Module 5 - Biologie pour la santé PDF

UE Biologie pour la santé Module 5 Raphaelle CASSEL – [email protected] La théorie cellulaire 1 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg La cellule, un niveau d’organisation du vivant Molécule...

UE Biologie pour la santé Module 5 Raphaelle CASSEL – [email protected] La théorie cellulaire 1 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg La cellule, un niveau d’organisation du vivant Molécule Organite Cellule Tissu Organe Organisme Ecosystème Population Biosphère 2 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg La cellule, un niveau d’organisation du vivant Cellule 3 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Plan du cours 1. La cellule, l’histoire de sa découverte 2. L’origine des cellules 3. La cellule, siège des processus vitaux 4 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg  1. La cellule, l’histoire de sa découverte 1665, Robert Hooke. Examine des tranches de liège végétal le terme CELLULE est utilisé pour la première fois Grossissement X 30 Analogie avec la chambre d’un moine = cellule monastique Fragment de liège, coupe transversale 55 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg 17ème siècle, les premiers microscopes 17ème siècle : mise au point d’instruments pour observer des objets minuscules Antoni Van Leeuwenhoek Utilise un microscope et observe bactéries, globules rouges et petits organismes (« protozoaires »). Grossissement X 300 Extrait de la lettre écrite par Leeuwenhoeck à la Royal Society in London. Credit: Science Source 66 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg 18ème siècle, observation de la diversité des cellules Premières observations faîtes sur les cellules végétales (plus grosses) puis autres organismes. Coupe de feuille Epiderme d’oignon Tissu musculaire Tissu nerveux 77 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg 19ème siècle, la cellule comme point commun ! Cellule Point commun à tous les organismes échafaudage de la théorie cellulaire 1838, Matthias Schleiden. Propose la théorie cellulaire en histologie végétale. 1839, Théodor Schwann Cellule = unité de base du vivant « Recherches microscopiques sur la conformité de structure et de croissance des animaux et des plantes » (1839) acte de naissance de la théorie cellulaire. 88 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg  Principes de la théorie cellulaire 2 siècles 1665, Robert Hooke 1839, Théodor Schwann Cellule : description Cellule : unité de base en biologie Principes de la théorie cellulaire 1. Tout organisme vivant est composé d’une ou de plusieurs cellules. 2. La cellule est l’unité de structure et de fonction du vivant 3. Toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire 99 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg  Principes de la théorie cellulaire Principes de la théorie cellulaire 1. Tout organisme vivant est composé d’une ou de plusieurs cellules 2. Toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire 3. La cellule est l’unité de structure et de fonction du vivant C’est quoi une cellule ? 10 10 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Visualiser le microscopique : outils d’analyse actuels Exemple avec E. Coli Microscope optique 5µm Microscope électronique Œil nu 0,5µm Microscope à force atomique Lyubchenko et al., 2011 11 11 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Outils d’analyse actuels : visualiser le microscopique Escherichia coli Cellule de pancréas : Membrane plasmique Compartimentation Organites ADN 10 mm 12 12 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Source : Alberts, Biologie moléculaire de la cellule Points communs à toutes les cellules Une délimitation : la membrane plasmique (ou plasmalemme) qui sépare le milieu intracellulaire de l’extérieur. Elle permet néanmoins les échanges. Le contenu cellulaire est appelé cytoplasme. Chez les eucaryotes, le noyau n’est pas inclus dans le cytoplasme. Un matériel génétique (ADN) et une machinerie cellulaire permettant son expression. Une matrice extracellulaire (organisée en paroi, sauf chez les animaux). Sa composition chimique est différente selon les organismes. Un cytosquelette jouant un rôle dans la division cellulaire,.. la localisation subcellulaire des protéines, la forme de la cellule,….............. 13 13 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Procaryotes vs. Eucaryotes Procaryotes Eucaryotes Taille 1 - 5 mm 10 - 100 mm Matériel génétique Dans le nucléoïde (région spécifique du Localisé dans un organite le noyau (double cytoplasme) membrane : interne / externe) Pas entouré par une membrane Organite délimité par une membrane Chromosome(s) circulaire(s) ou linéaire(s) Chromosomes linéaires + ADN extrachromosomique (plasmides) Organisation subcellulaire Absence d’organites Organites réalisant des fonctions particulières 14 14 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Les organites cellules animales Organite : structure spécialisée contenue dans une cellule et entourée d’au moins une membrane. Cellule de pancréas Réticulum endoplasmique Membrane plasmique Mitochondrie Appareil de golgi Noyau 15 15 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Les organites cellules végétales Cellule de pancréas Cellule de parenchyme de feuille Réticulum endoplasmique Membrane plasmique Mitochondrie Vacuole Appareil de golgi Noyau Chloroplaste 16 16 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Diversité parmi les cellules eucaryotes Cellule animale Champignon unicellulaire Cellule végétale Algue unicellulaire 17 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg *cell wall = paroi Source : Biologie, Solomon  Principes de la théorie cellulaire Principes de la théorie cellulaire 1. Tout organisme vivant est composé d’une ou de plusieurs cellules 2. Toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire 3. La cellule est l’unité de structure et de fonction du vivant 18 18 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg  2. L’origine des cellules Comment un nouvel organisme vivant est-il généré ? Autrement dit, d’où viennent les cellules ? 19 19 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg 18ème siècle : Théorie de la préformation Préformisme : ancienne théorie biologique êtres vivants formés dans le germe (embryon) Emboîtement des germes : Les enfants à naître existent déjà, minuscules mais totalement formés, dans leurs géniteurs. Ovisme embryon préformé dans l’individu femelle. vs. Animalculisme embryon préformé dans l’individu mâle. Hartsoeker, 1694 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Observations de reproduction de cellules 1852, Robert Remack observe au microscope des œufs fécondés de grenouille : Toute cellule est issue d'une autre cellule par division binaire. → 🎬 https://www.youtube.com/watch?v=aZkLc5RMfGg 1858, Rudolf Virchow : Toute cellule dérive d'une cellule antérieure Convergence communauté scientifique vers l’idée d’une reproduction des cellules © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Observations de reproduction de cellules 1882, Walter Flemming observe au microscope des nageoires de salamandre colorées : Tout noyau vient d’un noyau. Identifie et nomme la chromatine du grec χρῶμα (chrôma) = couleur La chromatine se transforme en filaments lors de la division cellulaire, qu'il nomme "mitose" du grec μίτος (mitos) = filament © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Origine des cellules – Théorie cellulaire Un long cheminement… Nécessitant des observations et des preuves expérimentales Principe : Toute cellule se forme par la division d’une cellule pré-existante → Modules 10 & 12 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg  Principes de la théorie cellulaire Principes de la théorie cellulaire 1. Tout organisme vivant est composé d’une ou de plusieurs cellules 2. Toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire 3. La cellule est l’unité de structure et de fonction du vivant 24 24 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg 3. La cellule, siège des processus vitaux Quelle est la plus petite unité du vivant ? Autrement dit, quelle est la plus petite structure possédant toutes les caractéristiques du vivant ? Quelles sont les 8 caractéristiques du vivant ? © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg 3. La cellule, siège des processus vitaux Quelle est la plus petite unité du vivant ? Autrement dit, quelle est la plus petite structure possédant toutes les caractéristiques du vivant ? Une cellule possède une complexité chimique (nombreuses molécules : lipides, glucides, acides nucléiques, etc). Complexité chimique Organisation hiérarchique Une cellule contient des molécules, et est Programme génétique compartimentée. Métabolisme Autoreproduction Développement Une cellule contient du matériel génétique et la Interaction avec l'environnement machinerie permettant de le lire et le décoder. Evolution Toute cellule se forme par la division d’une cellule pré-existante. (cf parties et modules précédents) © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Des cellules spécialisées dans une fonction… Même si toutes les cellules d’un organisme proviennent d’une seule cellule, elles sont spécialisées dans différentes fonctions. Tissu adipeux : coloration rouge = gouttelettes lipidiques (graisses) Tissu nerveux : cellules du cerveau RESERVE COMMUNICATION © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Qui interagissent avec leur environnement … CO2+ H2O Molécules organiques + O2 © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Source : Campbell, Biology Et qui s’y adaptent ← Thermus aquaticus Bactérie thermophile Survie à 80°C Source : © 2009 Michel Detay ← Pyrococcus abyssi Archée hyperthermophile Vient sur les sources hydrothermales Optimum de croissance à 2000m de profondeur (20MPa) : 100°C. Les cellules sont adaptées à leur environnement, elles évoluent © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg La cellule, plus petite entité du vivant – Théorie cellulaire Les cellules produisent et utilisent de l’énergie par le métabolisme. Complexité chimique ✓ Organisation hiérarchique ✓ Programme génétique ✓ Les cellules peuvent se différencier et avoir des Métabolisme fonctions spécialisées (communication, stockage). Autoreproduction ✓ Développement Interaction avec l'environnement Les cellules sont en interaction avec leur Evolution environnement et évoluent (elles sont adaptées à leur environnement). © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg La Théorie cellulaire La théorie cellulaire repose sur trois principes : Les êtres vivants sont composés de cellules. Toute cellule provient d’une cellule pré-existante (par division cellulaire). → La cellule est l’unité de base du vivant = unité structurale et fonctionnelle © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg Bibliographie Biologie, De Boeck, Peter Raven, et al. Biologie, Pearson, Neil Campbell et al. Biologie, Thomson Brooks/Cole, Eldra Solomon et al. Biologie moléculaire de la cellule, De Boeck, Bruce Alberts et al. Toute la biologie en 200 mots-clés, Dunod, Vincent Leclerc & Matthieu Lestradet Et autres livres de biologie générale Cours magistral de Mme Einhorn © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg L’essentiel du cours Ce qu’il faut savoir : Les trois principes de la théorie cellulaire et la réflexion scientifique qui a mené à leur élaboration Les technologies permettant d’observer les cellules Les points communs entre toutes les cellules La diversité des cellules (spécialisées, procaryote vs eucaryote, animal vs végétal) Nommer des constituants cellulaires et connaître leur fonction En quoi la cellule est l’unité fonctionnelle du vivant Les dates de découvertes et noms de scientifiques à connaître sont indiqués en gras. Définir (cf. glossaire) : appareil de Golgi, cellule, chromosome, cytoplasme, cytosquelette, compartiment cellulaire, eucaryote, matrice extracellulaire, membrane, métabolisme, mitochondrie, noyau, nucléole, organite, paroi cellulaire, procaryote, réticulum endoplasmique, vacuole © R Cassel Module 5 - La théorie cellulaire Université de Strasbourg