUS Réparation des tissus lésés : Deux formes :

régénération (remplacement du tissu lésé par du tissu neuf) et cicatrisation (remplacement par du tissu conjonctif dense, appelé tissu

cicatriciel = fibrose). Cicatrisation : Lésion d’un tissu (exemple coupure de la peau) → conséquences 1) les capillaires (petits vaisseaux) sanguins laissent sortir des facteurs de coagulation → caillot obturant la plaie et isolant celle-ci de l’environnement pour empêcher les microbes et les substances nocives de l’environnement de pénétrer dans la brèche. La partie du caillot exposée à l’air sèche : croûte 2) formation d’un tissu de granulation tissu transitoire, avec des capillaires nouveaux croissant à partir des capillaires intacts vers la région atteinte. Ils sont fragiles, d’où un saignement facile si on enlève la croûte Ce tissu contient des macrophagocytes qui digèrent le caillot et des fibroblastes qui fabriquent des fibres de collagène, comblant la brèche dans le tissu lésé.

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3) L’épithélium de surface se régénère et s’insère entre le tissu de granulation et la croûte. Résultat : un épithélium normal sur un tissu cicatriciel. Cicatrice invisible ou visible selon la gravité. La régénération est plus ou moins bonne selon les tissus. Les épithéliums régénèrent bien comme les tissus osseux et conjonctifs. Le tissu musculaire squelettique régénère mal, le tissu musculaire cardiaque et le tissu nerveux pratiquement pas. Ils sont remplacés par du tissu cicatriciel. Développement et vieillissement des tissus Au départ de l'individu une cellule unique qui se divise puis les cellules et les tissus se spécialisent (= se différencient) précocement Croissance importante des tissus pendant la vie fœtale et pendant l’enfance par production de nouvelles cellules par division. A l’exception des neurones (cellules nerveuses) qui ne se divisent pas. Après la puberté : les divisions cellulaires continuent pour remplacer les tissus qui s’usent, notamment par frottement : peau, tube digestif. Les cellules du muscle cardiaque et du tissu nerveux ne se divisent plus. Elles deviennent amitotiques. Le vieillissement des tissus commence à la fin de la croissance. Cela est net pour la peau (on la voit !). Les épithéliums s’amincissent, la peau devient moins élastique. La production des glandes exocrine diminue : moins de sébum, de mucus, de sueur. Certaines sécrétions endocrines diminuent. Le métabolisme et la reproduction diminuent. Les tissus conjonctifs vieillissent aussi : fragilité osseuse, amincissement des muscles. 02