Biologie Cellulaire - L'unité Fonctionnelle

L'unité fonctionnelle

• La plus petite sous-unité d'un organe, responsable de la fonction de l'organe.
• Exemple: le sarcomère dans le muscle strié.

L'unité morpho-fonctionnelle

• La plus petite sous-unité responsable de la structure et du fonctionnement de l'organe.
• Exemple: le néphron du rein, l'alvéole pulmonaire du poumon.

La cellule

• L'unité de base structurelle, fonctionnelle et génétique de l'organisme.
• Les cellules coexistent seules (l'ovule, les cellules sanguines) ou en groupe pour former des tissus.
• La durée de vie des cellules est variable : quelques jours (cellules sanguines) jusqu'à la fin de la vie (les neurones).
• La taille des cellules est très différente et variable.
• Le diamètre cellulaire est généralement de 5 à 20 μm, les cellules ne sont pas visibles à l'œil nu.

Classification des cellules

• Petites cellules: les hématies, les lymphocytes.
• Grandes cellules: le spermatozoïde, l'ovule, la fibre musculaire striée ou la fibre musculaire lisse.

La forme des cellules

• La plupart des cellules ont une forme fixe.
• Les leucocytes ont une forme variable en émettant des pseudopodes.
• La forme des thrombocytes et des leucocytes est modifiée en fonction de l'état d'activation cellulaire.

Composantes essentielles de la cellule

• Membrane cellulaire.
• Cytoplasme.
• Noyau.

La membrane cellulaire (Plasmalemme)

• La membrane cellulaire entoure le cytoplasme.
• Elle est déformable et sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire.
• Des membranes existent à l'intérieur de la cellule : les membranes des organites cellulaires.

Types de membranes cellulaires

• La membrane cellulaire proprement-dite se trouve à l'extérieur de la majorité des cellules.
• Des membranes cellulaires différenciées ou spécialisées fonctionnellement:
  • l'axolème (la membrane d'axone du neurone), la sarcolème (la membrane de la fibre musculaire striée).

Prolongements des membranes cellulaires

• Prolongements temporaires (pseudopodes de la membrane des leucocytes).
• Prolongements permanents (cils de la membrane des cellules épithéliales, flagelle de la membrane des spermatozoïdes).

Osmolarité

• Une solution avec une osmolarité inférieure au plasma est appelée hypotonique.
• Une solution avec une osmolarité supérieure au plasma est appelée hypertonique.

Érythrocytes

• Les érythrocytes (globules rouges) changent de forme en fonction de l'osmolarité du plasma.

Filtration

• Se fait au niveau des pores de la membrane.
• Est caractéristique pour les substances hydrosolubles.

Diffusion facilitée

• Se fait sans consommation d'énergie mais avec des transporteurs ou carriers (ex: le co-transport du glucose et de la plupart des aminoacides à côté de Na+).

Équilibre Donnan

• Les grandes protéines intracellulaires chargées négativement attirent sur la surface externe de la membrane cellulaire des structures chargées positivement.

Co-transport du glucose avec Na+

• Colonne, intestin grêle : absorption du glucose.
• Rein : réabsorption du glucose.
• Sang : transport du glucose.
• Membrane apicale, membrane basolatérale.

Transport actif

• Se fait dans le sens contraire du gradient physico-chimique, électrochimique ou de la concentration (de Cmin à Cmax).
• Consomme de l'énergie (ATP).
• Implique des protéines transporteurs (carriers) avec des sites spécifiques pour fixer les substances transportées et avec une activité ATPasique.
• Il y a une compétition entre deux substances pour le même transporteur → Interaction médicamenteuses.
• Le transporteur peut être saturable.
• Exemple: Na+ K+ ATPase, H+ K+ ATPase etc.

Transport par des vésicules

• S'effectue à l'aide de vésicules issues de la membrane cellulaire.
• Est un transport actif.

L'endocytose

• Ingestion intracellulaire des particules qui ne pourraient pas autrement traverser la membrane.
• Pinocytose: ingestion du liquide extracellulaire (ex: absorption des aminoacides du lait maternel).
• Phagocytose: ingestion des particules solides (microorganismes, fragments cellulaires).

L'exocytose

• Élimination extracellulaire des différentes particules à l'aide des vésicules du cytoplasme.
• Exemple:
  • des enzymes, de la mucine des cellules sécrétrices digestives.
  • des hormones des cellules des glandes endocrines.
  • des neurotransmetteurs au niveau de la transmission synaptique.

Le cytoplasme

• La masse cellulaire qui entoure le noyau, dans laquelle sont dispersés les organites cellulaires.
• Le cytoplasme a une structure colloïdale, formée par:
  • Le cytosol (Hyaloplasme) : structure de base gélatineuse, composée d'eau, d'électrolytes et de nombreuses autres molécules dissoutes.
  • Des structures solides dispersées dans le cytosol:
    • Le noyau et les organites cellulaires.
    • Le cytosquelette: structure rigide qui assure la stabilité mécanique / la soutenance de la cellule.
    • Des substances de réserves: gouttelettes de graisses (triglycérides) et de glucides (glycogène).
    • Des pigments: mélanine (brun-noir), ferritine (Fe2+), hémosidérine (brun).

Le cytosquelette

• Un réseau tridimensionnel formé par:
  • Microfilaments: fils très fins, rôle de soutien pour la cellule, assurent la forme de la cellule.
  • Microtubules: tuyaux minuscules formés par la tubuline, rôle dans le mouvement de la cellule, voies de transport pour des structures intracellulaires.

Organites cellulaires

• Organites communs à toutes les cellules, avec des fonctions générales:
  • Délimités par des membranes: réticulum endoplasmique (RE), appareil de Golgi, mitochondrie, lysosomes etc.
  • Non délimités par des membranes: ribosomes, centrosome.
• Les organites cellulaires baignent dans le cytosol.
• Organites spécifiques pour certaines cellules, adaptées pour des fonctions spécifiques:
  • Myofibrilles dans la fibre musculaire striée.
  • Neurofibrilles et corpuscules Nissl dans les neurones.

Organites cellulaires communs

1) Réticulum endoplasmique (RE)

• Système canaliculaire avec des vésicules et des citernes (contient des canalicules interconnectées).
• Il fait la liaison entre le cytoplasme (plasmalemme) et la membrane externe du noyau (nucléolème).
• Rôle : il représente le système circulatoire intracellulaire.
• Dans les muscles striés et le muscle cardiaque, le RE est un réservoir de Ca2+.

Types de RE

• RE lisse: réseau de cytomembranes ou de tubules avec des parois lisses.
• RE rugueux ou granuleux: réseau de cytomembranes avec des ribosomes attachés.
• Rôle : support pour les ribosomes → la synthèse des protéines.

Structure du noyau

• Le noyau contient l' "information génétique" organisée sous forme d'ADN.
• L'ADN contient un code / un programme d'après lequel se fait la synthèse des protéines.

ADN

• Une longue chaîne formée par deux bras spiralés.
• Formé par des séquences de nucléotides.

Une nucléotide contient:

• Un groupe phosphate.
• Une pentose (désoxyribose).
• Une base azotée (quatre bases azotées complémentaires: Adénine - Thymine; Cytosine - Guanine).

L'ADN est très long et pour entrer dans le noyau, il est comprimé.

ADN → gênes → chromosomes → GENOME

Chez l'homme, il y a 46 chromosomes ou 23 paires de chromosomes.

• 22 paires d'autosomes (identiques pour les deux sexes).
• 1 paire d'hétérosomes: XX - chez les femmes, XY - chez les hommes.

Fonctions du noyau

• Rôle du noyau dans la division cellulaire: transmission du matériel génétique et de l'information génétique.
• Contient le code / le programme d'après lequel se réalise la synthèse des protéines.

La cellule

• Les cellules sont capables de vivre de manière autonome (séparées du tissu).
• Fonctions / caractéristiques de la cellule:
  • Métabolisme.
  • Capacité de reproduction (formation des cellules filles après la division par mitose).
  • Croissance:
    • Par multiplication cellulaire (croissance du corps, hyperplasie des organes).
    • Par une croissance des dimensions cellulaires (hypertrophie - ex: hypertrophie cardiaque).
  • Excitabilité: réaction / réponse de la cellule à un stimulus externe.
  • Sécrétion: sécrétion particulière (hormones, enzymes, neuromédiateurs etc.).
  • Contractilité: capacité de se contracter avec modification de la forme cellulaire; contraction particulière.

Le métabolisme

• Totalité des échanges (ex: de substances et d'énergie) entre la cellule/ le cytoplasme et le milieu extracellulaire ou d'entre l'organisme et le milieu extérieur (métabolisme de l'organisme).

Etapes du métabolisme de l'organisme

• Etapes extracellulaires (digestion et absorption des nutriments).
• Etape intracellulaire (métabolisme cellulaire).
• Excrétion des déchets.

Le métabolisme cellulaire

• Formé par deux voies métaboliques opposées: Catabolisme et Anabolisme.

Catabolisme

• Processus chimiques de dégradation des substances intracellulaires (ex: glycogénolyse).
• Les réactions cataboliques sont accompagnées par une libération d'énergie → réaction exotherme.

Anabolisme

• Processus chimiques de synthèse des substances intracellulaires (ex: glycogénogénèse).
• Les réactions anaboliques sont accompagnées par une consommation d'énergie → réaction endotherme.

La division cellulaire

• Propriété fondamentale de la cellule qui permet la croissance et la reproduction d'un organisme vivant.

Formes de division cellulaire

• Mitose: caractéristique des cellules somatiques et des gamètes dans les stades préliminaires. Une cellule 2N chromosomes forme deux cellules filles avec un nombre égal de chromosomes: 2N.
• Méiose: caractéristique des cellules sexuelles; division de maturation ou de réduction des gamètes. Une cellule avec 2N chromosomes forme 4 cellules filles avec N chromosomes.

Les étapes de la mitose

• La mitose se déroule sur une durée d'environ une heure.
• Interphase: période entre deux mitoses successives; période qui occupe une grande partie du cycle cellulaire.
• La mitose se déroule en 4 étapes: prophase, métaphase, anaphase, télophase.
• Interphase: formée par les phases G1, S et G2.

Ce quiz explore les concepts d'unité fonctionnelle et morpho-fonctionnelle dans le contexte de la biologie cellulaire. Apprenez les différents types de cellules et leur rôle dans les organes de l'organisme. Testez vos connaissances sur la structure et les fonctions des cellules et des unités biologiques.