Biologie Cellulaire: Membranes et Cytoplasme

Biophysique cellulaire - CM7

• Structure cellulaire:

  • La cellule est composée de la membrane cellulaire, du cytoplasme, du noyau et d'organites cellulaires (réticulum endoplasmique, mitochondries, appareil de Golgi, lysosomes et peroxysomes).

• Composition de la cellule vivante:

  • Substances organiques: protides, lipides, glucides
  • Substances inorganiques: molécules et ions (Na+, K+, Cl-, Ca2+), et molécules gazeuses (O2, N2, H+, O2-) et eau.

• Propriétés physiques de la cellule:

  • Pression osmotique: chez les plantes, elle varie de 1 à 200 atm; chez les animaux, elle varie de 0 à 7,6 atm
  • Densité du cytoplasme: 1,03 – 1,05 g/cm³

• Élasticité du cytoplasme:

  • Différente de celle du noyau
  • Augmente en présence de sels de potassium (K)
  • Diminue en présence de sels de sodium (Na)

• Viscosité du cytoplasme:

  • η = 10⁻² à 10⁻³ N.s.m⁻²
  • Dépend du type cellulaire, de l'âge cellulaire, de la température, de l'intensité de la lumière et du pH

• pH:

  • Différent selon le type cellulaire: cytoplasme (5 à 6), noyau (4 à 5) et vacuoles digestives (5,5 à 8,5)

• Membranes biologiques:

  • Composées de protéines et lipides formant une structure bidimensionnelle
  • Épaisseur: 40 à 130 Å
  • Représentent 10 à 20% de la masse cellulaire
  • Ont une perméabilité sélective.
  • Rôle: compartimentation, régulation des échanges, régulation du milieu cytoplasmique (tonicité, pH, viscosité).
  • Impliquées dans la conversion d'énergie, la réception des stimuli et la propagation des signaux (système nerveux).

• Composition de la membrane:

  • Lipides (phospholipides, cholestérol, glycolipides): pourcentage variable selon la membrane (75% dans membrane interne mitochondriale vs 25% dans la gaine de myéline).
  • Protéines (extrinsèques/périphériques et intrinsèques/intégrales).

• Protéines membranaires:

  • Assurent la fonctionnalité de la membrane
  • Interviennent dans les transports (passif et actif)
  • Ont des fonctions enzymatiques ou de récepteurs.

• Cytosquelette:

  • Réseau complexe de filaments protéiques (actine, intermédiaires, microtubules)
  • Permet la structure, la forme cellulaire et le transport d'organites cellulaires

• Glycocalyx:

  • Couche superficielle de glycoprotéines et glycolipides
  • Rôle principal: protection, reconnaissance cellulaire et liaison.

• Lipides:

  • Les lipides membranaires sont amphiphiles

• Transport de substances:

  • Diffusion simple (lipides solubles, gaz),
  • Diffusion facilitée (transporteurs).
  • Transport actif et passif -Transport passif: ne nécessite pas d'énergie (diffusion, filtration, osmose) -Transport actif: nécessite de l'énergie (transport actif primaire, transport actif secondaire)

• Perméabilité de la membrane cellulaire:

  • Dépend de la nature de la substance transportée, du type de cellules et du rôle de la cellule lors du transport.

• Transport par la membrane:

  • En fonction de la taille des molécules: Grandes particules -> Rupture de la membrane. Petites particules -> Conservation de la membrane

• Transport selon le besoin d'énergie:

  • Transport passif : sans énergie, selon le gradient de concentration
  • Transport actif: avec énergie, contre le gradient de concentration.

• Potentiel membranaire:

  • Différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule

• Potentiel de repos:

  • État stable de la cellule,

• Potentiel d'action:

  • Changement rapide et transitoire du potentiel de membrane en réponse à un stimulus, déclenchant la propagation rapide de l'excitation (dépolarisation et repolarisation).

• Propagation de l'excitation:

  • Vitesse proportionnelle au diamètre de la fibre.
  • Conduit l'excitation selon les directions
  • Utilise les noeuds de Ranvier dans les fibres myélinisées.

• Évaluation quantitative de l'excitabilité - Influence de l'intensité du stimulus sur l'excitabilité des tissus.

• Bioélectrogénèse des tissus et organes - Utilisation pour diagnostiquer les problèmes cardiologiques (ECG).

• L'électromyogramme: - Mesure de l'activité électrique des muscles (squelettiques).

• Le rétinogramme: - Mesure de l'activité électrique du nerf optique.

• L'électroencéphalogramme: - Mesure l'activité cérébrale.

• Potentiel électrochimique: - Somme du gradient de potentiel électrique et du gradient de concentration.