BIOLOGIE CELLULAIRE - Introduction et Théorie Cellulaire (PDF)

BIOLOGIE CELLUL AIRE DR. SARA EL HAMMOUMI  Introduction à la biologie cellulaire Théorie cellulaire : historique et limites d’application La membrane plasmique de la cellule animale La mitochondrie PLAN Le réticulum endoplasmique L’appareil de Golgi...

BIOLOGIE CELLUL AIRE DR. SARA EL HAMMOUMI  Introduction à la biologie cellulaire Théorie cellulaire : historique et limites d’application La membrane plasmique de la cellule animale La mitochondrie PLAN Le réticulum endoplasmique L’appareil de Golgi Les lysosomes et le peroxysome Noyau Le cytosquelette Le chloroplaste  INTRODUCTION À LA BIOLOGIE CELLULAIRE La biologie cellulaire: discipline de la biologie  étudiant les cellules et leurs organites, les processus vitaux qui s’y déroulent, ainsi que les mécanismes permettant leur survie (reproduction, métabolisme, homéostasie, communication)  La caractéristique principale de la cellule vivante, à savoir la mort, qui peut être programmée génétiquement (apoptose) ou être le résultat d’une agression (nécrose)  INTRODUCTION À LA BIOLOGIE CELLULAIRE Cellule : Unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants  Systématique simplifiée des êtres vivants : Unicellulaires : êtres vivants formés d’une seule cellule (paramécie, amibe, chlamydomonas) Cellules Pluricellulaires: êtres vivants formés de plusieurs cellules (animaux et des végétaux).  La théorie cellulaire est formulée par Schleiden (1838) chez les végétaux et Schwann (1839) chez les animaux La cellule est la plus petite Brown(1833) découvre le noyau dans diverses cellules végétales unité de structure et de fonction qui constitue les organisme vivants. INTRODUCTION À LA BIOLOGIE CELLULAIRE Schéma d’observation de liège par R.Hooke : une structure cloisonnée : tissu semblant formé de petites « boites » : les cellules TYPES DE CELLULES À l'aide de microscope, il a été possible de décrire les aspects et les fonctions variables des cellules, ainsi que de connaître leurs propriétés fondamentales. Ceci a permis aux scientifiques de différencier deux types de cellules les procaryotes et les eucaryotes.  CELLULE PROCARYOTE Les cellules procaryotes sont des cellules sans noyau qui regroupent principalement le monde des bactéries. Chez les procaryotes, les cellules ont toutes une morphologie semblable, sphérique ou cylindrique CELLULE EUCARYOTE CELLULE EUCARYOTE  LES COMPARTIMENTS DE LA CELLULE EUCARYOTE La membrane plasmique: c’est une frontière entre le cytoplasme et l’environnement extracellulaire. Elle permet de réguler les échanges entre les milieux intra et extracellulaires. Elle permet ainsi à la cellule d’interagir avec son environnement.  Le cytoplasme  Le cytoplasme contient plusieurs types de constituants individualisés sur le plan morphologique:  cytosol (hyaloplasme): le cytosole est une sorte de gel dans lequel baignent les organites cellulaires.  le système endomembranaire: se compose des différentes membranes qui sont en suspension dans le cytoplasme d’une cellule eucaryote en compartiments fonctionnels et structurels appelés « Organites ». Chez les eucaryotes, les organites du système endomembranaire comprennent: la membrane nucléaire, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les lysosomes, les vacuoles, les vésicules et les endosomes. Le système se définit plus précisément comme l’ensemble des membranes qui forment une unité fonctionnelle unique. LES COMPARTIMENTS DE LA CELLULE EUCARYOTE  les mitochondries et les péroxysomes: les mitochondries assurent la respiration cellulaire, et la synthèse de molécules riches en énergie. Elles jouent aussi un rôle majeur dans la mort cellulaire programmée ou apoptose. Les péroxysomes sont des petits organites impliqués dans la destruction des radicaux libres (détoxification)  Le noyau: est un compartiment délimité par l’enveloppe nucléaire, percée de pores nucléaire qui permettent les échanges entre le noyau e0t le cytoplasme (échanges nucléocytoplasmiques)  Le noyau contient l’ADN ( Acide Désoxyribonucléique), fragmenté en chromosomes et dans lequel est stockée l’information génétique. LES NIVEAUX D’ORGANISATION DU VIVANT  COMPOSITION CHIMIQUE DE LA CELLULE Composés inorganiques Composés organiques Eau Glucides Sels minéraux Lipides oligo-éléments Protéines Acides nucléiques Vitamines LES COMPOSÉS I N O RGA N I Q U E S  EAU  le composé le plus abondant  Représente 75% de poids des cellules  Deux atomes d’hydrogène sont liés par des liaisons covalentes à un atome d’oxygène Fonction:  Transporter les substances (sang et lymphe)  Excréter des déchets (urine)  Réguler la température (sang)  LES SELS MINÉRAUX ET LES OLIGO- ÉLÉMENT  Les sels minéraux: Calcium(Ca), Phosphore (P), Potassium (K), Sodium (Na), Chlore (Cl), Magnésium (Mg). Ces sels minéraux sont présents dans l’alimentation sous forme de sels (Chlorure de sodium, Phosphate de calcium), ils sont essentiels au bon fonctionnement de l’organisme et à son développement  Les oligo-éléments: Fer (Fe), Fluor (F), Zinc (Zn), Cuivre (Cu), Sélénium (Se), Iode (Id), Chrome (Cr). Ils sont présents dans les aliments en très petites quantités et interviennent dans de nombreuses réactions chimiques. LES COMPOSÉS O RGA N I Q U E S  LES GLUCIDES Les glucides se divisent en monosaccharides, disaccharides et polysaccharides. 1- Monosaccharides Les plus abondant des êtres vivants (C6H12O6), les 3 principaux sont: Glucose, Fructose et le Galactose.  LES GLUCIDES 2- Disaccharides Molécules formés par l’union chimique de deux monosaccharides. Les principaux retrouvés dans les aliments sont: Saccharose, lactose et maltose. Exemple: Saccharose (sucre de canne), Lactose (Lait) et Maltose (fruit, légumes céréales)  LES GLUCIDES 3-Polysaccharides Les polysaccharides (parfois appelés glycanes, polyosides, polyholosides ou glucides complexes) sont des polymères de la famille des glucides constitués de plusieurs oses liés entre eux par des liaisons osidiques. Les principaux retrouvés dans les aliments sont: le glycogène, l’amidon, la cellulose.  LES GLUCIDES Rôles: Le principal rôle des glucides est énergétique. Au cours de la digestion, les glucides apporté par l’alimentation sont dégradés plus ou moins rapidement en glucose. Celui- ci servira directement à la fourniture d’énergie ou sera stocké sous forme de glycogène dans le foie et les muscles. Mais certains glucides possèdent également un rôle structurel et interviennent comme élément de soutien ou de protection (Cellulose par exemple)  LES LIPIDES Les lipides regroupent toute la famille des graisses: acides gras saturés ou insaturé, phospholipides, cholestérol et triglycérides sont des exemples de lipides. Molécules hydrophobes (insolubles dans l’eau et soluble dans les solvants organiques) 1- Triglycérides La plupart des lipides de notre alimentation sont des triglycérides. Ils se forment par l’union chimique d’une molécule de glycérol ) trois molécules d’acides gras  LES LIPIDES 2- Phospholipides Rassemblent aux triglycérides. Formé d’un glycérol lié à deux acides gras et un groupement chimique contenant du phosphore et de l’azote. Ce sont des constituants essentiels: des membranes des cellules du corps (neurones,…) : préserver leur viscoélasticité donc échanges cellulaires optimisés du système nerveux (cerveau et nerfs) du neurotransmetteur acétylcholine synthétisé par le foie et stocké dans la vésicule biliaire  LES LIPIDES 3- Stéroïdes Le plus abondant et le plus connu des stéroïdes est le Cholestérol (n’est présent que chez les animaux). Ce sont des dérivés du cholestérol représentés par les hormones sexuelles, , la vitamine D. Le lieu de synthèse des stéroïdes est très variés : matrice mitochondriale, cytosol, surface de la membrane du réticulum endoplasmique  LES LIPIDES Rôles:  Rôle énergétique très important  Participent à l’élaboration de plusieurs hormones et transmetteurs  Participent à la composition des membranes des cellules  Participent à de nombreuses réactions enzymatiques  Rôle  de transport pour certaines vitamines.  LES ACIDES NUCLÉIQUES L’acide nucléique est une macromolécule, en d’autre terme, une molécule de très grande taille. Les unités formant cette molécule sont appelées des nucléotides. On distingue deux principaux types d’acides nucléiques: les acides ribonucléique (ARN) et les acides désoxyribonucléiques (ADN). Les différents acides nucléiques sont présents dans chaque cellule d’un organisme vivant. Ils y remplissent des fonctions primordiales. L’ADN porte ainsi toutes les informations génétiques déterminant un individu. L’ARN, quant à lui, est à l’origine de la synthèse des différentes protéines nécessaires à la vie.  LES VITAMINES Les vitamines sont des substances qui n’apportent pas d’énergie mais qui sont indispensables au bon fonctionnement de l’organisme. Elles interviennent en faible concentration dans de nombreux processus vitaux.. Dans la plupart des cas, notre organisme est incapable de les synthétiser C E L LU L E A N I M A L E ET C E L LU L E V É G É TA L E EN QUOI LES CELLULES VÉGÉTALES ET ANIMALES DIFFÈRENT-ELLES ? À la fois les cellules végétales et animales sont des eucaryotes, ce qui signifie qu'elles contiennent des organites membranaires, comme un noyau et des mitochondries. Cependant, les cellules végétales et les cellules animales ne sont pas exactement les mêmes et n'ont pas exactement les mêmes organites parce qu'elles ont chacune des besoins différents. Par exemple, les cellules végétales contiennent des chloroplastes puisqu'elles doivent effectuer la photosynthèse, mais pas les cellules animales.  Les cellules animales et végétales ont des mitochondries, mais seules les cellules végétales ont des chloroplastes. Les plantes n'obtiennent pas de sucre en consommant de la nourriture, elles doivent donc produire du sucre à partir de la lumière du soleil. Ce processus (la photosynthèse) se déroule au sein des chloroplastes. Une fois que le sucre est fabriqué, il est ensuite décomposé par les mitochondries pour produire de l'énergie pour la cellule. Comme les animaux obtiennent le sucre à partir de ce qu'ils consomment, ils n'ont pas besoin de chloroplastes. Ils ont juste besoin de mitochondries.  Les cellules végétales et animales ont des vacuoles. Une cellule végétale contient une grande vacuole unique qui est utilisée pour stocker et maintenir la forme de la cellule. En revanche, les cellules animales ont de nombreuse vacuoles plus petites.  Les cellules végétales ont une paroi cellulaire, ainsi qu'une membrane cellulaire. Chez les plantes, la paroi cellulaire entoure la membrane cellulaire. Cela donne à la cellule végétale sa forme rectangulaire unique. Les cellules animales ont simplement une membrane cellulaire mais pas de paroi cellulaire.  LA MEMBRANE PL ASMIQUE MEMBRANE PLASMIQUE Enveloppe continue qui forme une frontière (barrière) entre le milieu extracellulaire et le cytoplasme: Assure l’intégrité de la cellule Régule la composition du cytoplasme et du liquide extracellulaire. Zone d’interaction de la cellule avec son environnement:  Détection et transduction de signaux extérieurs Interaction structurales entre les cellules Transduction d’énergie chez la cellule procaryote Reconnaissance du ‘Soi’ et du ‘Non Soi’ La membrane plasmique appartient à un grand ensemble connu sous le nom de membranes biologiques qui correspond, chez la cellule eucaryote, à: la membrane plasmique + membranes intracellulaires Toutes les membranes biologiques se rassemblent de point de vue:  Structure  Composition chimique Unité Membranaire  Organisation moléculaire  Propriétés physiologiques  La membrane plasmique des globules rouges est la mieux étudiée car ces cellules s'obtiennent facilement et en grande quantité à partir du sang, elles sont toujours isolées, elles sont dépourvues d'organites cellulaires et on Globules Rouges peut obtenir des membranes artificielles en les plaçant dans une solution saline diluée. COMPOSITION MOLÉCULAIRE ET PROPRIÉTÉS PHYSICO- CHIMIQUES DES MOLÉCULES MEMBRANAIRES I) Composition des membranes 1) Diversités des lipides membranaires a) Phospholipides b) Glycolipides c) Cholestérol 2) Diversités des protéines membranaires a) Les protéines extrinsèques b) Les protéines ancrées dans les acides gras c) Les protéines transmembranaires 3) Diversités des glucides membranaires I) Composition des membranes Les membranes sont constituées (en poids sec de membrane) de 40% de lipides, 52% de protéines et 8% de glucides. 1) Diversités des lipides membranaires Phospholipides Glycolipides Cholestérol I) Composition des membranes 1) Diversités des lipides membranaires a) Phospholipides: Ils ont un squelette alcool : glycérol ou sphingosine. On distingue deux types de phospholipides : Glycérophospholipides Sphingophospholipides  Glycérophospholipides Les glycérophospholipides correspondent à l’association de glycérol, de deux acides gras, d’un acide phosphorique et d’alcools ou d’acides aminés.  Les alcools ou les acides aminés donnent l’identité et la caractéristique du glycérophospholipides.  Parmi les acides aminés on trouve la sérine et parmi les alcools on trouve l’inositol, l’éthanolamine et la choline ;  Sphingophospholipides Les sphingophospholipides correspondent à l’association de sphingosine, d’acide gras, d’acide phosphorique et d’alcool ou d’acides aminés ;  On obtient ainsi la sphingomyéline :est formée par estérification de l'alcool terminal de la céramide par la phosphatidylcholine.  Les céramides : formées d'une sphingosine unie à un acide gras par un groupement amine  I) Composition des membranes 1) Diversités des lipides membranaires b) Glycolipides Sont des céramides (sphingoglycolipides) liées avec un glucide (glycéroglycolipides), selon le type de ce glucide, on distingue La cérébroside quand ce Les gangliosides quand le glucide est un sucre glucide ajouté est un simple (rein, foie) oligosaccharide Il est intéressant de préciser que les glycolipides des membranes des érythrocytes (globules-rouges), définissent le groupe sanguin de l’individu. I) Composition des membranes 1) Diversités des lipides membranaires c) Cholestérol Le cholestérol est uniquement présent dans les membranes des cellules animales, en effet, il est absent chez cellules végétales et des bactéries. Le cholestérol est composé d’un noyau stéroïde hydrophobe, d’une queue hydrophobe et d’une fonction alcool hydrophile. La molécule est donc amphiphile, représente environ un quart des lipides membranaires et influence la fluidité membranaire. I) Composition des membranes 2) Diversités des protéines membranaires Les protéines membranaires ont des rôles bien spécifiques au sein de la double couche phospholipidique : récepteurs, transporteurs, adhérence cellulaire, catalyse enzymatique, messagers intracellulaires, etc.  Chaque protéine possède une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale (cf. cours de biologie moléculaire). I) Composition des membranes 2) Diversités des protéines membranaires Trois catégories de protéines sont envisagées: a) Les protéines extrinsèques b) Les protéines ancrées dans des acides gras c) Les protéines transmembranaires  a) Les protéines extrinsèques Les protéines extrinsèques sont localisées en dehors de la bicouche phospholipidique et sont ainsi soit entièrement intracellulaire, soit entièrement extracellulaire. mais elles sont associées à la membrane par des liaisons non covalentes.  b) Les protéines ancrées dans des acides gras Elles sont localisées en dehors de la bicouche lipidique mais unies par covalence à une molécule de lipide située à l'intérieur de la bicouche.  c) Les protéines transmembranaires Elles pénètrent dans la bicouche lipidique, elles sont maintenues par des liaisons hydrophobes avec les lipides. I) Composition des membranes 3) Diversités des glucides membranaires Ce sont des polysaccharides ou des oligosaccharides toujours associés par liaison covalentes soit : aux protéines pour former les glycoprotéines aux lipides pour former des glycolipides.  II) Propriétés des constituants de la membrane  L’asymétrie de la bicouche lipidique : la répartition des lipides entre les deux feuillets internes et externes est asymétrique.  La fluidité de la membrane La nature des acides gras constitutifs des phospholipides : – Les acides gras insaturés augmentent la fluidité et les acides gras saturés rigidifient la membrane plasmique. – Plus la chaîne carbonée de ces acides gras est longue, plus la membrane est rigide. La quantité de cholestérol : La fluidité diminue quand la quantité de cholestérol augmente. La température : La fluidité augmente lorsque la température augmente  Mobilité des protéines Seulement deux types de mouvements sont possibles pour les protéines : – Rotation sur elle-même ; – Diffusion latérale: La mobilité latérale des protéines au niveau de la membrane plasmique dépend de deux facteurs : la viscosité des lipides dans lesquels doivent migrer les protéines la masse moléculaire des protéines. L E T R A N S P O RT M E M B R A NA I R E  I. TRANSPORT TRANSMEMBRANAIRE Une des fonctions importantes pour la cellule est de pouvoir contrôler les passages à travers sa membrane (entrée de substances nutritives, sortie des déchets, passage des ions de façon à maintenir une concentration ionique optimale). Transport membranaire est le passage d’une molécule ou d’un ion à travers une membrane plasmique  Transport passif Est un transport qui se fait sans consommation d’énergie, il se fait donc selon le gradient électrochimique (ions) ou le gradient de concentration (H2O) Forte Faible Dans ce type de transport qui s’effectue sans consommation d’énergie, on distingue: La diffusion simple ou libre La diffusion facilité et accélérée La diffusion simple ou libre Est la diffusion d’une molécule à travers la membrane plasmique (dans le sens des concentrations fortes vers les concentrations faibles jusqu’à l ’équilibre des concentrations de part et d’autre de la membrane. Caractéristiques: La membrane est imperméable aux:  Particules chargées  Grosses particules chargées  Grosses molécules non chargées (protéine et glucose) Protéines spécialisées sont donc responsable du transport de substances à travers les membranes cellulaires Les aqua-porines La diffusion facilité et accélérée La diffusion ne traverse pas directement, elle doit utiliser une protéine transmembranaire de transport. Protéines de canal Protéines porteuses (Canaux ioniques) (Les transporteurs)  Protéines de canal (Canaux ioniques) Elles ne doivent pas changer de forme pour permettre le passage. Ce type de transport est :  Très spécifique  Extrêmement rapide  régulé  Protéines porteuses (Les transporteurs) Elles changent de forme pour déplacer des molécules d’un côté à l’autre. Ce type de transport est : moins rapide  Transport actif Le transport actif implique le transfert d’une molécule contre le gradient de concentration grâce à l’utilisation d’une protéine transmembranaire de type Pompe, se fait avec consommation d’énergie.  Primaire (Pompes)  Secondaire (Co-transport)  Endocytose Transport vésiculaire  exocytose  Exemple de Pompe Sodium Potassium Cette pompe fonctionne en pompant activement Na+ vers l'extérieur de la cellule et K+ vers l'intérieur contre leurs gradients électrochimiques.  Endocytose Phagocytose Pinocytose Extérieure vers l’intérieure Pinocytose correspond au prélèvement d'une gouttelette d'un liquide extra cellulaire contenant ou non des petites molécules. L'ingestion se fait par invagination de la membrane plasmique qui se déprime en cupule, puis emprisonne le liquide à ingérer dans une petite vésicule qui sera libérée dans le cytoplasme.  Phagocytose: mécanisme permettant d’ingérer un corps étranger afin de le détruire puis des lysosomes se positionnent autour de la vésicule et déversent leurs enzymes qui vont hydrolyser le corps ainsi ingéré. Une particule est La vacuole se fusionnera encerclée par des Cela forme une avec un lysosome rempli pseudopodes qui sont vacuole autour de la d’enzymes hydrolytiques des prolongements qui pourra digérer la cytoplasmiques particule.. particule  Exocytose L’exocytose correspond à l'excrétion de produits de déchets ou à la sécrétion de substances synthétisées par la cellule elle-même par l'intermédiaire de vésicules. Ces vésicules, d'origine intracellulaire, fusionnent avec la membrane plasmique, restituant ainsi à cette membrane l'équivalent des parties prélevées au cours de l'endocytose. NOYAU Le noyau est un organite, présent dans les cellules eucaryotes, et contenant le matériel génétique de la cellule (ADN). Il a deux fonctions principales : Contrôler les réactions chimiques du cytoplasme Stocker les informations nécessaires à la division cellulaire. Il a un diamètre variant de 5 à 7 micromètres, ce qui fait de lui le plus grand  ORGANISATION DU NOYAU ENVELOPPE NUCLÉAIRE C’est une double membrane (70% protéines et 30% lipides) séparée par un espace péri-nucléaire de nature protéique et de 20-50 nm d’épaisseur : - Membrane nucléaire externe, recouverte de ribosomes et en continuité directe avec les membranes du réticulum endoplasmique rugueux. -Membrane nucléaire interne, recouverte d’une couche protéique fibreuse: la lamina.  LAMINA La lamina nucléaire = réseau protéique fibreux, qui double la membrane interne de l'enveloppe nucléaire formant une couche de 10 à 20 nm d'épaisseur et interrompue par des pores nucléaires.  Donne sa forme au noyau  Rend rigide l'enveloppe nucléaire  Joue un rôle dans la disparition et la reconstitution de la membrane nucléaire lors de la division cellulaire  Sert aussi à la fi xation des chromatides à la périphérie du noyau L’enveloppe nucléaire est percée de pores nucléaires qui permettent la communication entre le cytoplasme et le nucléoplasme : - Molécules transportées du cytoplasme vers le noyau: protéines de formation de la chromatine, protéines de formation de la lamina et protéines qui régulent l’activité de réplication et de transcription de l'ADN. - Les molécules synthétisées dans le noyau et exportées vers le cytoplasme : les ARN.  NUCLÉOPLASME Le nucléoplasme est un liquide de consistance gélatineuse contenu dans le noyau délimité par l'enveloppe nucléaire. Il contient en moyenne entre 70 % et 90 % d'eau et son pH est proche de 7. Le nucléoplasme contient: nucléotides triphosphates, des enzymes, des protéines et des facteurs de transcription. Il renferme la quasi totalité de l'information génétique (2 mètres d'ADN double brin enfermé dans la chromatine (complexe A D N - protéines).  CHROMATINE La chromatine est la forme sous laquelle se présente l'ADN dans le noyau. C'est la substance de base des chromosomes eucaryotes, elle correspond à l'association: ADN + ARN + Protéines HISTONES NON-HISTONES ( non liées à l’ADN).  DEUX TYPES DE CHROMATINE L'euchromatine L'hétérochromatine est diffuse, claire et dispersée. est dense, très opaque aux e-. Constituée de fines fibres Située contre l’enveloppe nucléaire et associées à l’hétérochromatine. en amas isolés au centre du noyau..  Différents niveaux de condensation del’ADN (1) Single DNA strand. (2) Chromatin strand (DNA with histones). (3) Chromatin during interphase with centromere. (4) Condensed chromatin during prophase. (Two copies of the DNA molecule are now present) (5) Chromosome during metaphase.  NUCLÉOLE C’est une structure de quelques micromètres de diamètre dans le noyau qui peut être isolée et caractérisée. Elle contient de l'ADN (chromatine condensée et non condensée), des protéines et des ARN. Il est le siège de transcription des gènes ribosomiques et des gènes de transcription des ARN. Centre fibrillaire: c’est le siège de l'allongement des ARN pré- ribosomique. Composant granulaire (zone de stockage des pré-ribosomes): contient des particules pré-ribosomiques à aspect granulaire de 15- 20 nm de diamètre. Centre fibrillaire dense: entourant les centres fibrillaires, c'est une chromatine compacte. Elle correspond aux organisateurs nucléolaires (segments d’ADN qui expriment les gènes sous forme d’ARNr).  RETICULUM ENDOPL ASMI QUE  RETICULUM ENDOPLASMIQUE C’est un réseau de membranes internes interconnectées sous forme de tubules et sacs issues des membranes nucléaires. C’est un des plus grands organites de la majorité des cellules eucaryotes Le réticulum endoplasmique a de nombreuses fonctions, mais il est particulièrement important pour:  la synthèse des protéines (RER) et des lipides (REL).  Le stockage du calcium intracellulaire  RETICULUM ENDOPLASMIQUE Composition chimique  Membrane: 70% protéines et 30% lipides  Cavité: Contient une solution aqueuse composée d’ions et d’un mélange de protéines (glycoprotéines, lipoprotéines) Dans les cellules musculaires, le réticulum lisse est appelé réticulum sarcoplasmique.  RETICULUM ENDOPLASMIQUE Rôles physiologiques Le rôle du réticulum endoplasmique présente quatre aspects différents:  Stockage de substances dans la cellule.  Transport de substances.  Synthèse de substances  Distribution de substances dans la cellule Rapport avec les autres organites Le réticulum endoplasmique contracte, avec d’autres organites cellulaires, des rapports variés:  Le réticulum endoplasmique, qui est en continuité avec la membrane nucléaire et la membrane plasmique, met en communication les cavités endoplasmiques avec l’espace périnucléaire.  Il est également en liaison temporaire avec l’appareil de Golgi.  Enfin, le voisinage observé des canalicules endoplasmiques avec la mitochondrie, a une explication physiologique liée aux fonctions de ces deux formations cellulaires. APPAREIL DE GOLGI  APPAREIL DE GOLGI Est un organite regroupant l'ensemble des dictyosomes (formations constituées de saccules ou citernes empilées). C'est un lieu de passage obligatoire des protéines synthétisées par le réticulum endoplasmique rugueux (granuleux).  APPAREIL DE GOLGI Composition chimique  Les membranes de l’AG contiennent 35 à 40% de lipides (surtout des phospholipides) et moins de protéines que le RE (60 à 65%).  Elles renferment un nombre important de glycosyltransférases, de sulfotransférases et de phosphotransférases.  APPAREIL DE GOLGI Fonctions  Transfert des protéines du RER vers les vésicules de sécrétion contenant des grains de sécrétion destinées à la membrane plasmique ou à la paroi squelettique.  Maturation des protéines par modification des chaînes oligosaccharidiques comprenant d'une part une N-glycosylation et d'autre part une O-glycosylation de certaines protéines.  L’appareil de Golgi est constitué de un ou plusieurs dictyosomes. Chaque dictyosome est constitué de plusieurs sacules reliées par des ponts membranaires. Le dictyosome est polarisé, il comporte une face (face cis) de formation et une face de sécrétion (face trans).  La face de formation est toujours à proximité du REL Des vésicules se détachent du réticulum et fusionnent pour former une nouvelle saccule. Sur l’autre face ( face de maturation), les vésicules de condensation se détachent et se dispersent dans le cytoplasme avant de fusionner avec la membrane cible.  Le dictyosomes subit donc un renouvellement constant, une nouvelle saccule se forme toute les 4 minutes dans une cellule en activité. C’est à l’intérieur des saccules que les protéines terminent leur maturation. La polarisation du Golgi concerne la forme et la composition des saccules, l’association des saccules avec d’autres constituants cellulaire ainsi que la nature chimique des membranes des citernes.  Expédition des produits sécrétés  Tri des molécules synthétisées  Emballage dans des vésicules de sécrétion (pour les produits destinés à la sécrétion)  Ciblage des produits élaborés (par marquage de la membrane des vésicules par des séquences d'adressage) afin qu'ils atteignent leur destination finale.  Activation de certaines protéines. Les protéines traversent le golgi en 30 minutes du compartiment cis vers le trans. Au cours de ce passage, la plupart d’entre elles subissent un remaniement de leur portion glucidique, de leurs ponts disulfures et quelquefois une protéolyse partielle. MITOCHONDR IE  Organite cytoplasmique spécifiques des eucaryotes aérobies (animaux ou végétaux) ne font pas partie du système endomembranaire. Elle produit la majeure partie de l’énergie cellulaire. Schéma descriptif de la structure mitochondriale : 1. : membrane interne ; 2. : membrane externe ; 3. : espace intermembranaire ; 4. : matrice. 1. Caractéristiques  Forme: bâtonnet ou sphérique  Longueur: 1 à 4 µm  Diamètre: 0,3 à 0,7 µm  Localisation: dans toutes les cellules des Eucaryotes  Volume: 20% du cytoplasme 2. Ultrastructure 2.1. Membranes  Membrane externe: 60% protéines et 40% lipides  Espace intermembranaire  Membrane interne: 80% protéines et 20% lipides Forme des replis vers l’intérieur ce qui augmente sa surface: crêtes, perpendiculaires au grand axe de la mitochondrie. Imperméable à la diffusion de H+ (protons). 2.2. Matrice C’est la substance fondamentale où se produisent des réactions métaboliques et qui contient:  des granules denses (accumulations de cations)  des mitoribosomes, plus petits que ceux du hyaloplasme (synthèse protéique)  ADNmt sous forme de chromosome circulaire qui permet à la mitochondrie de synthétiser certaines de ses protéines.  La mitochondrie reste cependant dépendante de l’ADN nucléaire pour la synthèse de la plupart de ses protéines : organite semi-autonome  Respiration cellulaire (mitochondriale) Ensemble de réactions complexes qui aboutissent à la formation d’ATP et qui sont accompagnées par des échanges gazeux respiratoires: absorption d’O2 et dégagement de CO2. On peut la diviser en trois étapes qui fonctionnent simultanément.  Première étape Oxydation des substrats (Lieu: la matrice) L’acide pyruvique et les acides gras sont oxydés par perte d’H2 (déshydrogénation) qui sont captés soit par le NAD+ pour devenir NADH,H+ soit par le FAD pour devenir FADH2. Ces 2 substrats fournissent l’acétyl-CoA qui permet le fonctionnement du Cycle de Krebs (Cycle de l’acide citrique). Les co-enzymes réduits vont participer à la chaîne respiratoire (2ème étape) en tant que donneur d’H2.  Deuxième étape chaîne respiratoire (Lieu: membrane mitochondriale interne: crêtes mitochondriales) Le NADH,H+ subit une déshydrogénation au niveau du complexe NADH déshydrogénase dans la membrane interne mitochondriale. NADH+H+ → NAD+ + 2H+ + 2e- Seuls les e- seront transportés le long de la chaîne respiratoire qui comporte 3 complexes enzymatiques respiratoires principaux ainsi que 2 transporteurs intermédiaires: a- Complexe NADH déshydrogénase (Plus de 22 chaînes polypeptidiques) Accepte des e- du NADH,H+ et les transporte à l’ubiquinone. b- Complexe cytochrome b-c 1 (8 chaînes polypeptidiques) Contient un atome de fer ou de cuivre qui permet le transport des e- de l’ubiquinone vers le cytochrome c. c- Complexe cytochrome oxydase (9 chaînes polypeptidiques au moins) Accepte des e- du cytochrome c et les transmet à O2qui capte en même temps des protons (2H+)  production d’eau : 2H+ + 2e- + ½ O2 → H2O  Troisième étape: formation d’ATP: phosphorylation oxydative Le transport des électrons entraîne une chute importante de l’énergie qui est utilisée pour le pompage de protons (H+)de la matrice vers l’espace intermembranaire. Comme la membrane interne est imperméable aux protons, il se crée un gradient de pH entre la matrice et l’espace intermembranaire. L’espace intermembranaire est plus concentré en H+ (gradient chimique) et en e- (gradient électrique) que la matrice. D’où le retour des H+ dans la matrice à travers les canaux à protons au niveau des sphères pédonculées (ATP synthase). L’ATP synthase utilise l’énergie du flux protonique pour synthétiser l’ATP à partir d’ADP et Pi dans la matrice. ADP + Pi + énergie → ATP C’est une phosphorylation oxydative puisque l’énergie provient des H2 des substrats par oxydation (1ère étape). Respiration cellulaire (mitochondriale) CHLOROPL AS TE  CHLOROPLASTE Ce sont des organites cellulaires spécialisés, siège de la photosynthèse. La photosynthèse consiste en une consommation de CO2 et H2O, en présence de lumière et une production d’O2 et de molécules organiques telles que le glucose. Le chloroplaste est un organite semi-autonome qui possède (comme la mitochondrie) son propre matériel génétique et une double membrane phospholipidique: Membrane externe, relativement perméable Membrane interne, peu perméable, présente des replis : les thylakoïdes, empilés et formant des granas (ensemble de granum). Contient des acides gras insaturés et des pigments (chlorophylle et caroténoïde) souvent associés à des protéines. Stroma: ADN, ribosomes, amidon, globules lipidiques, … Photosynthèse