Biologie Cellulaire GBM1 2024-2025 Cours PDF

 HISTORIQUE Les cellules ne peuvent pas être observées à l’œil nu en raison de leur très petite taille. L’his...

 HISTORIQUE Les cellules ne peuvent pas être observées à l’œil nu en raison de leur très petite taille. L’histoire de la biologie cellulaire est donc étroitement liée au perfectionnement d’un appareil optique agrandissant: le microscope. Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical A partir de cette époque on peut résumer l’histoire de la biologie cellulaire: L’anglais Robert Hooke (1665) propose, pour la première fois, le terme cellule (petite chambre) en observant des coupes de liège avec un microscope rudimentaire à une seule lentille (en fait des cellules végétales mortes) Le hollandais Antony Van Leeuwenhoek (1674) décrit plusieurs micro-vivants (protistes, bactéries). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  HISTORIQUE Les allemands Mathias Schleiden et Theodor Schwann (1838-1839), suite à Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical l’observation de multiples organismes animaux et végétaux, parviennent à la formulation de la théorie cellulaire à travers deux principes:  Principe 1: Tous les organismes sont constitués d’une ou de plusieurs cellules.  Principe 2: La cellule est l’unité structurale de la vie. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  HISTORIQUE Louis pasteur a par la suite réfuté la génération spontanée. La même année, l’allemand Rudolph Virschow (1855) a énoncé le 3ème Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical principe:  Principe 3: Les cellules ne peuvent provenir que de la division d’une cellule préexistante. (omnis cellula ex cellula) Les progrès incessants dans les équipements microscopiques ont permis l’identification des principales structures cellulaires. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Introduction à la biologie cellulaire Généralités La cellule est la plus petite unité structurale, fonctionnelle et reproductrice de tous Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical les êtres vivants. RER A. Golgi MP Noyau Mitochondrie REL Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Introduction à la biologie cellulaire La cellule L’unité fondamentale des êtres vivants Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical capable d’une réplication indépendante Cellules procaryotes  Bactéries Cellules eucaryotes  Noyau  Organites  Uni ou multicellulaires Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Introduction à la biologie cellulaire La cellule L’unité fondamentale des êtres vivants Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Introduction à la biologie cellulaire La Différenciation cellulaire est le processus par lequel une cellule peu ou pas Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical différenciée acquiert les caractéristiques d’un type cellulaire sur le plan morphologique et fonctionnel. Les cellules différenciées :sont caractérisées par une structure cellulaire particulière (cellule épithéliale, musculaire, neurone..), une production spécifique (hormone, enzymes; hémoglobine) et une fonction cellulaire spécifique (contraction musculaire, transport de gaz, communication nerveuse...). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  4. Différentiation et spécialisation cellulaires 1. La cellule, unité structurale du vivant. - Caractères particuliers des cellules acquis lors de la différenciation cellulaire. - Tous les organismes vivants sont formés de ȼ - C’est le résultat d’une différence d’expression des gènes. - la ȼ est un volume limité par une - C’est une acquisition de caractères structuraux et fonctionnels adaptés à une membrane plasmique fonction donnée. - ȼ eucaryotes: matériel génétique entouré 3. La diversité cellulaire d'une double membrane (enveloppe); Procaryotes Eucaryotes - ȼ procaryotes: le MG en contact direct - Absence de noyau individualisé - Noyau entouré par une avec le cytoplasme - Bactéries, organismes enveloppe - Compartimentation interne - Organismes unicellulaires (procaryotes et unicellulaires (Ensemble hétérogène) eucaryotes) et pluricellulaires (eucaryotes  nombreux organites La cellule uniquement) Cellule végétale: -ȼ d’une centaines de µm 2. La cellule, unité fonctionnelle du vivant Cellules de quelques µm -Paroi pectocellulosique -Grosse vacuole centrale - La ȼ est le siège de multiples réactions -Chloroplastes chimiques --> métabolisme - Autotrophe Cellule animale: - Le métabolisme cellulaire fait intervenir - hétérotrophe les mêmes molécules (AA, AG, nucléotides, enzymes) - L'information génétique est portée par la même molécule : ADN - Les ȼ fonctionnent avec certains processus communs : réplication, transcription, traduction  Introduction à la biologie cellulaire Les axiomes de la théorie cellulaire : 1. Cellule est une unité vivante et l’unité de Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical base du vivant (une cellule est une entité autonome capable de réaliser un certain nombre de fonctions nécessaires et suffisantes à sa vie). 2. L’individualité cellulaire grâce à la membrane plasmique qui règle les échanges entre la cellule et son environnement. 3. Cellule renferme sous forme d’ADN l’information nécessaire à son fonctionnement et à sa reproduction. L’ADN peut être sous forme libre (procaryotes) ou stocké dans une structure particulière : les chromosomes, réunis dans le noyau (eucaryotes). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Introduction à la biologie cellulaire Définition de la Biologie cellulaire Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical De la théorie cellulaire est née la Biologie cellulaire :  Discipline de la biologie étudiant les cellules et leurs organites, les processus vitaux qui s’y déroulent  Les mécanismes permettant leur survie (reproduction, métabolisme, homéostasie, néguentropie, 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) Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Introduction à la biologie cellulaire Tous les êtres vivants sont constitués d’unités invisibles à l’œil nu : les cellules (en latin cellula signifie petite chambre) : Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical - Procaryotes, ou bactéries, au sens large, - Eucaryotes, dont les cellules, de taille dont les cellules sont de très petite taille : comprise entre 10 et 100 μm, en général, sont ordre de grandeur = 1 μm, avec quelques beaucoup plus volumineuses et présentent un exceptions, ne présentant pas ou peu de cytoplasme hautement structuré, contenant une compartimentation au sein de leur grande diversité d’organites tels que : le noyau, cytoplasme (absence d’organites limités par les mitochondries, le réticulum endoplasmique… des membranes) Paramécie Amibe Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  La cellule eucaryote et ses organites Types de cellules eucaryotes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical plus de 200 différentes types  unicellulaires  multicellulaires et/ou assemblées en tissus Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  La cellule eucaryote et ses organites Les cellules eucaryotes ont différentes morphologies et fonctions Taille variable: 5-20 μm en moyenne, Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical jusqu’à 1mm œuf de grenouille Fixes ou mobiles neurones, etc amibes et macrophages Morphologie variable Fonctions spécialisées (organismes multicellulaires) : globules rouges et blancs neurones cellules musculaires fibroblastes etc Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Tableau I : Comparaison cellule Procaryote VS cellule Eucaryote Cellules Procaryotes Cellules Eucaryotes Ne possèdent pas de noyaux Possèdent un noyau qui est l’organite le plus volumineux Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Possèdent un ADN circulaire ou linéaire, situé dans Noyau est délimité par une double membrane appelée le cytoplasme enveloppe nucléaire. Réplication, Transcription et Traduction de l’ADN se Dans le noyau se réalise la réplication et la transcription fait directement dans le cytoplasme. de l’ADN N’ont pas de cloisonnement cytoplasmique Traduction se fait dans le cytoplasme de la cellule. Membrane est doublée d’une couche de Présence d’organites (noyau réticulum endoplasmique, peptidoglycane formant la paroi cellulaire appareil de golgi, lysosomes) Substance fondamentale du cytoplasme est appelée le cytosol qui est rigide chez les procaryotes, avec Ces organites nagent dans le cytosol (fluide) une absence de flux (ni exocytose, ni endocytose) Membranes plasmiques ne sont pas doublées d’une paroi pour les animaux, mais doublées pour les végétaux (paroi Ne possèdent ni organites ni cytosquelette pecto-cellulosique) et pour les champignons (paroi polysaccharidique) Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Comparaison cellule Procaryote VS cellule Eucaryote Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Membrane plasmique Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Membrane plasmique Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Membrane plasmique Bicouche lipidique fluide contenant des protéines Barrière sélective Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Formée de 2 couches de phospholipides Glycorotéine Glucides Quelques protéines et glucides Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Tètes hydrophiles Protéines Cholestérol, qui est un lipide. Globulaires Glycolipide Phospholipides Cholesterol Protéines Protéines Protéines périphériques de surfaces Transmembranaires Chaines hydrophobes Membrane cytoplasmique en double couche lipidique Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique HYDROPHILE Phophocholine  Phospholipidiques ont une tête, électriquement Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical chargée et hydrophile et une queue, non chargée et hydrophobe.  Bicouche phospholipidique est disposée comme un Glycérol sandwich, avec les têtes hydrophiles alignées sur les faces superficielles de la membrane et les queues HYDROPHOBE hydrophobes, formant une couche centrale repoussant l'eau. Ces différences influencent le transfert de substances à travers la membrane. Saturé Phospholipide membranaire formé d’une tête hydrophile et d’une queue hydrophobe Acide Gras Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Protéines Membranaires Glycannes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Les protéines qui traversent toute l'épaisseur de la membrane constituent des canaux (Ionophores) permettant le passage, par exemple, d'électrolytes et de substances solubles non lipidiques.  La figure montre des molécules protéiques à la surface de la membrane plasmique (Protéine Bicouche Protéines Extrinsèque) et de part et d’autre de Phospholipidique membranaires la membrane (Protéine Intrinsèque). Protéines membranaires , extrinsèques et intrinsèques Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Protéines Membranaires Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Les protéines membranaires ont plusieurs fonctions :  Glycoprotéines membranaires [Protéines + Glycannes] fixent par leur partie externe des molécules d'hydrates de carbone ramifiés, donnant à la cellule son identité immunologique ;  Elles peuvent agir comme récepteurs (sites de reconnaissance spécifiques) d'hormones et d'autres messagers chimiques ;  Certaines sont des enzymes. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Protéines Membranaires Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Les protéines membranaires ont plusieurs fonctions :  Protéines transmembranaires forment des canaux qui sont remplis d'eau et qui permettent à de très petits ions hydrosolubles de traverser la membrane ;  Certaines sont impliquées dans les pompes qui transportent les substances à travers la membrane. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Transport de substances à travers les membranes cellulaires Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Diagramme montrant l’étendue des valeurs des coefficients de perméabilité (cm.s -1) pour le passage de divers catégories de molécules et d’ions à travers les bicouches lipidiques artificielles Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Transport de substances à travers les membranes cellulaires Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Par échanges transmembranaires Diffusion simple Diffusion facilité Échanges actifs Par endocytose et exocytose Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Membrane plasmique Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Transport de substances à travers les membranes cellulaires Pompe sodium–potassium Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Toutes les cellules possèdent cette pompe, qui soutient indirectement d'autres mécanismes de transport comme l'absorption du glucose, et qui est essentielle au maintien du gradient électrique requis pour générer des potentiels d'action dans les cellules nerveuses et musculaires.  Ce mécanisme de transport actif maintient l'inégalité des concentrations de sodium (Na+) et de potassium (K+) de chaque côté de la membrane plasmique. Il peut utiliser jusqu'à 30 % de l'ATP nécessaire au métabolisme cellulaire. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Membrane plasmique Transport de substances à travers les membranes cellulaires Transport en masse Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Phagocytose = cellule qui mange Pinocytose = cellule qui boit Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Hyaloplasme  Cytosol, milieu gélatineux dans lequel baignent les organites cellulaires, est Membrane hautement structuré par un système de plasmique Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical microtubules et de microfilaments, appelé cytosquelette, on y trouve des ribosomes libres et plusieurs types d’inclusions non limitées par une membrane (lipides, Reticulum glycogène). Endoplasmique  Il n’a pas d’équivalent chez les Procaryotes  De nombreuses réactions biochimiques ont lieu dans le cytosol (ex : glycolyse). Microfilaments et filaments  Il a une double fonction : il est responsable intermédiaires de l’architecture cellulaire d’une part, et des mouvements intracellulaires (affectant les organites ou les chromosomes, lors de la Remarque : Cytoplasme = cytosol + organites, division) ou cellulaires (déplacement des cytosquelette, ribosomes et inclusions. cellules isolées), Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Hyaloplasme LE CYTOPLASME HYALOPLASME MORPHOPLASME Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical CYTOSOL CYTOSQUELETTE ORGANITES - Solution aqueuse - Réseaux: Filaments - Noyau - pH = 7 protéiques - Réticulum endoplasmique - Homogène - Appareil de Golgi - Peroxysomes Chloroplaste - Molécules solubles - Mitochondries - Vacuoles - Chloroplastes Voies Métaboliques Réseau de protéines filamenteuses 3 types Fonctions mécaniques, de transport etc. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Hyaloplasme  C’est un appareil cellulaire caractéristique de toutes les cellules eucaryotes (les procaryotes sont dépourvus). Filière d’Ingénieure en Génie Biomédical  Constitué d’un ensemble de protéines fibreuses. Cours Chaïk A. – FIGBMS1/ M11.1 : Biologie Cellulaire  Cytosol  Le hyaloplasme (ou cytosol), est la phase liquide translucide où baignent les organites cellulaires;  Fraction liquide du cytoplasme obtenu après centrifugation et Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical élimination des organites (pH = 7);  Il est limité par la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire et ne contient que des substances solubles (ce qui inclut également les protéines, enzymes et l'ARN);  Hautement structuré par un système de microtubules et de microfilaments, appelé cytosquelette;  Le cytosquelette a une double fonction : * il est responsable : - de l’architecture cellulaire; - et des mouvements : Intracellulaires (organites ou chromosomes lors de la division); ou cellulaires (déplacement des cellules isolées) * de l’endocytose et de l’exocytose. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Cytosol  Phase liquide ou semi liquide: - Gel colloïde: 4 fois plus visqueux que l’eau Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical - PH=7,0 (PH extracellulaire: 7,4) - 85% d’eau liée aux macromolécules, eau libre: 30%  Ions: Na+, K+, Cl-, Mg2+, Ca2+  Gaz: O2, CO2  Molécules: Glucides, lipides, acides aminés, nucléotides, autres métabolites  Macromolécules: protéines, polysaccharides, glycoprotéines, acides nucléiques  La concentration protéique du cytosol est très élevée: estimation 200mg/ml  Les protéines représentent environ 20 à 30% du volume du cytosol  Nombreuses protéines liées aux membranes plasmiques ou des organites  Globules lipidiques et particules de glycogène Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Cytosquelette Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Fonctions du cytosquelette  Forme cellulaire  Invaginations membranaires  Evaginations (lorsque la cellule émit des pseudopodes)  Mouvements endocellulaires  Mouvements des chromosomes mors de la division cellulaire Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Cytosquelette Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Centrosome : Il dirige l'organisation des microtubules à l'intérieur de la cellule. Il consiste en une paire de centrioles (petits amas de microtubules) et joue un rôle important dans la division cellulaire. Extensions cellulaires : Celles-ci se projettent à partir de la membrane plasmique dans certains types de cellules ; leurs principaux composants sont les microtubules, qui permettent le mouvement. Elles comprennent : des microvillosités. Ce sont de minuscules projections qui contiennent des microfilaments. Elles recouvrent la surface exposée de certains types de cellules, par exemple les cellules absorbantes qui bordent l'intestin grêle. En augmentant considérablement la surface totale, les microvillosités rendent la structure de ces cellules idéale pour remplir leur fonction – l'absorption des nutriments à partir de l'intestin grêle est ainsi optimisée ; Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Cytosquelette Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Extensions cellulaires. Celles-ci se projettent à partir de la membrane plasmique dans certains types de cellules ; leurs principaux composants sont les microtubules, qui permettent le mouvement. Elles comprennent : des cils. Ce sont de microscopiques projections semblables aux cheveux contenant des microtubules qui sont situées le long des bords libres de certaines cellules. Ils battent ensemble, déplaçant des substances le long de la surface, par exemple du mucus vers le tractus respiratoire ; des flagelles. Il s'agit de longues projections uniques en forme de fouet, contenant des microtubules, qui forment les queues de spermatozoïdes, ce qui permet de les propulser dans l'appareil reproducteur féminin. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Le Cytosquelette (microfilaments, microtubules, filaments intermédiaires). Il est constitué principalement de 3 types de protéines qui forment une sorte d'échaffaudage : Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical * les filaments d'actine ou microfilaments (ø : 7nm) * les filaments dits intermédiaires (ø : 10 nm) * les microtubules (ø : 25 nm) Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Morphoplasme Mitochondrie Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Le cytosol représente la phase liquide où baignent les Lysosom e Peroxyso organites cytoplasmiques qui constituent le morphoplasme : me Cytos ol  le Noyau, Appar  le réticulum endoplasmique granuleux (REG), eil Membra de  le réticulum endoplasmique lisse (REL), ne Golgi nucléaire  l'appareil de Golgi,  les différentes vacuoles,  les peroxysomes, Vésicul  les mitochondries et les chloroplastes (chez les plantes)…. e Réticulum Membran endoplasmiq e ue plasmiqu e Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Noyau Le noyau est l'organite le plus volumineux ; il est Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical limité à l'intérieur de l'enveloppe nucléaire par une membrane semblable à la membrane plasmique = Ribosome Nucléoplasme, Nucléole Enveloppe Nucléaire Le noyau est délimité par : une enveloppe nucléaire, perforée de nombreux pores nucléaires qui permettent la communication entre le milieu intra et extranucléaire. Pore Reticulum Nucléaire Endoplasmique Rigueux Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Noyau Externe Membranes du Enveloppe Reticulum Nucléaire Chaque cellule du corps a un noyau, à l'exception Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Endoplasmique Interne des matures. Les fibres du muscle squelettique et certaines Lumen autres cellules contiennent plusieurs noyaux. Endoplasmique Les nucléoles : zone dense , qui disparaissent quand commence la division cellulaire. Les nucléoles sont les sites où sont synthétisés et assemblés les sous unités des ribosomes. Lamine Nucléaire Espace Périnucléaire Pores Nucléaires Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Noyau Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Le noyau renferme l’information génétique, il est visible quand la cellule ne se divise pas (Interphase).  L’enveloppe nucléaire délimite le nucléoplasme qui contient la chromatine et le nucléole.  La matrice nucléaire qui comprend la lamina nucléaire : couche protéique de 0,2 μm d’épaisseur située au contact de la membrane nucléaire interne. Les lamines font partie de la famille des filaments intermédiaires. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Le noyau, lieu de la réplication de l’ADN  La réplication est le processus qui permet de transmettre Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical l’information contenue dans l’ADN de générations en générations.  Phénomène qui permet de dupliquer l’ADN (doublement ADN) pour la division des cellules.  et la synthèse de l’ARN messager. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule * Le nucléole Organites Nucléole Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Corps sphérique non limité par une membrane où sont synthétisés les ARNr  C’est à ce niveau que sont assemblées les sous- unités ribosomales Nucléole  En général, il existe un nucléole par cellule  Disparaît au début de la mitose et se reconstitue à la fin de cette dernière ; Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Expression des gènes protéïques Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Noyau  Le noyau possède un diamètre variant de Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical 10 à 20 µm (le plus gros des organites) et Extern Membranes du Enveloppe e Reticulum est entouré par une double membrane : Nucléaire Endoplasmique la membrane nucléaire (MN). Interne  MN contient des pores permettant les Lumen Endoplasmique échanges nucléo-cytoplasmiques dans les deux sens.  Le nucléoplasme est le liquide dans lequel baignent les éléments contenus dans le noyau. Il a deux fonctions principales : Lamine  contrôler les réactions chimiques du Nucléaire Espace cytoplasme Périnucléaire Pores  et stocker les informations nécessaires à la Nucléaires division cellulaire. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Mitochondries Les mitochondries sont des structures, en forme de saucisse, situées dans le cytoplasme, Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical décrites parfois comme le « centre du pouvoir » de la cellule. Constituée de 2 membranes, Crêtes Mitochondriales, Matrice Les types de cellules les plus actifs possèdent le plus grand nombre de mitochondries, par exemple le foie, le muscle et le spermatozoïde. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Mitochondries Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Le cycle de l’ATP Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Plusieurs façons de consommer de l’ATP 4 façons de produire de l’ATP ATP  Synthèse des macromolécules 1. Phosphorylation oxidative  Pompage ionique (pompe du Na+) (Mitochondries)  Mobilité (amibes…) 2. Glycolyse (cytosol)  Contraction (muscles) 3. Photosynthèse (chloroplastes)  Production de chaleur 4. Cycle de Krebs (Mitochondries ADP + Pi  Endocytose, exocytose - GTP) Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Le cycle de l’ATP Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Le cycle de krebs (ou de l’acide citrique) est la voie terminale d’oxydation du glucose et d’autres molécules énergétiques (acides aminés, acides gras).  L’acétyl-CoA est l’intermédiaire commun de dégradation de glucides, acides gras et la molécule qui entre dans le cycle.  Le cycle comporte 8 réactions enzymatiques nécessaire pour la complète oxydation L’acétyl-CoA (C2) et la récupération de l’énergie sous forme de NADH, FADH2 et GTP.  NADH, FADH2 sont des molécules réduites riches en énergie utilisées ensuite pour la production d’ATP.  1GTP = 1ATP Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Les structures cytoplasmiques  Ribosomes : outils de la synthèse protéique. Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Réticulum endoplasmique : formé par un réseau de citernes reliées entre elles et à la membrane externe de l'enveloppe nucléaire. Le réticulum endoplasmique granuleux ou REG (ou RER pour réticulum endoplasmique rugueux) assure la maturation des protéines. Les citernes dépourvues de ribosomes forment le réticulum endoplasmique lisse ou REL (rôle dans le métabolisme lipidique). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Les structures cytoplasmiques  Appareil de Golgi : constitué d'un Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical empilement de saccules indépendants : modification, emballage et adressages des protéines dans des organites particuliers ou à la surface de la cellule ou éventuellement leur exportation hors de la cellule outils de la synthèse protéique.  Mitochondries : siège de la synthèse de la majorité de la molécule énergétique universelle: l‘Adénosine TriPhosphate ou « ATP ». Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Ribosomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Ce sont de minuscules granules faits d'ARN et de protéines = formée de Petits corps sphériques, formés de 2 sous unités (60S et 40S) Ils synthétisent les protéines à partir d'acides aminés en utilisant l'ARN comme matrice. Quand ils sont sous forme d'unités libres ou en petits amas dans le cytoplasme, les ribosomes fabriquent des protéines destinées à être utilisées à l'intérieur même de la cellule. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Ribosomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Cela inclut les enzymes requises pour le métabolisme. Les voies métaboliques consistent en une série d'étapes, chacune étant stimulée par une enzyme spécifique. Next amino acid to be added to Des ribosomes sont également présents à la face polypeptide superficielle du réticulum endoplasmique rugueux; où ils Growing polypeptide produisent des protéines destinées à être exportées tRNA (expulsées) hors de la cellule. mRNA Codons Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Les polysomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Un polysome ou polyribosome est un ensemble de ribosomes reliés entre eux par un ARN messager.  Cet ensemble a l'aspect d'un collier de perles en forme de spirale. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Réticulum endoplasmique  Le RE est un ensemble de canalicules et de vésicules qui constituent un réseau très Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical développé dans les cellules eucaryotes adultes.  La composition de la membrane d’enveloppe du RE est très proche de celle de la membrane plasmique, sauf qu’elle contient peu de cholestérol par rapport à cette dernière. Le réticulum endoplasmique :  Est en continuité avec l’enveloppe nucléaire qui fait partie du RE.  Porte ou non, sur sa face cytoplasmique, des ribosomes ce qui permet de distinguer le RE granulaire ou rugueux (REG ou RER) du RE lisse (REL). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Réticulum endoplasmique Le réticulum endoplasmique (RE) est constitué d'une importante série de canaux membraneux Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical intracytoplasmiques, connectés entre eux. Il y en a deux types : lisse et rugueux. RE lisse : - Synthétise les lipides et les hormones stéroïdiennes, - Intervient également dans la détoxification de certains médicaments. - Certains des lipides servent à remplacer et réparer la membrane plasmique ainsi que les membranes des organites. Terasaki et al, Cell, 2013 Réticulum Endoplasmique Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Réticulum endoplasmique Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical RE rugueux est clouté de ribosomes. Ceux-ci sont le siège de la synthèse des protéines, certaines d'entre elles étant exportées (expulsées) hors de la cellule : enzymes et des hormones qui quittent leurs cellules parentales par exocytose afin d'être utilisées ailleurs. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Fonctions des deux types de réticulum endoplasmique Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Rugueux Lisse Citernes Sacs et tubules Description Ribosomes sur sa Aucun ribosome face externe Production des protéines Synthèse des lipides (cholestérol, phosphoglycérolipides, stéroïdes) Usine à membrane Absorption, et transport des lipides (protéines intégrées, (intestin) phospholipides et Détoxification (médicaments, drogues, Fonctions cholestérol) alcool) Emmagasiner les ions calcium (r.sarcoplasmique) Vésicule de transport Vésicule de transport Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Appareil de Golgi Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical L'appareil de Golgi est fait d'empilements de sacs membraneux aplatis étroitement repliés. Il est présent dans toutes les cellules, mais il est plus volumineux dans celles qui synthétisent et exportent des protéines. Appareil de Golgi Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Appareil de Golgi Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Lieu de modification et maturation des protéines (modifications post-traductionnelles)  3 régions (Cis, Medium et Trans) contenant différentes enzymes  Transport intracellulaire entre les différents compartiments par des vésicules (endosomes) Appareil de Golgi Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Appareil de Golgi Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Il est formé à partir du REL citernes plates = DICTYOSOME vésicules de sécrétion que l’on appelle : grains de zymogène destinés : Lysosomes : Contiennent des hydrolases Vésicules de sécrétion Contiennent des protéines de la membrane plasmique Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Définition et origine des endosomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  L’endosome est un compartiment membranaire très hétérogène sur le plan morphologique. Les endosomes ont plusieurs origines. Ils proviennent :  Des vésicules d’endocytose issues de la membrane plasmique. transportent des molécules prélevées dans le milieu extracellulaire ;  Des vésicules de transport ayant bourgeonné de la face trans de Golgi.  Elles leur apportent notamment des hydrolases acides et des pompes à protons (ATPase H+). Grâce à cet apport, les endosomes se transforment progressivement en lysosomes. Le matériel membranaire et soluble des endosomes est transporté vers les lysosomes avec lesquels il peut fusionner. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Classification des endosomes: Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  On distingue deux classes d’endosomes en fonction de leur pH :  Les endosomes précoces sont directement alimentés par l’endocytose. Ils présentent un pH proche de celui du milieu extracellulaire.  Les endosomes tardifs présentent un pH plus acide (6,5) intermédiaire entre le pH des endosomes précoces et celui des lysosomes. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Classification des endosomes: Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  La maturation qui transforme les endosomes précoces en endosomes tardifs se produit par la formation de Corps MultiVésiculaires (CMV) qui contiennent de grandes quantités de membranes invaginées et de vésicules internes.  Les CMV se transforment graduellement en endosomes tardifs, soit en fusionnant les uns avec les autres, soit en fusionnant avec des endosomes tardifs préexistants. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Lysosomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Les lysosomes sont de petites vésicules sécrétoires issues de l'appareil de Golgi.  Les lysosomes sont présents dans toutes les cellules eucaryotes à l’exception des hématies. La voie de l’endocytose depuis la membrane plasmique jusqu’aux lysosomes Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Organites Lysosomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Les lysosomes des leucocytes contiennent des enzymes qui digèrent le matériel étranger, tel que des microbes. Figure : Représentation schématique d’un lysosome et de son contenu enzymatique Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Caractéristiques des Lysosomes La membrane lysosomale: Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical La membrane qui entoure les lysosomes a les caractéristiques suivantes :  Elle maintient le système clos et empêche la fuite des enzymes lysosomales dans le cytosol.  Elle porte une ATPase à protons qui transporte des ions H + du cytosol vers la lumière lysosomale, ce qui conduit à son acidification.  Elle porte des perméases qui permettent : * l’entrée directe de matériaux à hydrolyser depuis le cytosol vers la lumière lysosomale ; * la sortie des produits de l’hydrolyse lysosomale depuis la lumière vers le cytosol.  Elle est protégée contre son autodigestion par un revêtement glycoprotéique. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Fonctions des lysosomes Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Les lysosomes ont pour fonction d’effectuer la digestion intracellulaire. Les molécules à digérer dans les lysosomes y arrivent par quatre voies :  L’endocytose : les vésicules d’endocytose apportent au compartiment endosomal puis lysosomal les molécules prélevées dans le milieu extracellulaire.  La phagocytose : le phagosome fusionne avec des vésicules provenant de l’appareil de Golgi et se transforme progressivement en lysosome : formation du phagolysosome.  L’entrée directe depuis le cytosol : ce phénomène concerne les peptides et utilise des perméases.  L’autophagie : c’est un mécanisme qui permet aux cellules de dégrader leurs propres organites et molécules afin d’assurer leur renouvellement. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Principe de l’Endocytose [A], de l’Exocytose [B], et du bourgeonnement [C], Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Le cycle cellulaire Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Le cycle cellulaire correspond au processus par lequel une cellule aboutit à:  la duplication de son matériel génétique,  puis à la génération de deux cellules filles, identiques à la cellule d’origine.  Les différentes étapes de ce processus sont définies comme des phases.  Durant ce cycle il y a deux étapes importantes: la réplication ou phase S (synthèse et duplication de l’ADN) et la mitose (ségrégation des chromosomes et séparation des cellules filles). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites Le cycle cellulaire Prophase Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Métaphase Mitose Anaphase G0: hors du cycle cellulaire  Le cycle cellulaire est divisé en plusieurs phases : Télophase Début du cycle  La phase G1, première phase de croissance (la plus longue), Croissance, Croissance, préparation  La phase S durant laquelle le matériel génétique de la réplication préparation est répliqué, de la mitose  La phase G2, qui est la seconde phase de croissance cellulaire,  La phase M, celle de la mitose proprement dite. Il existe une phase dite de quiescence qui correspond à La cellule décide de continuer ou non la sortie du cycle, phase G0. Réplication de l’ADN Les phases G1, S et G2 constituent l'interphase. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Organites La Mitose Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  La mitose est le processus de la division cellulaire.  Il s’agit de la division de la cellule mère en deux cellules filles (cellules identiques à la cellule d’origine).  La mitose se produit dans les cellules somatiques. centromère  Caractéristiques : Division unique, asexuée. Chromatides  Rôle : Renouvellement des cellules mortes, croissance, sœurs cicatrisation, (cancer). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule La Mitose L’interphase: Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Étape de croissance pendant laquelle la cellule fabrique de nouvelles molécules qui augmentent son volume et sa masse. La réplication de l’ADN se produit à cette étape (les chromosomes ont été dupliqués). Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule La Mitose Les phases de la mitose La prophase: Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Condensation des fibres chromatiniennes dupliquées et disparition du nucléole.  Mise en place des kinétochores.  Formation des microtubules mitotiques.  Séparation des centrosomes. La Prométaphase et la Métaphase  c'est le rassemblement des chromosomes condensés à l'équateur de la cellule, pour former la plaque métaphasique (ou équatoriale).  Les tensions subies par chacun des kinétochores d'un chromosome s'équilibrent progressivement et ceux-ci s'alignent dans un plan situé à mi-chemin des deux pôles. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule La Mitose Les phases de la mitose Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical L’Anaphase  Étape de la mitose pendant laquelle les centromères se divisent et les chromatides sont attirées vers les pôles opposés de la cellule par des fibres fusoriales. La Télophase et Cytodiérèse  Étape de la mitose dans laquelle les chromatides ont atteint les pôles de la cellule.  Chacune des chromatides est maintenant un chromosome complet non-dupliqué.  Décondensation des chromosomes.  Formation de la membrane nucléaire.  Séparation des cellules filles. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule La Mitose Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule La Méiose Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical  Mode de la division cellulaire qui ne se produit que dans les organes reproducteurs (cellules germinales) et qui donne naissance à des cellules appelées gamètes (Un ovule et un spermatozoïde).  Les gamètes contiennent qu’un seul exemplaire des chromosomes (haploïde: n) donnés par un parent (diploïde: 2n)  Caractéristiques : 2 divisions cellulaires successives: * M1 : division réductionnelle * M2 : division équationnelle Processus sexué.  Rôle : Reproduction, diversité génétique. Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule La Méiose Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Deux séries d’étapes. Même processus que la mitose sauf:  Répétée deux fois Prophase I Interphase Métaphase I  1ère division: chromosomes homologues forment tétrades Télophase I Anaphase I  Chromosomes dupliqués de chaque parent se rendent Méiose de 1er division Méiose de 2er division aux pôles Anaphase II Télophase I  2e division: chromosomes non-dupliqués se rendent Métaphase II Prophase II aux pôles  Formation de 4 cellules filles, donc 4 gamètes Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule CARYOTYP E Chromosome Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical maternel Autosomes (tous sauf Chromosome chromosomes paternel sexuels) Chromosomes Chromosomes homologues sexuels Cours CHAIK A. – FIGBMS1/ Biologie Cellulaire  Structure et Fonction de Cellule Comparaison : Mitose vs Méiose Filière d’Ingénieur en Génie Biomédical Mitose Méiose 2 divisions successives à réduction Type de division 1 division conforme chromatique Cellules concernées Somatiques Germinales Nombre de cellules filles 2 4 Ploïdie des cellu