Cours 2 Bio cell DEUST 2024 2025 support PDF

UE 1.2 Sciences Fondamentales Métabolisme Cellulaire et Echanges membranaires DEUST Préparateurs en Pharmacie S1 – 2024/25 A.Oudin Laboratoire de Biologie moléculaire et cellulaire , Faculté des Sciences...

UE 1.2 Sciences Fondamentales Métabolisme Cellulaire et Echanges membranaires DEUST Préparateurs en Pharmacie S1 – 2024/25 A.Oudin Laboratoire de Biologie moléculaire et cellulaire , Faculté des Sciences Pharmaceutiques  DEUST 2021-2022 Module Sciences Fondamentales Biologie Cellulaire - 2 Transports 6 septembre 2024 | 2  Plan Introduction : la membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur – notion de métabolisme cellulaire 1. PERMEABILITE SELECTIVE 1.1 Transports passifs 1.1.a diffusion simple et osmose. 1.1.b diffusion facilitée 1. 2. Transports actifs 1.2.a ATP, source d’énergie cellulaire 1.2.b les différents types de transports actifs 2. LES TRANSPORTS VESICULAIRES 2.1 Endocytose 2.2 Exocytose Biologie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 3 Introduction plan 6 septembre 2024 | 4  La membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur MP= mosaïque fluide composée d’une bicouche lipidique dans laquelle sont insérées des protéines. introduction | 6 septembre 2024 | 5 La membrane plasmique, zones d’échanges avec le milieu extérieur - Frontière semi-perméable qui contrôle la composition en eau et sels minéraux du cytoplasme - Fait entrer les substances nutritives nécessaires au métabolisme cellulaire ? Introduction | 6 septembre 2024 | 6  Notion de métabolisme cellulaire Organisme ➔ équilibre en destruction et construction ANABOLISME Réactions de synthèse : CATABOLISME utilisation des éléments simples (AG, glucose..) pour former des Dégradation de molécules complexes macromolécules en éléments (protéines, glycogène..) simples transfert libération d’énergie récupération (ATP) Métabolisme cellulaire Introduction | 6 septembre 2024 | 7 La membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur - Frontière semi-perméable qui contrôle la composition en eau et sels minéraux du cytoplasme - Fait entrer les substances nutritives nécessaires au métabolisme cellulaire - Expulse les déchets Introduction | 6 septembre 2024 | 8  Cela implique 2 types de processus de transport Transport sans remaniement de la membrane 1 Eau, ions, petites molécules PERMEABILITE SELECTIVE ➔ Transports passif/actif Transport avec remaniement de la membrane 2 Grosses molécules, déchets TRANSPORT VESICULAIRE Introduction | 6 septembre 2024 | 9  Plan Introduction : la membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur – notion de métabolisme cellulaire 1. PERMEABILITE SELECTIVE 1.1 Transports passifs 1.1.a diffusion simple et osmose. 1.1.b diffusion facilitée 1. 2. Transports actifs 1.2.a ATP, source d’énergie cellulaire 1.2.b les différents types de transports actifs 2. LES TRANSPORTS VESICULAIRES 2.1 Endocytose 2.2 Exocytose Biologie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 10 1. Perméabilité sélective 1.1 les transports passifs plan 6 septembre 2024 | 11 Définition des transports passifs Ce sont des transports qui utilisent directement les composants de la MP, phospholipides et protéines, pour les échanges d’eau, d’ions et de petites molécules Les transports passifs ne nécessitent pas d’énergie! 1.1 Les transports passifs | 6 septembre 2024 | 12  1. Perméabilité sélective 1.1 les transports passifs 1.1.a La diffusion simple et l’osmose plan 6 septembre 2024 | 13  La diffusion simple Cela concerne les SOLUTES ➔ substances contenues à l’état dissous dans une solution (solvant) Les SOLUTES diffusent passivement grâce : - À Une différence de concentration (molécules non chargées) - À Une différence de charges (gradient électrochimique) [+++++] Milieu 1 plus concentré MP diffusion Milieu 2 [+] moins concentré 1.1.a la diffusion simple | 6 septembre 2024 | 14  La diffusion simple se fait dans les 2 sens ! A travers les MP, les solutés peuvent diffuser du milieu EXTRAcellulaire vers le milieu INTRAcellulaire [+++++] plus concentré Milieu EXTRAcellulaire MP diffusion Milieu INTRAcelllulaire [+] moins concentré 1.1.a la diffusion simple | 6 septembre 2024 | 15  La diffusion simple se fait dans les 2 sens ! A travers les MP, les solutés peuvent diffuser du milieu INTRAcellulaire vers le milieu EXTRAcellulaire [+++++] plus concentré Milieu INTRAcellulaire MP diffusion Milieu EXTRAcelllulaire [+] moins concentré 1.1.a la diffusion simple | 6 septembre 2024 | 16  1. Perméabilité sélective 1.1 les transports passifs 1.1.a La diffusion simple et l’osmose plan 6 septembre 2024 | 17 Définition de l’osmose L’osmose concerne l’EAU (solvant), et c’est différent! ➔ l’eau va aller du soluté le moins concentré vers le plus concentré soluté soluté [+] [+++++] Le moins Le plus concentré concentré MP 1.1.a l’osmose | 6 septembre 2024 | 18  L’osmose : déf de la pression osmotique La pression osmotique : pression minimale qu’il faut exercer pour empêcher le passage d’un solvant d’une solution moins concentrée à une solution plus concentrée au travers d’une membrane semi-perméable soluté soluté [+] [+++++] MP 1.1.a l’osmose | 6 septembre 2024 | 19 Diffusion vs osmose (1) 1.1.a la diffusion et l’osmose | 6 septembre 2024 | 20  Plan Introduction : la membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur – notion de métabolisme cellulaire 1. PERMEABILITE SELECTIVE 1.1 Transports passifs 1.1.a diffusion simple et osmose. 1.1.b diffusion facilitée 1. 2. Transports actifs 1.2.a ATP, source d’énergie cellulaire 1.2.b les différents types de transports actifs 2. LES TRANSPORTS VESICULAIRES 2.1 Endocytose 2.2 Exocytose Biologie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 21 1. Perméabilité sélective 1.1 les transports passifs 1.1.b La diffusion facilitée plan 6 septembre 2024 | 22  Qu’est-ce que la diffusion facilitée ? - C’est le passage de la MP par diffusion passive via des proténes canal appelées perméases (aussi appelées pores) selon le gradient de concentration : du plus concentré vers le moins concentré extracellulaire [+++++] Intracellulaire Protéine membranaire= perméase [+] 1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 23 La diffusion facilitée se fait dans les 2 sens! EXTRAcellulaire EXTRAcellulaire [+] [+++++] INTRAcellulaire INTRAcellulaire [+] [++++++] 1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 24  Exemple de diffusion facilitée Ex : Cas du glucose : passage des cellules intestinales vers les vaisseaux sanguins glucose ext MP Gradient de glucose int Perméase.1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 25 La diffusion facilitée se fait aussi dans le sens d’un gradient électrochimique Les canaux protéiques dits ioniques assurent le transport des IONS (molécules chargées) ➔ Le transport se fait selon le gradient électrochimique [ions] EXTRAcellulaire +++++ Gradient électrochimique [ions] INTRAcellulaire +.1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 26 La diffusion facilitée se fait aussi dans le sens d’un gradient électrochimique Les canaux protéiques dits ioniques assurent le transport des IONS (molécules chargées) ➔ Le transport se fait selon le gradient électrochimique [ions] INTRAcellulaire +++++ Gradient électrochimique [ions] EXTRAcellulaire +.1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 27 La diffusion facilitée via les canaux ioniques peut être contrôlée Pour les canaux ioniques : leur ouverture ou leur fermeture peut être contrôlée Attention ce n’est pas le cas des perméases! Na+, K+, Ca2+,Cl-.1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 28 La diffusion facilitée via les canaux ioniques peut être contrôlée.1.1.b La diffusion facilitée | 6 septembre 2024 | 29  Plan Introduction : la membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur 1. Transports passifs - diffusion simple et osmose - diffusion facilitée 2. Transports actifs - ATP, source d’énergie cellulaire - les différents types de transports actifs 3. Les transports vésiculaires - endocytose - exocytose Biologie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 30  Plan Introduction : la membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur – notion de métabolisme cellulaire 1. PERMEABILITE SELECTIVE 1.1 Transports passifs 1.1.a diffusion simple et osmose. 1.1.b diffusion facilitée 1. 2. Transports actifs 1.2.a ATP, source d’énergie cellulaire 1.2.b les différents types de transports actifs 2. LES TRANSPORTS VESICULAIRES 2.1 Endocytose 2.2 Exocytose Biologie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 31 1. Perméabilité sélective 1.2 les transports actifs plan 6 septembre 2024 | 32 Définition des transports actifs Dans certaines situations, le déplacement des ions doit se faire CONTRE leur gradient de concentration ≠ ions milieu extérieur milieu intérieur K+ 4 mM 139 mM Na+ 146 mM 12 mM Cl- 116 mM 4 mM Ca++ 1 mM 10-7 mM HCO3- 29 mM 12 mM ➔ Le transport actif des solutés consomme de l’énergie sous forme d’ATP 1.2 Les transports actfis | 6 septembre 2024 | 33  1. Perméabilité sélective 1.2 les transports actifs 1.2.a l’ATP, source d’énergie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 34 Définition et structure de l’ATP ATP = adénosine tri-phosphate Molécule qui libère son énergie en se convertissant en ADP (adénosine di-phosphate) 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 35 Définition et structure de l’ATP Production d’énergie par l’ATP : Pi + 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 36 Production d’énergie par l’ATP Hydrolyse de l’ATP par une ATPase *le groupement phosphate est libéré * production d’ADP * libération d’énergie 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 37 L’ATP, une énergie à durée de vie limitée - Pas de stockage possible - Consommation quotidienne - Utilisation directement après production par la cellule Formes de stockage : glucides et lipides ➔ mobilisés et utilisés pour la production d’ATP 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 38 Il existe 2 modes de production de l’ATP 1. La phosphorylation oxydative en conditions aérobie ➔ réalisation dans les mitochondries dont c’est la fonction essentielle 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 39 Il existe 2 modes de production de l’ATP 1. La phosphorylation oxydative en conditions aérobie Rejet de protons par la chaine respiratoire et création d’un gradient intermembranaire – matrice = force protomotrice ADP ATP 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 40 Il existe 2 modes de production de l’ATP 1. La phosphorylation oxydative en conditions aérobie 2. La production en conditions anaérobie : pas de consommation d’oxygène La glycolyse cytosolique : consommation de glucose, rendement très faible en absence d’O2, les cellules pratiquent la fermentation : peu efficace ➔ La fermentation lactique : production lactique diminue le pH intracellulaire et le fonctionnement des enzymes : altération des activités cellulaires : crampe, fatigue musculaire 1.2.a l’ATP | 6 septembre 2024 | 41  1. Perméabilité sélective 1.2 les transports actifs 1.2.b Les différents types de transports actifs plan 6 septembre 2024 | 42 C’est travers les protéines ATPases transmembranaires que se déroulent les transports actifs Le déplacement des ions se fait CONTRE leur gradient de concentration de l’énergie sous forme d’ATP est nécessaire Les protéines canal ayant une activité ATPasique permettent le transport 1.2.b les différents types de transports actifs | 6 septembre 2024 | 43 C’est travers les protéines ATPases transmembranaires que se déroulent les transports actifs ext Passage contre le gradient de concentration int 1.2.b les différents types de transports | 6 septembre 2024 | 44 actifs Il y a 3 catégories d’ATPases Milieu 1 Milieu 2 Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 45 Un exemple de transport actif : pompe Na+/K+ K+ entre dans le cytosol Na+ sort et va dans le liquide extracellulaire C’est un ANTIPORT Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 46  Plan Introduction : la membrane plasmique, zone d’échanges avec le milieu extérieur – notion de métabolisme cellulaire 1. PERMEABILITE SELECTIVE 1.1 Transports passifs 1.1.a diffusion simple et osmose. 1.1.b diffusion facilitée 1. 2. Transports actifs 1.2.a ATP, source d’énergie cellulaire 1.2.b les différents types de transports actifs 2. LES TRANSPORTS VESICULAIRES 2.1 Endocytose 2.2 Exocytose Biologie cellulaire plan 6 septembre 2024 | 47 Les transports vésiculaires ➔ Concerne le transport des particules et des grosses molécules qui ne peuvent pas passer la MP Consommateurs d’énergie et impliquent le cytosquelette ! Vésicules = intermédiaires Endocytose Exocytose fusion avec la MP partant de la MP entrée dans la cellule sortie de la cellule Biologie cellulaire 6 septembre 2024 | 48 Les transports vésiculaires ext Biologie cellulaire 6 septembre 2024 | 49 2. Les transports vésiculaires 2.1 Endocytose plan 6 septembre 2024 | 50  L’endocytose aboutit à la formation de vésicules à l’intérieur de la cellule ➔ internalisation de la membrane plasmique : formation de vésicule contenant le matériel importé La membrane plasmique s’enroule vers l’intérieur de la cellule puis se pince ➔ formation d’une vésicule contenant du liquide contenant ou non des particules 2.1 Endocytose 6 septembre 2024 | 51 L’endocytose permet l’ingestion de grosses molécules et même de micro-organismes ➔ c’est ce qu’on appelle la PHAGOCYTOSE ➔ Les molécules piégées dans la vésicule appelée alors phagosome ➔ Fusion avec les lysosomes : digestion des particules en molécules simples (sucres, aa..) phagosome 2.1 Endocytose 6 septembre 2024 | 52 2. Les transports vésiculaires 2.2 Exocytose plan | 6 septembre 2024 | 53 Qu’est-ce que l’exocytose? Sécrétion par la cellule de molécules qu’elle a synthétisées et qui sont emballées dans les vésicules golgiennes ➔ fusion avec la MP 2.2 Exocytose 6 septembre 2024 | 54  On distingue 2 types d’exocytose CONSTITUTIVE REGULEE 2.2 Exocytose 6 septembre 2024 | 55  On distingue 2 types d’exocytose Exportation des molécules produites destinées à la MP elle-même ou le milieu extérieur 2.2 Exocytose 6 septembre 2024 | 56  On distingue 2 types d’exocytose Sous l’action d’un signal, transport rapide et ponctuel des molécules Biologie cellulaire 6 septembre 2024 | 57  Métabolisme cellulaire et échanges membranaires Dr. Audrey Oudin Faculté de Pharmacie - 02 47 36 72 15 audrey.oudin @OudinAudrey audrey.oudin @BBVEA2106 EA2106 Biomolécules @univ-tours.Fr @univ-tours.fr et Biotechnologies Végétales http://bbv-ea2106.sciences.univ-tours.fr/ | 6 septembre 2024 | 58 Notion de métabolisme cellulaire Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 59 Transports passifs – Diffusion simple (1) MP ext int [Concentration forte] [Concentration faible] Les gaz et les petites molécules polaires non chargées traversent librement la membrane ➔ Du milieu le plus concentré vers le moins concentré Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 60 Transports passifs – diffusion simple (1) Mb semi perméable Un substance diffuse selon son gradient de concentration du plus concentré >>>>> le moins Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 61  Transports actifs - ATP Modes de production : phosphorylation oxydative La mitochondrie utilise l’O2 et va produire de l’ATP Forte [H+] via : - Oxydation des glucides : cycle de KREBS - Oxydation des lipides - Oxydation des protéines Création d’un gradient de proton pour faire fonctionner l’ATP synthase Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 62  Transports actifs - ATP Modes de production : phosphorylation oxydative La mitochondrie va produire de l’ATP via : Forte [H+] - Oxydation des glucides : cycle de KREBS - Oxydation des lipides - Oxydation des protéines Chaine respiratoire : cascades de réactions d’oxydo-réductions Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 63  Transports actifs - ATP Modes de production : phosphorylation oxydative La mitochondrie va produire de l’ATP via : Forte [H+] - Oxydation des glucides : cycle de KREBS - Oxydation des lipides - Oxydation des protéines 1 glucose = 30 ATP environ Chaine respiratoire : cascades de réactions d’oxydo-réductions Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 64 Transport actif Exemple : symport ions H+ et saccharose Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 65  L’endocytose aboutit à la formation de vésicules à l’intérieur de la cellule ➔ internalisation de la membrane plasmique : formation de vésicule contenant le matériel importé L’endocytose de certaines molécules nécessite une reconnaissance par des récepteurs spécifiques de la MP : vésicule à manteau de clathrine Cas des récepteurs des LDL Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 66  Transport vésiculaire : endocytose Endocytose médiée par un récepteur associé au puits de clathrine Cas des récepteurs des LDL (LDL : véhiculent le cholestérol dans le sang) LDL - LDL se fixe à son récepteur - L’ensemble migre vers des puits clathrine recouverts de clathrine - Invagination de la membrane ➔ vésicule Biologie cellulaire | 6 septembre 2024 | 67