Introduction aux Acides Nucléiques - Notes PDF

1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie Chapitres a. Définition de la cellule b. Composants principaux c. La cellule et les compartiments cellulaires d. Les polymères biochimiques e. Les cellules procaryotes et eucaryotes f. Organismes unicellulaires et multic...

1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie Chapitres a. Définition de la cellule b. Composants principaux c. La cellule et les compartiments cellulaires d. Les polymères biochimiques e. Les cellules procaryotes et eucaryotes f. Organismes unicellulaires et multicellulaires 3  a. La définition de la cellule On estime entre 10’000-100’000 milliards le nombre de cellules qui forment in être humain La cellule est l’unité structurale, fonctionnelle et reproductive des Nombre de cellules êtres vivants. gar Chez les organismes unicellulaires, elle constitue l’organisme Chez les organismes multicellulaires, elle fonctionne de manière autonome mais en coordination et dépendance avec les autres cellules Le diamètre moyen d’une cellule animale est de Nombre de cellules 20 micromètres Tous les organismes vivants sur Terre 0Masse en Kg les Sender R, Fuchs S, Milo R (2016) Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLOS Biology globules sont rouges extremencent petitepar rappret entie stockent aujourd’hui leur information 14(8): e1002533. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533 https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002533 héréditaire sous forme de molécules d’ADN à double brin — de longues chaînes Distribution of cell number and mass for different cell types in the human body (for a 70 kg adult man). polymères non ramifiées et appariées, toujours composées des quatre mêmes 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochime 4 types de monomères : les nucléotides ; ATCG.  De l’atome à l’organisme : une exploration des niveaux d’organisation du vivant... les cellules Chaque dessin représente un bur agrandissement de 10X allant d’un ejectent a doigt (20mm) jusqu’à un ensemble d’atomes (0.2nm) voyanor stade finzel Un organe est un ensemble de différents tissus, eux-mêmes constitués de cellules différenciées. https://www.elsevier.com/fr-fr/connect/concours-paramedicaux/bac-st2s-organisation-et-fonctionnement-de-letre-humain 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 5  Différenciation cellulaire : de la Totipotence à la Multipotence Chaque cellule contient l'ensemble du patrimoine génétique, identique à celui de l'ovule fécondé dont elle provient (à l'exception des cellules sexuelles, des cellules avec des mutations somatiques, des lymphocytes T et B qui modifient leurs gènes d'immunité, et des érythrocytes). Les cellules souches adultes ont pour rôle de produire des cellules spécifiques pour chaque organe. Cependant, chaque cellule n'active que les gènes nécessaires à sa fonction. Plus une cellule est spécialisée pour un organe, plus elle est différenciée, ce qui réduit le nombre de gènes actifs. Juste après la fécondation les cellules sont totipotentes, capables de produire un embryon http://www.bag.admin.ch/transplantation/00698/02591/02799/index.html?lang=fr entier mais également le placenta et le cordon ombilical. Ensuite après quelques divisions, les cellules de la masse interne du blastocyte, peuvent totipotence-pluripotence-multipotence encore donner naissance à tous les types cellulaires de l'adulte mais pas à un organisme entier. Elles sont dites pluripotentes. Puis avec le développement de l'embryon, ces cellules souche se spécialisent vers des lignées Rappel à l'origine des différents tissus. Ce sont des cellules souches engagées vers un tissu spécifique, on les appelle multipotentes. 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 6  DÉTAILS EN PLUS Les mutations somatiques sont des modifications de la séquence d’ADN qui se produisent dans les cellules somatiques, c’est-à-dire toutes les cellules du corps qui ne sont pas des cellules germinales (ovules et spermatozoïdes). Ces mutations ne sont donc pas héréditaires, car elles ne sont pas transmises à la descendance. Caractéristiques des mutations somatiques : 1. Lieu d’occurrence : Elles se produisent dans une cellule du corps (par exemple, une cellule de la peau, du foie, ou des poumons) et peuvent être transmises aux cellules filles lorsque cette cellule se divise. Elles ne touchent pas les cellules germinales, donc elles ne peuvent pas être transmises à la progéniture. 2. Causes : Facteurs internes : Erreurs lors de la réplication de l’ADN pendant la division cellulaire. Facteurs externes : Exposition à des agents mutagènes comme les rayons UV, les radiations, les produits chimiques, ou encore certaines infections virales. 3. Conséquences possibles : Aucune conséquence notable : Si la mutation n’affecte pas une région importante de l’ADN (mutation silencieuse). Effets bénéfiques : Rare, mais une mutation somatique peut améliorer une fonction cellulaire. Effets nocifs : Les mutations somatiques peuvent être à l’origine de maladies comme le cancer. Par exemple, si une mutation affecte un gène impliqué dans le contrôle de la division cellulaire (comme un oncogène ou un gène suppresseur de tumeur), cela peut entraîner une prolifération incontrôlée des cellules. Elles peuvent aussi provoquer d’autres troubles liés au vieillissement ou à des anomalies dans des tissus spécifiques. 4. Exemple : Les mélanomes (cancers de la peau) sont souvent causés par des mutations somatiques induites par les rayons UV. Différence avec les mutations germinales : Les mutations germinales se produisent dans les cellules germinales (ovules ou spermatozoïdes) et peuvent être transmises aux descendants. En revanche, les mutations somatiques affectent seulement l’individu dans lequel elles se produisent. En résumé, les mutations somatiques jouent un rôle crucial dans la diversité cellulaire, mais elles peuvent aussi être responsables de maladies graves, comme les cancers.  Les cellules souches adultes Exemple des cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse Les cellules souches adultes sont présentes chez l'enfant et l'adulte, dans la plupart des A chaque étape de différenciation la cellule perd sa pluripotence organes. Elles assurent le renouvellement cellulaire et la réparation des tissus, maintenant l'homéostasie. Partie de Schéma à comprendre mais pas à savoir par La majorité des cellules souches adultes sont coeur multipotentes, capables de produire des cellules d'une seule lignée spécifique. Elles sont classées selon leur tissu d'origine : cellules souches mésenchymateuses, cellules souches hématopoïétiques, cellules souches endothéliales, cellules souches du tissu adipeux, cellules souches dermiques, cellules souches épidermiques... cellules souche cellules progénitrices cellules différenciée Figure 23-42 Molecular Biology of the Cell 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 7 DÉTAIL EN PLUS L’homéostasie est la capacité d’un organisme à maintenir un état interne stable et constant, malgré les variations de l’environnement externe ou interne. Ce concept est essentiel pour la survie et le bon fonctionnement des êtres vivants. Caractéristiques principales de l’homéostasie : 1. Régulation de paramètres vitaux : L’homéostasie agit pour contrôler des variables biologiques essentielles, comme : La température corporelle (thermorégulation). Le pH du sang. Le taux de glucose dans le sang (glycémie). La concentration en ions (comme le sodium, le potassium). La pression artérielle. L’équilibre hydrique (quantité d’eau dans le corps). 2. Mécanismes de régulation : L’homéostasie repose sur des mécanismes de rétroaction : Rétrocontrôle négatif (feedback négatif) : Le plus fréquent, il agit pour ramener un paramètre à son état normal lorsqu’il s’en éloigne. Exemple : Si la température corporelle augmente, le corps transpire pour refroidir. Rétrocontrôle positif (feedback positif) : Plus rare, il amplifie un phénomène jusqu’à ce qu’un objectif soit atteint. Exemple : Lors de l’accouchement, les contractions utérines s’intensifient grâce à l’oxytocine jusqu’à la naissance. 3. Intervention de systèmes biologiques : L’homéostasie implique une coordination entre plusieurs systèmes du corps : Le système nerveux détecte les changements et envoie des signaux rapides pour corriger les déséquilibres. Le système endocrinien libère des hormones pour une régulation plus lente et durable. Les organes spécifiques, comme les reins (régulation hydrique), le foie (glycémie), ou les poumons (échange gazeux). Exemple concret : la thermorégulation Quand il fait chaud, l’organisme active la transpiration pour refroidir le corps. Quand il fait froid, il déclenche des frissons pour produire de la chaleur et rétrécit les vaisseaux sanguins (vasoconstriction) pour conserver la chaleur. Importance : L’homéostasie est essentielle pour : Maintenir l’équilibre interne face aux fluctuations externes (température, alimentation, stress). Assurer la survie des cellules et le fonctionnement optimal des organes. Un dysfonctionnement de l’homéostasie peut entraîner des troubles comme le diabète (dérèglement de la glycémie), l’hypertension, ou encore des troubles de la régulation thermique.  b. Les composants cellulaires Les cellules sont composées de trois types principaux de molécules: L’eau, les ions et les petites molécules éléments de base (nucléotides, acides aminés, sucres, lipides) Les composés polymériques (résultant de l’assemblage par liaisons covalentes d’unités monomériques: acides nucléiques, protéines, polysaccharides, membranes) Les complexes supramoléculaires (résultant de liaisons non covalentes entre des composés polymériques): ribosomes, membranes, chromatine..) 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 8  ↑ Les membranes sont les clefs de la compartimentalisation cellulaire Les membranes, composées d’une bicouche lipidique amphiphile (avec une partie hydrophobe et une partie hydrophile) avec des protéines incorporées, sont les éléments clefs qui : séparent la cellule de l’environnement qui l’entoure; fournissent un moyen pour compartimenter divers composés et réactions différentes (noyaux, organelles, vésicules). Ont une perméabilité sélective Virus a ADN ↳ cellule : reponse immunitaire (dette CADN a Tourait pas tel n 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie https://www.nature.com/scitable/ebooks/cell-biology-for-seminars-14760004/118242296 9  Composition des membranes plasmiques La membrane plasmique se présente comme une mosaïque de divers éléments, principalement constituée de phospholipides, de cholestérol et de protéines, tous en perpétuel mouvement fluide. Un phospholipide est un lipide composé de glycérol, de deux queues d'acide gras et d'une tête avec un groupement phosphate. Les membranes biologiques présentent deux couches de phospholipides avec leurs queues pointant vers l'intérieur, un ensemble que l'on appelle double couche lipidique ou bicouche de phospholipides. Le cholestérol est un autre lipide, composé de quatre cycles carbonés. On le trouve aux côtés des phospholipides dans le cœur de la membrane. Les protéines des membranes peuvent s’étendre jusque dans la membrane plasmique, traverser la membrane entièrement, ou être librement fixées à son côté intérieur ou extérieur. Les groupes glucidiques ne sont présents que sur la surface extérieure de la membrane plasmique, et sont soit attachés à des protéines, ce qui forme des glycoprotéines, soit attachés à des lipides, ce qui forme des glycolipides. 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 10  c. La cellule et les compartiments cellulaire endosome cytosol lysosome appareil de Golgi https://www.science.org/doi/10.1126/science.1245075 peroxisome mitochondrie réticulum endoplasmique rugueux polyribosomes libres La taille des cellules varie mais la noyau ribosometor composition reste similaire membrane plasmique 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 11  proteines secretées Le réticulum endoplasmique (RE) production de Toutes les cellules eucaryotes ont un réticulum endoplasmique (RE) En dépit de son organisation en réseau qui s’étend dans tout le cytoplasme, la membrane du RE forme vraisemblablement un feuillet continu. Le RE interviens dans la fabrication des: protéines sécrétées issue protéines membranaires ~ certains lipides, stéroïdes, hormones les membranes des peroxisomes, de la membrane plasmique, des lysosomes, du Golgi, de la mitochondrie des vésicules de sécrétion et du RE enzymeau Le RE est aussi le site de stockage du calcium active me mente Le RE joue un rôle de détoxification, avec la transformation de molécules toxiques en molécules atoxiques, en partie grâce au cytochrome P450, surtout dans le rein et le foie. 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 12  Différences entre le réticulum endoplasmique lisse (REL) et rugueux (RER) s'aggrandit - Une partie du RE est appelée réticulum endoplasmique rugueux. Les ribosomes Plasmocyte attachés à sa surface cytoplasmique lui donnant une apparence rugueuse. Cellule B La partie ne contenant pas de ribosome attachés est appelée réticulum endoplasmique lisse dans la synthese REL RER impliqué des proteines les membionaile -liest serettes ARN Messager oglobines Syntheti e- ribosomes Différentiation d’une cellule B en plasmocyte, le RER est amplifié pour Métabolisme des Synthèse de produire les anticorps en grande quantité lipides (synthèse de Protéines protéine en cours de synthèse hormones stéroïdes à partir de cholestérol) lumen du RE Detoxification ARNt (cytochrome p450) ribosome cytosol ARNm 13 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie  Le réticulum sarcoplasmique, le REL des cellules musculaires striées squelettiques, lisses et cardiaques. ↓ e transfutde membrane e 10.1007/164_2022_627 connectent en Séquence des événements dans le couplage excitation- contraction du muscle squelettique. invagination RE lisse des muscles très abondant - (1) Un potentiel d'action est généré à la jonction neuromusculaire (non montré) et se propage le long du tubule T. Relâchement et import de Calcium entraîne la recepter (2) Le potentiel d'action est détecté par le capteur de tension CaV 1.1, qui, par un changement de conformation, active contraction et le relâchement des myofibrilles le canal de libération de calcium RyR1 sur le réticulum sarcoplasmique (RS). (3) RyR1 libère du calcium dans le cytosol. (4) Le calcium se lie à la troponine C, permettant la formation répétée de ponts croisés entre les têtes de myosine et les m Muscle Tendon molécules d'actine. Ce qui produit la contraction musculaire (5) Le calcium est transporté de nouveau dans le RS par la SERCA1. Fibre musculaire (une seule cellule plurinuclée mm-cm) Membrane cellulaire (sarcolema) Tubule T Réticulum sarcoplasmique Noyau Mitochondrie Myofibrille 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 14  L’appareil de Golgi tran sortent en region Trier Emballer Expédier - entrent Subisme gis d transport des protéines en region Modifie et trie les produits du RE emballent et expedient a lear destination finale Caractéristiques: Série de compartiments plats et vésicules Composé de 3 régions: cis (entré), medial, trans (sortie) Chaque région contient différentes enzymes 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 15  Les Lysosomes Lucaryotes) Vésicules entourées d’une membrane. Localisation : Cytoplasme Diamètre : 1 micron Ils contiennent plus de 40 types d’ enzymes capables d’hydrolyser : Protéines cellulaires, Polysaccharides, Lipides, Ecosse Acides nucléiques.. les lient entre composés polymerique en composé monomeriques 2 catégories de Lysosomes: Lysosomes primaires (viennent d’être formés) Lysosomes secondaires (fusion des premiers) 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 16  Les Lysosomes sont heterogènes en taille et forme Basé sur la source du matériel digéré. Trois types de lysosomes sont considérés : Des produits d'endocytose, contenus dans des endosomes fusionnent avec les vésicules de lysosomes, chargées d'hydrolases, pour former les endolysosomes. Les organites cellulaires détruits s'entourent d'une membrane provenant du réticulum endoplasmique. Ceci forme un autophagosome, qui, par fusion avec un endolysosome ou un lysosome abouti à la formation d'un autophagolysosome. Les autophagolysosomes assurent le mécanisme d'autophagie cellulaire. Dans les cellules phagocytaires, les phagosomes (vésicules contenant des déchets ou une bactérie) sont transformés en phagolysosome par association avec un lysosome ou un endolysosome. L’autophagie est un processus biologique essentiel par lequel les cellules dégradent et recyclent leurs composants endommagés ou inutiles. Le mot vient du grec “auto” (soi-même) et “phagie” (manger), signifiant littéralement “se manger soi-même”. Ce mécanisme joue un rôle crucial dans le maintien de l’équilibre cellulaire et la survie en cas de stress, comme le jeûne ou des dommages cellulaires. Fonctionnement 1. Initiation : Lorsque les cellules détectent des dommages ou un manque de nutriments, elles activent l’autophagie. 2. Formation d’une vésicule : Une membrane (phagophore) se forme autour des composants cellulaires à éliminer, créant un autophagosome. 3. Fusion 1. Introduction à la biologie avec cellulaire le et à lysosome la biochimie 17 structure riche en enzymes digestives, qui décompose les éléments enfermés. : L’autophagosome fusionne avec un lysosome, une 4. Recyclage : Les éléments dégradés sont réutilisés pour produire de l’énergie ou de nouvelles molécules.  Le peroxisome Cellules Encargotes( organelle issu du RE Organites, présents dans toutes les cellules eukaryotes. Diamètre 0.5 μm Bourgeonnement du RE Lisse Ils contiennent principalement : D-aminoacide oxydase L’Urate oxydase (uricase) La catalase (40 %) Synthétisées dans le cytoplasme et transportées vers les peroxysomes. Le peroxysomes est le site essentiel pour l’utilisation de l’oxygène comme la Mitochondrie. Les peroxysomes, sont chargés de la Figure 12-30 Molecular Biology of the Cell Microscopie étéctronique de 3 peroxysomes. Le détoxification de la cellule et de la dégradation du peroxyde d’hydrogène materiel dense en electron représente des inclusions de urate oxidase très toxique. 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 18  des proteines mitochondriales La mitochondrie utilisé pour produire ADN son propre ADN , de cette a un sel , ↳ pas toutes produite manière Les mitochondries sont des organites cellulaires de 1-4 μm de longueur et 0.3 – 1 μm de diamètre. en fabrid sai stocke # pas reactions de catalyse Membrane extérieure très dense. C’est une enveloppe trilamellaire comme n’importe quelle membrane cellulaire. 40 – 50 % des lipides. Membrane interne : séparée de la membrane externe par l’espace intermembranaire. Elle forme des replis vers l’intérieur de la mitochondrie (80% de protéines, 60 protéines différentes dans cette membrane). Ces replis ->les crêtes mitochondriales (cristae) plongent dans la matrice 1. Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie 19  La mitochondrie Les mitochondries sont des organites cellulaires de 1-4 μm de longueur et 0.3 – 1 μm de diamètre. Leur NOMBRE, leur FORME, leur TAILLE varient d’un organisme a un autre. (une cellule du foie en a 800 à 2000, 30% des protéines) La membrane externe est perméable aux molécules de faible PM (