Chapitre 2 : La cellule I) Exploration de la cellule A) Les instruments pour l’étude des cellules 1) La microscopie 2) L’isolement des organites par fractionnement

cellulaire B) La compartimentation des fonctions cellulaires 1) Comparaison des cellules eucaryotes et

procaryotes 2) Vue d’ensemble de la cellule eucaryote C) L’information génétique 1) Le noyau 2) Les ribosomes D) Le réseau intracellulaire de membranes 1) Le réticulum endoplasmique 2) L’appareil de Golgi 3) Les lysosomes E) La conversion de l’énergie 1) Les mitochondries 2) Les peroxysomes F) L’organisation par le cytosquelette 1) Les rôles du cytosquelette 2) Les constituants du cytosquelette

II) La communication cellulaire A) La membrane plasmique 1) La structure et la composition de la

membrane 2) Le transport à travers la membrane B) La matrice extracellulaire C) jonctions intercellulaires D) La communication cellulaire 1) La réception 2) La transduction 3) La réponse III) Le cycle cellulaire A) Deux cellules filles génétiquement identiques 1) L’organisation cellulaire du matériel

génétique 2) La distribution des chromosomes durant la

division cellulaire B) Les phases du cycle cellulaire C) La régulation du cycle cellulaire

La plupart des documents proviennent de « Biologie » , de Neil Campbell et Jane Reece, Pearson Education 7ème édition 1

La microscopie

Microscope photonique : un condensateur de verre concentre la lumière sur l’échantillon, puis un objectif et un oculaire grossissent l’image (max x1000) et la projettent dans l’œil ou sur une pellicule Techniques de coloration

~1660

200nm

ovules

2

Les instruments pour l’étude des cellules

La microscopie

Microscope électronique : un condensateur (électroaimant) concentre un faisceau d’électrons sur l’échantillon, puis les lentilles de l’objectif et de projection grossissent l’image (x 100000) et la projettent sur un écran fluorescent ou une pellicule. Sur cellules vivantes

~1950

200nm

0,2nm

ovules

3

4

La microscopie

MEB : examen détaillé de la surface d’un échantillon (3D) MET : étude de l’ultrastructure cellulaire interne

Microscopie à fond clair

Microscopie à fond clair, échantillon

coloré

Microscopie en contraste

de phase

Microscopie en contraste

interférentiel

Cellule épithéliale de joue humaine

Microscopie à fluorescence

Cellules vivantes

Cellule de la paroi d’une artère

Microscopie confocale

Microscopie à fluorescence

Tissu nerveux

MEB

MET

Cellule de trachée de lapin

L’isolement des organites par fractionnement cellulaire

Isoler les constituants de la cellules selon leur taille et leur masse volumique Les culots sont riches en certains organites Les cytologistes ont pu associer des fonctions cellulaires aux organites

5

Comparaison des cellules procaryotes et eucaryotes

6

La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle fondamentale de la vie Délimitée par une membrane plasmique Contient le cytosol Cytosol+organites=cytoplasme

La compartimentation des fonctions cellulaires

Cellule animale Cellule végétale

Vue d’ensemble de la cellule eucaryote

Appareil de Golgi 7

Pas de centrioles ni lysosomes

Limité par une enveloppe nucléaire (double membrane)

Le nucléoplasme contient le matériel génétique en suspension (sous forme de chromatine)

Les nucléoles sont des zones nucléaires spécialisées dans la synthèse des ARNr

Les pores nucléaires permettent le passage de l’information génétique pour être traduite dans le cytoplasme

Le noyau

8

L’information génétique

Le réseau chromatinien est composé d’un enchevêtrement de filaments, la forme la plus décondensée

Elle se présente sous l’aspect d’un collier de perles. Le fil étant l’ADN et les perles les histones

Différents niveaux d’organisation permettent une condensation importante de la chromatine qui apparaît alors sous l’aspect d’un chromosome

Le noyau

9

Lors de la division cellulaire, la chromatine se condense est apparaît sous forme de chromosomes On en distingue alors 22 paires homologues et deux chromosomes sexuels que l’on peut trier dans un caryotype On dit que les cellules somatiques sont diploïdes (2n chromosomes) contrairement aux gamètes qui sont haploïdes (1n)

Le noyau

10

Réseau à l’intérieur du cytoplasme

Contient des sacs aplatis (citernes) portant ou non des ribosomes à la surface (granuleux ou lisse)

Les ribosomes, constitués de protéines et d’ARNr, permettent la synthèse des protéines. Ils peuvent être liés aux membranes ou libres mais regroupés alors en polysomes

REG : connecté à l’enveloppe nucléaire, synthèse des protéines sécrétées ou associées aux membranes

REL : synthèse et dégradation des lipides, détoxication…

Le réticulum endoplasmique (RE)

11

Le réseau intracellulaire de membranes

Empilement de saccules membranaires aplatis appelés dictyosomes

La face cis est en relation avec le RE par les vésicules de transition et la face trans donne naissance à des vésicules de sécrétion qui s’acheminent vers d’autres sites

Les protéines sont stockées, transformées, triées et expédiées (exocytose, renouvellement membranaire ou migration vers lysosomes et péroxysomes) 12

L’appareil de Golgi

Sacs remplis de nombreuses enzymes qui digèrent les macromolécules

Ils sont impliqués dans les processus de phagocytose et d’autophagie

On trouve une vésicule lysosomale dans la tête du spermatozoïde. Les enzymes contenues permettent l’entrée dans l’ovule

13

Les lysosomes

Les mitochondries permettent de convertir l’énergie grâce à la respiration cellulaire aérobie (processus métabolique, qui à l’aide du O2, produit de l’ATP en extrayant l’énergie des glucides)

ADN circulaire donc organite semi-autonome (croissance et reproduction indépendantes)

Double membrane (externe lisse et interne repliée en crêtes) délimitent l’espace intermembranaire de la matrice mitochondriale

L’énergie est stockée dans les liaisons phosphates et est libérée lors de l’hydrolyse de l’ATP en ADP, puis utilisée pour les réactions diverses de l’organisme

14

Les mitochondries

P P P P Adénosine

ATP

i + P P Adénosine

ADP

+ Énergie

La conversion de l’énergie

Le cytosquelette est un réseau de fibres qui parcourt le cytoplasme

Le cytosquelette donne la forme des cellules, permet le mouvement des organites dans la cellule, le déplacement de la cellule, le déplacement des chromosome pendant la division cellulaire…

Les microtubules soutiennent la cellule, maintiennent sa forme, guident les mouvements des organites et participent à la séparation des chromosomes lors de la division cellulaire (centrosome)

Ce sont des cylindres creux constitués de tubuline

On les retrouve dans les cils et les flagelles

Ex. : expulsion du mucus dans les poumons, propulsion de l’ovule des trompes vers l’utérus, mouvement des gamètes mâles…

Les rôles du cytosquelette

15

Les constituants du cytosquelette Micrographie de fibroblaste

Flagelle d’un spermatozoïde humain

L’organisation par le cytosquelette

Les filaments intermédiaires concourent à maintenir la forme cellulaire et à ancrer les organites

Les microfilaments sont des fins cylindres composés d’actine

Ils jouent un rôle dans le maintient de la forme cellulaire, la contraction musculaire (myosine), le déplacement des cellules, la structure des microvillosités…

Les constituants du cytosquelette

16

Microvillosités d’une cellule intestinale

Microvillosité

Membrane plasmique

Microfilaments d’actine

Filaments intermédiaires

Membrane plasmique : enveloppe extérieure de la cellule qui tient lieu de barrière sélective et qui joue un rôle dans la composition chimique de la cellule

La membrane est organisée en une bicouche faite de phosphoglycérolipides. On trouve également d’autres lipides comme le cholestérol, des protéines et des glucides sous forme de glycolipides et glycoprotéines

La structure et la composition de la membrane

La membrane est asymétrique, fluide et contient des protéines spécifiques (transports, enzymes, récepteurs…)

17

La membrane plasmique La communication cellulaire

18

Le transport à travers la membrane

Les substances hydrophobes traversent rapidement la bicouche lipidique (lipides, hydrocarbures, acides gras, vitamines, CO2 et O2) Perméabilité sélective de la membrane aux ions et petites molécules chargées (a-a) à travers des protéines de transport

Les macromolécules traversent la membrane plasmique par exocytose ou endocytose

19

La matrice extracellulaire

La matrice extracellulaire est sécrétée par la cellule et contribue au soutien, à l’adhésion, au mouvement et à la régulation

Les cellules adjacentes dans un tissu adhèrent les unes aux autres, interagissent et communiquent par des zones de contact Jonctions serrées : accolements de la membrane plasmique de cellules contiguës pour une cohésion et une étanchéité des cellules Desmosomes : sortes de « boutons de pression » permettant l’adhérence des cellules entre elles Jonctions ouvertes ou à trous : sortes de « rivets » munis d’un canal central permettant le passage de petites molécules et assurant une communication entre les cellules

20

Les jonctions intercellulaires

21

La communication cellulaire

Les cellules voisines communiquent par contact direct ou en sécrétant des régulateurs locaux (Ex. : facteurs de croissance, neurotransmetteurs) La communication à distance est établie par des stimuli chimiques ou électriques Ex. : (hormones, message nerveux)

22

La communication cellulaire

Un ligand se fixe sur son récepteur spécifique induisant un changement de conformation qui amorce la transduction du signal

Le récepteur peut être intracellulaire ou intermembranaire La transduction est réalisée par une cascade intracellulaire d’interactions protéiques La réponse ainsi amplifiée est spécifique : réarrangement du cytosquelette, activation d’enzyme, régulation de gènes…

23

Deux cellules filles génétiquement identiques La division cellulaire permet la croissance du zygote et la réparation des tissus

Les chromosomes se composent de chromatine, complexe d’ADN et de protéines qui se condensent pendant une phase du cycle cellulaire : la mitose

En préparation à la division cellulaire, les chromosomes se répliquent (ou se dupliquent, cf. génétique) et forment ainsi deux chromatides sœurs identiques. Les chromatides se séparent au niveau du centromère pendant la mitose, un jeu pour chaque cellule fille formée par cytocinèse

Les gamètes, cellules reproductrices, ne possèdent qu’un jeu de chromosomes (1n=23, lors de la méïose, les deux cellules filles n’ont pas le même génome, cf. génétique), les cellules somatiques deux (2n=46)

Le cycle cellulaire

Les phases du cycle cellulaire

24

La phase mitotique alterne avec l’interphase, période de croissance G1 : phase de croissance S : réplication des chromosomes et croissance cellulaire G2 : croissance Mitose : division du noyau de la cellule mère et répartition des chromosomes entre les noyaux fils Cytocinèse : division du cytoplasme

Prophase

Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase et cytocinèse

G2

25

Les phases du cycle

Centrosome : centre d’organisation des microtubules Fuseau de division : ensemble de microtubules en faisceaux à partir du centrosome

26

Les phases du cycle

Kinétochore : structure protéique associée au centromère Plaque équatoriale : plan imaginaire sur lequel s’aligne les centromères

Microtubules Chromosomes

Fuseau de division pendant la métaphase

Les phases du cycle

27

Cytocinèse : apparition d’un sillon de division permettant la segmentation du cytoplasme

La régulation du cycle cellulaire

28

3 points de contrôle à la fin des phases G1, G2 et M

Le point de contrôle G1 permet la vérification de toutes anomalies dans la cellule qui peut alors être dirigée vers le processus d’apoptose

Après ce contrôle, la majorité des cellules entrent dans une phase de repos appelée G0

Un stimulus externe (facteur de croissance) va entraîner la reprise du cycle et l’entrée en phase S

Les cellules tumorales n’obéissent plus aux mécanismes de régulation et se divisent de manière excessive et anarchique

Les tumeurs peuvent être bénignes ou malignes pouvant aller jusqu’à des métastases (propagation)