Synthèse Bio-cell Quiz 2022-2023 PDF

Bac 1 : Bio-cell Table des matières CHAPITRE 1 : INTRO........................................................................................................................ 5 1. LA BIOLOGIE..........................................................................................................

Bac 1 : Bio-cell Table des matières CHAPITRE 1 : INTRO........................................................................................................................ 5 1. LA BIOLOGIE................................................................................................................................ 5 2. LES ETRES VIVANTS....................................................................................................................... 6 3. LES 5 REGNES.............................................................................................................................. 7 CHAPITRE 2 : LES MOLECULES......................................................................................................... 8 1. ANALYSE ELEMENTAIRE.................................................................................................................. 8 2. L’EAU........................................................................................................................................ 8 3. LES LIAISONS CHIMIQUES................................................................................................................ 9 4. LES COMPOSES ORGANIQUES........................................................................................................ 10 4.1 LES PROTEINES................................................................................................................................ 10 4.2 LES GLUCIDES.................................................................................................................................. 13 4.3 LES LIPIDES (TJRS MONOMERES)......................................................................................................... 15 4.4 LES ACIDES NUCLEIQUES.................................................................................................................... 17 CHAPITRE 3 : LES CELLULES............................................................................................................ 19 1. ORGANISATION MINIMALE D’UNE CELLULE :..................................................................................... 19 2. OBSERVATIONS IMPORTANTES...................................................................................................... 19 2.1 CELLULE PROCARYOTE....................................................................................................................... 20 2.2 STRUCTURE D’UN PROTISTE............................................................................................................... 20 2.3 CELLULE ANIMALE............................................................................................................................ 21 2.4 CELLULE VEGETALE........................................................................................................................... 21 CHAPITRE 4 : ENVIRONNEMENT CELLULAIRE IMMEDIAT............................................................... 22 1. CHAQUE CELLULE EST ENTOUREE D’UNE STRUCTURE EXTRACELLULAIRE................................................... 22 1.1 CHEZ LES PROCARYOTES.................................................................................................................... 22 1.2 CHEZ LES PROTISTES......................................................................................................................... 22 1.3 CHEZ LES ANIMAUX.......................................................................................................................... 23 1.4 CHEZ LES VEGETAUX......................................................................................................................... 25 1.5 CHEZ LES CHAMPIGNONS................................................................................................................... 27 CHAPITRE 5 : JONCTIONS ET COMMUNICATION INTERCELLULAIRE................................................ 28 1. DIVERSITE DES JONCTIONS............................................................................................................ 28 1.1 CHEZ LES ANIMAUX.......................................................................................................................... 28 1.2 CHEZ LES VEGETAUX......................................................................................................................... 29 1.3 CHEZ LES CHAMPIS........................................................................................................................... 29 1.4 TABLEAU RECAP :............................................................................................................................. 29 1 CHAPITRE 6 : LE TRANSPORT A TRAVERS LES MEMBRANES........................................................... 30 1. INTRO...................................................................................................................................... 30 1.1 QUELQUES NOTIONS :....................................................................................................................... 30 1.2 TRANSPORT PASSIF : DIFFUSION/OSMOSE............................................................................................. 30 1.3 VARIATION DE POTENTIEL HYDRIQUE y................................................................................................ 31 2. PETITES MOLECULES.................................................................................................................... 33 2.1 LA DIFFUSION SIMPLE........................................................................................................................ 33 2.2 LA DIFFUSION FACILITEE.................................................................................................................... 34 2.3 L’ENERGIE NECESSAIRE AU TRANSPORT ACTIF........................................................................................ 35 3. GROSSE MOLECULES ET PARTICULES................................................................................................ 36 3.1 ENDOCYTOSE ET EXOCYTOSE.............................................................................................................. 36 3.2 LES ENDOSOMES.............................................................................................................................. 36 3.3 RECYCLAGE DE LA MEMBRANE ET DES RÉCEPTEURS DE SURFACE................................................................ 37 CHAPITRE 7 : LES LYSOSOMES ET DIGESTION CELLULAIRE.............................................................. 38 1. ORGANITES HETEROGENES........................................................................................................... 38 2. PRINCIPAUX SITES DE DIGESTION CELLULAIRE.................................................................................... 38 CHAPITRE 8 : LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE ET L’APPAREIL DE GOLGI...................................... 39 1. LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE (RE)............................................................................................. 39 1.1 SYNTHESE....................................................................................................................................... 39 2. LES APPAREIL DE GOLGI (AG)........................................................................................................ 40 2.1 SYNTHÈSE ET TRI.............................................................................................................................. 40 3. LE VACUOME............................................................................................................................ 41 CHAPITRE 9 : LES VACUOLES.......................................................................................................... 42 1. DIVERS VACUOLES...................................................................................................................... 42 2. PLUSIEURS ORIGINES POSSIBLES..................................................................................................... 42 3. LES VACUOLES NON VEGETALES...................................................................................................... 43 CHAPITRE 10 : LE CYTOSOL............................................................................................................ 44 1. SUBSTANCE FONDAMENTALE DE L’ORGANISME................................................................................. 44 2. INTRODUCTION AU METABOLISME.................................................................................................. 45 2.1 REACTIONS CHIMIQUES DANS LES CELLULES.......................................................................................... 45 2.2 LES GRANDS TYPES DE MÉTABOLISME.................................................................................................. 47 3. LA GLYCOLYSE............................................................................................................................ 49 4. LA FERMENTATION..................................................................................................................... 50 2 CHAPITRE 11 : MITOCHONDRIES................................................................................................... 51 1. ORIGINE SYMBIOTIQUE................................................................................................................ 51 1.1 COMPOSITION................................................................................................................................. 51 1.2 AUTONOMIE GÉNÉTIQUE................................................................................................................... 51 2. LA RESPIRATION......................................................................................................................... 52 2.1 TRANSFORMATION EN ACÉTYLCOENZYME A.......................................................................................... 52 2.2 LE CYCLE DE KREBS........................................................................................................................... 52 2.3 TRANSFERT DE H+............................................................................................................................ 52 2.4 SYNTHÈSE D’ATP PAR LE GRADIENT CHIMIQUE...................................................................................... 53 2.5 EFFICACITE DE LA RESPIRATION CELLULAIRE........................................................................................... 53 CHAPITRE 12 : LES PLASTES, PHOTOSYNTHÈSE.............................................................................. 54 1. FAMILLE D’ORGANITES................................................................................................................. 54 1.1 LES PROPLASTES............................................................................................................................... 54 1.2 CHROMOPLASTES ET AMYLOPLASTES................................................................................................... 54 1.3 LES CHLOROPLASTES......................................................................................................................... 55 1.4 ORIGINES SYMBIOTIQUES.................................................................................................................. 55 2. LA PHOTOSYNTHESE.................................................................................................................... 56 2.1 L’ÉNERGIE LUMINEUSE...................................................................................................................... 56 2.2 TRANSFORMATION EN ÉNERGIE CHIMIQUE........................................................................................... 56 2.3 PHASE CLAIRE DE LA PHOTOSYNTHÈSE.................................................................................................. 57 2.4 PHASE SOMBRE DE LA PHOTOSYNTHESE............................................................................................... 58 CHAPITRE 13 : LES PEROXYSOMES................................................................................................. 60 1. TOUS SES CONSTITUANTS SONT IMPORTES DU CYTOSOL...................................................................... 60 2. REACTIONS D’OXYDATION............................................................................................................ 60 CHAPITRE 14 : LE CYTOSQUELETTE................................................................................................ 61 1. LES MICROFILAMENTS (MF).......................................................................................................... 61 2. LES FILAMENTS INTERMEDIAIRES (FI).............................................................................................. 61 3. LES MICROTUBULES (MT)............................................................................................................ 62 3.1 CONSTITUTION................................................................................................................................ 62 3.2 ROLES DES MT................................................................................................................................ 62 CHAPITRE 15 : LES RIBOSOMES..................................................................................................... 63 1. LA SYNTHESE DES PROTEINES ET ROLES DE L’ARN.............................................................................. 63 1.1 L’ARNM, LE CODE GÉNÉTIQUE........................................................................................................... 63 1.2 L’ARNT, LE LECTEUR DU MESSAGE...................................................................................................... 64 1.3 LES RIBOSOMES, MACHINES À ASSEMBLER LES PROTÉINES....................................................................... 64 2. LE SYNTHESE DES PROTEINES......................................................................................................... 64 2.1 L’INITIATION................................................................................................................................... 64 2.2 L’ÉLONGATION................................................................................................................................ 65 2.3 LA TERMINAISON............................................................................................................................. 65 3. LES PROTEINES SYNTHETISEES A LA SURFACE DU RER.......................................................................... 65 3 CHAPITRE 16 : NOYAU AU REPOS.................................................................................................. 66 1. STRUCTURE, COMPOSITION ET ROLE............................................................................................... 66 1.1 LA CHROMATINE.............................................................................................................................. 67 1.2 LES NUCLÉOLES................................................................................................................................ 67 2. TRANSCRIPTION DE L’ADN........................................................................................................... 68 2.1 TRANSCRIPTION D’ADN EN ARN........................................................................................................ 68 2.2 MATURATION DE L’ARN................................................................................................................... 68 2.3 REGULATION................................................................................................................................... 69 CHAPITRE 17 : CYCLE CELLULAIRE.................................................................................................. 70 1. LE CYCLE................................................................................................................................... 70 2. CONTROLE DU CYCLE................................................................................................................... 70 3. L’INTERPHASE............................................................................................................................ 71 4. LA MITOSE................................................................................................................................ 72 4.1 LES CHROMOSOMES......................................................................................................................... 72 4.2 PROCESSUS EN 4 ETAPES (CONNAITRE A FOND)..................................................................................... 72 4.3 PROPHASE...................................................................................................................................... 73 4.4 METAPHASE.................................................................................................................................... 73 4.5 ANAPHASE...................................................................................................................................... 73 4.6 TELOPHASE..................................................................................................................................... 73 5. LA CYTOCINESE.......................................................................................................................... 74 5.1 CHEZ LES VEGETAUX......................................................................................................................... 74 5.2 CHEZ LES ANIMAUX.......................................................................................................................... 74 5.3 CHEZ LES CHAMPIGNONS................................................................................................................... 74 CHAPITRE 18 : REPRODUCTION..................................................................................................... 75 1. LES TYPES DE REPRODUCTION........................................................................................................ 75 1.1 REPRODUCTION ASEXUÉE.................................................................................................................. 75 1.2 REPRODUCTION SEXUÉE.................................................................................................................... 75 2. GENETIQUE MENDELIENNE........................................................................................................... 76 2.1 PREMIÈRES EXPÉRIENCES (UN CARACTÈRE)........................................................................................... 76 2.2 DEUXIÈMES EXPÉRIENCES (DEUX CARACTÈRES)...................................................................................... 77 2.3 CAS PARTICULIERS D’HÉRÉDITÉ MENDÉLIENNE....................................................................................... 78 3. MEIOSE.................................................................................................................................... 78 3.1 DIVISION PAR DEUX DU NOMBRE DE CHROMOSOMES............................................................................. 78 3.2 CINÈSE 1 = RÉDUCTIONNELLE............................................................................................................. 79 3.3 CINÈSE II = ÉQUATIONNELLE.............................................................................................................. 80 3.4 BRASSAGE GÉNÉTIQUE = CONSÉQUENCE DE LA MÉIOSE........................................................................... 81 4. LES CYCLES DE DEVELOPPEMENT..................................................................................................... 82 4.1 CYCLE HAPLOPHASIQUE..................................................................................................................... 82 4.2 CYCLE DIPLOPHASIQUE...................................................................................................................... 82 4.3 CYCLE HAPLO-DIPLOPHASIQUE............................................................................................................ 82 4  2. Les êtres vivants Plusieurs critères, aucun n’étant suffisant à lui seul, permettent de distinguer les êtres vivants de cette matière inerte. Organisation et fonctionnement : Ils possèdent une organisation très complexe mais très ordonnée qui leur est propre de la cellule à l’organisme entier. Rien d’approchant une cellule n’existe chez les non-vivants Ils ont une structure interne très complexe constituée de compartiment permettant parfois le déroulement de processus antagonistes en des régions proches Les biomolécules sont hautement organisées (à base de C et H, souvent aussi O, N, P et d’autres) Aux différents niveaux de cette organisation correspondent des fonctions précises Métabolisme Leur métabolisme leur permet de réaliser un ensemble de réactions chimiques qui assurent leur croissance, leur développement et leur maintien en vie. Il peut être divisé en anabolisme (réaction de synthèse) et catabolisme (réaction de dégradations) Ce sont des systèmes ouverts puisqu’ils doivent constamment échanger de la matière et de l’énergie avec leur environnement (pour le métabolisme) Cette édification est basée principalement sur la chimie du carbone qui peut en compagnie d’autres éléments (H, N, O, P, …) être à la base de nombreuses biomolécules. Ces biomolécules se caractérisent par leur haut degré de réduction (richesse en électron) Un apport d’énergie est nécessaire à l’être vivant pour son métabolisme qui implique la réalisation d’un travail de synthèse, d’entretien, de transport, mécanique de toutes ces biomolécules Reproduction Ils sont capables de se reproduire. Donc de donner naissance à d’autres êtres vivants semblables ou identiques à eux-mêmes et auxquels ils transmettent leurs caractères Seul mode d’apparition des vivants 6  3. Les 5 règnes Une espèce peut se définir comme un ensemble d’individus semblables capable de transmettre cette similitude de génération en génération. Au début, classés en 2 règnes (botanique et zoologie), il est vite apparu au fur et à mesure que nous avons découvert notre monde que tous les vivants pouvaient en fait être classés en 5 règnes distincts. Les procaryotes (5000 espèces) Premiers organismes vivants à être apparus sur Terre (1 milliard d’année après sa formation). Leur caractéristique principale étant qu’ils sont unicellulaires et dépourvus de noyau. On distingue deux grands groupes : les archébactéries et eubactéries des différences importantes existent au niveau de la composition de la paroi et de la membrane (certains y voient deux règnes distincts) Les protistes (50 000) Unicellulaires avec un noyau. Ce groupe n’est pas vraiment exclusif, on a tendance à y mettre tous les organismes eucaryotes qui ne sont pas typiquement des plantes, champignons ou animaux. C’est un règne très hétérogène et polyphylétique (comprenant plusieurs lignées évolutives distinctes). Ils sont parfois regroupés en protophytes (caractère végétal) et protozoaires (caractère animal). Les autres sont difficilement comparables Les champignons, mycètes (75 000) Organismes eucaryotiques hétérotrophes (se nourrissant de matière organique), généralement pluricellulaires, absorbant directement à travers leur membrane plasmique les molécules organiques solubles nécessaires. Il existe 4 embranchements Les végétaux, plantes (250 000 à 300 000) Sont des organismes eucaryotiques et pluricellulaires capables de réaliser tout leur métabolisme en n’utilisant que des composés inorganiques et de l’énergie lumineuse. Ils sont autotrophes Il existe 3 embranchements ce qui indique une plus grande homogénéité que le règne animal Les animaux (1 million -> 80% d’insectes) Ils possèdent l’organisation la plus complexe des 5 groupes. Ce sont des organismes pluricellulaires hétérotrophes dont certains organes sont spécialisés dans l’ingestion et la digestion d’aliments non solubilisés. Ils ont développé un système nerveux permettant une coordination remarquable des diverses activités de l’individu Il existe 25 à 35 embranchements 7 Chapitre 2 : les molécules 1. Analyse élémentaire Croute terrestre Êtres vivants 92 éléments naturels 25 éléments naturels O, Al, Si et Fe (95%) C, H, O, N (96%) D’autres éléments existent et sont tout aussi important 2. L’eau Il existe des forces d’attractions entre les molécules de l’eau liquide puisque sa température de fusion et de vaporisation est très élevée. Ces forces d’attractions sont dues à la distribution asymétrique des électrons dans la molécule à L’eau est une molécule polaire (Oxygène charge partielle négative et hydrogène charge partielle positive) ce qui lui permet de former des pont hydrogènes. Ces ponts permettent également le transport d’eau dans les plantes, la tension superficielle permettant aux insectes de flotter sur l’eau et la capillarité Ces molécules d’eau forment également autour des ions (ou molécules polaires) un agrégat. Ces molécules sont dites hydrophiles et sont assez soluble dans l’eau Les molécules hydrophobes empêchent la formation de ponts hydrogènes et sont insolubles. Elles forment des gouttelettes insolubles. L’eau est essentielle aux êtres vivants (60 à 90% du poids frais le reste étant le poids sec). Les minéraux = 1,5% du poids frais Composés organiques = 19,5% L’eau est un solvant pour bcp de biomolécules C’est aussi un réactif dans bcp de réactions biochimiques 8  3. Les liaisons chimiques Les atomes peuvent se combiner grâce à des liaisons chimiques et former des molécules Les liaisons covalentes Dans ces types de liaisons, les atomes liés partagent des e- sur leur orbitale électronique externe. à Ces liaisons sont très stables et nécessitent 200 à 400 kJ/mole (50 à 100 kcal/mole) pour être rompue (c’est de loin supérieur à ce que le l’Energie thermique des cellules en temps normal) Ce partage peut être inégal, un atome étant plus électronégatif que l’autre, on parle de liaisons covalentes polarisées. Se forme alors, du aux charges partielles, un dipôle positif et un dipôle négatif. La molécule est polarisée (c’est un dipôle) Les liaisons non-covalentes Ces liaisons qui permettent de stabiliser une structure tridimensionnelle des molécules biologiques sont faibles (sauf ionique) à Elles nécessitent 4 à 40 kJ/mole (1 à 10 kcal/mole) pour être rompues Elles peuvent donc être rompues à tout instant et n’ont qu’une existence transitoire. Toutefois, elles peuvent agir de manière associative et former des structures très stables Les ponts hydrogènes : Liens entre l’atome d’hydrogène portant une charge partielle positive et un atome portant une charge négative La distance séparant les deux atomes participants au pont est plus grande que celle d’une liaison covalente Ces liaisons se retrouvent notamment dans l’eau liquide, dans de nombreuses protéines ou encore dans la structure de l’ADN et sont de très courte durée Les liaisons ioniques (fortes) Liens lorsque la différence d’électronégativité entre deux atomes est telle que l’un « vole » un (ou plusieurs) électrons à l’autre Ces liaisons n’ont pas de géométrie fixe Lorsque le lien est rompu entre ces atomes (en solution aqueuse, les ions sont entourés de molécules d’eau = processus d’hydratation), les électrons « volés » restent à leur place formant un cation (+) et un anion (-) Les interactions de Van Der Waals Force d’attraction faible apparaissant lorsque deux atomes ou molécules se rapprochent suffisamment pour créer une force d’attraction. Résulte de fluctuations aléatoires et momentanées dans la distribution des électrons au sein d’une molécule ou d’un atome qui créent des dipôles transitoires qui interagissent à leur tour avec d’autres molécules/atomes Elles interviennent par exemple dans les contacts anticorps/antigène 9  4. Les composés organiques La chimie organique est la chimie du carbone (à part CO, CO2 et carbonates). Le carbone pouvant se lier à lui-même de multiples façons, il suffit de quelques autres éléments pour former des molécules très diverses et complexes. Les biomolécules sont souvent des chaines d’atomes de carbone sur lesquelles s’attachent des atomes d’hydrogène ou des groupements fonctionnels. Principalement de l’oxygène, de l’azote, du phosphore et du soufre. 4.1 Les protéines Composées de C, H, O et N auxquels s’ajoutent souvent S et P et d’autres éléments métalliques. Les protéines sont toutes des polymères constitués seulement de 20 monomères différents appelés acides aminés. a) Les acides aminés (AA) Ils ne diffèrent que par leur chaine latérale. Ils contiennent tous un groupe amine (-NH2) et d’un groupement acide carboxylique (-COOH). Seul le radical varie d’un acide aminé à l’autre lui conférant des propriétés particulières. Il en existe 150 à l’état naturel. Seul 20 d’entre eux sont des acides aminés universels, certains sont des constituants rares et les autres ont des fonctions variées et mal connues souvent chez les plantes et champignons Les plantes sont capables de synthétiser tous les acides aminés protéiques Les animaux en sont incapables et doivent trouver ceux qui leur manque dans leur alimentation. Ces acides aminés sont dits essentiels pour l’organisme considéré (10 pour l’Homme) 10  b) Les protéines Polymères d’acides aminés connectés par une liaison peptidique (liaison covalente entre 2 acides aminés dans un polymère). Elle est formée entre la fonction amine et la fonction carboxyle. C’est une condensation libérant une molécule d’eau Oligopeptide = un polymère de moins de 20 AA (certaines hormones et antibiotiques) Polypeptide = grand nombre d’AA (La plupart des polymères) Protéines = un ou plusieurs polypeptides assemblés (identiques ou différents) Ces polymères restituent les AA par hydrolyse. Ils sont liés de façon covalente ou non à de petites molécules non peptidiques Exemple : glucide = glycoprotéines Lipides = lipoprotéines Ces molécules peuvent être importantes pour donner à la protéine sa conformation adéquate. Dans certains cas elles sont même indispensables à la fonction et sont appelées cofacteurs. Les propriétés des protéines dépendent de la nature, du nombre et de l’ordre dans lequel sont attachés les acides aminés. Le changement d’un seul AA sur les centaines composant une protéine peut modifier complètement les propriétés de la protéine. c) La structure Structure primaire : nombre et succession ordonnée et linéaire des AA Structure secondaire : conformation d’une chaine polypeptidique. Soit en hélices (conformation a), soit en feuillet plissées (conformation b) stabilisés par des ponts hydrogènes intramoléculaires. Ces deux conformations coexistent souvent au sein d’un même polypeptide. Structure tertiaire : forme tridimensionnelle des protéines, résulte des reploiements de régions sans structure secondaire apparente entre les a et b et leur association en domaines compacts. Cette structure est stabilisée par divers types de liaisons Structure quaternaire : façon dont les chaines polypeptidiques individuelles des protéines en contenant plusieurs sont disposées les unes par rapport aux autres. Cette architecture délicate peut être affectée par les agents physique (t°) ou chimique (acide) qui brisent les liaisons non-covalentes (hydrogènes) et parfois aussi les covalentes. La conformation est donc modifiée et la protéine est dite dénaturée. Dans cet état, elle ne sait généralement plus accomplir ses fonctions. Cette dénaturation peut être réversible ou irréversible. 11  d) Les fonctions Les protéines sont essentielles dans chaque cellule. Ce sont les plus variés des composants des cellules. Elles peuvent avoir comment rôle : Structure (kératine = ongles, peau, cheveux, …) Réserve d’AA (ovalbumine, caséine) Transport (hémoglobine, cytochrome) Protection (anticorps, toxine) Régulation du métabolisme (hormones, contrôle de l’expression des gènes, …) Les enzymes : Caractéristique : grand pouvoir catalytique et spécificité Ce sont des catalyseurs biologiques. Ils permettent d’accélérer une réaction chimique sans l’altérer. Il diminue l’énergie d’activation nécessaire pour son déroulement et forme un « complexe activé » avec le substrat (réactif qui réagit avec l’enzyme) le rendant plus réactionnel. Des inhibiteurs et activateurs modifie la liaison au substrat. La vitesse de réaction est 1 million à 1000 milliard de fois plus rapide Contrairement aux catalyseurs, les enzymes sont très spécifiques et catalysent une seule réaction. Ils sont sensibles au milieu et sont inactivés à chaque changement de milieu (t°) Presque toutes les réactions au sein des cellules nécessitent des enzymes. La plupart des enzymes sont intracellulaire mais certaines (comme les microbes) en sécrète à l’extérieur. Ils sont composés de 2 régions importantes. L’une qui reconnait le substrat et permet la fixation et l’autre catalyse la réaction après fixation. Cette fixation résulte de formations multiples covalentes entre les partenaires. La molécule de substrat est fixée plus efficacement que d’autres molécules. Le nom des enzymes se termine en « ase » et rappelle souvent sa fonction. Exemple : amylase, dégrade l’amidon ; cellulase, dégrade la cellulose. Il existe également une nomenclature qui caractérise la fonction des enzymes en leur attribuant un numéro de code Bcp d’enzymes fonctionne à l’aide d’un cofacteur (ion métallique ou coenzyme) qui est essentiel à l’activité de l’enzyme. Il existe peu de coenzyme puisqu’ils peuvent se lier à différents enzymes. Les plus connus étant les nucléosides phosphates (AMP, ADP et ATP) ou encore (NADP et NAD). De nombreux vivants ne sont pas capables de les synthétiser et doivent les trouver dans l’alimentation. Ils sont appelés vitamines. Les anticorps : Ils sont fabriqués en réponse à un agent infectieux, une bactérie, un virus ou tout polymère étranger. Chaque antigène correspond à un anticorps spécifique. Celui- ci se fixe dessus afin que les globules blancs l’éliminent. L’anticorps est capable de reconnaitre une variation d’un seul AA. Il est composé de 4 chaines polypeptidiques dont une extrémité, hautement variable, est le site de fixation à l’antigène. 12  4.2 Les glucides Aussi appelé hydrate de carbone, ils sont composés de C, H et O. Leur formule générale est Cn(H2O)m avec H/O = 2 Ils représentent 5% du poids sec des animaux et 70% de celui des végétaux. a) Les monosaccharides (ou oses) Ils sont non hydrolysables. Leur formule est Cn(H2O)n où tous les carbones ont une fonction -OH (alcool ou hydroxyle) sauf un qui porte un =O (carbonyle). Sont soit : - Des aldoses, qui possèdent un groupement aldéhyde - Des cétoses, qui possèdent un groupement cétone Ils interviennent dans de nombreux processus cellulaires Suivant le nombre d’atomes de carbones, on parlera de triose (C3), tétrose, …, (9 max) Parmi les pentoses (C5H10O5), le ribose peut exister sous forme linéaire ou cyclique. Le désoxyribose qui est très proche possède un H au lieu d’un OH sur le carbone C2. Ces monomères sont des constituants majeurs de L’ADN et de l’ARN. Beaucoup de sucre important sont des hexoses (C6H12O6) comme le glucose, le galactose et le fructose. Le glucose existe surtout sous forme cyclique. Sous cette forme cyclique, on parlera d’a-glucose si le groupement OH en C1 est en-dessous du plan de la molécule et de b-glucose si ce groupe est au-dessus. C’est un substrat important dans le métabolisme énergétique b) Les oligosaccharides (ou osides) Ils sont hydrolysables et de formule Cn(H2O)m avec n>m. 2 monomères chez les disaccharides, 2 à 8 pour les oligosaccharides et supérieur pour les polysaccharides. Une quinzaine de monomères sont constitutifs des polysaccharides (bien qu’il en existe plus). Ils sont une source d’énergie Les monomères (monosaccharides) peuvent se lier les uns aux autres pas une liaison covalente dites liaison glycosidique entre le C1 et le carbone d’un autre monosaccharide. C’est une réaction de condensation. Le saccharose (sucrose) est un disaccharide provenant de la liaison entre le C1 du glucose avec le C2 du fructose. C’est le principal glucide transporté dans les plantes Le lactose est un disaccharide de glucose et galactose Les mono et oligosaccharides sont solubles dans l’eau et ont un gout sucré. Ce sont les sucres 13  c) Les fonctions Le glucose est la principale source d’énergie dans la cellule. Il faut donc que celle-ci en ait une réserve. L’amidon et la cellulose sont des polysaccharides obtenus par condensation de molécules de glucose L’amidon Principale matière de réserve dans les plantes, il est composé de deux polymères liés par des liaisons covalentes : L’amylose (30% du poids de l’amidon) qui est une chaine linéaire de 100 à 2000 molécules d’a-glucose liées en C1 et C4 L’amylopectine (70% du poids) qui est un polymère de 300 à 60 000 molécules d’a-glucose en C1 et C4 avec des liaisons C1 et C6 toutes les 25 molécules environ. Il n’est pas soluble dans l’eau froide mais forme un gèle dans l’eau chaude. Il est facilement hydrolysé (chimiquement ou par des enzymes : amylases) pour donner du glucose. La cellulose Même formule brute que l’amidon pourtant très différentes chimiquement. C’est un polysaccharide linéaire non ramifié avec un degré de polymérisation jusqu’à 15 000 monomères. Composé de b-glucose liés uniquement en C1 et C4 qui s’inverse à chaque fois Elle est insoluble dans l’eau, est chimiquement inerte et très facile à hydrolyser (par voie acide ou par la cellulase) C’est le principal, constituant des parois végétales et la substance organique la plus abondante dans la nature. Le glycogène Constitue la matière de réserve glucidique chez les animaux et les champignons. Structure ressemblant à l’amylopectine avec une liaison C1-C6 plus régulière (environ toutes les 10 molécules) La chitine Semblable à la cellulose mais la fonction -OH du C2 est remplacée une fonction -NH-CO-CH3. C’est donc un polysaccharide modifié. Elle forme le squelette externe des invertébrés et se trouve aussi dans la paroi des cellules de champignon 14  4.3 Les lipides (tjrs monomères) Ils sont composés de C, H, O (parfois P, N et S) et très hétérogènes avec H/O > 2 (=2 étant pour les glucides). Éléments structuraux majeurs permettant la formation de membranes biologique qui séparent les cellules de leur environnement et crée des compartiments à l’intérieur des cellules eucaryotes. Ce sont des molécules très diverses et très peu solubles dans l’eau car elles sont non ou très peu polaire. Ils sont définis sur base de leur solubilité et non sur base structurale comme les autres biomolécules. a) Les lipides simples Ce sont des dérivés d’isoprène (C5H8) ayant de multiples rôles. Ils ne contiennent pas d’acides gras mais sont constitués par l’attachement de plusieurs molécules d’isoprène ou de dérivés d’isoprène. Ces lipides simples sont moins abondants dans les cellules que les lipides complexes. Pourtant, ils comprennent des substances avec des effets biologiques importants : certaines vitamines, certaines hormones, des composés odoriférant ainsi que le cholestérol qui modifie la fluidité des membranes b) Lipides complexes Ils contiennent tous des acides gras qui sont des molécules ayant une longue chaine hydrocarbonée (que des O et des H) à R sur l’image attachée à un groupement carboxylique qui lui donne son caractère acide. Ils proviennent d’une réaction de condensation (accompagnée de la perte d’une molécule d’eau) appelée estérification entre un alcool et un acide gras 15  c) Les fonctions Les Glycérides Lipides formés sur base de l’alcool glycérol (CH2OH-CHOH-CH2OH) qui peut être estérifié 1 à 3 fois de manière à former un mono, di ou triglycéride. La nature de l’acide gras détermine l’état solide/liquide Les triglycérides sont apolaires et insolubles dans l’eau et solutions salines. Ils forment des gouttelettes lipidiques dans les cellules. Les animaux stockent ces gouttelettes dans les cellules adipeuses comme réserve d’énergie pour le corps Dans certaines conditions, ces triglycérides sont hydrolysés et les acides gras sont libérés puis dégradé pour fournir de l’énergie. Les végétaux les stockent dans les graines et leurs produits de dégradation sont utilisés pour la germinaison. Les phospholipides Sont aussi des ester de glycérol par 1 ou 2 acides gras et un acide phosphorique. Dans beaucoup de cas, une fonction hydroxyle (OH) lié à un phosphate. Ce sont des molécules insolubles et amphipathiques. C’est-à-dire qu’une de leur extrémité est hydrophobe (radical glycérol et acides gras) et l’autre extrémité est hydrophile (le phosphate chargé négativement et le composé qui l’estérifie) Ce caractère amphipatique fait que les phospholipides forment spontanément des micelles ou bicouches en solution aqueuse. Les micelles sont des structures sphériques de 20nm de diamètre + ou – avec les chaines hydrophobes à l’intérieur et les têtes hydrophiles à l’extérieur. Les bicouches sont des sortes de feuillets épais de deux molécules. Leur agencement est stabilisé par des interactions de Van der Waals les têtes hydrophiles forment des ponts hydrogènes avec l’eau. Les doubles couches de phospholipides sont à la base de toutes membranes biologiques. On trouve sur ces membranes des protéines permettant le transport membranaire d’un coté à l’autre du feuillet. La subérine et la cutine Sont également des lipides complexes mais qui n’ont pas pour base le glycérol comme alcool. Ce sont des polymères en réseau. Elles assurent une imperméabilité ou la protection de nombreuses cellules et organes d’animaux et de végétaux. Elles sont très résistantes à l’hydrolyse en milieu alcalin. Les cires (comme pour les chaussures) sont des mélanges d’acides et d’alcanes à longues chaine de C qui permettent d’imperméabiliser 16  4.4 Les acides nucléiques a) Les nucléotides Sont les monomères des acides nucléiques, ils entrent dans la composition de coenzymes. Ils se composent d’une base azotée, d’un pentose (glucide) et d’un groupement phosphate. Toutes les cellules contiennent des nucléotides qui y exercent des fonctions essentielles. Par exemple : AMP, ADP et ATP pour le transfert d’énergie Bases azotées Sont au nombre de 5 et sont soit des purines, soit des pyrimidines. Les purines sont de molécules formées de 2 hétérocycles fusionnés comportant de l’azote Les pyrimidines n’ont qu’un seul hétérocycle (signifie qu’il n’y a pas que du carbone) Les noms des nucléosides proviennent de ces bases azotées et sont respectivement : adénosine, guanosine, thymidine, cytidine et uridine. Bien que les nucléotides présentent un caractère acide dû au phosphate, la présence d’azote confères aux bases des propriété basiques. Ces bases sont en même proportion au sein d’une même espèce et varie donc d’une espèce à l’autre Pentose Soit un désoxyribose, soit un ribose respectivement pour les monomères (A, T, C et G) de l’ADN et les monomères (A, U, C et G) de l’ARN. Ce sont donc bien 8 monomères différents puisque par exemple pour la même base azotée A, le pentose n’est pas le même dans l’ADN que de l’ARN Groupement phosphate Il peut y avoir un, deux ou trois groupement(s) phosphate sur chaque nucléotide. Par exemple pour A, cela donne adénosine mono, di et triphosphate (AMP, ADP et ATP) 17  b) Les polymères (ADN et ARN) acides nucléiques Les cellules reçoivent des instructions des acides (poly)nucléiques pour savoir quelles protéines elles doivent fabriquer et en quelle quantité. Les acides nucléiques ou polynucléotides sont des molécules qui stockent l’information et la transmettent. Les nucléotides se polymérise pour former des acides nucléiques dans lesquels les monomères sont reliés par une liaison covalente appelée phosphodiester (condensation). La chaine est donc formée de pentoses reliés par des phosphates L’ADN Dans l’ADN (acide désoxyribonucléique), le pentose est toujours le désoxyribose. Les deux chaines polynucléotidiques composant la double hélice de l’ADN sont associées par des ponts hydrogènes et non des liaisons covalentes (les deux chaines pourraient être considérées comme deux molécules distinctes). Les deux chaines sont inversées :5’ lié à 3’ A est toujours lié à T (donc en même quantité) et C est toujours lié à G (même conclusion) L’ARN Dans l’ARN (acide ribonucléique), le pentose est toujours le ribose. Et la thymine est remplacée par l’uracile. A, U, G et C peuvent être en quantité différentes puisque les molécules d’ARN sont des chaines polynucléotidiques simples. L’ARN à des fonctions diverses : Les ARN messagers (ARNm) : 5% de l’ARN total, ils sont généralement instables, leur renouvellement est rapide et ils sont traduit en protéines dans le cytosol Les ARN ribosomaux (ARNr) : 80% de l’ARN forment des ribosomes en compagnie de protéines et jouent un rôle essentiel dans l’initiation de la traduction des ARNm en protéines Les ARN de transfert (ARNt) : 5-15% de l’ARN, petites molécules (80-100 nucléotides). Ils adoptent en solution une structure 3D en forme de feuille de trèfle. Ils interviennent dans la synthèse des protéines en agissant comme intermédiaires entre l’ARNm et la chaine polypeptidique 18 Chapitre 3 : les cellules 1. Organisation minimale d’une cellule : Un cytosol limité par une membrane de nature lipidique Des ribosomes = granules riches en ARN synthétisant des protéines Noyau ou nucléoïde = région plus ou moins bien délimitée où l’on retrouve l’ADN La membrane représente plus qu’une simple limite entre 2 phases puisqu’elle est également un site d’échange actif et contrôlé entre le milieu interne et le milieu externe de la cellule. 2. Observations importantes La paroi n’est pas essentielle aux cellules vivantes. Elle manque à la plupart des cellules animales ainsi que chez certains procaryotes et protistes La présence d’un « vrai » noyau (eucaryon) chez les eucaryotes signifie une organisation plus élevée du cytoplasme. à Organites = ensemble de membranes internes non connectées qui définissent un nombre de compartiments à Les virus ne correspondent pas à cette définition très condensée de la matière vivante donnée plus haut. Ce sont des complexes pluri moléculaires composée d’un seul ADN ou d’ARN (jamais des 2 en même temps) logé dans leur capside. Ils sont incapables de grandir et doivent obligatoirement se servir d’autres cellules (pro ou eu). Ils introduisent leur molécule d’acide nucléique dans la cellule hôte dont les enzymes assurent la réplication. Ils ne peuvent s’attacher qu’à une ou quelques espèces hôtes La dimension des cellules est limitée puisque son volume augmente plus vite que sa surface. Pour parler d’un organisme pluricellulaire, il faut que les cellules communiquent, soit connectées et aient une activité coordonnée. 19 2.1 Cellule procaryote 2.2 Structure d’un protiste 20 2.3 Cellule animale 2.4 Cellule végétale 21 Chapitre 4 : environnement cellulaire immédiat 1. Chaque cellule est entourée d’une structure extracellulaire. La plupart des procaryotes, protistes, champignons et végétaux ont des cellules possédant une paroi (structure plus ou moins souple) qui est parfois très rigide et qui enveloppe le plasmalemme (= membrane cytoplasmique) Les cellules animales, elles n’ont généralement pas de paroi rigide mais baignent dans une matrice extracellulaire (plus ou moins visqueuse) Dans les 2 cas, la paroi ou la matrice extracellulaire à une importance capitale dans le fonctionnement cellulaire. Chez les êtres vivants pluricellulaires, les structures extracellulaires peuvent représenter une part importante de l’organisme. 1.1 Chez les procaryotes La plupart des procaryotes possèdent une paroi et il en existe divers types. Peptidoglycane : Les eubactéries : elle comprend, entre autres un énorme polymère appelé peptidoglycane (qui résulte de la condensation de 2 monosaccharides dérivés et de divers acides aminés à Pas forcément les AA retrouvables dans les protéines) Les archébactéries : est de nature chimique très différente (protéine et polysaccharide mais pas de peptidoglycane) La composition et l’architecture de la paroi des procaryotes est un critère utile pour les trier. à Les eubactéries sont soit gram + (le peptidoglycane forme un épais réseau complexe autour de la cellule), soit gram – (fin peptidoglycane entre les 2 couches lipidiques) cette différence peut être observée par la coloration de gram 1.2 Chez les protistes Étant donné que ce groupe est très hétérotrophe, leur paroi est grandement variable d’un individu à l’autre. De nombreux protistes sont même dépourvus de paroi 22  1.3 Chez les animaux N’ont en général pas de paroi mais une matrice extracellulaire souple (qui est à mettre en liens avec la mobilité caractéristique de nombreux animaux) à Cependant, elle peut se durcir grâce à l’intervention de minéraux (os, dents, coquilles) ou de chitine (squelette externe des arthropodes) a) Une phase structurée (PS) Cette PS baigne dans la PA (comme des barres de métal dans du béton liquide = béton armé). Le collagène Protéine de structure, c’est la plus grosse et abondante du milieu. Elle se forme par l’assemblage de 3 chaines polypeptidiques (1000 AA chacune) en tropocollagène dans le RER qui s’assemblent en fibrilles qui s’agencent à leur tour en fibre de collagène. Ces fibres en assemblage 3D forment le cartilage Permet à la matrice de rester souple tout en s’opposant à son étirement L’élastine Protéine de structure facilement étirable. Ces fibres sont attachées entre elles par des liaisons covalentes. Ces protéines sont riches en domaines hydrophobes, c’est pourquoi lorsqu’elles sont étirées dans la matrice extracellulaire riche en eau, elles tendent à « cacher » ces domaines en se repliant sur elles-mêmes. Elles récupèrent toujours leur forme de base La synthèse de ces molécules diminue avec l’âge La fibronectine Protéine d’adhésion, elle permet le contact entre tous les éléments extra-cellulaires et l’intérieur de la cellule. Elle possède divers domaines d’adhésion pour tous les ¹ éléments Elles sont reliées entre elle par des ponts disulfures Elles permettent la survie de la cellule par le contact int/ext 23  b) Une phase amorphe (PA) C’est un gel hydraté de polysaccharides : les protéoglycanes. Composé d’une protéine filamenteuse (comme un tronc) et de glycosaminoglycanes (GACs) qui sont des polysaccharides (feuilles). Les GACs sont composés d’hexoses modifiés porteurs de fonctions acides (-COOH) qui lui conférent une charge négative. De nombreux protéoglycanes peuvent s’assembler sur une grande protéine pour former de l’acide hyaluronique (formant un arbre avec des branches) en suivant le même schéma de formation. Ces protéoglycanes se lient grâce à la fibronectine au cytosquelette. Elles ont une grande capacité à garder l’eau et les ions (gels) à environnement riche en eau, résistant à la compression de la matrice c) Conclusion Le collagène, des protéoglycanes et une protéine d’adhésion (lamine) forment la lame basale sur laquelle se lient un très grand nombre de cellules. La matrice extracellulaire est dynamique et un grand nombre d’autres molécules y circulent et régulent le fonctionnement cellulaire Vue d’ensemble : 24  1.4 Chez les végétaux C’est ici une vraie paroi qui est composé d’un ensemble de dépôts successifs a) La lamelle mitoyenne Une série de vésicule de sécrétion (contenant des pectines) capables de former un gel hydraté et synthétisées dans l’appareil de golgi fusionnent, formant une fine lamelle mitoyenne entre les 2 nouvelles cellules. Elle est entourée de part et d’autre d’une membrane plasmique b) Paroi primaire Chacune des cellules filles dépose ensuite par exocytose un mélange de pectines, de protéines et d’hémicellulose et synthétise de la cellulose grâce à des cellulose synthase (enzymes) localisées dans la membrane cytoplasmique. à Cet ensemble forme la paroi primaire constituée de 3 feuillets Une phase structurée Composée de cellulose, polysaccharide de structure qui est un polymère de glucose (aldose). La cellule est constitué de b-glucose liés en C1 et C4. Chaque molécule opère une rotation de 180° pour se lier à la suivante (liaison glycosidique). Les molécules de cellulose sont rattachées par des ponts hydrogènes très nombreux, qui donnent naissance à des cristallites (structures très solides et résistantes) Lors de la croissance de la cellule, ces fibres sont disposées de manière // afin que de nouvelles puissent se glisser entre chacune. Puis petit à petit de manière oblique à l’axe d’élongation de manière à stopper la croissance Une phase amorphe L’hémicellulose : qui est un polymère ramifié de glucose b-1,4 avec un degré de polymérisation = 50. Il permet la solidité de la paroi. L’hémicellulose se lie (par ponts hydrogène) à la cellulose assure le lien entre les microfibrilles de cellulose Les pectines : constitué de polysaccharides de galactose dérivé (hexose) lié en b-1,4 et de rhamnose (hexose aussi) a-1,2 qui provoquent des changements de direction de la chaine. Des pectines neutres (chaines latérales de pentose) sont liées aux rhamnoses. Ces pectines forment un gel mou et plastique L’extensine : glycoprotéines formant un réseau 3D dans la paroi. Sorte de colle qui augmente la solidité de la paroi tout en assurant sa souplesse. 25  c) Paroi secondaire (optionnelle) Constituée par l’accumulation de cellulose et d’hémicellulose de manière oblique à l’axe d’étirement. Cette accumulation permet un épaississement de la paroi et peut s’opérer dans divers sens à Cette paroi a donc un aspect stratifié D’autres composants peuvent s’y ajouter et lui donner des caractéristiques nouvelles : - De la lignine : donne une grande rigidité (bois) - Subérine, cutine, cire : substances lipidiques qui imperméabilisent (liège) - Sporopollénine : grande résistance aux agents étrangers d) Rôles Soutien et rigidité Limitation des échanges entre cellule : empêche la diffusion de molécule de masse moléculaire trop importante Stockage de molécules de signalisation : relâchées localement durant le développement Protection mécanique : relâchement de signaux lors d’attaques par des insectes Protection chimique e) Espaces intercellulaires Des méats (espaces intercellulaires triangulaires) peuvent apparaitre sous l’effet de la turgescence (gonflement de la cellule en arrondissant les angles). Plus les cellules se gonflent, plus ces méats grandissent et se rejoignent formant alors des lacunes Ces lacunes sont abondantes dans les tissus où se réalise une circulation importante de gaz ou dans les tissus destinés à recevoir le produit de sécrétions cellulaires 26  1.5 Chez les champignons La paroi cellulaire des champignons est moins bien connue. Une de ses caractéristiques est la variabilité dans la nature des polymères qui la composent entre les différents groupes de champignons. Cependant, elle contient toujours de la chitine. Sauf pour les spores, il n’y a pas de paroi secondaire. La façon dont tous ces différents éléments sont agencés les uns par rapport aux autres est encore mal connue. a) Phase structurée La chitine à Microfibrilles représentant 1 à 60% de la paroi cellulaire. C’est un polysaccharide dont le monomère est le N-acétylglucosamine (glucose modifié). Les liaisons sont de type b-1,4. b) Phase amorphe Les polysaccharides à Les autres polysaccharides (¹ chitine) ont des monomères très variable (souvent des dérivés d’hexoses) et des liaisons différentes Les glycoprotéines à Sont également très diverses et lient de façon covalente la chitine aux autres polysaccharides. De nombreuses enzymes sont également présentes en relation avec le mode de synthèse de la paroi. c) Les hyphes Ce sont des longs filaments (souvent souterrains). Leur croissance est en pointe (apicale) et provient de la fusion de vésicule intracellulaire avec la membrane cytoplasmique (plasmalemme). C’est vésicule sont soit : - Des microvésicules contenant de la chitine synthase libérée lors de la fusion - Des macro-vésicules contenant des glycoprotéines, les monomères constitutifs de la paroi et des enzymes. Ces hyphes ne sont pas seulement des tubes allongés (une seule cellule) puisque des septa (cloison transversale) se forment également. La composition des septas est surement semblable à celle des parois de la cellule et est toujours percée par un pore permettant la communication entre les cellules (qui sont en fait une seule grande cellule communiquant par ces pores) à Le mycélium est une masse d’hyphes interconnectés 27 Chapitre 5 : jonctions et communication intercellulaire Les cellules ne sont pas indépendantes dans les organismes pluricellulaires. Elles fonctionnent ensemble avec des jonctions leur permettant d’adhérer entres elles (adhésion), permettant également d’empêcher le passage de molécule dans les espace intercellulaires (étanchéité). Ces jonctions peuvent aussi simplement limiter le passage de ces molécules. 1. Diversité des jonctions 1.1 Chez les animaux Des jonctions assurent l’occlusion, l’ancrage et la communication - Les jonctions serrées assurent l’étanchéité (occlusion). Ce sont des chaines serrées de protéines du plasmalemme étroitement liées à des chaines semblables sur les cellules voisines. Les cellules voisines sont étroitement colées voir fusionnée à Ce qui empêche les molécules de voyager entre ces cellules. (Tissus épithéliaux) - Les desmosomes assurent l’ancrage. Constitué de 2 sortes de protéines : des protéines d’attachement qui connectent la jonction avec le cytosquelette et des protéines transmembranaires de liaison qui sont fixées du coté interne aux protéines intracellulaires d’attachement et du coté externe aux protéines transmembranaires des cellules voisines. § Les desmosomes en ceinture forment un cercle autour de la cellule et son rattaché au cytosquelette parallèle à la membrane. Les filaments de cytosquelette sont capables de bouger et de déformer la cellule tout en assurant son ancrage § Les desmosomes en disque ont la forme de petits disques et permettent un ancrage fort de la cellule (nbr dans les tissus soumis à des efforts mécaniques) ils sont rattachés à des filaments de cytosquelette ^ ou // au plasmalemme et relie les disques ensembles. - Les jonctions communicantes (ou lacunaire) sont des canaux qui permettent la continuité du cytosol entre 2 cellules. Elles sont formées de 6 protéines identique formant un canal. La cellule peut réguler l’ouverture du canal. Des molécules de. M < 1500 peuvent passer. 28