Biologie Cellulaire 3ème - Cours PDF

BIOLOGIE CELLULAIRE  La cellule La cellule est une unité fondamentale, structurale et fonctionnelle des organismes vivants. Elle peut remplir toutes les fonctions de l’organisme : le métabolisme, le mouvement, la croissance, la reproduction et la transmission hé...

BIOLOGIE CELLULAIRE  La cellule La cellule est une unité fondamentale, structurale et fonctionnelle des organismes vivants. Elle peut remplir toutes les fonctions de l’organisme : le métabolisme, le mouvement, la croissance, la reproduction et la transmission héréditaire. La cellule est une entité vivante qui fonctionne de manière autonome, mais, coordonnée avec les autres.  La cellule est aussi la plus petite portion de matière vivante qui puisse vivre isolée et qui puisse se reproduire. Elle synthétise l’ensemble de ses constituants en utilisant les éléments du milieu  On distingue 2 types de cellules: Les cellules eucaryotes Composent les champignons, les animaux et les végétaux leur métabolisme est aérobie Ce sont des unicellulaires (levures par exemple) où Des pluricellulaires (mammifère) toutes les cellules eucaryotes comportent deux compartiments : Le noyau et le cytoplasme. Elles sont séparées du milieu extracellulaire par la membrane plasmatique. Le noyau caractérise le règne eucaryote, Il est absent chez les cellules procaryotes. Les cellules procaryotes elles ont leur propre matériel génétique libre dans la cellule et sont dépourvues de noyau. on distingue les bactéries et les cyanobactéries sont des organismes unicellulaires, aérobies anaérobies Toutes les bactéries sont entourées par une membrane plasmique. La membrane plasmique est recouverte le plus souvent d’une paroi cellulaire d’épaisseur variable, qui donne sa forme à La bactérie et la rigidifie Schéma d'une cellule eucaryote Schéma d’une cellule procaryote  Les différents constituants Protéines : Les protéines sont des macromolécules essentielles pour les fonctions cellulaires. Elles sont impliquées dans le transport, l'enzymologie, la structure et la signalisation. Lipides : Les lipides composent la membrane cellulaire et servent de réserves d'énergie Acides Nucléiques : Les acides nucléiques, tels que l'ADN et l'ARN, portent l'information génétique et jouent un rôle clé dans la synthèse des protéines. Glucides : Les glucides sont utilisés pour le stockage d'énergie et la reconnaissance cellulaire Petites Molécules : Les petites molécules, telles que les ions et les métabolites, sont impliquées dans de nombreuses réactions cellulaires. Membrane Cellulaire La membrane cellulaire Structure fluide et dynamique séparant le milieu intercellulaire du milieu extracellulaire. Epaisseur moyenne de 7.5 nm Composée d’une bicouche de phospholipides assure la stabilité de la membrane par rapport aux deux milieux liquidiens qui la bordent (milieu intra et extra cellulaire) agit comme un filtre sélectif qui laisse passer les nutriments. Elle permet aussi le passage de la lumière, de la chaleur Contient le cholestérol, qui a un rôle structural Des protéines et glycoprotéines sont insérées dans la bicouche et interviennent dans de nombreux processus (transport –récepteur,...)  constituée d'un assemblage de lipides et de protéines. Les lipides membranaires sont composés d'une partie hydrophobe qui fuit le contact avec l'eau et se trouve à l'intérieur de la membrane et d'une partie hydrophile qui reste en contact de l'eau. Cytoplasme Chez les procaryotes, le cytoplasme est le seul compartiment de la cellule. Il est composé d’un gel aqueux appelé cytosol (ou hyaloplasme) , dans lequel se trouvent : Les molécules de réserve « en solution » (protéines, glucides, lipides) ; le matériel génétique et les autres composants cellulaires qui flottent librement à l’intérieur. Il est donc délimité par la membrane plasmique et renferme en son sein , chez les eucaryotes, le noyau, tous les organites intracellulaires (ribosomes, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi ; mitochondries, plastes divers, etc.).  cytosol Constitué de 85 % d'eau, Mais, il cependant plus visqueux. Le ph est neutre et est de 7. organites. C'est dans ce milieu que l'ensemble des 1/ Les organites non entourés d'une organites de la cellule baigne et que les membrane principales activités cellulaires se déroulent. Le cytosquelette Les ribosomes Composé molécules simples, des Le centrosome macromolécules, des gaz dissous (Oxygène et dioxyde de carbone), des ions. 2/ Les organites entourés d'une membrane. Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi Lysosomes Mitochondries Noyau  Le cytosquelette Réseau fibreux, de nature protéique, constitue à la fois un squelette et une musculature pour les cellules. Il sert à  maintenir la forme de la cellule  il intervient également dans les mouvements internes, les déplacements,  la division cellulaire cellule humaine cytoplasme cytosquelette  Les ribosomes des sphères qui peuvent être libres ou associées au RE et participent à la synthèse protéique à partir d'ARN (traduction). Leur fonction est de  synthétiser les molécules de protéines à partir des acides aminés.  Ils utilisent les ordres donnés par le noyau.  Le centrosome des éléments tubulaires intervenant dans la division cellulaire. Le centriole est une structure cellulaire intracytoplasmique constituée de 9 triplets de 3 tubules. Chaque cellule contient 2 centrioles (perpendiculaire et ne se touchant pas) et l'ensemble forme le centrosome qui est toujours à proximité du noyau. Leur fonction est de diriger tels des aimants le sens de la division cellulaire. Le noyau limité par l'enveloppe nucléaire et contient : la chromatine qui est constituée d'ADN (support génétique de la cellule) ;(l'ADN se retrouve sous la forme de chromatine dans le noyau. Lorsque la division cellulaire a lieu, la chromatine se réorganise pour former les chromosomes.) le nucléole qui est constitué d'ARN où s'effectue la transcription. Il a 2 fonctions principales :  contrôler les réactions chimiques du cytoplasme  stocker les informations nécessaires à la division cellulaire.  Réticulum endoplasmique des organites avec une double membrane intracellulaire et ressemblent à un amas de replis formant des cavités appelées « citernes ». Ils sont en continuité avec la membrane du noyau. Le réticulum endoplasmique granuleux(REG) ou réticulum endoplasmique rugueux (RER) a sa surface recouverte de ribosomes qui assemblent les acides aminés en protéines suivant l'information venue du noyau. Le réticulum endoplasmique lisse (REL) n'en porte pas. Il intervient dans la synthèse de lipides (phospholipides, acides gras...), détoxification des cellules (transformation de molécules toxiques en molécules atoxiques) et le stockage du calcium.  Appareil de Golgi Il est formé de sacs aplatis les uns sur les autres. Son rôle est de stocker les protéines issues du réticulum endoplasmique rugueux, d'achever leur maturation et de les sécréter. Il participe au processus de sécrétion. Les protéines à sécréter sont concentrées dans des vésicules issues des extrémités de l'appareil de Golgi. Ces vésicules sont déversées dans le milieu extracellulaire par exocytose.  Lysosomes des vésicules contenant des enzymes hydrolytiques qui proviennent du RE ou de l'appareil de Golgi. Ces enzymes servent à digérer les macromolécules inutilisables telles que les organites détruits ou abimés, les substances toxiques... C'est la digestion cellulaire.  Mitochondries des organites en forme de haricot de très petite taille de former de l' ATP, source d'énergie de la cellule. Le nombre de mitochondries d'une cellule dépend de l'intensité de son activité : une cellule musculaire, par exemple, en possède beaucoup. L'ATP est utilisé pour l'ensemble des activités de synthèse de la cellule ainsi que pour le transport actif. Les mitochondries possèdent leur propre matériel génétique, qu'on appelle " ADN mitochondrial ". Elles peuvent synthétiser environ 10 % de leurs propres protéines grâce à la dizaine de gènes de leur ADN. Les autres protéines mitochondriales proviennent du travail de synthèse exécuté par les ribosomes.  Vacuoles des cavités sphériques et mobiles qui contiennent des substances stockées par les cellules ou bien des déchets à éliminer  Conclusion La cellule est l'unité fondamentale de la vie, et elle existe sous diverses formes, des simples cellules procaryotes aux complexes cellules eucaryotes. Comprendre la structure, la fonction et la spécialisation cellulaire est essentiel pour explorer les processus biologiques qui sous-tendent la vie sur Terre. Les avancées constantes dans les techniques d'étude nous permettent de découvrir de plus en plus sur le fonctionnement interne des cellules et de développer de nouvelles applications dans les domaines de la médecine, de la biotechnologie et de la recherche scientifique. II/ LA DIVISION CELLULAIRE  1/ ADN ou Acide Désoxyribonucléique Longue molécule contenant l'information génétique de la cellule et de l'organisme. Chaque cellule d'une personne contient les mêmes molécules d'ADN sauf en cas de maladie. Un gène est une portion d'ADN qui détermine la structure d'une seule protéine. L'unité de base de l'ADN est le nucléotide qui est composé de 3 éléments : un radical phosphate ; un sucre, le désoxyribose ; une base : il existe 4 types de bases : o Adénine(A), et guanine(G) = bases puriques ; o Thymine (T) et cytosine (C) = bases pyrimidiques. L'ADN est constitué de 2 chaines polynucléotidiques (chaines de nucléotides) formant une double hélice. Les 2 chaines sont liées par leurs nucléotides de la façon suivante : le " A " d'une chaine se lie au " T " de l'autre et inversement ; le " G " d'une chaine se lie au " C " de l'autre et inversement.  Fonction ADN L'ADN est le support de l'information génétique. A chaque information génétique correspond un gène et à chaque gène une protéine. La protéine est une succession d'acides aminés. Certains gènes peuvent cependant être à l'origine de plusieurs protéines. Les protéines synthétisées par les cellules se retrouvent sous différentes formes : enzymes, hormones... C'est en se divisant que la cellule transmet son patrimoine génétique  2/ ARN ou Acide ribonucléique synthétisé à partir de l'ADN et est l'intermédiaire nécessaire dans la fabrication des protéines. L'unité de base est aussi le nucléotide MAIS, : le sucre est du ribose ;  la base " T " est remplacée par de l'uracile « U » ;  l'ARN ne possède qu'une seule chaine de nucléotides. Sa fonction la transcription. Cette synthèse se déroule dans le noyau puis sort sous cette forme dans le cytoplasme pour être synthétisé en protéines.  La division cellulaire est le mode de multiplication de toute cellule. Elle lui permet de se diviser en plusieurs cellules-filles Le cycle cellulaire  Est l’ensemble des étapes qui constituent et délimitent la vie d’une cellule 1/ L’interphase 2/La mitose 3/Deux cellules filles identiques dans l’organisme la durée du cycle cellulaire dépend de différent paramètres comme L'âge de l’individu Les conditions environnementales La nature du tissu (hormonales) 1/ L’interphase: la plus longue étape du cycle. Est constitué de 3 phases  G1 S  G2  La phase G1: C’est la première phase du cycle cellulaire dans laquelle il y a la croissance cellulaire avec la synthèse des protéines et de l’ARN 6 à 12 heures  La cellule double sa taille Synthèse des composants La phase S: C’est la deuxième phase du cycle. La phase du synthèse ou l’ADN de la cellule est répliqué dans le noyau 10 à 12 heures La cellule duplique à l’identique 1 2 chromatides son matériel génétique La phase G2:C’est la phase dans laquelle se poursuit la synthèse des protéines et de l’ARN La cellule vérifié sont ADN 4 heures La chromatine commence à se condenser Chromosome Un chromosome est un élément microscopique constitué d'une molécule d'ADN et de protéines, Il porte les gènes, supports de l'information génétique, transmis des cellules mères aux cellules filles lors des divisions cellulaires. 2/ La mitose: Est un processus de quatre étapes qui conduit une cellule mère à se diviser en 2 cellules filles Prophase Métaphase Anaphase Télophase Prophase: Formation des chromosomes Les centrioles se répliquent en deux paires Les microtubules se développent en forme de fuseau La membrane nucléaire se désagrégé Métaphase: Les chromosomes dupliqués sont condensés au max Les chromosomes sont alignés à l’équateur du fuseau mitotique LES MICROTUBULES DU FISEAU SE FIXENT SUR UN CHROMOSOME DE CHAQUE PAIRE L’anaphase: Les deux chromatides se séparent Les chromatides migrent chacune vers un pôle de la cellule Télophase: La membrane nucléaire se reforme L’ADN repèrent sa forme de filament Les chromosomes commencent à reprendre leur forme de fibre de chromatine Les nucléoles réapparaissent La cytocinèse: La scission du cytoplasme Le sillon d’étranglement termine son œuvre 3-La méiose :La méiose est un processus de division cellulaire qui permet la formation des cellules sexuelles (gamètes).  Nature et fonctions des gènes Les gènes sont les unités fondamentales de l'hérédité et de l'information génétique. Ils jouent un rôle crucial dans la transmission des caractères héréditaires d'une génération à l'autre, ainsi que dans la régulation des processus biologiques au sein des organismes.  1/ Notions de Gènes, Allèles, Génotypes et Phénotypes Les gènes sont des segments d'ADN responsables de la transmission de caractères héréditaires. Les allèles sont différentes versions d'un gène qui peuvent influencer un trait spécifique. Le génotype est la composition génétique d'un individu, tandis que le phénotype est l'expression observable de ces gènes.  2/ Théories Chromosomiques de l'Hérédité (Lois de Mendel) Les lois de Mendel, issues de ses expérimentations sur les pois, ont établi les bases de la génétique. Elles incluent la loi de la ségrégation, la loi de la recombinaison indépendante, et la loi de l'assortiment indépendant. Les lois de Mendel sont trois lois concernant les principes de l'hérédité biologique, énoncées par le moine et botaniste de nationalité austro-hongroise Gregor Mendel (1822- 1884). Loi de dominance ( uniformité de la génération F1) 40 Loi de la séparation ( disjonction) des alléles 47 3ème loi = Loi sur l'assortiment indépendant (ou loi de la distribution indépendante des caractères héréditaires multiples, dihybridisme et polyhybridisme) : pendant la formation des gamètes, différents gènes sont distribués indépendamment les uns des autres  L'endocytose et l'exocytose Lorsque la cellule a besoin de très grosses molécules (appelée macro- molécules) et que celles-ci n'arrivent pas à passer au travers de la membrane, la cellule utilisera l'endocytose. Fig.1 : mécanismes d’endocytose À l'inverse, si la cellule doit évacuer des déchets, elle peut le faire grâce à des vésicules qui fusionnent à la membrane pour relâcher son contenu à l'extérieur de la cellule. Il s'agit là de l'exocytose, Fig.2 : mécanismes d’exocytose L'osmose : Le phénomène d’osmose fait référence au déplacement de molécules d’eau (ou le solvant d’un milieu moins concentré en soluté vers un milieu plus concentré en soluté. Ce déplacement s’effectue jusqu'à ce que les concentrations dans les deux milieux soient à équilibre. La diffusion : est un processus par lequel les molécules d’un soluté. Se déplacent d’une région ou la concentration est élevée vers une région ou la concentration est faible , Ce déplacement s’effectue jusqu'à ce que la concentration soit élevée vers une région ou la concentration est faible. Ce déplacement s’effectue jusqu’à ce que les concentrations dans les deux milieux soient à l’équilibre,