Cellular Biology - 2023/2024 - ESSAIA - PDF

Ecole Supérieure des Sciences de l’Aliment et des Industries Agroalimentaires - El Harrach Cellular Biology Biologie cellulaire 2023/2024 Pr. AOUICHE  Programme du cours...

Ecole Supérieure des Sciences de l’Aliment et des Industries Agroalimentaires - El Harrach Cellular Biology Biologie cellulaire 2023/2024 Pr. AOUICHE  Programme du cours Course content Chapitre I Cellule Eucaryote/procaryote / Classification du monde vivant "Eukaryotic Cell/Prokaryotic Cell / Classification of Living Organisms" Chapitre II - La membrane plasmique - The Plasma Membrane or Cell membrane Chapitre III - Cycle cellulaire - Cell Cycle Chapitre IV - Cytosquelette - Cytoskeleton Chapitre V - Système endomembranaire - Endomembrane System  Programme TD TD1 : Organites semi-autonomes : Mitochondrie Semi-Autonomous Organelles: Mitochondrion TD2 : Organites semi-autonomes : Chloroplaste Semi-Autonomous Organelles: Chloroplast TD3 : Noyau interphasique Interphase Nucleus TD4 : La matrice extracellulaire végétale Plant Extracellular Matrix"  Programme TP TP 1 : Microscopie photonique Light Microscopy Laboratory TP 2 : Microscopie électronique et méthodes d’étude cellulaire Electron Microscopy Laboratory and Cellular Study Methods Laboratory TP 3 : Les échanges membranaires Membrane Transport Processes  Recommandations générales Faites des efforts en langue étrangère (anglais et français) Soyez à jour par rapport à vos études >> CLEF DE LA REUSSITE. Soyez très attentifs pendant le cours et prenez des remarques très brèves sur un cahier de note pour d’éventuelles informations complémentaires ne figurant pas dans le cours. Résumez vos cours à votre manière sous forme de fiches. L’évaluation est continue  Classification du monde du vivant Classification of the living world La classification est le regroupement d’organismes vivants en groupes ou taxons en se basant sur leur similitude et surtout la parenté évolutive. "Classification is the grouping of living organisms into categories or taxa based on their similarity and, most importantly, evolutionary relatedness." Pourquoi ? Facilite l’identification d’un organisme vivant sans être obligé de le décrire par l’ensemble de ses caractères. "It facilitates the identification of a living organism without the need to describe it based on all of its characteristics." Désigner chaque être vivant par un nom du genre et un nom d’espèce = taxonomie binomiale fondée par le "Assigning each living organism a name consisting of botaniste Linné. a genus and species name is known as binomial nomenclature, established by the botanist Linné. Les rangs taxonomiques Le rang taxonomique supérieur au règne est le domaine ou la division  La taxonomie est basée sur quoi ? Quels critères ? "Taxonomy is based on what? What criteria?" La taxonomie phénétique (Phenetic taxonomy) La classification phénétique ou phénotypique utilise un faible nombre de caractères considérés comme importants tels que la morphologie, la mise en évidence d’un caractère biochimique, l’habitat, etc., mais elle ne reflète qu’un nombre très réduit d’information. De plus, les caractères considérés comme importants sont subjectifs et peuvent varier d’un auteur à un autre, ce qui est une source d’instabilité. "Phenetic taxonomy, or phenotypic classification, relies on a small number of characters considered significant, such as morphology, the presence of a biochemical trait, habitat, etc. However, it reflects only a limited amount of information. Moreover, the characters deemed significant are subjective and can vary from one author to another, which is a source of instability. Exemple : L’étude de 300 tests phénotypiques chez une bactérie ne permet d’évaluer que 5 à 20 % de son potentiel génétique. "For example, the study of 300 phenotypic tests in a bacterium only allows us to assess 5 to 20% of its genetic potential."  La taxonomie est basée sur quoi ? Quels critères ? "Taxonomy is based on what? What criteria?" La taxonomie phylogénétique "Phylogenetic taxonomy’’ A partir de la deuxième moitié du vingtième siècle, avec le développement des outils moléculaires et les méthodes génétiques, la taxonomie phylogénétique a commencé à se mettre en place. Actuellement, la classification est basée sur l’analyse des acides nucléiques. Starting from the second half of the 20th century, with the development of molecular tools and genetic methods, phylogenetic taxonomy began to take shape. Currently, classification is based on the analysis of nucleic acids." L’origine de la diversité réside dans le génotype Le phénotype n’est qu’une traduction partielle du génotype et ne représente qu’une infime quantité d’information devant le génotype "The origin of diversity lies within the genotype. The phenotype is only a partial translation of the genotype and represents only a tiny amount of information compared to the genotype."  Comment est classé le monde vivant ? "How is the living world classified?" Avant la découverte des microorganismes (bactéries, protozoaires, champignons et algues microscopiques), le monde vivant était divisé en deux grandes catégories. "Before the discovery of microorganisms (bacteria, protozoa, fungi, and microscopic algae), the living world was divided into two major categories." Animaux Végétaux Animals Plants -Toutes les Plantes (All plants) - Champignons macroscopiques (caractère de rapprochement = immobilité) "Macroscopic fungi (common trait= immobility)." - Algues macroscopiques (caractère de rapprochement = Photosynthèse) "Macroscopic algae (common trait: photosynthesis)."  Après la découverte du monde microbien par Antonie Van Leeuwenhoek durant les années 1600, leur classification a posé problème. "After the discovery of the microbial world by Antonie Van Leeuwenhoek in the 1600s, their classification posed a problem." Où classer ces microorganismes ? "Where to classify these microorganisms ?" En 1866, Haeckel proposa la création de la catégorie protistes pour désigner les organismes microscopiques (microorganismes). Autrement dit tout ce qu’on ne pouvait classer ni parmi les végétaux ni parmi les animaux. …………………………………………………………………. "In 1866, Haeckel proposed the creation of the category 'protists' to refer to microscopic organisms (microorganisms). In other words, everything that couldn't be classified as either plants or animals." Dans le règne Protista (les protistes), se trouvèrent ----Algues et Champignons unicellulaires Unicellular algae and fungi ----Les protozoaires Protozoa ----Les bactéries Bacteria Dans les années 1950 Invention du microscope électronique "During the 1950s.. Invention of the electron microscope Différence majeure dans l’ultrastructure des cellules qui a permis de séparer les protistes en deux groupes : Major difference in the ultrastructure of cells that allowed the separation of protists into two groups : 1-Les protistes supérieurs (Eucaryotes) : formés par les ---------- Protozoaires. ---------- Algues microscopiques ---------- Champignons microscopique 2-Les protistes inférieurs (Procaryotes) : formés par les ----------Bactéries ----------et Archaebactéries. 1-Upper protists (Eukaryotes): consisting of: ---------- Protozoa ---------- Microscopic algae ---------- Microscopic fungi 2-Lower protists (Prokaryotes): consisting of: ---------- Bacteria ---------- and Archaea.  Actuellement Now Le monde vivant est divisé en deux grandes divisions : Eukaryota regroupe tous les organismes eucaryotes : Eukaryota Groups all eukaryotic organisms : -------Animaux Animals……………….. (Animalia) -------Végétaux Plants …………………… (Plantae) -------Champignons Fungi …………….(Fungi) -------Algues Algae ……………………….(Chromista) -------Protozoaires Protozoa ………….(Protozoae) Prokaryota regroupe tous les organismes procaryotes : Prokaryota Groups all prokaryotic organisms : --------Bactéries Bacteria --------Archaebactéries Archaeabacteria  Les virus (Viruses) Il faut savoir qu’il existe aussi les virus. Ils sont considérés à part. Le cas des virus ne fait pas l’unanimité puisque certains scientifiques les considèrent comme particules non vivantes. Les virus sont dépourvus d’organites cellulaires et incapables donc de se multiplier en dehors d’une cellule hôte. Un virus = matériel génétique + enveloppe protéique qui l’entoure. It's important to note that there are also viruses. They are considered separately. The classification of viruses is not unanimous among scientists, as some consider them to be non-living particles. Viruses lack cellular organelles and are incapable of replicating outside a host cell. A virus consists of genetic material enclosed in a protein coat." Virus qui attaque les bactéries  Cellule procaryote et eucaryote "Prokaryotic and Eukaryotic Cells" La principale différence qui distingue une cellule procaryote d’une cellule eucaryote c’est le matériel génétique : "The main difference that distinguishes a prokaryotic cell from a eukaryotic cell is the genetic material: Procaryotes : organisme unicellulaire (bactérie) qui ne possède pas de noyau. L’ADN est diffus dans le cytosol et pas entouré d’une membrane nucléaire. Prokaryotes: Unicellular organisms (bacteria) that do not possess a nucleus. DNA is dispersed in the cytosol and not enclosed by a nuclear membrane. Eucaryotes : L’ADN est entouré d’une membrane nucléaire formant un noyau. Eukaryotes: DNA is enclosed by a nuclear membrane, forming a nucleus." Mais pas seulement, les autres différences seront détaillées un peu plus loin. "However, not only that, the other differences will be detailed further." Cellule procaryote (Bactérie) Organite cellulaire Présence Fonction / Rôle Flagelle (ou cils) Présence facultative Locomotion Pili (ou fimbriae) Présence facultative Adhésion aux surfaces (pili commun) et transfert de matériel génétique entre cellules (pili sexuel) Capsule Présence facultative Protection de la cellule bactérienne Paroi cellulaire Présence obligatoire Protège la cellule et lui donne la forme Membrane cytoplasmique Présence obligatoire C’est le siège de la respiration, de la biosynthèse de plusieurs molécules et contrôle les échanges. Mésosome Présence obligatoire Intervient dans la réplication du nucléoïde Nucléoïde Présence obligatoire Siège de l’information génétique Cytosol Présence obligatoire Siège de beaucoup de réactions chimiques Ribosome Présence obligatoire Siège de la synthèse protéique Plasmide Présence facultative Confère des caractères et aptitudes supplémentaires aux bactéries Spore Présence facultative Forme de résistance et/ou moyen de reproduction pour certaines bactéries Chromatophores Présence facultative Siège de la photosynthèse pour les bactéries photosynthétiques Vésicules à pigments Présence facultative Contiennent des pigments dont le rôle varie selon sa nature et l’espèce qui l’abrite Granules de réserves Présence facultative Contiennent des réserves nutritives Vacuole à gaz Présence facultative Sert au déplacement vertical dans l’eau pour les bactéries qui en possèdent Cellular organelle Presence Function / Role "Flagellum (or cilia). Optional presence Movement Pili (or fimbriae) Optional presence Adhesion to surfaces (common pili) and transfer of genetic material between cells (sex pili) Capsule Optional presence Protection of the bacterial cell." Cell wall Essential presence Protects the cell and gives it its shape Cytoplasmic Essential presence It is the site of respiration, the biosynthesis of several molecules, membrane and controls exchanges Mesosome Essential presence It is involved in the replication of the nucleoid Nucleoïd Essential presence Seat of genetic information Cytosol Essential presence Site of many chemical reactions Ribosome Essential presence Site of protein synthesis Plasmid Optional presence Confers additional traits and abilities to bacteria Spore Optional presence Form of resistance and/or means of reproduction for certain bacteria Chromatophores Optional presence Site of photosynthesis for photosynthetic bacteria Pigments vésicules Optional presence Contain pigments whose role varies depending on their nature and the species that harbors them Reserve granules Optional presence Contain nutritional reserves Gas vacuole Optional presence Used for vertical movement in water for bacteria that possess it  Cellule eucaryote Eukaryotic cell Une cellule eucaryote peut être ( An eukaryotic cell can be ) : animale, Animal cell végétale, Plant cell fongique (celle d’un champignon) Fungal cell algale (celle d’une algue). Algal cell Protozoaire (cellule ciliée libre ou parasite, partage beaucoup de caractères avec la cellule animale) Protozoan cell Des différences existent entre les cellules de ces différents types d’organismes (voir plus loin) mais elles sont toutes eucarytes et donc ont en commun tout ce qui caractérise ce type cellulaire. There are differences between the cells of these different types of organisms (see further), but they are all eukaryotic and therefore share everything that characterizes this cell type.  Mitochondria peroxisome plasma membrane Nucleolus Smooth ER Nucleus RoughER Golgi complex -Le noyau contient le matériel génétique qui baigne dans le nucléoplasme et le tout est délimité par une enveloppe nucléaire. The nucleus contains the genetic material bathed in nucleoplasm, all delimited by a nuclear envelope. -Le système endomembranaire caractérise les cellules eucaryotes et est composé du réticulum endoplasmique (granuleux et lisse), le système de Golgi, les lysosomes, les endosomes et la membrane nucléaire. Le réticulum endoplasmique (R.E.) est composé de REL et REG. Ce dernier est dit granuleux car il comporte des ribosomes. Il est impliqué dans la biosynthèse, notamment protéinique. Le REL est impliqué dans la biosynthèse lipidique et le stockage du calcium. L’appareil de golgi est quant à lui est le lieu de modification des protéines synthétisées dans le R.E. dans un but d’adressage, ce qui permet à la protéine de se diriger vers son lieu d’action. Les lysosomes sont des vésicules contenant des enzymes qui leur permettent de digérer les déchets intra et extra-cellulaire. Les endosomes sont des vésicules qui résultent du phénomène de l’endocytose. The endomembrane system characterizes eukaryotic cells and is composed of the endoplasmic reticulum (rough and smooth), the Golgi apparatus, lysosomes, endosomes, and the nuclear membrane. The endoplasmic reticulum (ER) is composed of the rough endoplasmic reticulum (RER) and the smooth endoplasmic reticulum (SER). The RER is called "rough" because it has ribosomes on its surface and is involved in protein biosynthesis. The SER is involved in lipid biosynthesis and calcium storage. The Golgi apparatus, on the other hand, is the site where proteins synthesized in the ER are modified for addressing purposes, allowing the protein to be directed to its site of action. Lysosomes are vesicles containing enzymes that enable them to digest intra- and extracellular waste materials. Endosomes are vesicles resulting from the process of endocytosis. -Le centrosome, c’est le centre organisateur des microtubules (COMT = MTOC). Les microtubules font partie du cytosquelette qui maintient la forme cellulaire et régit les déplacements des organites cellulaires. -The centrosome is the microtubule-organizing center (MTOC). Microtubules are part of the cytoskeleton, which maintains cell shape and regulates the movement of cellular organelles. -La mitochondrie est le siège de la respiration. -The mitochondria are the site of respiration. -Les peroxysomes sont des vésicules qui permettent la détoxification de la cellule. -Peroxisomes are vesicles that enable cellular detoxification. -Le cytosol est le liquide dans lequel baignent tous les organites cellulaires. L’ensemble des organites et le cytosol forment le cytoplasme. -The cytosol is the fluid in which all cellular organelles bathe. The combination of organelles and cytosol forms the cytoplasm.  Cellule animale Cellule végétale Cellule fongique Cellule algale Animal cell Plant Cell Fungal Cell Algal cell Flagelle Flagellum +/- - - +/- Paroi Wall - + + + Plastes Plastids - + - + Vacuoles Vacuoles - + +/- +/- Spores Spores +/- - + +/- Centrosome - - - C’est le COMT + COMT modifié appelé COMT modifié tubuline Y complex COMT modifié Centrosome + : présente, - : absent, +/- : présent chez certains et absent chez d’autres. COMT : centre organisateur des microtubules Comparaison Animale - végétale Comparaison entre cellule eucaryote et procaryote Notions de base pré-requises Notions de diploïdie et haploïdie Caractères / Characters Cellule eucaryote / Eukaryotic cell Cellule procaryote / Prokaryotic cell ► Beaucoup plus grand et organisé en ► Beaucoup plus petit et organisé en plusieurs chromosomes qui forment un un seul chromosome (haploïde). noyau diploïde. Much smaller and organized into a single Much larger and organized into multiple chromosome (haploid) chromosomes that form a diploid nucleus ► Diffus dans le cytoplasme et pas de ► Entouré d’une double membrane membrane qui l’entoure. Matériel génétique nucléaire. Scattered throughout the cytoplasm and Surrounded by a double nuclear membrane lacks a surrounding membrane Genetic material ► Les chromosomes sont linéaires et ► Le chromosome est circulaire et il se terminent aux extrémités par des est en relation avec la membrane régions d’ADN répétitives appelées cytoplasmique. (télomères). The chromosome is circular and is The chromosomes are linear and are capped associated with the cytoplasmic membrane at their ends by repetitive DNA regions ► Absence des histones. Ils sont called telomeres remplacés par des polyamines et des ► L’acide phosphorique de l’ADN est cations de Mg2+ associé à des protéines (Histones). Absence of histones. They are replaced by The phosphoric acid in DNA is associated polyamines and Mg2+ cations with proteins called histones Caractères / Characters Cellule eucaryote / Eukaryotic cell Cellule procaryote / Prokaryotic cell Cytosquelette Présent Absent Cytoskeleton Système endomembranaire Présent Absent Endomembrane system Organites semi autonomes (plastes et Présents Absents mitochondries) Semi-autonomous organelle La chaine respiratoire se trouve au La chaine respiratoire se trouve au Respiration niveau de la membrane interne niveau de la membrane cytoplasmique. mitochondriale. The respiratory chain is located in the The respiratory chain is located in the cytoplasmic membrane inner mitochondrial membrane La photosynthèse Le siège : plastes Le siège : les chromatophores The site: plastids The site: chromatophores Ribosomes 80 S (S de Svedberg) 70 S Caractères / Characters Cellule eucaryote / Eukaryotic cell Cellule procaryote / Prokaryotic cell Stérols dans la membrane Présents Absents (sauf mycoplasmes et plasmique cyanobactéries) Except for mycoplasmas and cyanobacteria Les types d’échanges : Transport passif Présent Présent Transport facilité Présent Présent Transport actif Présent Présent Exocytose Présent Absents Endocytose Présent Absents Capsule Absente Présente Pili Absent Présent Flagelle Présent Présent La paroi Wall Présente Présente Mésosome Absent Présent Spore Présente Présente Plasmide Absent Présent Vacuole Présente Présente Endocytose - Exocytose