Chapitre 3 - Virus et Cellules PDF

N3-1 CHAPITRE 3. VIRUS ET CELLULES A) Plan de chapitre et lectures : 1.1 Introduction :-p.101 et 102 et 131 1.2 Types cellulaires et quelques caractéristiques : p.106 à 109 1.3 Virus 1.4 Constituants cellulaires 1.4.1 Paro...

N3-1 CHAPITRE 3. VIRUS ET CELLULES A) Plan de chapitre et lectures : 1.1 Introduction :-p.101 et 102 et 131 1.2 Types cellulaires et quelques caractéristiques : p.106 à 109 1.3 Virus 1.4 Constituants cellulaires 1.4.1 Paroi cellulaire Structure et rôle : p.128 1.4.2 Membranes Structure et rôle : p.137 à 142 & 1.4.3 Organites (structure et rôles) (Figure 6.8, p.110-111) Noyau : p.109 à 112 Ribosomes : p.112 et 113 Réticulum endoplasmique : p.113 à 115 Golgi : p.115 et 116 Lysosomes : p.116 et 117 Vacuoles : p.117 et 118 Mitochondries : p.119 et 120 Chloroplastes : p.120 et 121 Peroxysomes : p.121 et 122 Cytosquelette (microtubules et microfilaments) : p.122 à 126 Centrosome (ou centre organisateur de microtubules) et centrioles : p.124 1.5 Transport membranaire (p. 143 à 153) 1.5.1 Transport passif 1.5.2 Transport actif B) Objectifs généraux de l’étude Vous devez être en mesure de : ▪ Distinguer une cellule procaryote d’une cellule eucaryote. ▪ Caractériser les virus et expliquer leur cycle de réplication; ▪ Distinguer une cellule animale d’une cellule végétale quant à leurs caractéristiques structurales. ▪ Identifier sur un schéma les différents grands types de cellules (animale, végétale) et les différents organites retrouvés dans une cellule. ▪ Pouvoir donner le(s) rôle(s) de chacun des organites retrouvés dans une cellule. ▪ Expliquer la structure de la membrane cellulaire (mosaïque fluide) et le rôle de ses différents constituants. ▪ Nommer, différencier et expliquer les types de transport passif et le transport actif.  N3-2 1.1 INTRODUCTION Robert Hooke, un scientifique anglais, découvre en 1665, à l’aide d’un microscope primitif, que le liège est composé d’une multitude de petites unités qu’il nommera cellules. Ce n’est que beaucoup plus tard que l’on découvrira que tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Un être humain contient environ 100 000 milliards de cellules. Chacune de ces cellules est un être vivant. RAPPEL : 1ER NIVEAU DE L’ORGANISATION BIOLOGIQUE DOTÉ DE VIE : LES CELLULES ! La cellula est le premier niveau d'organisation qui permat l'observation de la vic.  N3-3 1.2 TYPES CELLULAIRES ET QUELQUES CARACTÉRISTIQUES Caractéristiques générales des cellules Il existe plusieurs caractéristiques communes à toutes les cellules. Toutes les cellules possèdent: Una calluk est un millier forms ② Cytoplasme Partic solida organite/partie liquida cytosole. ④ Ribosome servant a la synthese des pro tines. ③ ADN sort a la reproduction interior ① Membrane Sert a la dilimitation entre l'exterieur et l'interior plasmique Bicouche de phosphoglycerolipida exterior Polarisa 000 ESSSS hydrophobe ⑭ (5))P ESS) 00000 * hydrophyla Il existe deux grands types de cellules, les procaryotes et les eucaryotes, qui diffèrent par leur taille et leur complexité. terre (premire bacteria qui out evolver 1) Procaryotes (Figure 6.5, p.106) : Bactéries et Archées premier vivant sur > - - Cellules SANS noyau : l’ADN est concentré dans une région appelée nucléoïde, mais n’est PAS entouré de membranes. - Taille beaucoup plus petite que les cellules eucaryotes - Possèdent beaucoup moins d’organites que les cellules eucaryotes. Elles possèdent toutefois des ribosomes afin de leur permettre de synthétiser des protéines. La majorité des gènes essentiels des bactéries sont encodés par un seul Nucléoïde chromosome circulaire, appelé ADN ADN génomique génomique. Les cellules bactériennes ont cependant la Molécule circulaire d’ADN capacité de posséder un autre type double brin, non entourée par de molécule d’ADN, appelé une membrane nucléaire. plasmide. Les plasmides sont de petites molécules d’ADN circulaires sur lesquels se retrouve un petit Plasmide nombre de gènes utile à la bactérie lorsqu’elle se trouve dans un milieu particulier et qui se répliquent Petite molécule circulaire indépendamment de l’ADN d’ADN double brins génomique. indépendante. Les plasmides peuvent être transférés d’une bactérie à une autre lors du processus de conjugaison. Les milliers d’espèces de bactéries se distinguent par de nombreuses caractéristiques, telles que : forms Sc distingue par:-leur lur 6 paroi + /6- - - lear motility - kor metabolisma - kor conditions optimal de croissance les archeditate loxygen  N3-4 2) Eucaryotes : Protistes, Algues, Champignons, Végétaux et Animaux (Figure 6.8, p.110-111) - Cellules AVEC noyau : l’ADN se trouve dans un organite entouré de deux membranes : le noyau - Taille beaucoup plus grande que les cellules procaryotes - Possèdent beaucoup plus d’organites que les cellules procaryotes. Résumé des principales différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes Edit nont pas de noy Manny out des noyr Caractéristique Procaryote Eucaryote noyau -O /noyar Apparence et taille Phosphoglycolyspida O O double bicouche dbdd de la cellule / Schloroplaste ouul 100 une Diamètre typique : de 1 à 5 μm Diamètre typique : de 10 à 100 μm Absent; ADN non entouré d’une Présent; Délimité par une Noyau enveloppe nucléaire. enveloppe nucléaire. Présents; exemples : lysosomes, Organites limités par appareil de Golgi, réticulum Relativement peu nombreux une membrane endoplasmique, mitochondries et chloroplastes La calluk vigital structure est plus a cause de la cellulosa qui est unc glucos -) sucre la membranc qui compose - S  N3-5 1.3 LES VIRUS (p.435-436) La virologie est née à la fin du 19e siècle à la suite de la découverte d’agents infectieux suffisamment petits pour traverser les filtres destinés à retenir les bactéries. Cependant, la taille réduite des virus rendait leur observation au microscope optique impossible. Il fallut donc attendre 1935 pour pouvoir observer pour la première fois, grâce aux avancées technologiques, des particules virales en microscopie électronique. Comme ils ne peuvent se reproduire de façon autonome (incapables d’autoreproduction), les virus sont considérés comme à la frontière entre le vivant et le non-vivant. Ainsi, pour se reproduire, les virus doivent obligatoirement détourner la machinerie d’une cellule hôte. Pour cette raison, les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires. De plus, il s’agit de microorganismes acellulaires, c’est- à-dire qu’ils ont une morphologie distincte des cellules. sont pas autonomo kur Structure des virus (p.436-438) Las virus na sont pas considere comme vivant cor il no pour reproduction Les virus sont composés minimalement d’un acide nucléique (ADN ou ARN) entouré d’une coque protéique, appelée capside. L’ensemble formé par le matériel génétique et la capside se nomme la nucléocapside. Les virus diffèrent quant à la forme de leur capside et leur dimension. Certains virus possèdent également une enveloppe, dérivée de la membrane plasmique des cellules hôtes qu’ils infectent. cellula des Enveloppe -Pdurivi abscasa cellulaire callula infector · Organism Protique - · Limite du vivant et du vivant ↑ Spicule protine d'arimage porr linfection Capside · plus patit que las bactria Capside Acide nucléique Acide LADI or ARN nucléique a) Virus nu (ou non enveloppé) b) Virus enveloppé Matériel génétique (p.444) La capside des virus ne renferme qu’un seul type d’acide nucléique, soit de l’ADN ou de l’ARN, qui constitue le génome viral. De plus, ce génome peut être monocaténaire (simple brin) ou bicaténaire (double brin), de telle sorte que la classification des virus repose en grande partie sur le type de matériel génétique qu’ils possèdent.  N3-6 Cycle de réplication virale (p.439, 443) Pour se reproduire, les virus doivent obligatoirement pénétrer à l’intérieur d’une cellule hôte afin d’utiliser les enzymes ainsi que les ribosomes de celle-ci afin de créer de nouvelles particules virales. Globalement, le cycle de réplication virale comprend minimalement 5 étapes : ① Attachement : Un site de fixation du virus se lie à un récepteur ABN ADN spécifique de la cellule or hôte. / ② Pénétration : Le virus en entier ou uniquement son matériel génétique pénètre dans la ③ Biosynthèse : cellule hôte. Réplication du matériel génétique et traduction des gènes viraux en protéines. ④ Maturation : Les nouvelles particules virales sont assemblées. ⑤ Libération : Les virus nouvellement assemblés quittent la cellule hôte (par bourgeonnement ou cytolyse). Selon le type de virus, le cycle de réplication peut légèrement varier, mais les étapes sont somme toute similaires.  N3-7 1.4 CONSTITUANTS CELLULAIRES 1.4.1 Paroi cellulaire (Figures 6.27, p. 128 et 6.29, p.129) Callolosa Chez les végétaux, elle très résistante et est composée de fibres de cellulose. Rôles : - Protège la cellule - Prévient l’absorption d’excès d’eau - Permet à la plante de lutter contre la gravité (rôle de soutien). La paroi cellulaire est dotée de plasmodesmes, des canaux traversant la paroi cellulaire et reliant le cytoplasme des cellules végétales entre elles. 1.4.2 Membranes (Figure 7.2, p. 138) Composées d’une bicouche de phosphoglycérolipides (entre autres). Rôle : - Délimitent le pourtour de la cellule (membrane plasmique) et de nombreux autres organites (noyau, RER, REL, appareil de Golgi, mitochondrie, etc.) Modèle de la mosaïque fluide de la membrane plasmique (Figure 7.3, p. 139) (MP) - « Mosaïque », car elle n’est pas juste composée de phosphoglycérolipides. Elle contient aussi du cholestérol, des protéines Glucida membranaires et des O glucides membranaires. at - « Fluide », car les ② constituants peuvent se déplacer latéralement dans le plan de la membrane et transversalement (bascule). Cette fluidité permet à la cellule d’échanger des / O Colesterol substances entre l’intérieur Protine et l’extérieur. Rôles des constituants : 7. 5 at. 7 - Cholestérol : donne de la stabilita empacha se soit que tros fluide or pas assez fluid - Protéines :reconnaissance immunitaire (groupe sanguin) - Transport membranaire (porte da l'int l'ext) - Glucides : Reconnaissance callulaire (immunitaire) - Reconcissance immunitair - Important dans le developpement embrionaire  N3-8 1.4.3 Les organites de la cellule (figure 6.8 p. 110-111) Organite Structure et fonction dans la cellule - Délimité par l’enveloppe nucléaire (membrane double qui sépare le contenu nucléaire du cytoplasme de la cellule) ; Le noyau - Contient l’ADN associé à des protéines (chromatine) ; (Figure 6.9, p.112) - Contient 1 ou plusieurs nucléoles (lieu de synthèse des ribosomes) ; - Fournit les instructions pour tous les processus de la vie. - Constitués de deux sous-unités non délimitées par une membrane et Les ribosomes comportant chacune de l’ARN ribosomique et des protéines ; (Figure 6.10, p.113 et - Peuvent être libres ou fixés sur le réticulum endoplasmique ; figure 17.18, p. 385) - Synthèse des protéines. Le Réticulum - Constitué de citernes membraneuses interconnectées ; endoplasmique - Recouvert de ribosomes; rugueux (RER) - Lieu de la synthèse des protéines de sécrétion et de leurs (Figure 17.22, p.390 modifications ; et figure 6.11, p.114) - Transport des protéines dans des vésicules de transition. Le Réticulum - Constitué de citernes membraneuses interconnectées ; endoplasmique lisse - Non recouvert de ribosomes; (REL) - Synthèse des lipides et métabolisme des glucides. (Figure 6.11, p.114) - 1 ou plusieurs près du noyau ; - Formé de saccules membraneux aplatis, mais non reliés entre eux ; - Réception, par son côté cis, des vésicules de transition provenant du L’appareil de Golgi RER ; (Figure 6.12, p.115) - Lieu de modifications des substances reçues et d’entreposage, jusqu’à leur exportation ; - Transport des protéines dans des vésicules de sécrétion ; - Synthèse des lysosomes. - Sécrétés par le Golgi ; - Sacs membraneux à pH très acide ; Les lysosomes - Contiennent des enzymes digestives ; (Figure 6.13, p.117) - Digestion de bactéries et autophagie (digestion d’organites pour le recyclage de la matière organique). - Délimité par une membrane double ; Les chloroplastes - Contient son propre ADN ; (Figure 6.18, p.121) - Photosynthèse. - Délimité par une membrane double ; Les mitochondries - Contient son propre ADN ; (Figure 6.17, p.120) - Synthèse d’ATP. - Font partie du cytosquelette (fonction de soutien) ; Les microtubules - Coordination du mouvement des organites internes et des flagelles ; (Tableau 6.1, p.123) - Impliqués dans la division cellulaire. - Font partie du cytosquelette (fonction de soutien) ; Les microfilaments - Permettent à la cellule de supporter la tension ; (Tableau 6.1, p.123) - Contrôle de certains mouvements internes ; - Impliqués dans la division cellulaire. Le flagelle - Composé de microtubules ; (Figure 6.23, p.125) - Appendice locomoteur pour la cellule.  N3-9 Le centre organisateur de - COdeM : masse granulaire située près du noyau d’où sont formés les microtubules microtubules. Il est appelé centrosome dans les cellules animales ; (COdeM) / - Centrioles : paire d’organites disposés à angle droit qui se dédoublent centrosome et les lors de la division cellulaire ; centrioles - Organisation des microtubules et de la division cellulaire. (Figure 6.22, p.124) - Délimités par une membrane simple ; - Contiennent des enzymes qui produisent du peroxyde d’hydrogène Peroxysomes (H2O2) ; - Décomposition des acides gras pour servir de source d’énergie, détoxification de l’alcool et de composés nocifs dans le foie. Vacuole centrale - Isolation et dégradation des déchets; élongation et soutien de la (Figure 6.14, p.118) cellule; entreposage Principales différences entre les cellules animales et végétales Organite distinctif Cellule animale Cellule végétale Lysosomes Plasmodesmes Centrioles Vacuole centrale Chloroplastes Paroi cellulaire  N3-10 1.5 TRANSPORT MEMBRANAIRE La membrane plasmique de toutes les cellules de l’organisme) possède une perméabilité sélective, i.e. qu’elle a la capacité de laisser passer certaines substances et d’en refuser d’autres. Cette perméabilité sélective repose, entre autres, sur son centre hydrophobe comprenant les queues hydrophobes des phosphoglycérolipides qui composent la double couche lipidique. Cette barrière hydrophobe : a) entrave le passage b) laisse passer les des petites molécules petites molécules polaires ou chargées Macromolécules hydrophobes et des grosses Petites molécules molécules Ions Saccharose non polaires Na+ O2 Phospho- glycérolipide Région hydrophobe Afin de permettre à l’eau et aux substances hydrophiles d’entrer ou sortir des cellules, des protéines de transport sont enchâssées dans la membrane et transportent ces substances de part et d’autre de la membrane plasmique des cellules. Ces protéines sont généralement assez spécifiques, i.e. qu’elles transportent toujours les mêmes molécules ou des molécules très apparentées (figure 7.3). Direction du transport La direction du déplacement de l’eau et des solutés à travers la membrane est déterminée par différents facteurs selon le mode de transport (passif ou actif) utilisé. Elle peut être influencée par la charge des solutés, par leur concentration de part et d'autre de la membrane et/ou par les besoins de la cellule.  N3-11 1.5.1 TRANSPORT PASSIF Le transport passif par diffusion permet le transport de petites molécules dans le sens de leur gradient de concentration et ne nécessite aucune dépense d’énergie de la part de la cellule. du plus abundant or moin abondant Exemples de petites molécules pouvant traverser la membrane par transport passif : - mono- et disaccharides - monoacylglycérols - tripeptides et – - bases azotées, riboses/désoxyriboses, groupements phosphate - ions - H2O Diffusion : Tendance qu’ont les molécules à se répartir uniformément dans l’espace. L’énergie cinétique des molécules les fait entrer en collision les unes avec les autres et les incite donc à se répartir dans tout l’espace disponible. Le mouvement d’une substance se fait toujours de la zone où elle est le plus concentrée vers la zone où elle est le moins concentrée. Cette différence de concentration se nomme le gradient de concentration et l’on dit alors que la substance diffuse dans le sens de son gradient de concentration. Par exemple, si une substance hydrophobe est plus concentrée d’un côté de la membrane plasmique, cette substance aura tendance à traverser la membrane selon son gradient de concentration et se diriger vers l’autre côté de la membrane où elle est moins concentrée. Une fois que la concentration d’un côté sera égale à la concentration de l’autre côté, il y aura formation d’un état d’équilibre dynamique. Dans le cas où il y a plusieurs solutés dissous, chaque soluté diffuse selon son propre gradient de concentration (indépendamment des autres solutés dissous) (fig. 7.10, p. 145). Diffusion simple versus diffusion facilitée (fig 7.16, p. 150) Diffusion simple mcgrey Les substances hydrophobes traversent librement les membranes Diffusion facilitée L’eau et les substances hydrophiles ne peuvent traverser librement les membranes et doivent donc utiliser des protéines de transport (canaux ou perméases). Les protéines de transport peuvent être de deux types : (figure 7.14) a) Canaux protéiques La protéine possède un canal par lequel diffusent les substances. b) Perméases (transporteurs protéiques) La protéine oscille entre deux conformations différentes. Le changement de forme permet le transport des substances.  N3-12 Cas de l’eau : Osmose (fig. 7.11, p. 145 et fig. 7.12 p. 146) L’eau est une molécule polaire qui utilise des canaux protéiques, les aquaporines, pour diffuser au travers des membranes. Tout comme les autres substances, l’eau diffuse selon son gradient de concentration. Toutefois, lorsque l’on parle de la diffusion de l’eau, on dit plutôt que l’eau diffuse d’une solution hypotonique vers une solution hypertonique. Si on a deux solutions de concentrations inégales : - la plus concentrée (celle qui contient le plus de solutés dissous) est dite hypertonique - la moins concentrée (celle qui contient le moins de solutés dissous) est dite hypotonique Si les deux solutions sont de concentrations égales : solutions isotoniques Moliula d'ear libic 24 Molccol deau libre 4 = Dans une solution = hypotonique, l’eau libre est mulcola da soluti = 0 Molecula de solut = 5 beaucoup plus abondante que dans une solution hypertonique. Dans cette O dernière, les molécules d’eau forment des liaisons hydrogène avec les solutés dissous, ce qui diminue la O concentration de l’eau libre. L’eau libre aura donc tendance à diffuser selon son gradient de concentration, soit de la solution moleal dear libra = 24 molecul dear libra 4 = hypotonique vers la solution hypertonique. basoin don transporter (protona L'osmos c'est de la diffusion facilite ell a das Aquaporine porc qui sort a faire passi lear Voyons les effets des mouvements de l’eau dans les cellules animales et les cellules végétales. Le milieu idéal pour une cellule animale est de se Year animal trouver dans une solution isotonique, tandis que pour une cellule végétale, c’est de se retrouver dans une solution hypotonique puisque que sa paroi s’oppose à la lyse cellulaire et lui & permet de s’élever contre la force gravitationnelle. n'cyplose pas caus parot de la vegetal ear distill = solution hypotonique lysi gg not dire I free  N3-13 Gradient électrochimique : cas des molécules chargées Le cytoplasme des cellules est chargé négativement. On appelle potentiel membranaire cette différence de charge qui existe de part et d’autre de la membrane plasmique des cellules. Le potentiel membranaire influence la diffusion des molécules chargées. Ainsi, le transport des molécules chargées dépend : - de leur gradient de concentration - de leur gradient électrique La combinaison de ces deux forces se nomme le gradient électrochimique. Par exemple, le potassium ne diffuse pas aussi rapidement que le sodium, car bien qu’il tende à sortir de la cellule selon son gradient de concentration, la charge négative qui règne à l’intérieur de la cellule l’attire. Il en est de même pour le chlore. Grosses protéines chargées négativement K+ Na+ Cl- Potentiel membranaire Vm - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Cytoplasme = -50 à –200 mV - V + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Extérieur K+ Na+ Cl-  N3-14 1.5.2 TRANSPORT ACTIF Le transport actif, qui implique un investissement d’énergie de la part de la cellule, permet le transport de petites molécules contre leur gradient de concentration ainsi que le transport de grosses molécules. Pompage (fig. 7.15, p. 149 et fig. 7.17, p. 151) Si les molécules diffusaient toujours dans le sens de leur gradient de concentration, elles finiraient par atteindre un état d’équilibre ([ ]interne = [ ]externe). Toutefois, il est impératif qu’une cellule puisse maintenir une différence entre la composition en solutés du liquide qui se trouve à l’extérieur (liquide interstitiel) et celui à l’intérieur (cytosol). Pour ce faire, il existe dans la membrane plasmique des cellules des perméases qui sont capables de transporter les molécules contre leur gradient de concentration. Elles peuvent transporter une substance de la solution où elle est le moins concentrée vers la solution où elle est le plus concentrée. Toutefois, pour accomplir un tel travail, la cellule doit dépenser de l’ATP. On appelle pompage ce type de transport. Les perméases impliquées sont les mêmes que pour la diffusion facilitée, mais dans le cas du pompage, elles transportent les substances contre leur gradient de concentration respectif, et ce, à l’aide d’une dépense d’énergie. Voyons le cas de deux perméases très répandues dans les cellules animales : la pompe à protons et la pompe à sodium/potassium. Cotransport (fig. 7.18, p. 151) Dans certains cas, la diffusion facilitée d’un soluté dans le sens de son gradient de concentration alimente le transport d’un autre soluté contre son gradient de concentration, et ce, sans dépense directe d’énergie. On appelle ce transport du transport actif secondaire, puisque le cotransporteur n’utilise pas directement d’ATP pour transporter l’autre soluté contre son gradient de concentration (c’est en fait l’énergie cinétique du premier soluté qui permet le transport actif du second). Toutefois, le cotransporteur doit s’associer avec une pompe qui utilise directement de l’ATP pour générer le gradient de concentration du premier soluté qui alimentera le transport du second soluté. La pompe effectue donc du transport actif primaire. Ce type de transport existe, car souvent, l’activité d’une seule pompe peut alimenter plusieurs transporteurs protéiques différents, ce qui permet une économie globale d’énergie.  N3-15 Voici l’exemple ci-dessous d’un cotransport entre une pompe à protons et un transporteur protéique à protons et disaccharides : Le pompage du proton contre son gradient de concentration consomme de l’ATP. Il sert ensuite à alimenter le transport du disaccharide contre son gradient de concentration, mais sans dépense d’énergie directe. C’est la force protonmotrice qui fournit l’énergie nécessaire au transport actif du disaccharide. Transport vésiculaire La cellule doit également pouvoir transporter de plus grosses molécules (polysaccharides, di- et triacylglycérols, polypeptides et protéines, nucléotides et acides nucléiques). Dans ces situations, il est clair que les transporteurs protéiques ne peuvent accomplir le travail, car ils s’avèrent trop petits par rapport à la substance à transporter. La cellule effectue alors du transport vésiculaire. Dans ce type de transport, il n’est plus question de gradient de concentration puisque les substances ne peuvent diffuser librement. Toutefois, le transport vésiculaire est inclus dans le transport actif en raison de la dépense d’énergie requise pour effectuer le transport. En effet, le réarrangement de la membrane plasmique des cellules pour internaliser ou externaliser des substances nécessite un investissement en ATP. 1) Endocytose : Entrée de substances à l’intérieur de la cellule. 1.1 Endocytose par récepteurs interposés : invagination de la membrane plasmique dans le but de former une vésicule qui contient des récepteurs auxquels sont fixées les substances à faire entrer.  N3-16 1.2 Pinocytose : invagination de la membrane plasmique dans le but de former une vésicule de liquide qui contient les substances à faire entrer dans la cellule (moins spécifique que l’endocytose par récepteurs interposés). 1.3 Phagocytose : émission (évagination) de prolongements cytoplasmiques appelés pseudopodes qui ont pour fonction de capturer des substances ou particules pour les faire entrer dans la cellule. 2) Exocytose : Sortie de substances hors de la cellule par la fusion d’une vésicule avec la membrane plasmique.