Cours1_biocel.pdf Biologie cellulaire BIO1157 Session automne 2024 PDF

Biologie cellulaire BIO1157 Session automne 2024 Rim Marrakchi [email protected]  But du cours o Approfondir les connaissances sur la cellule et les éléments qui la constituent, afin que...

Biologie cellulaire BIO1157 Session automne 2024 Rim Marrakchi [email protected]  But du cours o Approfondir les connaissances sur la cellule et les éléments qui la constituent, afin que l’étudiant comprenne l’importance de chacun des éléments, leurs fonctions, leurs interactions et leur développement o Préparer les étudiants à poursuivre leur cheminement vers les 2e et 3e années de baccalauréat en leur donnant des connaissances de base préalables à plusieurs autres cours o Préparer les étudiants à poursuivre en recherche ou vers des études supérieures avec l’apprentissage des différentes techniques en laboratoire et en effectuant leur analyse. Calendrier Date Cours Théorie Sujets traités 9 septembre 1 Introduction générale du cours Évolution de la cellule 16 septembre 2 Énergie libre et macromolécules Notions et rôles 23 septembre 3 La matrice extracellulaire et membranes cellulaires MEC et composition des membranes 30 septembre 4 La matrice extracellulaire et membranes cellulaires Fonctions des membranes cellulaires 7 octobre 5 Le cytosquelette Éléments et fonctions 14 octobre - Action de grâce - Férié 21 octobre - Semaine d’activités libres. 28 octobre Examen intra cours 1 à 5 4novembre 6 Le noyau Composition et structure 11 novembre 7 Le noyau - suite Chromosomes et cycle cellulaire 18 novembre 8 Les compartiments cellulaires Ciblage au noyau 25 novembre 9 Les compartiments cellulaires Ciblage des membranes doubles 2 décembre 10 Les compartiments cellulaires Voie de sécrétion, endosomes, lysosomes 9 décembre 11 Mitochondries et chloroplastes Matrice et membranes 16 décembre Examen final Partiellement récapitulatif Travaux pratiques, calendrier Date Travaux pratiques TP1: Techniques microscopiques Dépend de votre TP2: Rôle du cytosquelette dans la division cellulaire section TP3: Fractionnement cellulaire TP4: SDS-PAGE TP5 : Tests enzymatiques  Objectifs généraux d’apprentissage À la fin du cours, l'étudiant devrait être en mesure :  D'expliquer le rôle et le fonctionnement de la membrane plasmique, du cytosquelette, de la mitochondrie, du chloroplaste, du noyau, de l'appareil de Golgi, du réticulum endoplasmique et du lysosome ;  D'expliquer les mécanismes de production d'énergie, de synthèse et dégradation des protéines, du ciblage des protéines et du trafic vésiculaire ;  De comprendre l'organisation et l'expression de l'information génétique ;  De comprendre le fonctionnement du microscope ;  D'interpréter correctement les résultats d'expériences scientifiques à partir de données réelles.  Aucun manuel obligatoire Matière officielle à l’examen  Notes présentées en classe (disponibles sur Studium)  Explications et exercices Livres recommandés, non obligatoires Alberts et al (2017). L’essentiel de la biologie cellulaire, 6 e édition. ou Alberts et al (2011). Biologie moléculaire de la cellule, 5e édition.  Évaluations : examens et TP ÉVALUATIONS SOMMATIVES  Examen Inta 35 % et final 40 % TRAVAUX PRATIQUES (25%)  Examens individuels (!)  Remise de rapports de laboratoire  40 à 50 questions à choix multiples  Voir le plan de cours et le recueil des travaux  Directement sur les notions vues en classe pratiques pour plus de détails.  Mesurent votre compréhension de la matière  Durée 2h45. L'examen final est partiellement récapitulatif: Dates : Intra : 28 octobre 2024 Final : 16 décembre 2024 Les examens différés seront des examens à développement courts et longs.  Introduction et évolution de la cellule 1 Les molécules essentielles au vivant a) l’ADN et l’ARN b) Les protéines c) Les lipides 2 Les origines de la première cellule a) LUCA b) ARN puis ADN c) Le dogme central de la biologie moléculaire 3 Diversité du vivant actuel a) La bactérie b) Les Archaea c) Adaptation des procaryotes d) Les eucaryotes e) La cellule végétale f) L’endosymbiose 4 La visualisation des structures microscopiques  sans une Molécules essentielles au de ses molécules vivant le vivant ne peutpas exister ADN ARN Protéines Sources d’énergie (glucides) Lipides nb stabilité  4 si le nucléotite base Nucléoside base Sucre base sucre groupement nucléotide ftp.T 1. Molécules essentielles au vivant Adénine – thymine (A-T) : 2 liens H a) l’ADN et l’ARN différencedans le sucre Cytosine- Guanine (C-G) : 3 liens H Polymères linéaires de (désoxy)ribonucléotides unis par des liaisons phosphodiesters différent Nucléotide The three parts of a nucleotide by Anne Helmenstine, 2022, sciencesnotes, avec modification ARN ADN Acide RiboNucléique Acide DésoxyriboNucléique ©CSN; 2021 1. Molécules essentielles au vivant a) l’ADN et l’ARN ADN: bicaténaire et stable Structure secondaire: double hélice avec des liaisons hydrogène (H) entre les bases azotées des deux chaines complémentaires. Les liaisons H sont faibles mais leur grand nombre donne beaucoup de stabilité à l’ensemble. La complémentarité des bases azotées est essentielle à la réplication permet réplication correctement  stable 1. Molécules essentielles au vivant a) l’ADN et l’ARN ARN: souvent monocaténaire et instable M̅ seul brin il peut se replier faire Demi-vie courte une boucle Formation de structure secondaire : boucles, tiges Des ARN de même séquence peuvent prendre des formes diverses selon conditions environnementales) c'est ce qui leur donne différentes fonctions 1. Molécules essentielles au vivant a) Les protéines chaine d'A A def A A Un acide aminé est formé d’un groupement amine (NH2), d’un groupement carboxyle (COOH) et d’un carbone αportant une chaîne latérale variable. Une protéine est un enchaînement d’acides aminés reliés les uns aux autres par des liaisons peptidiques (covalentes). Il existe des centaines d’acides aminés différents, mais seulement 20 sont retrouvés dans les protéines. © 2023 Nagwa 1. Molécules essentielles au vivant a) Les protéines Les 20 acides aminés retrouvés dans les protéines Diversité des acides aminés (polaires, hydrophobes, chargés ou non). connaitre les caractéristiques du AA Laquelle de ces molécules, entre l’ADN, l’ARN et les protéines, a le plus grand pouvoir de catalyse (et donc le plus diversifié) ? Pourquoi ? de molécules diversifiées ©22019? sacquinmo 1. Molécules essentielles au vivant a) Les lipides tt carbones ≡ Molécules hydrophobes constituées principalement de carbone et d’hydrogène qui forment de longues chaînes carbonées Phosphoglycérolipide phospholipides Entièrement hydrophobe Harb, Frédéric. (2012). Study of a biomimetic system : brownian diffusion and electrophoretic mobility of a membrane protein inserted in a supported lipidic bilayer. BALDE, I. , KANE, C. , DIME, A. K. , BALDE, S. , & NDIAYE, K. (2022). Vegetable Oils Epoxidation Mechanisms. World Journal of Analytical Chemistry, 7(1), 1-6. 1. Molécules essentielles au vivant a) Les lipides ≡ Molécules hydrophobes constituées principalement de carbone et d’hydrogène qui forment de longues chaînes carbonées ilsse tournent freri l'eau hydro Bicouche drop membrane © PSIBERG, 2022 plasmique 2 Les origines de la première cellule a) LUCA ≡ The Last Universal Common Ancester Environnement prébiotique avec des centaines de molécules qui se forment et se déforment : les molécules qui ont des propriétés pour le vivant ont un avantage = la prolifération on ale même code o Code génétique universel, o Présence des 20 acides aminés o Les mêmes macromolécules dans toutes les cellules toute la Suggère un seul ancêtre commun ≡ LUCA atomes étaient présenter tapacité dL Mener prolifér 2 Les origines de la première cellule aol.tw b) ARN puis ADN se reproduire ffinMmemede  Simplicité de l’ARN (simple brin) L’ARN, plutôt que l’ADN était le matériel génétique de  Côté catalytique, avantageux au départ base des premières cellules. LIrus à ARN et àADN c'est que ça complexicifié 2 Les origines de la première cellule b) ARN puis ADN info à transmettre Au cours de l’évolution LUCA est de plus en plus complexe et ARN fiable donc évolution ARN en AD  ARN n’est plus suffisant car instable et se dégrade facilement  Pour assurer la transmission de ses gènes et augmenter ses chances de survie, l’ADN devient plus avantageux pour la cellule bonne reproduction La grande stabilité de l’ADN en fait une molécule de choix pour stocker l’information génétique de la cellule Si l’ADN stock l’information génétique, quel est le rôle de l’ARN? 2 Les origines de la première cellule c) Le dogme central de la biologie moléculaire Réplication mmmmm maman dogme Centra L’ARNm sert d’intermédiaire entre l’ADN (information) et les protéines (fonction). C’est une molécule remplit parfaitement ce rôle car : simple, demi-vie courte, etc.). Même si l’ARN a une certaine activité de catalyse, les protéines sont beaucoup plus efficaces dans ce domaine. Plus de diversité des résidus (20 acides aminés VS 4 nucléotides) Plus de diversité de formes et de fonctions Plus de possibilités de liaisons avec d’autres molécules Université de Bern, Département de chimie, biochimie et pharmacie, https://molecool.ch/fr/arn-savoir/detail/rna-zentrales-molekuel-des-lebens  la grande 3 Diversité du vivant actuel famille Procaryotes Bürgmann, Helmut. (2023). Biodiversité microbienne 3 Diversité du vivant actuel a) La bactérie o Premières cellules (non éteints) o Apparues il y a environ 3,5 milliards d’années Toutes les bactéries ont : o Une paroi (gram + ou -) Eien o ADN circulaire, libre dans le cytoplasme noyau o Ribosomes o Membrane plasmique Les bactéries peuvent posséder:  Flagelle différent  Glycocalix dinebactérie  Pili et fimbrae  Plasmide f9àl'autre Bougon, Nolwenn. (2007). L'influence des circulations hydrologiques sud la structure des communautés bactériennes à l'interface sol- nappe. 3 Diversité du vivant actuel b) Les Archaea ils sont àpart procaryote  Avant placées près des bactéries ou comme sous catégories des bactéries 0noyau o Pas de noyau et peu d’organites (comme les bactéries) o Paroi différente des bactéries o Éléments protéiques et génétiques différents des bactéries : ribosomes différents o Vivent dans des milieux extrêmes compositionl'air températiona différentes Bürgmann, Helmut. (2023). Biodiversité microbienne  c'était àleur avantage de faire des adaptations environnementales pour être le plus efficace énergiquement 3 Diversité du vivant actuel c) Adaptation des procaryotes 4 fait de respirer étaient La phosphorylation oxydative ( respiration cellulaire) est le résultat d’une adaptation de certains gavant procaryotes anaérobiques pour devenir aérobiques (respirent) ptanaérobique assez La photosynthèse ( production de son propre carbone) est le résultat d’une adaptation de certains procaryotes hétérotrophes pour devenir autotrophes(production de leur propre carbone organique) 3Pa de nutriments dans le sol pourproduire leurpropreénergie © Bruno Maucourt 2023  cellule LithmiEMelle animale s'adapte selonnos f 3 Diversité du vivant actuel d) Les eucaryotes organes o Forme cellulaire récente (entre 1,6 et 2,1 milliards d’années) o Présence de noyau qui enveloppe fonction l’ADN( distinction des procaryotes) o Multitude d’organites lu mitochondries Ebiologie,2023 3 Diversité du vivant actuel e) La cellule végétale leur forme et différente dotne Meforme à la cellule Roger Prat, la cellule, unité du vivant, 1999 © 2005, 2007 - Bernard Déry, avec modification Racine de pois, cytochimie des polysaccharides. 3 Diversité du vivant actuel f) L’endosymbiose 1- L’invagination de la membrane plasmique tt complexe tt organites permet d'abord d’augmenter le ratio Laugmentersurface surface/volume. Vagif volume argeniter dontle noyau 2- Éventuellement, ceci mène à la formation des organites membraneux et le nucléoïde est entouré de cette membrane. 3- Première endosymbiose C’est le début du noyau! Parmi ces eucaryotes ancestraux, une cellule a incorporé une bactérie aérobie et, plutôt que de la dégrader, 4- Cet endosymbionte permet de a développé une relation de énergétiquemen symbiose avec celle-ci. Donpourelle créer de l’énergie via l’oxygène, ce qui devient un avantage pour la Chloroplaste cellule hôte. 5- Deuxième endosymbiose Mitochondrie Certains de ces eucaryotes ont ensuite incorporé de manière similaire une 2e bactérie, cette fois-ci photosynthétique. Modifié de Kelvinsong, Wikipedia commun (Serial endosymbiosis.svg) qui peut faire de au cours de centaine demilliers la photosynthèse d'années 3 Diversité du vivant actuel f) L’endosymbiose o Évidences génétiques o Évidences microscopiques OpenStax, Microbiology. OpenStax CNX. Nov 01, 2016 Download for free at http://cnx.org/content/col12087/1.4  Les mitochondries ont une double membrane et les labactérie chloroplastes une triple membrane : la membrane serait rester externe résulterait de l’endocytose. avec ces organites  Mitochondries et chloroplastes ont leur propre ADN, qui est circulaire et est compacté de manière similaire aux procaryotes. bactérie  Ont leur propre machinerie de transcription et traduction (semi-autonome) qui implique des protéines homologues aux procaryotes (ribosomes 70S, par exemple). laractéristiquer procaryotes  Se divisent par “fission” indépendamment de la cellule hôte. par le m̂ rythme que leurcellule  Ont tous des chaînes de transport d'électrons JOYARD Jacques, MOROT-GAUDRY Jean-François (28 avril 2020), Lumière membranaires sur la photosynthèse, Encyclopédie de l’Environnement  La visualisation des structures à apprendre microscopiques par contraste forme ADN