Biologie Cellulaire - Document PDF

BIOLOGIE CELLULAIRE Chapitre 1: La cellule, ses principaux éléments, cellule eucaryote/procaryote, la différenciation L’organisation complexe du vivant L’organisation biologique correspond à une hiérarchie de niveaux structuraux édifiant les uns à partir des autres. La vie repose sur l’intégrité d...

BIOLOGIE CELLULAIRE Chapitre 1: La cellule, ses principaux éléments, cellule eucaryote/procaryote, la différenciation L’organisation complexe du vivant L’organisation biologique correspond à une hiérarchie de niveaux structuraux édifiant les uns à partir des autres. La vie repose sur l’intégrité de ces niveaux structuraux Organe: Regroupement de plusieurs tissus différents accomplissant une tâche précise Tissu: Regroupement des cellules de même type et exerçant une fonction commune Cellule: Compartiment délimité par une membrane et rempli par une solution concentrée d’éléments chimiques. La plus petite unité capable de vie autonome, de se reproduire et qui joue un rôle déterminé. Le véhicule de la transmission de l’information génétique. Organite: Regroupement de molécules en une structure ayant un rôle défini (un petit « organe » dans la cellule) Molécule: Ensemble d’au moins deux atomes reliés par liaison chimique Les caractéristiques du vivant: Le vivant présente une structure «ordonnée». Celle-ci résulte des divers niveaux d’organisation qui le constitue. (De l’atome à l’organisme en passant par les cellules, les tissus et les organes.) Utilisation de l'énergie Le vivant a besoin d’énergie (via la nutrition) afin de maintenir la cohésion de sa structure ordonnée. Croissance et développement Le vivant est capable de croître et de se développer. Reproduction Le vivant se reproduit. Les structures non vivantes ne se reproduisent pas. La matière existe en quantité «finie». Sensibilité La sensibilité du vivant le rend capable de réagir à l’environnement. La découverte de la cellule Robert Hooke (1665) a inventé le mot cellule mais Antonie Van Leeuwenhoek a été le premier à observer réellement des cellules. Antonie Van Leeuwenhoek, connu pour ses améliorations du microscope,a été le premier à décrire des unicellulaires qu’il voyait dans des gouttes d’eau, mais aussi, des globules rouges sanguins et des spermatozoïdes Robert Hooke observe des petits trous dans l’écorce du chêne (liège) qui lui font penser aux cellules d'une prison. Il les nomme « cellules » et croit que seul le liège présente ces structures. Le microscope Instrument qui : donne une image grossie d’un petit objet, sépare de celui ci sur l’image, rend les détails visibles à l’oeil ou avec une caméra La théorie cellulaire En 1838, Matthias Schleiden suggère que tous les tissus végétaux sont faits de cellules. Le zoologiste Théodore Schwann en arrive à la même hypothèse au sujet des animaux. En 1855, Rudolf Virchow suggère que toute cellule provient d'une autre cellule, préexistante : la division cellulaire (« omnis cellula ex cellula ») Le concept de cellule a été énoncé en 1838 par Schwann et Schleiden. Leur théorie dite théorie cellulaire postulait que tous les tissus vivants sont composés de cellules et de leurs produits (la matrice extracellulaire). Le concept a été facilement accepté par les microscopistes exceptés ceux du système nerveux qui persistaient à penser que c'était un "continuum" (une continuité) : une structure sans compartiment séparé. C'est Ramon y Cajal à partir de 1900 qui introduisit et généralisa la notion de neurone, la cellule nerveuse, faisant du tissu nerveux un tissu comparable aux autres. Un organisme complexe est constitué de tissus possédant différentes fonctions, eux-mêmes formant des organes spécialisés. La formation d'un tissu implique à la fois un processus de prolifération (augmentation de masse) et un processus de différenciation (spécialisation). Théorie cellulaire (Schleiden, Schwann et Virchow) Tous les êtres vivants sont faits de cellules (au moins une cellule). La cellule est l'unité de base de la vie. Toute cellule provient d'une autre cellule vivante. L’activité d’un organisme dépend de l’activité de ses cellules La cellule: unité structurale et fonctionnelle de tout être vivant La cellule (en latin cellula signifie petite chambre) est l’unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant de tout être vivant car elle est capable d’accomplir toutes les activités du vivant : elle « mange, boit, digère, excrète, respire et se reproduit ». Chaque cellule est une entité vivante qui, dans le cas d'organismes multicellulaires, fonctionne de manière autonome, mais coordonnée avec les autres. Les cellules de même type sont réunies en tissus, eux-mêmes réunis en organes. Les deux grands types de cellules Il existe deux types fondamentaux de cellules selon qu'elles possèdent ou non un noyau : les procaryotes dont l'ADN est libre dans le cytoplasme (les bactéries par exemple). Ils comprennent les bactéries et les archéobactéries (archées) ; les eucaryotes qui ont une organisation complexe, de nombreux organites et dont l’ADN sous forme de chromosomes est dans une structure entourée d'une membrane : le noyau. Virus acaryotes = structures acellulaires parasites intracellulaires : dépendent de cellules vivantes pour se répliquer Les deux grands types de cellules Procaryote Eucaryote - Les plus anciennes (3,5 ma) - Les plus récentes (2,5 ma) - Les plus petites (5 um) - Les plus grosses (50 um)  - pas de noyau mais zone nucléoïde - Un véritable noyau délimité par une constitué d’un seul chromosome fortement membrane replié - organites membraneux, petite organes entouré de membranes (noyau…) - Pas d’organites membraneux - tout les autres types de cellules - Toute les cellules de type bactérien LES CELLULES PROCARYOTES Eléments constitutifs (compartimentation minimale) - Cytoplasme - Membrane plasmique - (Taille : 0.3 - 2 µm) Exemple : structure d’Escherichia coli Eléments constitutifs du cytoplasme : - Un seul chromosome : le nucléoïde (ADN bicaténaire et circulaire) + 1 ou plusieurs molécules d’ADN bicaténaires extra-chromosomiques: plasmides (avantage sélectif) - Enzymes de réplication de l’ADN - Facteurs de transcription (régulation de l’expression génique) - Ribosomes libres ou regroupés en polysome pour la synthèse de protéines cytoplasmiques - Production d’énergie par métabolisme anaérobie principalement : Glycolyse (fermentation dont le bilan simplifié est : glucose => eau + ATP Chez certaines bactéries, synthèse d’ATP par phosphorylation oxydative = respiration cellulaire (aérobie) dont le bilan simplifié est : glucose + oxygène => carbone gazeux + eau + ATP) La membrane plasmique : Elle est constituée de : - Bicouche de phospholipides (composés structuraux) - Protéines membranaires (transporteur, récepteur …) - Machinerie de synthèse de protéines membranaires ou des protéines sécrétées (ribosomes liés à la membrane plasmique) Fonction: - Barrière sélective entre le cytoplasme et l’environnement - Échange : importation (nutriments), exportation (déchets). Certaines bactéries ont en plus une paroi cellulaire entourant la membrane plasmique et qui forme un espace périplasmique avec elle. LES CELLULES EUCARYOTES Taille de 10 à 100 µm Eléments constitutifs : - Membrane plasmique - Cytoplasme - Noyau (Il y a un découplage entre transcription et traduction.) - Organites : Les eucaryotes contiennent plusieurs organites. Ce sont des compartiments cellulaires baignant dans le hyaloplasme. Ils sont délimités par une membrane et possèdent des fonctions spécifiques. Métabolisme aérobie Présence du cytosquelette Reproduction par mitose ou méiose Les organismes vivants peuvent être UNICELLULAIRE: une seule cellule (protistes : protophyte du règne végétal et protozoaire du règne animal) Certains eucaryotes unicellulaires peuvent former des structures multicellulaires. Ces colonies consistent soit en des groupes de cellules identiques, capables de rester en vie une fois séparées de la colonie principale (par exemple, les champignons) soit en des groupes de cellules spécialisées interdépendantes. ou PLURICELLULAIRE : plusieurs cellules (métaphytes et métazoaires). La cellule est l’unité fondamentale du vivant. Les plus petits organismes sont formés d’une seule cellule ; ce sont des unicellulaires. Exemple : les paramécies, les euglènes PARAMECIES. EUGLENES (algues unicellulaires). Vivent en eau douce, dans les étangs Groupe des algues (très présentent dans les infusions de Règne des protistes végétaux, thé par exemple) Groupe des protozoaires Règne des protistes Le corps humain est composé d’environ 100 000 milliard Différences entre cellules végétales et animales - Les chloroplastes sont seulement présents dans les cellules végétales. - Les cellules végétales ont une paroi cellulaire composée de pectine et de cellulose. - La vacuole des cellules végétales est proportionnellement plus grande. La membrane cellulaire = membrane plasmique Fonction de la membrane: protège la cellule et laisse entrer ou sortir certaines molécules La membrane plasmique (ou cytoplasmique) 1. Membrane simple délimitant la cellule. 2. Non percée de pores contrairement à la membrane nucléaire. 3. Formée essentiellement de deux couches de lipides. 4. Traversée de protéines. 5. Recouverte de quelques sucres. Rôles de la membrane plasmique 1-Grâce aux lipides insolubles, la membrane permet l’intégrité du compartiment cellulaire. La cellule ne se défait pas dans son milieu liquide aqueux. 2. Grâce aux protéines, la membrane contrôle les échanges cellulaires (perméabilité sélective). Elle choisit les substances qui traversent dans un sens ou dans l’autre. 3. Grâce aux sucres de surface (antigènes spécifiques à chaque individu), la membrane permet aux cellules de se reconnaître entre elles et de s'agréger en tissus et aussi de rejeter les cellules étrangères (immunité). Importance des membranes internes et réseau intracellulaire de membranes La cellule eucaryote possède un réseau étendu et élaboré de membranes internes sous la forme d’organites membraneux (petits organes). Ces membranes sont très importantes car : 1. Elles enchâssent beaucoup d'enzymes qui participent activement au métabolisme cellulaire. 2. Elles procurent divers micro-environnements favorisant diverses réactions métaboliques, incompatibles dans un même environnement. Par exemple, dans le lysosome, le pH est de 5 et dans le reste de la cellule il est quasi neutre. Réseau intracellulaire de membrane: Ensemble des membranes de la cellule qui sont interreliées directement ou indirectement par le biais de sacs membraneux. Le réseau intracellulaire de membranes est composé de : 1. L'enveloppe nucléaire 2. Le réticulum endoplasmique 3. L'appareil de Golgi 4. Les lysosomes 5. Divers types de vacuoles 6. La membrane plasmique. La paroi cellulaire Chez les cellules végétales, il existe une seconde structure appelée paroi qui est composée de cellulose et de fibres. Chez les plantes, les algues et les champignons, la cellule est encerclée par une paroi cellulaire pectocellulosique qui fournit un squelette à l'organisme. Des dépositions de composés tels que la subérine ou la lignine modulent les propriétés physico-chimiques de la paroi, la rendant plus solide ou plus imperméable, par exemple. La paroi cellulaire de la cellule végétale 1. Enveloppe épaisse et rigide. 2. Formée minimalement de deux couches : la lamelle moyenne riche en pectines (polysaccharides) et la paroi primaire à base de cellulose. 3. Parfois une paroi secondaire rigide et épaisse à base de cellulose et de lignine s'ajoute chez les plantes formant du bois. Rôles de la paroi végétale 1. Empêche l’éclatement de la cellule en prévenant une absorption excessive d'eau. En effet, la cellule végétale baigne naturellement dans un milieu hypotonique — eau de pluie. Étant plus salée que son milieu, la cellule absorbe l’eau par osmose et éclaterait sans la résistance offerte par la paroi cellulaire. 2. Sert de squelette aux plantes herbacées lorsque la cellule, bien gonflée d’eau, s'appuie contre la paroi (comme une chambre à air dans un pneu). La matrice extracellulaire de la cellule animale Ensemble structuré de macromolécules (protéines et polysaccharides) synthétisées par les cellules dans leur environnement immédiat. Plus de 50% de ces protéines sont du collagène 1. Rôle de soutien : assure la cohésion des cellules et des tissus. 2. Rôle dans la résistance mécanique des tissus aux forces de compression et de traction 3. Trame pour les dépôts minéraux (construction des os par accumulation de phosphate de calcium) 4. Influence le comportement des cellules qui entrent en contact avec elle (forme, migration mais aussi survie et prolifération) Les jonctions cellulaires dans les cellules végétale dans les cellules animales Plasmodesmes: Canaux qui laissent passer les molécules d'une cellule à l'autre. Le Noyau Dirige les activités de la cellule Contient l’ADN (code génétique) Structure : - Enveloppe nucléaire - Chromatine (ADN + protéines associées) - Nucléole (assemblage de ribosomes) - Il contient l’ADN et toutes les activités liées à l’ADN qui sont ainsi isolées des autres activités de la cellule (synthèse de protéines). La perpétuation de la vie repose sur l’information héréditaire de l’ADN (acide désoxyribonucléique) La matière s’édifie à partir des instructions contenues dans l’ADN. L’ADN est héréditaire : il est transmis des parents aux enfants mais aussi de cellules à cellules (grâce à la réplication) Chacun de nous provient d’une cellule unique contenant l’ADN de nos parents. La réplication de cet ADN (l’ADN se double) permet de transmettre ensuite ces gènes aux milliards de cellules qui nous composent. Réplication = doublement de la quantité d’ADN avant la division cellulaire Génome = lot de gènes reçus des parents, au moment de la conception Le nucléole (dans le noyau, fonction: synthèse des ribosmoses) Le système endomembranaire Constitué principalement par : -Réticulum endoplasmique (RE) divisé en deux sous compartiments : - réticulum endoplasmique granulaire (REG) - réticulum endoplasmique lisse (REL) -Appareil de Golgi et vésicules de sécrétion - Lysosomes -Endosomes: impliqués dans le transport intracellulaire et alimentés par endocytose, recyclage des membranes et protéines de surface. Réticulum endoplasmique fonction = acheminer les substances d’une cellule à une autre Le réticulum endoplasmique (RE) est une extension de la membrane du noyau. Il est divisé en RE lisse (REL) et RE rugueux (RER) (parfois appelé RE granuleux REG), en fonction de son apparence au microscope. La surface du RE rugueux est couverte de ribosomes qui insèrent les protéines néosynthétisées dans le RE. Du RE, les protéines sont transportées vers l'appareil de Golgi grâce à des vésicules. Le réticulum endoplasmique « RE » Réseau de tubules et de sacs membraneux — les citernes.  En continuité avec la membrane nucléaire Se divise en deux régions qui présentent des différences moléculaires et fonctionnelles : le RE lisse (REL) «paraît lisse au MET» le RE granuleux (RER) «paraît rugueux au MET car il est recouvert de ribosomes» Rôles du réticulum endoplasmique lisse 1. Le REL synthétise des phospholipides membranaires et cytosoliques. (lipides) 2. Le REL, dans le foie, détoxifie les médicaments et les autres drogues. Le REL dans le foie des personnes prenant des médicaments, des drogues ou de l’alcool est très abondant. 3. Le REL synthétise le cholestérol et les hormones stéroïdiennes (progestérone, estradiol, testostérone, aldostérone, cortisol …). 4. Le REL stocke et libère les ions Ca2+ (dans les cellules musculaires, Ca2+ nécessaires à la contraction des muscles). Rôles du réticulum endoplasmique rugueux - Synthèse et translocation de protéines sécrétées, membranaires et résidentes des vésicules (protéines) - N-glycosylation des protéines - Conformation spatiale des protéines et contrôle qualité avant leur exportation vers l’appareil de Golgi Les ribosomes ne sont pas fixés en permanence sur le RER. Ils s’attachent à la membrane du RE (qui devient temporairement granuleux) au début de la synthèse des protéines et se détachent du RER à la fin Les ribosomes: fonction synthèse des protéines 1. Deux sous-unités formées, chacune, d’ARN ribosomique et de protéines. 2. Assemblés par le nucléole 3. Deux populations de ribosomes : Libres, en suspension dans le cytosol : sont inactifs sauf s'ils sont regroupés en polyribosome. Liés à la membrane du REG ou de l'enveloppe nucléaire. Polyribosome Ribosome Leur rôle est de synthétiser des protéines L'appareil de Golgi est le lieu de transformation finale des protéines notamment par la glycosylation (ajout de chaînes glucidiques complexes). Essentiellement, un empilement de petits sacs membraneux aplatis et ronds (les saccules) — le dictyosome. Il peut y avoir plusieurs dizaines de dictyosomes dans les cellules végétales. Les substances passent d’une saccule à l’autre dans une direction déterminée et subissent des transformations. AG dérive de la fusion des vésicules de transition venant de REG. AG émet diverses vésicules. Rôle de l’appareil de Golgi 1. Point de passage obligatoire du trafic vésiculaire. Il régule le nombre de vésicules allant à la membrane et participe ainsi au renouvellement membranaire. 2. Modifie les protéines (phosphorylation par exemple) reçues via les vésicules de transition et est essentiel à l’adressage correct des protéines dans la cellule. 3. Trie ces protéines selon leur destination et les emballe dans : des vésicules de sécrétion : protéines destinées à être sécrétées par la cellule. les lysosomes : protéines hydrolytiques qui demeurent dans la cellule. 4. Fabrique certains polysaccharides devant être sécrétés à l'extérieur de la cellule via des vésicules de sécrétion (pectine…). Sécrétion cellulaire : Libération d’un produit utile par la cellule ; ne pas confondre avec l’excrétion, un processus qui libère des déchets. La vésicule de sécrétion fusionne avec la membrane plasmique et déverse son contenu à l’extérieur de la cellule. Les lysosomes = digestion cellulaire Les lysosomes assurent la dégradation de macromolécules (protéines, lipides et polysaccharides) grâce à des enzymes (nucléases, protéases, glycosidases, phosphatases, lipases...) Les lysosomes des cellules animales 1. Sac membraneux contenant une cinquantaine d’enzymes hydrolytiques actifs en milieu acide (pH 5). Si le lysosome se répand dans la cellule, ses enzymes deviennent inactifs dans le milieu neutre du cytosol. 2. Dérivent principalement de AG mais plusieurs sortent directement de REG. Rôles des lysosomes Les molécules à digérer dans les lysosomes y arrivent par plusieurs voies : - endocytose : molécules prélevées dans le milieu extérieur, - phagocytose : une cellule type macrophage va ingérer de grosses particules, - autophagie : les cellules dégradent leur propre organites et molécules afin d’assurer leur renouvellement. L'autophagie recycle la moitié des macromolécules d'une cellule du foie chaque semaine. Les peroxysomes Petits organites membranaires impliqués dans la destruction des radicaux libres (détoxification des molécules potentiellement dangereuses) - Certains peroxysomes utilisent le dioxygène pour décomposer les graisses en de petites molécules capables de rejoindre la voie métabolique de la respiration cellulaire. - Les peroxysomes des cellules hépatiques détoxifient l’alcool et d’autres composés nocifs en transférant l’hydrogène de ces substances à du dioxygène ce qui produit du peroxyde d’hydrogène H2O2. D’autres enzymes convertissent ce composé nocif en eau. Les mitochondries Les mitochondries jouent un rôle important dans le métabolisme de la cellule. Elles contiennent leur propre génome (l'ADN mitochondrial). C'est là que se déroulent la respiration cellulaire et la fabrication de l'énergie, l'ATP (Adénosine TriPhosphate). Cette énergie est indispensable aux réactions métaboliques. Les chloroplastes (cellules végétale seulement) Les plastes sont présentes dans les plantes et les algues. Les plus connus sont les chloroplastes, dans les cellules d'organismes photosynthétiques, qui convertissent l'énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique utilisée pour fabriquer des sucres à partir de dioxyde de carbone. Ils possèdent également leur propre génome. contient de la chlorophylle fonction: la photosynthèse Origine des mitochondries et des chloroplastes L’origine de la mitochondrie est la phagocytose sans digestion par une cellule ancestrale eucaryote d’une bactérie libre anaérobie - Symbiose entre les 2 organismes. De la même façon, les chloroplastes sont le fruit de l’endosymbiose d’une cyanobactérie capable de photosynthèse. La vacuole fonction: entreposage de l’eau et de substances Dans les cellules végétales Représente 80% du volume d’une cellule. Aide au maintien de la plante. Dans les cellules animales, les vacuoles sont plus petites. Le cytosquelette permet à la cellule de conserver sa forme, de se contracter, de se mouvoir. Il est également important lors de la division cellulaire. Le Centrosome (paire de centrioles) associé aux microtubules est impliqué dans la division cellulaire (mitose) Il a également un rôle dans le système de transport intracellulaire. Le cytosquelette Constitué par : - Microfilaments (constitués d’actine) : forme, mouvement et déplacement cellulaires - Microtubules (constitués de tubuline) : transport intracellulaire - Filaments intermédiaires : stabilité mécanique, adhésion Cytosquelette Il est formé essentiellement de molécules fibreuses qui parcourent tout le cytoplasme 3 types de fibres: - microtubules (constitueny un réseau émanant du centrosome) - microfilaments (sont principalement localisés sous la surface cellulaire) - filaments intermédiaire ( de taille intermédiaire) (occupent tout le cytoplasme. Sous la membrane nucléaire interne, ils constituent la lamina.) Rôles généraux des filaments du cytosquelette Ancrage des organites dans la cellule, soutien de sa forme et mouvements cellulaires Les microtubules du cytoplasme et les structures associés “centrosome, centrioles, cils et flagelle”. Description d’un microtubule Rôle des microtubules - maintien de la forme cellulaire (charpente résistant à la compression donc qui résiste à l’écrasement ) - mouvement des organites (servent de rails sur lesquels les organites associés à des protéines motrices peuvent se déplacer.) - Description du centrosome ( centre organisateur des microtubules) - masse finement granulaire près du noyau dans laquelle se forment les microtubules - contient une paire de centrioles en son centre (cellulaire animale seulement) Rôle du centrosome - organise le réseau de microtubules dans la cellule (cellule en interphase= pas en division)  - Les molécules motrices «kinésines» se déplacent vers l'extrémité + des microtubules (les allongent). Les molécules motrices «dynéines» se déplacent vers l'extrémité - des microtubules (les raccourcissent). Description des centrioles 1. Deux cylindres de microtubules, perpendiculaires l’un à l’autre. 2. Chaque cylindre (centriole) est formé de neuf triplets de microtubules. 3. Situés au cœur du centrosome animal. Description des cils et du flagelle 1. Projections de microtubules à la surface cellulaire et recouvertes par la membrane plasmique. 2. Ancrés à la cellule, chacun, par un corpuscule basal, (identique au centriole). De fait, chez les animaux, le corpuscule basal du flagelle du spermatozoïde pénètre l'ovule et devient un centriole. 3. Formés de neuf doublets de microtubules plus deux au centre. 4. Associés à la dynéine, une protéine motrice qui permet leur mouvement. 5. Différences entre cils et flagelle Les cils sont courts et nombreux tandis que le flagelle est long et unique. Le type de mouvement qu'ils exécutent n'est pas le même. Rôles des cils et du flagelle 1. Flagelle : Propulsion de la cellule dans son milieu Spermatozoïdes dans les voies génitales, paramécie dans son milieu. 2. Cils : Déplacement du milieu autour de la cellule Cils de la trachée- artère qui font remonter vers la gorge le mucus chargé de débris venant des voies respiratoires. Exemple : La toux matinale du fumeur s'explique par le fait que leurs cils ont travaillé durant la nuit car ils n'étaient pas inhibés par la nicotine. Les microfilaments Rôles des microfilaments 1. Les microfilaments aident la cellule à supporter la tension (l'étirement). 2. Les microfilaments d'actine, en association avec des filaments plus épais de myosine, permettent des contractions généralisées au niveau des cellules musculaires. 3. Les microfilaments d'actine, en association avec des filaments plus épais de myosine, permettent des contractions localisées dans une cellule : exemple de l’anneau contractile qui étrangle une cellule en deux lors de la division. Les filaments intermédiaires Rôles des filaments intermédiaires Cytosol Le cytosol (hyaloplasme) est le milieu semi-visqueux constitué majoritairement d’eau, de sels, de protéines solubles, de sucres etc … qui baigne tous les constituants du cytoplasme (organites, cytosquelette et ribosomes). Il fournit un milieu favorable à l’activité cellulaire. Il n’a pas d'infrastructure spécifique. Cytoplasme Le cytoplasme est l’ensemble cytosol + organites. Les inclusions: Des granules contenant les produits d’accumulation de la cellule. (des granules de glycogène, des gouttelettes lipidiques) Le cytoplasme des cellules eucaryotes n'est pas aussi granulaire que celui des procaryotes, puisque la majeure partie de ses ribosomes sont rattachés au réticulum endoplasmique. Différenciation cellulaire: Processus biologique par lequel ue cellule non spécialisée se spécialise en un des nombreux “types” cellulaire composant un organisme. Les cellules différenciées sont issues de cellules progénitrices (cellules souches) - zygote : cellules souche totipotentes (source de tous les types cellulaire de l’organisme) - cellules de la masse interne du blastocyste = cellules soucges pluripotentes (source de tous les tissus du corps, mais ne peuvent plus donner un organisme entier) - cellule souches plutipotentes (+ spécialisée, potentiel de différenciation + restreint = source de certain types cellulaires) Cellules différenciées: - conservation de la totalité du matériel génétique - majorité des cellules à 2n chromosomes (certaines exceptions, gamètes à n chromosomes, érythrocytes sans noyaux…) - transcription sélective du génome (régulation intrinsèque et extrinsèque par le microenvironnement, les interactions entre cellules et avec la MEC) conférant une physiologie propre à un organe donnée (taille, forme, polarité, activité métabolique, réponse aux facteurs externes…) Différenciation cellulaire, organisation en tissu En général, toutes les cellules ont les mêmes organites, mais en fonction de leur rôle dans l'organisme (de leur spécialisation), ils sont plus ou moins développés (plus ou moins apparents). Exemples : ▪Cellules pancréatiques ; abondant appareil de Golgi pour la production d'enzymes digestives ▪Cellules lymphocytaires B ; abondant réticulum endoplasmique pour la production d'anticorps ▪Cellules hépatiques ; abondants péroxysomes pour détoxifier le sang ▪Cellules leucocytaires ; abondants lysosomes pour tuer les microbes ▪Cellules musculaires ; abondant cytosquelette (actine et myosine) pour la contraction. ▪Cellules nerveuses ; abondant cytosquelette (tubuline) impliqué dans le transport des vésicules de neurotransmetteurs Cellules Épithéliales Fonctions : marquent la frontière entre milieu intérieur et milieu extérieur -forment des feuillets cellulaires (ex : épidermes) -créent des cavités (lumières) internes (ex : vessie) -certaines ont des fonctions sécrétrices (ex : mucus) Polarisation cellulaire (ex : épiderme) : - domaine basolatéral : face au milieu intérieur (lame basale) - domaine apical : face au milieu extérieur ou à la lumière de l’organe Cellules Conjonctives Fonction : sécrétion d’une matrice extracellulaire. Trois types : -Fibroblastes=> matrice souple => réparation de tissu lésé -Cellules cartilagineuses => matrice déformable => cartilage -Cellules osseuses=> matrice rigide, minéralisée => cristaux de phosphate de calcium, squelette Cellules Musculaires Fonction : production de force mécanique (mouvement) par contraction musculaire. -Cellule avec des filaments spécifiques : myofilaments (actine et myosine). Trois types : - Muscle squelettique (strié) - Muscle lisse - Muscle cardiaque Cellules Nerveuses Fonction : traitement et transmission de l’information - Cellule avec une membrane plasmique spécifique - Signaux électriques et chimiques Polarisation cellulaire du neurone : - Dendrites (réception de l’information) - Corps cellulaire (intégration de l’information) - Axone (conduction de l’information) -Synapse (transmission par des neuromédiateurs chimiques de l’information à d’autres neurones) Cellules Sanguines Type : Fonction : -Globules rouges (érythrocytes , hématies) Transportent de l’O2 et du CO2 -Globules blancs (leucocytes) Combattent l’infection - Plaquettes (thrombocytes) Déclenchent la coagulation du sang Chapitre : Noyau, ADN et chromosomes. Cycle cellulaire, division et mort cellulaires -L’ADN : base de l’hérédité -Le noyau interphasique -Le cycle cellulaire et ses régulations -Divisions cellulaires : mitose, méïose -Mort cellulaire (nécrose et apoptose) Le noyau contient : 1. Le nucléoplasme (milieu semi-liquide « semi-visqueux ») contenant sels, protéines solubles, sucres… 2. Le matériel génétique (ADN et protéines associées) 3. Le ou les nucléole(s) (site de biosynthèse des ribosomes) 4. L’enveloppe nucléaire : double, percée de pores et recouverte de petites structures non membraneuses « les ribosomes » Le noyau Rôle général : Contrôle général de la cellule via l’ADN Le noyau forme un compartiment volumineux (20 à 25% du volume cellulaire total). Il est présent dans toutes les cellules eucaryotes sauf les hématies Il est présent en un ou plusieurs exemplaires (ex : cellules musculaires striées squelettiques qui sont polynucléées) Le noyau est délimité par l’enveloppe nucléaire qui sépare le nucléoplasme et le cytoplasme Le nucléoplasme Le nucléoplasme renferme : -L’information génétique sous forme de chromatine -La matrice nucléaire qui comprend la lamina nucléaire (couche protéique de 0,2 um d’épaisseur située au contact de la membrane nucléaire interne. Les lamines font parties des filaments intermédiaires). -Un ou plusieurs nucléoles qui contiennent les ARN ribosomaux (synthèse des ribosomes) L’enveloppe nucléaire L’enveloppe nucléaire est composée d’une double membrane (une membrane externe et une membrane interne) : - La membrane externe est associée à des ribosomes et est en continuité avec les membranes du réticulum endoplasmique, -La membrane interne est associée à des ribosomes et est en continuité avec les membranes du réticulum endoplasmique, -La membrane interne est associée à une formation intranucléaire superficielle d’aspect fibreux : la lamina nucléaire composée de lamines. Elle possède également des récepteurs pour les histones et les autres protéines associées à l’ADN. -L’enveloppe nucléaire est aussi un site de stockages du calcium -L’enveloppe nucléaire est interrompue par des pores nucléaires qui sont les lieux d’échanges nucléo- cytoplasmiques Schéma : Structure de la membrane nucléaire L’ADN : support de l’expression génétique qui conduit à la synthèse d’ARN L’ADN : acide désoxyribonucléique est le support des gènes. Il y a environ 25 000 gènes chez l’Homme. L’expression d’un gène est une suite de synthèse et de réaction chimiques aboutissant à la synthèse d’un ARNm (acide ribonucléique) à partir d’une séquence d’ADN (un gène). La synthèse d’ARN à partir d’ADN s’appelle la transcription. Elle a lieu dans le noyau et conduit à la formation de différents types d’ARN. La double hélice d’ADN (Watson et Crick 1953) - 2 chaînes de nucléotides retenues face à face par des liaison hydrogène - Alternance des sucres / phosphates = squelette S-P de l’ADN (Partie identique d’une ADN à l’autre, non spécifique et structural.) - Les paires de bases azotées « appariées par liens H » sont au centre des 2 chaînes. (La séquence des bases est spécifique à chaque gène.) La chromatine est placée en position définie à l’intérieur du noyau grâce à la lamina nucléaire, des fibres de protéines qui forment une sorte de cage à l’intérieur du noyau, près de son enveloppe. La chromatine est plus ou moins spiralée et compactée selon l’état fonctionnel de l’ADN. Elle peut-être sous trois formes : - dispersée : euchromatine (interphase, permet la transcription) -condensée : hétérochromatine (interphase mais ne permet pas la transcription) - hautement condensée : chromosome métaphasique pendant les divisions cellulaires et ne permet pas la transcription Euchromatine : chromatine décondensée, constituée de fibres nucléosomiques et est accessible aux ARN polymérases (active d’un point de vue transcriptionnel) Hétérochromatine : plus condensée et constituée de fibres de chromatine. 80 à 90% de l’ADN nucléaire est sous forme d’hétérochromatine. Elle est inactive d’un point de vue transcriptionnel. Il en existe deux formes : - l’hétérochromatine constitutive - l’hétérochromatine facultative L’hétérochromatine constitutive : Elle correspond à des fragments d’ADN qui ne sont jamais transcrits. Elle est présente au niveau des centromères et des télomères des chromosomes et elle contient souvent des séquence répétées.  L’hétérochromatine facultative : Elle correspond à des fragments d’ADN non transcrits dans la cellule où ils sont observés mais qui peuvent être transcrits dans d’autre types cellulaires ou dans la même cellule dans un autre état de différenciation. Nucléosome et compaction de l’ADN Premier niveau de compaction : les nucléosomes Nucléosomes = structures cylindriques de 11 nm de diamètre, formés de protéines chargées positivement les histones (ce qui facilite leur liaison à l’ADN qui est chargé négativement car il porte des groupements phosphates). Il s’agit d’un octamère : 2 histones H2A + 2 histones H2B + 2 histones H3 + 2 histones H4 L’ADN fait deux tours (146 pb) autour de chaque cylindre. Les cylindres sont séparés par un court segment d’ADN de taille variable appelé segment de liaison Deuxième niveau de compaction : le solénoïde Les nucléosomes sont associés par 6 par une autre histone (l’histone H1) pour former des solénoïdes Les molécules d’histone H1 sont reliées entre elles par des liaisons peptidiques Résumé des niveaux de compactage de la chromatine ▪La chromatine (entre les périodes de division) permet les activités habituelles de la cellule car son ADN est accessible (elle est peu condensée). Elle peut facilement être recopiée en ARN (si la cellule a besoin de protéines). Elle peut facilement être recopiée en ADN (si la cellule se prépare à la prochaine division). ▪ Les chromosomes (lors de la division) permettent de distribuer facilement 2 lots égaux de matériel génétique dans 2 cellules filles (ils sont fortement condensés). Le chromosome est le mieux observable pendant la métaphase de mitose. Le centromère C’est une zone d’étranglement sur le chromosome. Il sépare les chromatides en deux bras. Ce sont des zones d’hétérochromatine constitutive contenant des séquences répétées non codantes Ce sont les structures responsables de l’accrochage des chromosomes au fuseau mitotique. Les télomères: Ils sont situés aux extrémités des chromosomes. Ils évitent leur éffilochement et leur soudure à d’autres chromosomes. A chaque réplication, la longueur des télomères diminue. La longueur des télomères est lié au vieillissement cellulaire. Les télomérases assurent la réplication spécifique des télomères. Elle n’est activée que dans les cellules souches, les cellules germinales et les cellules cancéreuses => division en théorie quasi-infinie Notion de gène Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’hérédité qui transmet l’information d’une génération à la suivante. Un fragment d’ADN, constitué d’une région transcrite et de séquences régulatrices. Haploïde: Un organisme ou une cellule pourvue seulement d’un des membres de chaque paire de chromosomes homologues donc d’un seul exemplaire de chaque gène. Situation dite à n chromosomes. Diploïde: Un organisme ou une cellule possédant 1 jeux complet de paires de chromosomes homologues, donc 2 exemplaires de chaque gène. Situation dite à 2n chromosomes. Les principaux types d’ARN - Les ARN messagers (ARNm) : il porte le message génétique conduisant à la synthèse d’une protéine au cours de la traduction qui se passe dans le cytoplasme (l’ARNm emprunte les pores nucléaires pour passer dans le cytoplasme) - Les ARN de transfert (ARNt) : ils transfèrent les acides aminés sur la chaine protéique en cours de synthèse pendant la traduction -Les ARN ribosomiques (ARNr) : ils entrent dans la composition des ribosomes. Transcription dans le nucléole conduit à un précurseur d’ ARN de grande taille l’ARN 45S, clivé en 3 fragments (18S / 5,8S et 28S =ARNr nucléolaires). La molécule d’ARNm - 1 chaîne de nucléotides - Par copie d’une des deux brins d’un gène à l’aide de nucléotides complémentaires - Règles d’appariement des bases dans l’ARN : (A=Uracile U) (G=C) « pas de thymine dans l’ARN. » Le cycles cellulaire et ses régulations Cycle cellulaire : série d'événements organisés et contrôlés où des cellules filles identiques à la cellule mère sont générées. But : assurer la prolifération cellulaire, la croissance des tissus et/ou remplace les cellules mortes Lors du cycle cellulaire, la cellule effectue 4 tâches essentielles : - Duplication des organites et des macromolécules - Réplication de l’ADN, - Ségrégation des chromosomes en 2 lots identiques -Séparation en deux par pincement cytoplasmique Le cycle cellulaire 2 étapes :  - L’interphase ( 3 phases : G1,S et G2) - La mitose ( 6 phases) = division cellulaire - Phase G1, post-mitotique (2c ADN) : transcription et traduction intenses, différenciation, action des facteurs de croissance (dizaine à centaines d’heures ; dizaine d’années pour cellules post-mitotiques G0° - Phase S, réplication de l’ADN (4c ADN) : (six à vingt heures) - Phase G2, repose métabolique (4c ADN) : vérification de l’intégrité de l’ADN fin de duplication des constituants cellulaires (une à quatre heures) - Phase M, mitose (2 x 2c ADN) : (environ 1 heure) Variation de la quantité d’ADN au cours du cycle cellulaire Le cycle cellulaire L’interphase : Phase G1 C’est une phase de synthèse métabolique pour la reconstitution des réserves. La cellule synthétise des ARN et des protéines. C’est aussi une phase de décision ; après la Mitose, la cellule peut entrer en : 1. Phase G1 pour un nouveau cycle de division : S, G2, M 2. Phase de différentiation et de quiescence : G0 Chaque chromosome est sous forme de chromatine Phase G2 Phase d’attente et de contrôle avant de lancer la mitose. Débute dès que la réplication est achevée ( quand l’ADN a été synthétisé). Préparation de la mitose La mitose Principe de régulation de cycle cellulaire : Chez les eucaryotes, le cycle cellulaire est contrôlé par un système mettant en jeu de nombreuses protéines régulatrices. Ce système de contrôle reçoit et intègre différents signaux provenant de : - L’intérieur de la cellule (ex : l’ADN a-t-il était répliqué totalement ?) - L’extérieur de la cellule (ex : des signaux de croissance sont-ils présents dans le milieu extracellulaire ?) Des dérèglements de ce système de contrôle peuvent provoquer une prolifération cellulaire excessive et un cancer Entrée dans le cycle cellulaire : pourquoi une cellule en début de G1 ou en G0 entre en division ? Dépend des conditions extra-cellulaire (nutriments disponibles, facteurs mitogènes). Si les conditions extracellulaires sont favorables et que les signaux de croissance et de division sont présents dans le milieu, la cellule franchit le point de restriction (point R en phase G1 précoce) et réplique son ADN. Une fois le point R passé en phase G1 tardive le cycle ne dépend que de facteurs intracellulaires Points de contrôle : capteurs analysent une série de critères : Si les critères sont remplis : poursuite du cycle cellulaire, sinon la progression dans le cycle est retardé pour que la cellule rectifie les erreurs Contrôle du cycle cellulaire : 3 niveaux : G1/S – G2/M-M Régulation du cycle : le principe Régulation par des protéines kinases cycline-dépendantes ou cdk synthétisés par la cellule : variation de phosphorylation de protéines qui enclenchent au stoppent les phases successives du cycle cellulaire (cdk 1à4). Régulées par la formation de complexes avec des cyclines (par des changements de conformation du site actif de la kinase). Les cyclines =une famille de protéines nommées ainsi car elles subissent un cycle de synthèse et de dégradation à chaque cycle cellulaire. Les complexes cyclines-Cdk peuvent être activés ou inhibés suite à des cycles de phosphorylation/déphosphorylation (exemple : cycline B-cdk1 = Mitosis Promoting Factor) Action des complexes Cdk- cycline au cours du cycle cellulaire Régulation des Csk par dégradation des cyclines : schéma Les divisions cellulaires : Scissiparité (bactéries), Mitose (cellules somatiques), Méïose (cellules sexuelles) Division des bactéries par Scissiparité Cellule mère : élongation de la cellule et dédoublement du chromosome, formation du septum, séparation et croissance des cellules filles Mitose : mécanisme de division : une cellule → deux cellules identique Les étapes de la mitose : prophase, métaphase,anaphase,télophase Schéma Prophase : Condensation de la chromatine (état filamenteux) en chromosomes (état condensé) (Mitosis Promonting Factor). Disparition du ou des nucléoles. Mise en place des Kinétochores (protéines qui s’organisent sur le centromère). Formation des microtubules mitotiques. Séparation des centrosomes. Prométaphase : Rupture de la membrane nucléaire. Formation du fuseau mitotique (structuration par protéines motrices : kinésines + dynéines). Pénétration des microtubules du fuseau dans l’espace nucléaire. Capture des chromosomes par les microtubules du fuseau (= microtubule kinétochoriens) Métaphase : Attachement bipolaire des chromosomes. Migration équatoriale des chromosomes : formation de la plaque métaphysique Anaphase : Séparation des chromatides sœurs (dégradation des cohésines qui maintiennent les deux chromatides sœurs associées par la séparase). Allongement du fuseau de division. Migration vers les pôles des chromatides Télophase et cytodiérèse : Arrivée des chromatides aux pôles. Reconstitution des la membrane nucléaire et des noyaux (réapparition du nucléole). Décondensation des chromatides (mitosis promoting factor est inactive). Formation d’un anneau contractile de microfilaments d’actine et de myosine qui par étranglement forme un sillon de division du cytoplasme permettant la séparation des deux cytoplasmes = cytodiérèses (= cytocinèse). Réorganisation de la membrane plasmique Résumé de la mitose -Phase S : chaque chromosome est répliqué en deux copies identiques : les chromatides sœurs. -Les chromatides demeurent liées par le centromère. - Les copies se séparent - Chaque copie migre dans une cellule LA MEIOSE Généralités sur la méïose Elle permet d’obtenir 4 cellules filles haploïdes à partir d’une cellule mère diploïde. Les cellules filles ne sont pas identiques à la cellule mère et sont différentes les unes des autres : la méïose est créatrice de variations génétiques. Elle permet le brassage génétique La méïose est précédée d’une seule phase de réplication suivie de deux divisions successives : -Méïose I ou division réductionnelle -Méïose II ou division équationnelle Elle n’intervient donc que pour former les cellules sexuelles ou gamètes (lignées germinales localisées dans les gonades ou glandes génitales) - Une cellule somatique diploïde contient 1 version de chromosomes paternels et 1 version de chromosomes maternels Les chromosomes homologues portent des allèles des gènes, versions d’un même gène. - Les cellules germinales haploïdes contiennent une seule version de chaque chromosome : paternel ou maternel Méïose : différences entre méïose mâles et femelles :  Le déroulement de la méïose est très différent en terme de temps selon le sexe Étapes de la Méïose : 3 étapes : Réplication du matériel génétique (avant la méïose) : 46 chromosomes (chr.) ; 2c ADN – 46 chr., 4c ADN, Division réductionnelle du matériel génétique : 46 chromosomes (chr.) ; 4c ADN – 23 chr., 2c ADN, Division équationnelle du matériel génétique : 23 chromosomes (chr.) ; 2c ADN – 23 chr., c ADN, Variation de la quantité d’ADN au cours de la méïose : La Prophase 1 est plus complexe qu’une prophase de mitose (peut prendre 90% du temps de la méïose complète) et est sous-divisée en 5 sous-phases : leptotène, sygotène, pachytène, diplotène, diacinèse. C’est une des phases clés de la méïose avec l’anaphase L’appariement des chromosomes homologues permet la survenu des recombinaisons génétiques et le brassage des allèles parentaux dans les gamètes. → De nouvelles combinaisons de gènes sont ainsi « essayées » à chaque génération et soumises à la sélection naturelle Les recombinaisons génétiques surviennent au nouveau des chiasmas (Crossing over) Contrairement à la mitose où le fuseau est bi-polaire et où les chromatides sœurs vont être libérées par une séparase : En méïose, le fuseau de division en M1 est uni-polaire (accrochage des microtubules sur un seul côté) : Ce qui aboutit, en anaphase, à la ségrégation de chaque chromosome homologue à un pôle différent de la cellule et à la non séparation des chromatides sœurs : En anaphase 1, la ségrégation des chromosomes non homologues se fait de façon aléatoire = indépendance des caractères héréditaire (gènes) portés par des chromosomes différents ( →2²3 combinaisons possibles pour l’ensemble du génome L’origine de la variation génétique chez les descendants Il y a ainsi trois phénomènes qui interviennent. 1/ l’assortiment indépendant des chromosomes Métaphase I : orientation indépendante ( ou aléatoire) de chaque paire de chromosomes maternels et paternels sur la plaque équatoriale --- nombre de combinaisons possible = 2n. Chez l’Homme, n= 23 --- 8388608 combinaisons. 2/ L’enjambement ou crossing-over L’enjambement conduit à des chromosomes recombinés, c’est-à-dire qui portent des gènes provenant de chacun des deux parents (= de chromatides non sœurs). Il y a environ 2 à 3 enjambements par chromosome, à des endroits aléatoires. 3/ La fécondation aléatoire La fusion aléatoire d’un seul gamète mâle avec un seul gamète femelle engendrera un zygote qui possèdera une seule combinaison chromosomique diploïde sur 64 000 MIA ( 8 MOI x 8MIO) !!! →chaque individu est donc UNIQUE Schéma : exemple la trisomie 21 La sénescence cellulaire Vieillissement de la cellule et arrêt de son activité - Senescence métabolique : concernent les cellules différenciées, petit à petit le métabolisme ne fonctionne plus bien, de petits dysfonctionnements s’accumulent (mutation dans l’ADN, contrôle qualité de l’ADN est négatif) = cellules ne se divisent plus. -Sénescence réplicative : concernent les cellules en divisions actives, due à un raccourcissement des télomères. Quand les télomères sont presque détruits et que les gènes commencent à être touchées, la cellule arrête définitivement de se diviser et meurt.  LA MORT CELLULAIRE : La nécrose, L’apoptose, L’autophagie NÉCROSE - La nécrose est une mort anormale, accidentelle de la cellulue - Causes possibles : perte de l’homéostasie cellulaire, réduction de l’afflux sanguin, trop peu d’oxygène dans le sang, toxines, agents infectueux, trauma, radiation, température, etc … - Conséquences : Les cellules gonflent, éclatent et relarguent leur contenu cellulaire dans les espaces interstitiels, importante réaction inflammatoire Fonctions cellulaire altérées -Dérégulation de la perméabilité membranaire et donc influence les mécanismes de transport -Réduction du métabolisme cellulaire -Plus de synthèse protéique -Dommage aux lysosomes : fuite d’enzyme dans le cytoplasme -Destruction des organites cellulaire Autophagie -Sorte d’auto-cannibalisme par manque de nutriment -Digestion d’organite intracellulaire -Réarrangement de la membrane, séquestration des composants dans des autophagosomes puis fusion avec lysosomes (dégradation enzymatique) L’autophagie joue un rôle important dans : - Le maintien de l’homéostasie car elle permet l’élimination et le remplacement continuel des protéines et des organites non fonctionnels ; -L’adaptation et la survie des cellules soumises à des conditions de stress ; L’immunité innée à l’échelle de la cellule car elle permet d’éliminer des pathogènes intracellulaires L’immunité adaptative car la dégradation des protéines par autophagie génère des peptides qui seront ensuite présentés sur le complexe majeur d’histocomptabilité (CMH) L’apoptose ou mort cellulaire programmée Phénomène normal très régulé qui permet de : Réguler le nombre de cellules de l’organisme Eliminer des cellules normales plus nécessaire Eliminer des cellules anormales (danger pour l’organisme) Rôle dans le développement (exemple : doigts de la patte de la souris) C’est un programme de suicide activé à l’intérieur de la cellule, régulé par des signaux Nombre de cellules dans l’organisme : 10 puissance 14 Durée de vie d’une cellule : très variable selon l’origine Caractérisitiques d’une cellule en apoptose Condensation cellulaire, Condensation de la chromatine, Fragmentation de l’ADN,« Bourgeonnement » de la membrane,Exposition sur la membrane externe des phosphatidylsérines, Sécrétion de cytokines qui inhibe l’inflammation APOPTOSE versus NECROS : Importance de l’apoptose - Homéostasie cellulaire, développement embryonnaire, synapse système immunitaire… - Trop d’apoptose : maladie dégénérative - Trop peu d’apoptose : cancer, maladies auto-immunes 3 phases : Initiation : dépend du stimulus - Anomalies irréversibles détectées dans une celluleStress cellulaire (oxydatif, ionique, surcharge du RER etc..) - Détachement cellulaire - Extracellulaire : récepteurs de mort (nécroptose) Phase effectrice : activation de - Protéases, - Nucléases, - Intermédiaires diffusibles Phase de dégradation : (action de ces enzymes) Deux voies d’activation de l’apoptose : - De l’extérieur de la cellule (voie extrinsèque) : voie des récepteurs de mort (nécroptose)  - De l’intérieur de la cellule (voie intrinsèque) : voie mitochondriale Différences entre les voies des récepteurs de mort et la voie mitochondriale Mitochondriale - Médié par le stress - Synthèse de protéine - 12-24 heures Récepteurs de mort (exemple récepteur Fas : les lymphocytes T expriment Fas- Ligan qui se lie sur le récepteur Fas-R exprimé à la surface des cellules cibles, cette liaison entraine la mort par apoptose des cellules cibles infectées par exemple) -Pas de synthèse de protéines Très rapide quelques heures Déroulement de la voie mitochondriale de l’apoptose 1) Libération du cytochrome c mitochondrial dans le cytosol 2) Recrutement d’Apaf-1 au niveau du cytochrome c 3) Recrutement des procaspases 9 muse en place de l’apoptosome 4) Activation mutuelle des procaspases 9 par protéolyse mutuelle 5) Activation des procaspases 3 et 7 (effectrices) par les caspases 9 Voie mitochondriale : les caspases Procaspase-9 (inactive) = caspase-9 (active) Caspase-9 hydrolyse et activent des caspases effectrices : caspase-3 et -7 Caspases -3 et 7 : - Protéine « exécutrices » - Hydrolysent protéines - Cascade d’activité protéolytiques (caspases et autres) - Dégradation du cytosquelette + autres structures cellulaires Nucléolyse (fragmentation ADN) Régulation moléculaire : généralités Phénomène très régulé et complexe - Effecteurs pro-apoptotiques - Effecteurs anti-apoptotiques Caspases : protéases à cytéine qui agissent en cascade régulatoire et de dégradation L’activation de l’apoptose peut se faire : - De l’extérieur : voie extrinsèque : voie des récepteurs de mort - De l’intérieur de la cellule : voie intrinsèque : voie mitochondriale Régulation de la voie mitochondriale Protéine de la famille Bcl-2 : - Anti-apoptotiques (Bcl-2 et Bcl-xL) car elles bloquent la libération de cytochrome c par la mitochondrie - Pro-apoptotiques (BAD, BAX, Bid, BAK) mais agissent par de mécanismes différents : Bad se fixe sur certaines molécules anti-apoptotiques et les inactives ; Bax et Bak stimulent la libération du cytochrome c par la mitochondrie Bid active Bax et Bak Il existe d’autres voies qui déclenchent l’apoptose : Voie signalétique ou voie des récépteurs de mort Récepteurs TNFR à la surface des cellules - TNFR (« tumour necrosis factor receptor ») - Lien TNF (cytokine, libérée par macrophages) - Signal externe Récepteurs FAS à la surface des cellules - FAS - Lient FASL (FAS ligand) Les défenses spécifiques - Le rôle des lymphocytes T= réaction immunitaire cellulaire - Le lymphocyte T ne réagit qu’aux Antigènes présentés par une autre cellule de l’organisme (macrophages, cellules dendritiques… - Le Lymphocyte Th (ou Helper) stimule les autres lymphocytes : Lymphocyte B et Lymphocyte Tc (cytotoxique) qui sont les seules cellules capables de tuer d’autres cellules ( celles infectées par des agents intracellulaire ou des cellules tumorales) Lymphocyte T cytotoxique (CD8+) Deux constituants dans les granules -Perforines : forment des trous dans la membrane de cellule cible - Protéases à sérine (granzymes) Lymphocyte T cytotoxique 1)Il entre en contact avec la cellule cible 2)La reconnaissance spécifique de l’antigène + MHC I déclenche un accroissement du calcium intracellulaire 3)Les granules se polarisent puis se vident à l’interface avec la cellule cible 4)Les monomères de perforine se polymérisent et forment des trous dans la cellule cible 5)Les séries protéases (granzymes) entrent par ces trous et en synergie avec l’interactions Fas/Fas ligand déclenchent l’apoptose de la cellule cible Le Lymphocyte cytotoxique ne tue par la cellule cible, il la contraint surtout à se suicider… Voie signalétique FAS  Autre voie apoptotique : voie sans caspase AIF (« Apoptosis inducing factor ») Normalement espace intermembranaire mitochondries Signal de déclenchement d’apoptose AIF libéré dans le cytoplasme – noyau – lie l’ADN Induit la destruction de l’ADN (et mort cellulaire Surtout neurones