Biologie cellulaire et moléculaire - Chapitre 1

Biologie cellulaire et moléculaire

• L'étude porte sur la biologie cellulaire et moléculaire, un sujet couvrant les différents niveaux d'organisation chez les êtres vivants : systèmes, organes, tissus, cellules et molécules.
• Des unités d'apprentissage (UE) dédiées aux systèmes et organes (UE 2.5) et aux tissus, cellules et molécules (UE 2.4) sont incluses dans le programme.
• Le chapitre 1 se concentre sur les biomolécules, les cellules et les tissus.
• La biochimie étudie les molécules du vivant.
• La cytologie étudie les cellules.
• L'histologie étudie les tissus.

I - Les Molécules

• Une molécule se forme par la combinaison de deux ou plusieurs atomes liés par des liaisons chimiques comme la liaison covalente ou ionique.
• Un atome est composé d'un noyau contenant des protons et des neutrons, et d'électrons qui gravitent autour du noyau.
• Le nombre de protons est égal au nombre d'électrons pour un atome électriquement neutre.
• Les électrons sont distribués sur des couches électroniques à différents niveaux d'énergie.
• Les isotopes sont des variantes d'un même atome avec le même nombre de protons et d'électrons, mais avec un nombre différent de neutrons.

Le saviez-vous ?

• Les atomes sont principalement constitués de vide (99,97% de la masse atomique est concentrée dans le noyau).
• La taille d'un atome est extrêmement petite, et considérablement plus petite que les objets de la vie quotidienne ou la planète.

Doc 1.1 : Tableau périodique des éléments

• Il présente les 92 éléments naturels et 24 composants présents chez l'humain.
• Chaque élément est caractérisé par son nom, son symbole chimique, et sa masse atomique.

Les liaisons entre atomes pour former un composé.

• Les liaisons covalentes reposent sur la mise en commun d'électrons célibataires.
• Les liaisons ioniques reposent sur le transfert d'électrons.
• Les liaisons hydrogène se produisent entre les hydrogènes d'une molécule et un atome d'oxygène ou d'azote des molécules adjacentes.
• Les interactions de Van der Waals résultent d'interactions électrostatiques entre les nuages électroniques.

2) Composition élémentaire des êtres vivants

• L'oxygène, le carbone, l'hydrogène et l'azote constituent la majeure partie de la matière vivante (97,8 %)
• D'autres éléments comme le phosphore et le soufre sont aussi essentiels pour les êtres vivants, ainsi que d'autres éléments à faibles quantités comme le sodium, le potassium et le calcium.
• Les 6 éléments non ionisés C, O, H, N, S, P constituent 97.8 % de la masse.
• Les 5 éléments ionisés majeurs (Na+, K+, Mg2+, Cl-, Ca2+ ) représentent 2 % de la masse.
• Les oligoéléments complètent la liste des éléments présents dans les êtres vivants.

3) Les constituants de la matière vivante

• Les constituants inorganiques comprennent l'eau et les différents ions minéraux.
• Les différents constituants organiques sont les biomolécules contenant du carbone et de l'hydrogène.

4) Les constituants inorganiques ou minéraux (sans C sauf CO₂)

• L'eau est le principal constituant inorganique, représentant environ 60 % du poids du corps humain.
• La répartition de l'eau dans l'organisme est de 2/3 intracellulaire, et 1/3 extracellulaire, répartie entre plasma sanguin et liquide interstitiel.
• L'eau joue un rôle primordial de solvant universel, réactif et dans la thermorégulation. Les sels minéraux existent sous forme cristaline ou ionisée et ont plusieurs fonctions, notamment maintenaient de la pression osmotique et dans le transfert d'influx nerveux. De nombreux ions minéraux tels que Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl- participent aux réactions biochimiques dans le corps.

4.2 - Les sels minéraux

• Les sels minéraux représentent environ 4 % du poids corporel.
• Ils existent sous différentes formes, incluant les cristaux et les formes ionisées (chargées), présentes dans différents compartiments de l'organisme et aux concentrations différentes.
• Ils interviennent dans les réactions biochimiques, régulent la pression osmotique, et jouent un rôle dans la conduction nerveuse et la contraction musculaire.

4.3 Les oligo-éléments

• Les oligo-éléments sont des éléments essentiels présents en très faibles quantités, mais cruciales pour le bon fonctionnement de l'organisme.
• Ils jouent divers rôles dans les enzymes et participent à plusieurs processus biologiques clés tel que le transport d'oxygène, la composition des hormones ou la synthèse de protéines comme le glutathion peroxydase.

5) Les constituants organiques (contiennent C, H et O)

• Les principales catégories sont les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Ces composants sont présents dans toutes les cellules vivantes.

5.1 - Les Glucides (sucres)

• Les glucides sont la principale source d'énergie des cellules.
• Ils incluent les oses (sucres simples comme le glucose), les holo-sucres (deux oses liés comme le saccharose) et les poly-sucres (nombreux oses liés comme l'amidon et le glycogène), qui constituent des réserves d'énergie.

5.2 - Les Lipides (ou graisses)

• Les lipides, comme les acides gras, les triglycérides, les phospholipides, et les stéroïdes (cholestérol, vitamines liposolubles) jouent des rôles variés, notamment comme source d'énergie, constituants membranaires, et précurseurs d'hormones.
• Les acides gras sont saturés (sans liaisons doubles) ou insaturés (avec des liaisons doubles). Des exemples d'acides gras incluent acide palmitique, stéarique, oléique, linoléique, arachidonique, linolénique, eicosapentaenoïque, docosahexaenoïque. Les triglycérides sont formés de trois acides gras et un glycérol. Les phospholipides ont une tête hydrophile et deux queues hydrophobes.

5.3 - Les Protides (protéines)

• Les protéines sont des macromolécules jouant un rôle essentiel dans la structure, le transport, la catalyse (enzymes), la régulation, de nombreux processus biologiques.
• Les protéines se forment à partir d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques.
• Les acides aminés sont des molécules organiques contenant un groupe carboxyle (COOH), un groupe amine (NH2), un atome d'hydrogène (H) et une chaîne latérale (R) variablle qui déterminent leurs propriétés.
• Les protéines ont une structure 1° (enchaînement des aa) 2° (hélices alpha & feuillets bêta), 3° (structure pliée tridimensionnelle) et 4° (assemblage de plusieurs chaînes protéiques). Exemple des protéines: Insuline et Hémoglobine

5.4- Les Acides nucléiques

• L'ADN et l'ARN sont des molécules qui stockent et transmettent l'information génétique.
• Ils sont constitués de nucléotides (bases azotées + sucre + phosphate). Les bases sont Adénine, Guanine, Cytosine, Thymine, Uracile.

6) Principales réactions chimiques (métabolisme)

• Le métabolisme englobe les réactions chimiques complexes au sein des cellules.
• L'anabolisme correspond à la synthèse de molécules complexes à partir de molécules plus simples nécessitant de l'énergie.
• Le catabolisme est la dégradation de molécules complexes en molécules plus simples libérant de l'énergie. Les échanges sont les différentes réactions simultanées d'anabolisme & catabolisme.

II - Les Cellules

• Les cellules sont les unités de base de tout être vivant, avec différentes structures, notamment une membrane plasmique, un cytoplasme qui contient des organites, et un noyau renfermant l'ADN.

2) La cellule animale et ses organites

• La cellule animale est constituée de différentes organites avec des fonctions spécialisées (mitochondrie, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes, Ribosomes).

1.1 - La membrane

• La membrane plasmique délimite la cellule et joue un rôle crucial dans les échanges avec l'environnement extérieur.
• La membrane est constituée d'une bicouche phospholipidique avec des protéines intégrales et périphériques.
• La bicouche phospholipidique est composée de phospholipides et d'autres lipides membranaires. Les protéines sont intégrales ou périphériques, et peuvent participer au transport, à la reconnaissance ou à d'autres fonctions cellulaires.

1.2 - Le noyau

• Le noyau est le centre de contrôle de la cellule et contient l'ADN, le matériel génétique.
• L'enveloppe nucléaire est une double membrane percée de pores qui contrôle le passage des molécules entre le noyau et le cytoplasme.
• Le nucléole est la partie du noyau où l'ARN ribosomal est produit. La chromatine comprend l'ensemble de l'ADN enroulé autour de protéines histones.

1.3 - Le réticulum endoplasmique (REG)

• Le REG, soit granulaire ou rugueux, présente des ribosomes à sa surface, et intervient dans la synthèse des protéines destinées à la membrane ou à l'exportation hors de la cellule.
• Le REL, soit lisse, participe au métabolisme des lipides (stéroïdes), au stockage du calcium, et à la détoxication de substances.

1.4 - L'appareil de Golgi

• L'appareil de Golgi est impliqué dans le transport, la modification, et la maturation des protéines et autres molécules synthétisées dans la cellule.
• Les protéines par exemple sont triées, et acheminées vers différentes destinations à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.

1.5 - Les lysosomes

• Les lysosomes sont des organites membranaires contenant des enzymes hydrolytiques, et interviennent dans la dégradation de macromolécules dans la cellule.

1.6 - Le REL (réticulum endoplasmique lisse)

• Le REL est un organite impliqué dans le métabolisme des lipides.

1.7 - Les mitochondries

• Les mitochondries sont les centrales énergétiques des cellules et sont impliquées dans la production d'énergie sous forme d'ATP par la respiration cellulaire.
• Elles possèdent leur propre ADN et ribosomes.

1.8 - Organites sans membrane

• Les organites sans membrane incluent le cytosquelette, qui joue un rôle dans le soutien, l'ancrage et la forme cellulaire, le centriole (impliqué dans la mitose), et les ribosomes et les polysomes impliqués dans la synthèse des protéines.

3) Les virus

• Les virus sont des agents infectieux qui ne peuvent se reproduire que dans une cellule hôte. Ils ne possèdent pas de mécanismes de production d'énergie, de synthèse protéique ou ribosomes.

III- Les tissus

• Le tissu est un groupement organisé de cellules de même morphologie et fonction.
• Tissu épithélial : joue un rôle dans le revêtement, la sécrétion et les échanges.
• Tissu conjonctif : joue un rôle de soutien, remplissage et protection.
• Tissu musculaire : fournit le mouvement.
• Tissu nerveux : permet la communication et l'homéostasie.

autres exemples de tissus abordés:

• Tissus adipeux, sanguin, osseux, pulmonaire, etc. avec leur fonction & exemples
• Membrane plasmique : bicouche phospholipidiques & exemples
• Interactions entre les cellules dans le tissu épithélial.

Ce quiz explore les concepts fondamentaux de la biologie cellulaire et moléculaire, en mettant l'accent sur les biomolécules, les cellules et les tissus. Les étudiants approfondiront leur compréhension des structures atomiques et des liaisons chimiques. Parfait pour les unités d'apprentissage UE 2.4 et UE 2.5.