Cours Biologie Cellulaire (Partie 2) - M111 2024-2025 PDF

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cell biology cell structure cell membrane biology

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This document provides an introduction to the structure and function of cellular components, focusing on cell fractions, membranes, organelles. It offers a good overview for learning about cell membrane.

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Structure et fonction des fractions cellulaires Les fractions, ou constituants, cellulaires sont révélées par les techniques d'étude qu'on vient...

Structure et fonction des fractions cellulaires Les fractions, ou constituants, cellulaires sont révélées par les techniques d'étude qu'on vient de passer en revue. Les principales fractions cellulaires sont : - Membrane plasmique ; - Système endomembranaire : Réticulum endoplasmique et Appareil de Golgi, III- Membrane plasmique - Systèmes vésiculaires : Endosomes, Lysosomes et Peroxysomes ; - Système de conversion d’énergie : Mitochondrie et Chloroplaste ; - Cytosquelette (Microfilaments, Filaments intermédiaires et Microtubules) ; - Ribosomes ; - Noyau (et division cellulaire). 1 2 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Membranes cellulaires Membranes cellulaires Ribosomes Les organites membraneux REG Les organites non membraneux liés au REL Flagelle REG ü Réticulum endoplasmique ü Les ribosomes granuleux (REG) ü Le cytosquelette ü Réticulum endoplasmique § Les filaments du Lysosome Centrosome lisse (REL) cytosquelette (2 centrioles) ü Appareil de Golgi (AG) § Le centrosome et ses deux ü Vacuoles nutritives centrioles Cils ü Vésicules de pinocytose § Les cils et les flagelles ü Lysosomes AG Filaments du ü Peroxysomes cytosquelette Ribosome libre ü Mitochondries Mitochondrie 3 4 Membranes cellulaires Membranes cellulaires La membrane plasmique et les membranes des différentes structures endomembranaires 4) Dans la biomembrane, l’association lipides-protéines est indispensable à l’activité (mitochondries, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes ou peroxysomes) biologique des protéines. Le rapport lipides/protéines varie selon la cellule et l’organite. La constituent les biomembranes, d'une épaisseur de 6 à 7,5 nm. disposition asymétrique des constituants membranaires donne des foncions différentes aux 2 1) La membrane sépare 2 milieux différents (maintien d'un gradient de concentration), faces. 2) Elle est formée d’une bicouche de lipides ; Phospholipides, glycolipides et cholestérol ; 5) Les constituants moléculaires de la membrane sont animés de mouvements latéraux répartis dans les membranes de façon asymétrique. permanents; il y a peu de lip-lop (saut d’une couche à l’autre). 3) Elle comporte des protéines constitutives en position: 6) Les constituants moléculaires de la biomembrane peuvent s’associer à des molécules Intrinsèque : Protéines intégrales (transmembranaires) et Protéines intégrées dans une extramembranaires. seule monocouche lipidique. Les biomembranes sont indispensables pour individualiser des fonctions cellulaires : Elles Extrinsèque ou périphérique plus ou moins associées aux lipides de l’une ou l’autre définissent des compartiments cellulaires ayant des fonctions spécialisées et permettent ainsi couche. La répartition des protéines dans les membranes est asymétrique sur les deux faces. de réguler certaines fonctions biologiques et de séparer certaines fonctions enzymatiques. 5 6 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Membrane plasmique III- Membrane plasmique - Double couche lipidique, frontière l'intérieur et l'extérieur de la cellule, entre - Union des cellules entre elles (adhésion et 1. Définition et rôles majeurs ancrage de la cellule dans son milieu), 2. Composition chimique - Reconnaissance intercellulaire et le réception de certaine substances, 3. Propriétés structurales de la membrane plasmique - Échanges entre le cytosol et le liquide interstitiel, - Épaisseur de la membrane plasmique : 7 à 8 nm. 4. Propriétés physiologiques de la membrane ➽ Il faudrait superposer 10 000 épaisseurs de 5. Fonctions (perméabilité membranaire,...) membrane pour obtenir l’épaisseur d’une feuille La MP est observable uniquement en de papier. microscopie électronique 7 8 Membrane cellulaire (MP) Membrane plasmique - La MP délimite le volume de la cellule, et contrôle les échanges entre le cytoplasme et le milieu extérieur (perméabilité sélective), - La MP est constituée d'une bicouche phospholipidique, comportant de cholestérol qui La membrane sert de tampon de fluidité. plasmique a pour rôle essentiel de séparer le - Les lipides qui constituent la membrane sont amphophiles : ils comportent une partie contenu cellulaire de hydrophile et une partie hydrophobe. l’extérieur, - La MP est traversée par des protéines comme : transporteurs, canaux et récepteurs. tout en maintenant des 9 10 échanges et des communications, de M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 façon contrôlée Membrane cellulaire Membrane cellulaire La membrane plasmique a pour rôle essentiel de séparer le contenu cellulaire de Les membranes plasmiques peuvent présenter des différenciations l’extérieur, tout en maintenant des échanges et des communications, de façon contrôlée. selon la fonction de la cellule : - Le pôle apical des cellules peut présenter des microvillosités La membrane plasmique permet le passage de certaines substances chimiques tout en (bordures en brosses) qui permettent d’augmenter la surface assurant la stabilité de la composition du milieu intracellulaire : La MP autorise ou non le d’échanges (cas des cellules épithéliales intestinales pour passage de certaines molécules et ions et en contrôle les flux entrants et sortants. augmenter la surface d’absorption intestinale par exemple). Le passages à travers la membrane se font soit par diffusion passive, soit par transport - D’autres cellules peuvent présenter sur le pôle basal actif (nécessite un transporteur protéique et de l’énergie). des replis membranaires (intra-digitations), c’est le La membrane plasmique participe également à la reconnaissance de signaux et de cas par exemple de cellules épithéliales rénales pour molécules (neurotransmetteurs ou hormones) provenant du milieu extracellulaire, grâce des échanges d’eau et de solutés. aux récepteurs moléculaires spécifiques qu’elle contient. 11 12 Membrane cellulaire La membrane plasmique Membrane plasmique Le poids des membranes plasmiques des cellules animales usuelles est reparti uniformément est formée d'une double entre les protéines et les lipides, maintenus ensemble par des liaisons non covalentes. Toute couche lipidique à fois, comme les protéines sont plus grosses et plus lourdes que les lipides, on trouve prés de l'intérieur de laquelle sont 50 molécules de lipides par molécule de protéine. insérées les protéines (sorte de mosaïque). C'est une molécule amphipathique : - L'extrémité (tête) polaire se dissout dans l’eau, - L'extrémité (queue) non polaire ne se dissout pas dans l'eau. 13 14 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Membrane plasmique Membrane cellulaire § L’absence de liaisons covalentes entre les lipides fait que les phospholipides peuvent Modèle de mosaïque fluide : effectuer différents types de déplacements (latéral, rotation, bascule). Ceci explique la - Deux couches de fluidité membranaire. phospholipides, Protéine extrinsèque Glycoprotéine - Protéines à la surface et Glycolipides externe Bicouche à travers la membrane lipidique - Polysaccharides attachés Modèle de Singer aux lipides ou aux protéines, Nicholson (1972) : Phospholipide Tête - Cholestérol entre les Mosaïque fluide Protéine hydrophile phospholipides. extrinsèque Protéine intrinsèque interne (transmembranaire) Queue hydrophobe Les molécules se déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autres 15 16 Membrane cellulaire Membrane cellulaire 1) Lipides membranaires b) Glycolipides = Sucres + Lipides a- Phospholipides (PL) en bicouche : Ils sont organisés en Ils sont de deux types : Glycéroglycolipides et les bicouche lipidique et tous amphiphiles : Tête hydrophile Sphingoglycolipides. et queue hydrophobe. Les glycolipides des membranes des érythrocytes 1- Glycérophospholipides (Phosphoglycérides) : Ils (globules rouges) définissent le groupe sanguin de correspondent à l’association de glycérol, de 2 acides gras, l’individu. d’un acide phosphorique et d’alcools ou d’acides aminés. c) Cholestérol : Ils est uniquement présent dans les cellules 2- Sphingophospholipides : Ils correspondent à l’association animales. Il est composé d'un noyau stéroïde, d'une queue de sphingosine, d’acide gras, d’acide phosphorique et hydrophobe et d'une fonction alcool hydrophile => d’alcool ou d’acides aminés ; on obtient ainsi la Molécule amphiphile qui représente environ un quart des sphingomyéline (par association de la choline). lipides membranaires et influence la fluidité membranaire. 17 18 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Membrane cellulaire Différents types de protéines membranaires 2) Protéines membranaires : Elles sont en nombre très variables (25 à 75 % de la masse Protéines transmembranaires membranaire) et ont des fonctions spécifiques : protéines structurales, enzymes, protéines de transport, récepteurs, … a) Protéines extrinsèques (périphériques) : Situées à la surface, interne ou externe, de la membrane. Elles peuvent interagir au niveau de domaines spécifiques de lipides ou protéines transmembranaires. b) Protéines ancrées : Situées dans la membrane sans la traverser entièrement. c) Protéines transmembranaires (intégrées ou intrinsèques) : Traversent entièrement les 2 feuillets membranaires. Elles sont liées à la partie hydrophobe de sa face interne par les acides aminés apolaires de son hélices α. Les liaisons sont stables, séparées de la bicouche de Elle ne traverse la Elle traverse plusieurs phospholipides par des détergents. bicouche lipidique fois la bicouche qu’une seule fois lipidique 19 20 Membrane cellulaire Membrane plasmique 3) Glucides membranaires : 45 à 50 % de lipides Liés aux protéines => Glycoprotéines 45 à 50 % de protéines 5 à 10 % de glucides Liés aux lipides => Glycolipides Chez les animaux, les glucides forment un feutrage souple appelé Glycocalyx (Cell coat). Les Polysaccharides sont courts, souvent ramifiés. Rôle structural Rôle fonctionnel * Glycolipides : résidus glucidiques liés à des lipides. * Glycoprotéines : résidus glucidiques liés à des protéines. 21 22 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Transports à travers la membrane plasmique Perméabilité d'une double couche lipidique Sous l’effet du gradient de concentration, les solutés ont tendance à traverser la membrane et passer du côté le plus concentré vers le côté le moins concentré. Mais la membrane, qui assure l’intégrité de la cellule, contrôle ce passage : Elle a une perméabilité sélective. Certaines molécules peuvent traverser la membrane en passant à travers les lipides comme le cas des molécules de petite taille non chargées comme l’oxygène ; ou celui des molécules lipidiques comme certaines hormones stéroïdiennes. Les ions et les grosses molécules ont besoin d’un transporteur membranaire (protéine de transport) pour traverser la membrane. 23 24 Les transports membranaires: Pourquoi des Transports à travers la membrane plasmique échanges à travers les membranes cellulaires? Principale fonction de la membrane plasmique : Passage sélectif de substances par Ø La bicouche lipidique est hydrophobe : Elle ne permet pas le passage de molécules transport membranaire polaires. Il peut se faire par : Transport passif (sans dépense d’énergie) ou Transport actif (avec Ø Nécessité de régler les concentrations ioniques intracellulaires : Perméabilité de la dépense d’énergie) membrane. Transport passif Transport actif Ø La cellule est vivante et se nourrit en puisant, dans le milieu extracellulaire, les - Transport d'une substance à travers de la - Transport des molécules à travers la nutriments nécessaires au maintien de son activité et de sa croissance. membrane sans dépense d'énergie membrane en utilisant de l'énergie Ø La cellule rejette dans le milieu extracellulaire les produits de dégradation inutiles ou chimique. chimique (ATP). toxiques. - La substance est transporté d'un - La substance est transporté d'un C’est à travers la membrane plasmique ou à l’aide de celle-ci que vont compartiment de forte concentration vers compartiment de faible concentration vers s’effectuer tous ces échanges un compartiment de faible concentration. un compartiment de haute concentration. 25 26 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Transports à travers la membrane plasmique Transports à travers la membrane plasmique Différents types de transports membranaires : Les solutés A et B sont plus concentrés à l’extérieur de la cellule et le soluté C est plus concentré à l’intérieur de la cellule. Transports dans Transports passifs Transport actif Transports le sens du contre le sens gradient de A B du gradient de C concentration concentration A B C Pas de Présence de Présence de Gradient de transporteur transporteur transporteur concentration (protéines porteuses Diffusion Diffusion ou perméases) simple facilitée Pas de consommation d’énergie Avec consommation d’énergie 27 28 Transport passif par diffusion Concentration Concentration Perméabilité de la Imperméabilité Soluté intracellulaire extracellulaire membrane (molécules Diffusion = Mouvement passif des particules (solutés) d'une concentration élevée vers de la membrane (mM) (mM) qui diffusent) une concentration faible jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint Na+ 12 - 15 145 H+, anions, K+ 120 - 140 4 - 4,5 cations La diffusion simple Gaz : 02 / CO2 / N2 Mg2+ 0,8 1,5 H2O : voir concerne un très petit -4 1 10 (≈ 100 Urée les aquaporines Ca2+ 1,2 - 2 nombre de molécules : nM) Glycérol Glucose, Cl- 5 - 20 110 - 116 Éthanol Saccharose O2, CO2, N2, urée, éthanol. Hormones stéroïdes Acides aminés HCO3- / PO43- / Acides gras Protéines Les très petites Protéines / 148 42 Morphine, Aspirine Acides particules et les Acides : formes non chargées nucléiques nucléiques, NAD(P)+ particules liposolubles... diffusent librement. ATP 29 30 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Diffusion simple et facilitée Diffusion simple et facilitée - Diffusion simple : Transport à travers les lipides membranaires. La vitesse dépend - Diffusion facilitée nécessite un transporteur membranaire (comme les protéines). uniquement de la différence de concentration : Gradient de concentration. Elle est Le transporteur membranaire est spécifique à la molécule transportée. Sa vitesse est + rapide caractérisée par : et il y a le phénomène de saturation lorsque tous les transporteurs sont occupés. Elle est : - Une absence de saturation, - Très spécifique : Elles ne laissent passer que certaines - Une absence de spécificité : Il n'est pas régulé, molécules spécifiques et pas d'autres, Diffusion Flux facilitée - Un mécanisme lent : Les molécules doivent se dissoudre dans la double couche de - Extrêmement rapide, phospholipides avant de passer de l'autre côté. - Régulée : Les protéines de canal ont la capacité de se Na+ fermer. Les substances non polaires comme O2, les O2 Transporteur O2 Na+ (différent du canal Na+ ) Transporteur Diffusion (différent du canal Na+ ) déchets (CO2 et l’urée) et les graisses, simple Libération d’une diffusent à travers la membrane plasmique énergie potentielle Libération d’une Concentration énergie potentielle O2 Na+ La diffusion facilitée présente le en se liant à ses composés O2 Na+ phénomène de saturation dû au nombre phospholipidiques. Diffusion simple Diffusion facilitée Diffusion simple Diffusion facilitée limité de transporteurs membranaires 31 32 Transport passif par canaux Transport passif par canaux - Transport passif par canaux : Le transport se fait à travers un canal membranaire (à la - Les canaux ioniques sont des protéines membranaires en forme de canal qui traversent différence de la diffusion facilitée, il n’y a pas de phénomène de saturation). la membrane de part en part. Canaux ouverts en Aquaporine (protéine Canaux fermés au repos permanence transmembranaire) Récepteur H 2O H 2O +++ + Extérieur ---- Intérieur Canal de fuite Canal VOC (Canal ionique Canal ROC (Canal Il laisse passer les dépendant du voltage) ionique ligand-dépendant, ions librement Il s'ouvre ou se ferme en régulé par un agoniste) Diffusion à travers des canaux hydriques réponse à une modification Il s'ouvre ou se ferme en Diffusion à travers de la polarisation fonction de la liaison d'un (abondants dans les cellules rénales, les hématies les lipides membranaire, en fonction ligand au canal ou les cellules des glandes lacrymales) du gradient électrochimique 33 34 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Transport passif par canaux Transport passif par osmose Canaux ouverts en permanence : L'osmose est la diffusion passive des molécules d'eau à travers une membrane Ø Canaux de fuite responsables du potentiel de repos des cellules excitables. sélectivement perméable (semi-perméable) : L'eau peut passer à travers la membrane Canaux ouverts après une stimulation : plasmique à travers des aquaporines (perméases), protéines transmembranaires assurant le Ø Canaux voltage-dépendants, de type VOC, s'ouvrent grâce aux variations de voltage passage de l'eau par diffusion facilité. Ainsi, l'eau peut passer à travers la membrane semi- (différence de potentiel) qui existent à travers la membrane (transmembranaires). perméable mais les solutés ne passent pas. Les molécules d’eau vont diffuser jusqu’a ce que Ø Canaux récepteurs d’agonistes (récepteur), de type ROC, actif au niveau des synapses. Membrane semi-perméable l’équilibre soit atteint. Membrane semi-perméable M1 : Milieu à forte concentration C1 et forte pression osmotique P1. M1 M2 M2 : Milieu à faible concentration c2 et faible C1 c2 pression osmotique p2 (p2 < P1). La flèche bleu représente le mouvement de l’eau. P1 p2 35 36 Transport passif par osmose Solution Hypotonique Solution Isotonique Solution Hypertonique Cellule CI CI CI animale CE CE CE Lysée Normale Crénelée Solution hypotonique Solution isotonique Solution hypertonique La cellule se gonfle La forme ne change pas La cellule se rapetisse Concentration de soluté à Concentration de soluté à Concentration de soluté à l’extérieur plus petit que la l’extérieur est égale à la l’extérieur plus grande que la concentration de soluté à concentration de soluté à concentration de soluté à Cellule l’intérieur (CE < CI). l’intérieur (CE = CI). l’intérieur (CE > CI). végétale L’eau entre à l’intérieur de L’eau entre et sort de la L’eau sort de la cellule vers le la cellule (Liquide cellule (quantité H20 entrante liquide extracellulaire (LEC). intracellulaire LIC). = quantité H20 sortante). Flasque Turgescente (normale) Plasmolysée 37 38 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 2 1 3 Hypotonique Isotonique Hypertonique Type de solution Hypotonique Isotonique Hypertonique Nom de l'effet Cytolyse Équilibre Plasmolyse Caractéristiques 2 1 3 dynamique sur la cellule Im Quantité de I Animale po No m soluté (comparé à MOINS ÉGAL PLUS ssi us la cellule) p bl ne o Quantité de e po s solvant (comparé à PLUS ÉGAL MOINS d'a uvo si la cellule) Végétale Turgescence Équilibre Plasmolyse ffic ns bl Mouvement de RESTE dynamique he pas e l’eau ENTRE (entre et sort SORT r affi d' également) l'i che af Effet sur la m r RESTE SE fi cellule SE GONFLE ag l’im PAREILLE DÉGONFLE c e ag h lié e. er 39 e. 40 l'i Le m fic a hi g Transport actif Transport actif Suivant la source d’énergie, on distingue 2 types de transports actifs : Le transport actif : Ø Transport actif primaire (Pompes) : Énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP Ø Transport actif secondaire (transport accouplé ou co-transport) : le transfert d'un - déplace les solutés contre leur soluté dépend du transfert simultané d'un second soluté : Énergie potentielle libérée par gradient de concentration, une diffusion facilitée. Quand les deux solutés vont dans la même direction (⇉), c'est un symport ; quand ils vont en direction opposée (⇄), c'est un antiport. - nécessite de l’énergie (ATP). Ca++ Na+ Glucose Transport de Co-transport de type Il est utilisé principalement pour le transport : type uniport symport (⇉) ou antiport (⇄) - des macromolécules (par exemple : glucose, acides aminés,…) Libération d’une énergie potentielle - des électrolytes (par exemple : Sodium (Na), Potassium (K), …). ATP ADP + Pi Le transport actif nécessite un transporteur protéique, souvent dénommé pompe, situé au Ca++ Pi : Transfert temporaire d'un phosphate Na+ Glucose niveau de la membrane plasmique et qui assure le rôle d’un passeur. Transport actif primaire Diffusion facilitée Transport actif secondaire 41 42 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Transport actif Transport actif Exemple de Transport Actif Primaire : Pompe Na+ / K+ ou ATPase Na+ / K+ La concentration en K+ est 30 à 40 fois plus élevée à l'intérieur des cellules qu'à l'extérieur, (situation est inversée pour Na+). Ces différences sont engendrées et maintenues par une ATPase de la membrane plasmique qui se comporte comme une pompe expulsant activement 3 ions Na+ vers l'extérieur de la cellule et important 2 ions K+ vers l'intérieur. L'ATPase Na+/K+ diminue ainsi la concentration intracellulaire d'ions positifs. Elle est donc électrogénique (et impliquée dans la mise en place d'un potentiel de repos des cellules excitables). Le transport de Na+ et K+ est étroitement couplé à l'hydrolyse de l'ATP pour le transfert des deux ions contre leur gradient électrochimique. 43 44 Transport actif Transport actif + + + + Exemple de Transport Actif Primaire : Pompe Na / K ou ATPase Na / K 2 K+ K+ Na + Canal Canal K+ Na+ β α α β ATP ADP + Pi 3 Na + Pi = Phosphate inorganique 45 46 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Phase de dépolarisation : Les canaux voltage Exemple de Transport Actif Secondaire (TAS) : Co-transporteur Na+/Glucose dépendants (CVD) Na+ s'ouvrent les premiers, puis Le glucose (Glu) doit traverser une cellule de la couche cellulaire de surface de se referment aussitôt. Un nombre important d'ions l’intestin avant de parvenir au sang même lorsque sa concentration est très faible Na+ vont ainsi entrés dans la cellule ➨ L'intérieur dans l’intestin. devient plus positif que l'extérieur ➨ Potentiel Le passage se fait par un symport glucose/sodium. Le "Canal protéique" (A) fait d'action (PA) = + 40 mV. pénétrer un Glu en même temps qu’un sodium. Le Na diffuse par le TAS symport Phase de repolarisation : 1 à 2 ms après, ce sont les en suivant son gradient de concentration, entraînant avec lui le Glu contre son CVD K+ qui s'ouvrent, permettant une sortie brutale gradient de concentration. Tant qu’il y a un gradient de concentration du sodium d'ions K+ ➨ L'intérieur de la cellule redevient entre l’intestin et l’intérieur de la cellule, le sodium peut pénétrer par le symport. négatif ➨ Potentiel d'action (PA) = - 70 mV. Le gradient de concentration en sodium est maintenu par la structure "Transporteur Phase d'hyperpolarisation : Les CVD K+ ne se actif antiport" (B) qui rejette le Na dans le liquide interstitiel et absorbe le ferment pas aussi rapidement que les CVD Na+. potassium (K) contre leurs gradients respectifs de concentration. D'autres ions K+ peuvent encore sortir de la cellule et Le Glu qui a pénétré dans la cellule avec le Na en ressort de l’autre côté par le PA devient plus négatif qu'au repos. C'est la transport passif à travers la structure "Canal protéique" (C) en suivant son pompe Na+- K+ ATPase qui rétablit l'équilibre. gradient de concentration. 47 48 Transports cytotiques Le transport cytotique se fait par déformation membranaire. Il s'applique aux substances de plus haut poids moléculaire dont le passage provoque une déformation de la membrane cellulaire aboutissant à la formation d’une vacuole : a- Endocytose (Phagocytose et Pinocytoses), b- Exocytose, c- Bourgeonnement. 49 50 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Transports cytotiques a- Endocytose : Mécanisme de transport permettant à de grosses molécules, ou macromolécules, de pénétrer dans la cellule. 2 types : - Phagocytose ("cellule qui mange") : La cellule (par exemple, les cellules du système immunitaire) va modifier sa membrane pour complètement envelopper le pathogène. Des lysosomes viendront par la suite pour le détruire avec des enzymes. Exocytose Endocytose (Pinocytoses) 51 52 Transports cytotiques Transports cytotiques - Pinocytose ("cellule qui boit") : b- Exocytose : Rejet de substances de la cellule La cellule ingérer des molécules présentes à l’extérieur de la cellule qui sont trop grosses (déchets métaboliques, …) sans traverser la Milieu pour passer par transport actif ou passif. Elle se fait par la majorité des cellules animales et membrane : La vésicule qui contient les extracellulaire n’est pas limitée à certaines cellules du système immunitaire. molécules va se fusionner avec la membrane cellulaire tout en libérant les substances qui y Cytoplasme étaient contenues. Exemple : Les cellules des glandes salivaires sécrètent différentes protéines qu’elles libèrent pour permettre à la salive de se déverser dans la cavité buccale. 53 54 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Transports cytotiques Transport membranaire c- Bourgeonnement : Vésicules qui bourgeonnent d’un compartiment donneur et fusionnent Un transport membranaire peut : avec un compartiment accepteur (réunion des structures membranaires des 2 compartiments). Ø soit libérer de l’énergie : cas de la diffusion facilitée, Transport vésiculaire du RE vers AG Ø soit consommer de l’énergie : cas de transports actifs primaire ou secondaire. (1) Bourgeonnement d'une membrane en vésicule sous l'action Na+ Na+ Glucose d'un manteau protéique, (2) Détachement de la vésicule par fission, (3) Dépolymérisation du manteau, Libération d’une (4) Attachement et le Ciblage de énergie potentielle ATP ADP + Pi cette vésicule, (5) Fusion de la vésicule avec son Na + Na + Glucose compartiment cible. Pi : Transfert temporaire d'un phosphate * Les SNARE sont des protéines responsables du processus de fusion Transport actif de Na+ Diffusion facilitée de Na+ membranaire. consommation d’énergie libération d’une énergie potentielle 55 56 Adhérence cellulaire Les cellules ne sont pas directement en contact, il existe un espace intercellulaire d’épaisseur variable (50 à 20 Å) qui est occupé par l’eau interstitielle (capillaire), Adhérence cellulaire des molécules protéiques non orientées, qui s’unissent aux molécules des membranes pour assurer la cohésion, et des ions Ca ++. Les fonctions de l'espace intercellulaire sont, d’une part, les fonctions de soutien et de cohésion intercellulaire pour constituer un tissu ; mais aussi des fonctions de circulation de métabolites, de substances informationnelles (hormones, médiateurs, … etc.) et de substances commandant la migration, la prolifération, la forme et l’activité des cellules. 57 58 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Adhérence cellulaire Matrice extracellulaire L'adhérence cellulaire est une indispensable pour les organismes supérieurs ce qui leur permet la formation de tissus, organes et systèmes qui s’efforcent de satisfaire les fonctions physiologiques nécessaire à la survie de l’individu. L’adhérence cellulaire est permise d’une part grâce à la présence d’une matrice extracellulaire (espace entre les cellules, adhérence indirecte) et d’autre part par la formation d’adhérence directe par la présence de molécules d’adhérence au sein des membranes plasmiques. Les molécules d’adhérence sont connectées au cytosquelette par des protéines intermédiaires. 59 60 Matrice extracellulaire d'une cellule animale Adhérence cellulaire Les organismes pluricellulaires sont constitués d’organes, et chaque organe est constitué de différents tissus qui sont eux-mêmes composés de différents types de cellules différenciées. Toute cellule d’un tissu est en contact avec : - la matrice extracellulaire (MEC), réseau complexe de macromolécules sécrétées qui remplit l’espace intercellulaire, - et une cellule voisine. Le matrice extracellulaire est de trame macromoléculaire (polysaccharides, protéines fibreuses et glycoprotéines) synthétisées par des cellules caractéristiques suivant le tissu considéré (fibroblastes, cellules épithéliales, ostéoblastes, chondroblastes, …etc.). 61 62 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Adhérence cellulaire Intégrines Adhérence cellulaire Cadhérines L’ensemble des interactions cellule-matrice extracellulaire et cellule-cellule est dû à des protéines de la membrane plasmique : les molécules d’adhérence. 1- CAMs (Cell Adhesion Molecules), ou Molécules d’Adhérence Cellulaire : Elles permettent : - la reconnaissance spécifique entre 2 cellules ou entre cellules et Matrice Extra-Cellulaire, - la formation de contacts stables entre 2 cellules ou entre cellules et la MEC, - La transmission de signaux capables de modifier le comportement de la cellule avec son environnement. 4 superfamilles de CAMs : Intégrines (Interactions cellule-MEC), Cadhérines et Immunoglobulines (Interactions cellule-cellule) et Sélectines (Interactions cellule-cellule). Immunoglobulines 2- SAM (Substrate Adhesion Molecules) : Cellule-Matrice extracellulaire (par des molécules d’adhérence au substrat). 63 64 Adhérence cellulaire 3 types de (1) SAMs Propriétés générales des molécules d’adhérence : contacts entre 1- Permettre la reconnaissance (identification) spécifique entre deux cellules ou entre une la cellule et son cellule et la matrice extracellulaire. CAMs environnement (2) 2- Assurer la structure tridimensionnelle (cohésion) des tissus en permettant la formation de contacts stables entre deux cellules ou entre une cellule et la matrice extracellulaire. Cette La matrice forme d’adhérence est structurelle. extracellulaire est un réseau (3) complexe de 3- Transmettre des signaux intracellulaires qui vont modifier la structure, via le SAMs macromolécules extracellulaires cytosquelette, ou les fonctions de la cellule. Cette forme d’adhérence est fonctionnelle. 65 66 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Types d’interactions entre cellules et molécules d’adhérence : Adhérence cellulaire 1- Selon les molécules d’adhérence 2- Selon le type de cellules Les jonctions sont des agrégats denses et organisés de molécules d’adhérence entre les cellules ou entre les cellules et la matrice extracellulaire. Leur fonction est la cohésion cellulaire : A- Jonctions en forme de "bande" (au pôle apical) : Interaction homophilique : Interaction homotypique : A1- Zonula occludens, ou jonction serrée, Molécules d’adhérence de même type Adhésion de cellules de même type obture l’espace intercellulaire. A2- Zonula adherens : Jonction d’ancrage "adhésive" (J. adhérente) intervenant surtout dans la cohésion intercellulaire. B- Macula adherens ou Desmosomes : Jonctions de forme "arrondies". Interaction hétérophilique : Interaction hétérotypique : C➔ Jonctions communicantes permettent Molécules d’adhérence de types différents Adhésion de cellules de différents types des communications d’une cellule à l’autre. 67 68 Adhérence cellulaire Adhérence cellulaire A1- Jonctions étanches cellule-cellule : Zonula occludens ou Tight junctions jonctions serrées (étanches et imperméables). Situées dans la zone apicale des cellules, au-dessus de la ceinture d’adhérence, elles se présentent en une série de rangées ± parallèles. Des «points de soudure» (convergence des rangés) rapprochant les deux membranes plasmiques. L’accolement est obtenu grâce à des protéines transmembranaires entrant en contact étroit les unes avec les autres (Claudine et Occludine). Ces jonctions font empêcher la fluidité membranaire des protéines de la face apicale vers le domaine basolatérale. 69 70 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Adhérence cellulaire Adhérence cellulaire A2- Les zonula adherens : B- Jonctions de forme (Macula adhaerens) : Desmosomes et Hemidesmosomes Constituées d’un faisceau épais et serré - Désmosome : jonction ponctuelle, constituée d’un disque de 0,2 μm de diamètre et de 20 nm entourent généralement la cellule dans sa partie d’épaisseur (plaque cytoplasmique) vers lequel converge un réseau dense de filaments apicale, de façon complète. intermédiaires. Les 2 disques sont réunis par les cadhérine dans un espace intercellulaire élargi. Filament du Desmosome L’espace intercellulaire est rempli d’un - Hémidésmosome est une jonction entre cytosquelette matériel protéique dense « Cadhérine » en la cellule et la lame basale, constitué de relation avec les micro-filaments d’actine du 1⁄2 desmosome sur la membrane basale, cytosquelette, disposés parallèlement à la mais constitué de protéine membrane plasmique ; elles réalisent un transmembrannaire "intégrines" qui réseau fibreux trans-cellulaire qui confère s’attachent au fibronectine et aux laminine Lame une résistance importante aux épithéliums. de la lame basale. Hémisdesmosome basale 71 72 Adhérence cellulaire C- Jonctions communicantes cellule-cellule (Jonction gap) permettent une communication directe entre les cytoplasmes des cellules adjacentes. Elles sont ponctuelles mais présentent des canaux transmembranaires formés par les deux cellules en contact (les connexions). Elles permettent principalement une harmonisation du métabolisme en oscillant entre un état ouvert et un état fermé. Elles permettent le passage de signaux chimiques ou électriques entre les cellules et les échanges de petites molécules ou passages d’ions (donc d’un courant électrique d’une cellule à l’autre). 73 74 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Cytosol Le cytoplasme est partie de la cellule qui entoure le nouyau biologique et qui est délimité par la membrane plasmique. C'est la phase liquide de la cellule qui contient de nombreux organites et des structures en suspension : Cytoplasme = cytosol + cytosquelette + organites IV- Cytosol cellulaires. Le cytoplasme est 1. Introduction l'environnement interne des cellules : - Dans les cellules eucaryotes, 2. Composition chimiques et principales structures l cytoplasme se trouve entre la membrane plasmique et le noyau. 3. Rôles et activités physiologiques - Dans les cellules procaryotes, le cytoplasme comprend tout le contenu de la cellule. 75 76 Cytosol Cytosol - Le cytoplasme a une consistance liquide et n'a donc pas de forme. C'est une solution ou Le cytoplasme a plusieurs rôles : une dispersion colloïdale composée de 70 % d'eau et de 30% de diverses biomolécules - Contenir et de soutenir les organites cellulaires : Grâce au cytoplasme, les organites ne (sucres, sels minéraux, ions, lipides, acides aminés, nucléotides, ARN de transfert, …). flottent pas mais sont maintenus et contenus en place. - Lieu la plupart des processus métaboliques et biochimiques cellulaires (comme la - Le cytoplasme est délimité par la face interne de la membrane cellulaire et est glycolyse). D'autres processus importants qui se déroulent dans le cytoplasme sont la compartimenté en plusieurs organites. Chacun de ces organites cellulaires a ses propres respiration cellulaire, la signalisation cellulaire et la synthèse des protéines. caractéristiques et fonctions. - Transport cellulaire, où les composants formés dans les organites sont transportés. - Dans les cellules procaryotes, presque toutes les réactions - Sert de moyen de transport pour tous les produits fabriqués dans la cellule. Comme ils métaboliques ont lieu dans le cytoplasme, alors que, chez doivent se déplacer d'un endroit à l'autre, c'est le cytoplasme qui remplit cette fonction. les eucaryotes, certaines ont lieu dans le cytoplasme et - Sert également à organiser la division cellulaire, notamment grâce au cytosquelette qui d'autres dans les organites (mitochondries par exemple). organise les organites lors de la formation d'une nouvelle cellule. 77 78 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Cytosol Cytosol Le cytoplasme se compose de deux éléments principaux : Il est possible de différencier le cytoplasme en 2 régions différentes en fonction de la zone : - La matrice cytoplasmique, cytosol ou hyaloplasme : c'est la solution colloïdale et - L'ectoplasme ou plasmagel : C'est la composée du liquide (70 % d'eau) et des particules dispersées (biomolécules et inclusions partie la plus externe du cytoplasme, la plus cytoplasmiques, des structures inconstantes dispersées et inertes servant de réserves proche de la membrane plasmique interne. alimentaires, de produits d'excrétion cellulaire ou de pigments). D'une consistance d'un gel dense, il est riche en filaments qui lui donnent cette - Cytosquelette : C'est un réseau de filaments protéiques consistance. Il sert à renforcer le soutien qui maintient les organites entre eux. S'ils n'existaient pas, des extrémités de la cellule. ces composants cellulaires flotteraient à l'intérieur de la cellule - L'endoplasme : C'est la partie la plus dans le désordre absolu. La flexibilité du cytosquelette permet interne du cytoplasme, où se trouvent les les mouvements des organites ou des chromosomes. organites. Il a une consistance plus liquide par rapport à l'ectoplasme. 79 80 Cytosol Cytosol Le cytosol (matrice cytoplasmique ou hyaloplasme ) est une matrice amorphe qui occupe les espaces qui se trouvent entre les organites cellulaires. Il se trouve situé entre la membrane cellulaire et le noyau. C'est le lieu principal de transduction des signaux de la membrane cellulaire vers le noyau et d'autres organites. C'est la phase liquide où baignent les organites Le cytosol est la partie liquide du Le cytoplasme fait référence à cytoplasmiques (ribosomes, cytoplasme, composée principalement l'ensemble du contenu de la membrane mitochondries, vacuole(s), …) d'eau et de (bio)molécules solubles. cellulaire, y compris le cytosol. 81 82 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Cytosol Cytosol Le cytosol est un composant essentiel de la cellule qui est caractérisé par une structure Volume du cytosol et des organites intracellulaires dans une cellule hépatique complexe hautement dynamique. Bien qu'il soit principalement composé d'eau, environ Compartiment / Organite % du volume cellulaire total 70% - 85% de son volume, sa consistance semi-solide gélatineuse est due à la grande Cytosol 54% quantité de protéines et de macromolécules en suspension qui s'y trouvent. Mitochondries 22% Le cytosol renferme : REG 9% - des molécules organiques (glucose, acides aminés, acides nucléiques et acides gras), REL + Appareil de Golgi 6% - des ions essentiels (sodium, potassium et calcium) : La concentration des ions calcium, Noyau 6% par exemple, est très faible, inférieure à 0,0002 mM, ce qui leur permet d'agir comme seconds Peroxysomes 1% messagers dans les voies de signalisation cellulaire. Lysosomes 1% Endosomes 1% 83 84 Cytosol Cytosol Le cytosol est la fraction liquide, hyaline et homogène dans laquelle baignent les Ultrastructure et composition chimique de cytosol : organites cellulaire. Il correspond au surnageant qui reste après sédimentation de tous les ü Eau (environ 70% - 85% de cytosol), organites. ü Petites molécules (Ions (Na+, K+, Ca++, … et Gaz dessous : CO2 et O2), ü Les molécules de taille moyenne (Glucides, lipides, acides aminés, nucléotides et métabolites divers), ü Les macromolécules (Polysaccharides, Protéines (dont les protéines de cytosquelette), Enzymes, Glycoprotéines, Acides nucléiques, …). 85 86 M111 Biologie Cellulaire (Partie 2) 2024-2025 Cytosol Cytosol Le cytosol contient autour de 200 mg/ml de protéines dissoutes, ce qui équivaut autour de La viscosité de cytosol est d'une consistance variable selon l’état physiologique de la 20% de sa composition totale. cellule (synthèse, dégradation, sécrétion, division et mouvement). La forte concentration de macromolécules chargées, associée au réseau de filaments du Le cytosol présente deux aspects différents : cytosquelette, qui comprend des microtubules et des filaments d'actine, contribue à - Aspect visqueux (gel) : Les macromolécules protéiques fibreuses ou globulaires sont liées la viscosité du cytosol. Avec ses macromolécules en suspension dans un milieu aqueux salé, les unes aux autres par de fortes liaisons (polymérisation des protéines, …). le cytosol présente une viscosité 4 fois supérieure à celle de l'eau et correspond à un gel - Aspect liquide : Les liaisons entre les protéines sont faibles (fragmentation des protéines, colloïde. dépolymérisation, …). Le pH de la phase soluble est proche de la neutralité (varie de 7 à 7,4). 87 88 Cytosol Cytosol En microscopie électronique, le cytosol apparaît granuleux alors qu'en microscopie optique il Le cytosol présente des gradients de concentration pour diverses molécules, notamment paraît optiquement vide. On peut des fois y différencier des globules lipidiques et des les ions calcium, qui sont générés par l'ouverture rapide des canaux calciques. particules de glycogène qui disparaissent après avoir fourni de l'énergie utilisée par la cellule. Les gradients de concentration sont essentiels pour des processus tels que la contraction A- Cellule animale musculaire et la libération de neurotransmetteurs. B- Cellule végétale Ions Cytosol Milieu extracellulaire 1- Membrane plasmique 2- Noyau K+ 139 4 3- Mitochondrie Composition ionique Na + 12 145 4- Cytosol Cl- 4 116 du cytosol des cellules 5- Paroi cellulosique HCO -3 12 29 humaines (mM) Mg 2+ 0,8 1,5 6- Grande vacuole Ca 2+ La petite sous-unité 40S est formée de l’ARNr 18S et de - La fonction du ribosome est de traduire le code génétique en protéines, par 33 protéines ribosomiques RPS (Ribosomal Protein of the l'intermédiaire des ARN messagers (ARNm). Small subunit): Elle constitue la plateforme de lecture du Espace entre 2 sous unités code génétique à travers l'appariement correct des ARNt sur On trouve aussi des ribosomes dans les : les codons de l’ARNm. - Chloroplastes : Ils sont semblables à => La grande sous-unité 60S est composée de 3 ARNr ceux des procaryotes (70S), dénommés 5S, 5,8S et 28S associés à 49 protéines RPL S (Svedbergs) : Unité - Mitochondries : Ils possèdent de (Ribosomal Protein of the large Subunit): Elle assure la de m esure du taux de sédim entation lors de petits ARNr et moins de pr

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