Biologie Cellulaire - Deuxième Partie - Automne 2024

Biologie cellulaire 101-SN1-SA Deuxième partie Chapitres 8 à 12 Enseignant: Carlos Dulcey Collège International Sainte-Anne Automne 2024 Chapitre 8 Introduction au métabolisme 101-SN1-SA Biologie cellulaire Automne 2024 Créé par C. Dulcey Plan de cours 8.1 Le métaboli...

Biologie cellulaire 101-SN1-SA Deuxième partie Chapitres 8 à 12 Enseignant: Carlos Dulcey Collège International Sainte-Anne Automne 2024 Chapitre 8 Introduction au métabolisme 101-SN1-SA Biologie cellulaire Automne 2024 Créé par C. Dulcey Plan de cours 8.1 Le métabolisme d’un organisme transforme la matière et l’énergie selon les principes de la thermodynamique. L’organisation de la chimie de la vie en voies métaboliques 8.2 Les variations de l’énergie libre dans une réaction indiquent si la réaction a lieu spontanément Les réactions exergoniques et endergoniques dans le métabolisme 8.3. L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactions exergoniques aux réactions endergoniques. La structure et l’hydrolyse de l’ATP Comment l’hydrolyse de l’ATP produit du travail 8.4. Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. La barrière de l’énergie d’activation Les enzymes et l’énergie libre d’activation La spécificité des enzymes par leurs substrats La catalyse dans le site actif d’une enzyme La vitesse enzymatique Les effets des conditions locales sur l’activité d’une enzyme : température et pH 8.5. La régulation de l’activité enzymatique contribue à la régulation du métabolisme. Cofacteurs, coenzymes et inhibiteurs 8.1 Le métabolisme d’un organisme transforme la matière et l’énergie selon les principes de la thermodynamique Le métabolisme correspond à l’ensemble des réactions biochimiques d’un organisme. Anabolisme: Ensemble de réactions de synthèse. Des molécules complexes sont fabriquées à partir de molécules simples. Ces réactions consomment de l’énergie. Ex: la synthèse de protéines. Catabolisme: Ensemble de réactions de dégradation. Les molécules complexes sont transformées en molécules simples. Ex: Ces réactions libèrent de l’énergie. Ex. la dégradation du glucose, la dégradation des L’organisation acides gras. de la chimie de la vie en voies métaboliques Voie métabolique: Ensemble d’étapes au cours desquelles une même molécule est modifiée jusqu’à l’obtention d’un produit donné. Chaque étape est effectuée par une enzyme spécifique. Ex : Glycolyse et 8.1 Le métabolisme d’un organisme transforme la matière et l’énergie selon les principes de la thermodynamique Les réactions exergoniques et endergoniques dans le métabolisme L’énergie est la capacité de causer un changement. L’énergie nous permet de produire un travail. Énergie chimique: (1) Les molécules emmagasinent de l’énergie grâce à la disposition des électrons dans les liaisons entre les atomes. (2) L’énergie chimique est l’énergie associée aux liaisons entre les atomes constituant les molécules. Cette énergie peut être libérée au cours d’une réaction chimique. 8.2 Les variations de l’énergie libre dans une réaction indiquent si la réaction a lieu spontanément. Les réactions exergoniques et endergoniques dans le métabolisme Réaction exergonique: Une réaction qui libère de G représente la quantité d’énergie l’énergie. utilisable dans une substance. ∆G = GProduits – Gréactifs Si ∆G < 0 alors la réaction est exergonique. Les réactions exergoniques peuvent se produire spontanément (ça ne veut pas dire ni immédiatement, ni rapidement). C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ∆G = - 2870 KJ/mol 8.2 Les variations de l’énergie libre dans une réaction indiquent si la réaction a lieu spontanément. Les réactions exergoniques et endergoniques dans le métabolisme Réaction endergonique: Une réaction qui nécessite un apport d’énergie pour pouvoir se réaliser. ∆G = GProduits – Gréactifs Glucose + P → Glucose-6-P ∆G°’ = + 13,8 KJ/mol Les réactions endergoniques ne se produisent pas spontanément. 8.3 L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactions exergoniques aux réactions endergoniques. La structure et l’hydrolyse de l’ATP L’ATP n’est pas une réserve d’énergie dans la cellule. Il est constamment fabriqué et consommé dans le métabolisme cellulaire. Une cellule musculaire utilise 10 millions de molécules d’ATP/seconde. Les cellules doivent donc régénérer de l’ATP constamment pour ne pas manquer d’énergie pendant le 8.3 L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactions exergoniques aux réactions endergoniques. Comment l’hydrolyse de l’ATP produit (1) du travail Ce phosphate est transféré à une molécule des réactifs, ce qui produit un intermédiaire phosphorylé plus réactif favorisant la transformation de cette molécule. Couplage chimio- chimique.  Comment l’hydrolyse de l’ATP produit du travail 8.3 L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactions exergoniques aux réactions endergoniques. Comment l’hydrolyse de l’ATP produit du (2) Cetravail phosphate est transféré à une protéine (phosphorylation), ce qui induit un changement de la conformation de celle-ci qui est nécessaire pour effectuer une activité catalytique ou un travail. (3) L’hydrolyse de l’ATP fixé à une protéine induit un changement de conformation de celle-ci qui est nécessaire pour effectuer un travail. Ex : Kinésine (protéine motrice) transporteur de vésicules dans la cellule, la kinésine marche littéralement sur les microtubules. 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. ∆G = -29,3 KJ/mol Réaction exergonique, donc spontanée, mais ça peut prendre des années…. !!!! Pourquoi ce processus est si lent? Dans la nature les molécules doivent absorber assez R d’énergie pour augmenter leur vitesse de déplacement, ce qui favorisera la collision moléculaire provoquant la P rupture et la formation de nouvelles liaisons. 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions … Laréactions Les barrière exergoniques de l’énergie d’activation nécessitent d’une énergie initiale (énergie d’activation EA). (1) L’EA c’est l’énergie nécessaire pour induire la rupture des liaisons des molécules ce qui permettra la formation de nouvelles liaisons. (2) L’EA c’est l’énergie nécessaire pour amener les réactifs à un état de transition; état dans lequel les réactifs ont accumulé assez L d’énergie ’énergie pour rompe d’activation des liaisonsune représente et créer d’autres barrière liaisons. qui détermine la vitesse de la réaction. ***Qu’est-ce passerait-il si les réactions exergoniques des biomolécules avaient lieu sans avoir besoin d’une énergie d’activation? 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. Les enzymes et l’énergie d’activation Enzyme : Une enzyme c’est une protéine qui a le potentiel d’abaisser l’énergie d’activation ce qui accélère la vitesse des réactions biochimiques (catalyseur biologique), ainsi la vitesse d’une réaction peut augmenter jusqu’à 1012 fois. 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. La spécificité des enzymes par leurs substrats Les enzymes possèdent une spécificité de substrat. Une enzyme peut reconnaitre son substrat même parmi des composés très La forme et la similaires. composition du site actif (poche Déterminants de la spécificité : catalytique) *Conformation tridimensionnel Complexe enzyme- permettent la substrat (E-S) unique reconnaissance du *Le site catalytique n’est pas Interactions E-S substrat covalentes et non- rigide, mais dynamique covalentes *Ajustement induit par le substrat 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. La catalyse dans le site actif *Dans les réactions où interviennent deux ou plusieurs réactifs, le site actif d’une enzyme sert de gabarit, ce qui aides les substrats à se rapprocher l’un de l’autre et à adopter une orientation qui leur permet *Le sited’entrer en réaction. actif étire les molécules de réactifs ou exerce une pression sur celles-ci, pour qu’elle s’approchent de la forme correspondant à leur état de transition où a lieu la déformation des liaisons chimiques et leur rupture. 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. La catalyse dans le site actif *Le site actif peut fournir un microenvironnement plus propice à un type de particulier de réaction. Par exemple, un environnement polaire, non polaire ou acide. *Le site actif peut participer directement dans la réaction chimique en créant des liaisons covalentes de courte durée (transitoires) avec le substrat. Lorsque la réaction est terminée, le site actif revient à l’état initial. 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. La vitesse enzymatique La vitesse de conversion d’un substrat en Concentration de produit par une quantité spécifique d’enzyme produit en unités arbitraires dépend de la concentration du substrat : plus À partir du il y a de molécules de substrat, plus elles substrat A occupent les sites actifs des enzymes. À partir du Mais si on augmente la quantité de substrat substrat B graduellement, à un moment donné cette concentration sera suffisamment élevée pour que tous les sites actifs soient occupés. On Concentration de substrat en unités dit alors que l’enzyme est saturée. arbitraires Comment peut-on déterminer la spécificité d’une enzyme parmi plusieurs substrats ? En fonction de la vitesse avec laquelle une enzyme transforme un substrat. Plus la vitesse de transformation d’un substrat donné est rapide parmi d’autres substrats, plus l’enzyme possède une spécificité pour ce substrat. 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. Les effets Chaque enzyme de possède des conditions la température sur la optimales vitesse de pH et température favorisant la forme la plus active. enzymatique La vitesse de la réaction enzymatique peut augmenter avec la température jusqu’à un certain point: (1) en partie parce que les substrats entrent plus fréquemment dans le site actif lorsque les molécules se déplacent plus vite. (2) l’agitation thermique de la protéine favorise aussi l’interaction avec son Cependant, au-delà d’une substrat. certaine température la vitesse de réaction chute brusquement car l’agitation thermique des acides aminés provoque que les liaisons qui stabilisent la forme active de la protéine se rompent (liaisons H, ioniques, etc). Quelle serait la conséquence du point de vue structurale? 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. Les effets du pH sur la vitesse enzymatique À différents pH, l’état d’ionisation des chaînes latérales de certains acides aminés affecte les interactions intermoléculaires dans une protéine et cela peut induire des changements de conformation. À un certain pH, la conformation d’une protéine sera optimale pour sa fonction et la protéine montrera une activité catalytique maximale. Si le pH du milieu change, la conformation de la protéine changera aussi et cela pourra affecter l’activité catalytique de l’enzyme. D’autres facteurs influant sur l’activité d’une enzyme sont la polarité du milieu et la force ionique du milieu (concentration de sels). 8.4 Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques en abaissant les barrières énergétiques. Cofacteurs, coenzymes et inhibiteurs enzymatiques Un cofacteur est une molécule inorganique (Zinc, Fer, Magnésium, Calcium, etc) qui lie une enzyme et est nécessaire pour l’activité de celle-ci ou allostérique Une coenzyme est une molécule organique autre qu’une protéine (Ex: Coenzyme A, la plus part des vitamines) qui lie une Un enzymeinhibiteur enzymatique et est nécessaire est une pour l’activité de molécule celle-ci. qui peut se lier à une enzyme et bloquer son activité. Ex : des pesticides, antibiotiques, toxines, drogues, médicaments, et des métabolites cellulaires. 8.5 La régulation de l’activité enzymatique contribue à la régulation du métabolisme. Activation et inhibition allostérique La cellule doit harmoniser des milliers des réactions biochimiques à chaque instant et cela se fait, en partie, par le mécanisme d’activation et inactivation enzymatique. Au niveau des systèmes, ce mécanisme est très répandu. Par exemple, certaines enzymes sont sécrétées sous forme inactive et activés au besoin. Par exemple, Liaison la pepsine:dans coopérative La l’estomac. coopérativité est un mécanisme d’activation allostérique dans lequel une molécule de substrat (plutôt qu’une molécule activatrice) lie un des sites actifs de l’enzyme sur une des sous-unités, l’ajustement induit déclenche un ajustement dans tous les autres sites actifs. En d’autres termes, la présence d’une molécule de substrat fait en sorte que l’enzyme accepte plus facilement d’autres molécules de substrat. 8.5 La régulation de l’activité enzymatique contribue à la régulation du métabolisme. La rétro-inhibition L’activation et la rétro-inhibition allostérique exercent un contrôle optimal des différentes voies métaboliques cellulaires. La rétro-inhibition est le principal mécanisme de la régulation métabolique. Elle peut être compétitive ou non compétitive. La rétro-inhibition consiste à ralentir ou à fermer une voie métabolique grâce à l’intervention de son produit final, qui inhibe une enzyme de cette voie. Voyons l’exemple de la voie de synthèse de J’intègre mes apprentissages. 1. Parmi les énoncés suivants concernant le métabolisme dans son ensemble, lequel est vrai pour tous les organismes? a) Le métabolisme dépend d’un approvisionnement constant en énergie fourni par les aliments. b) Le métabolisme dépend de l’hydratation adéquate de l'organisme. c) Le métabolisme utilise toutes les ressources de l'organisme. d) Le métabolisme correspond à l’ensemble des réactions de transformation de 2. Parmi les dans l’énergie énoncés suivants concernant l’ensemble des réactions exergoniques, lequel un organisme. est e) Levrai? métabolisme gère l’augmentation d’entropie dans l'organisme. a) L'énergie totale des produits est supérieure à celle des réactifs. b) Les réactions s’accompagnent d’un dégagement net d’énergie libre. c) Les réactions sont unidirectionnelles : tous les réactifs sont transformés en produits, mais aucun produit n’est transformé en réactifs. d) Pour se dérouler, les réactions nécessitent un apport énergétique net de l’environnement. e) Les réactions sont rapides. 3. Parmi les processus métaboliques suivants, lequel peut se produire sans un apport d’énergie provenant d’un autre processus ? a. ADP + P → ATP + H2O b. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O c. 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 J’intègre mes apprentissages. Réactions endergoniques 4. La molécule la plus directement impliquée dans le transfert d'énergie à l'intérieur des cellules est: a. l'ATP. b. l’O2. c. le ∆G. d. le CO2. e. le Énergie glucose. 5. Pourquoi l’ATP est-il une molécule importante dans le métabolisme? a. Son hydrolyse fournit un apport d’énergie libre pour les réactions exergoniques. b. Il fournit un couplage d’énergie entre les réactions ATP ADP + P exergoniques et les réactions endergoniques. c. Son groupement phosphate terminal contient une liaison covalente forte qui libère de l’énergie libre quand elle est hydrolysée. d. Sa liaison phosphate terminale est plus énergétique que 6. Parmi les énoncés suivants concernant les enzymes, lequel est vrai? les deux autres. Énergie a) Les enzymes augmentent la vitesse des réactions en rendant la e. C’est un des quatre éléments constitutifs pour la réaction plus exergonique. synthèse de l’ADN. b) Les enzymes augmentent la vitesse des réactions en abaissant la Réactions barrière d’énergie d’activation. exergoniques c) Les enzymes augmentent la vitesse des réactions en diminuant la vitesse des réactions inverses. d) La vitesse des réactions catalysées par les enzymes ne tiennent pas compte de la concentration des substrats. J’intègre mes apprentissages. 7. Qu'est-ce qui explique le mieux la 9. Quand vous avez une forte fièvre, quelle spécificité des enzymes pour les conséquence grave cette élévation de la substrats? température peut-elle entraîner si elle a) Il y a une compatibilité entre le site n’est pas contrôlée? actif d'une enzyme et la molécule du a) La destruction de la structure primaire de substrat. vos enzymes. b) La taille des molécules et des sites b) La modification de la structure tertiaire de actifs varie; seules les molécules vos enzymes. ayant la bonne taille peuvent c) La suppression des acides aminés dans les s'emboîter dans un site donné. sites actifs de vos enzymes. c) Une enzyme peut transformer un d) La liaison de vos enzymes à des substrats substrat spécifique plus rapidement inappropriés. parmi d’autres molécules similaires. d) Les enzymes qui catalysent des 10. Certaines bactéries ont un métabolisme réactions spécifiques s'agglomèrent actif dans les sources hydrothermales : autour d’un substrat. e) Parce qu’elles sont capables de maintenir une température interne plus basse que 8. Si une enzyme voit sa structure celle de l’eau environnante. tertiaire modifiée, : f) Parce que leurs enzymes possèdent des e) le produit de la réaction sera une températures optimales élevées. molécule différente. g) Parce que leurs enzymes sont f) la spécificité de l’enzyme peut complètement insensibles aux variations J’intègre mes apprentissages. 11. Avant la pénicilline (isolée en 1941), il y a eu Prontosil, un médicament introduit près de dix ans avant, pour le traitement des infections bactériennes. On peut dire que Prontosil a été littéralement le premier «médicament miracle.» Le Prontosil inhibe l’activité de la dihydroptérase synthase en se liant dans son site actif. La dihydroptérase synthase une enzyme impliquée dans la voie métabolique de synthèse de l’acide folique (Vitamine B9) chez les bactéries. La vitamine B9 est une coenzyme nécessaire à Quel type d’inhibition la synthèse des acidesexerce le Prontosil nucléiques et donc sur à lala dihydroptérase vie de certainessynthase? bactéries. J’intègre mes apprentissages. 12. Une chercheuse a élaboré un test visant à mesurer l’activité d’une importante enzyme présente dans des cellules hépatiques cultivées en laboratoire. Elle a ajouté un substrat spécifique dans l’échantillon de cellules, puis elle a mesuré l’apparition des produits de la réaction. Après avoir reporté les résultats sur un graphique, en inscrivant la quantité de produits sur l’axe des y et le temps sur l’axe des x, elle a remarqué que la courbe se divisait en quatre parties. Associez les explications proposées sur les événements moléculaires qui se produisent à chaque stade de cette ___réaction. Comme il y a suffisamment de substrat, la réaction se déroule à sa vitesse optimale. ___ Le substrat s’épuise et la vitesse de la réaction ralentit (la pente de la courbe est moins prononcée). ___ La courbe est complètement plate parce qu’il ne reste plus de nouveau substrat, de sorte qu’aucun nouveau produit n’apparaît. ___ Les molécules de substrat pénètrent dans les cellules, de sorte qu’aucun produit ne s’est encore J’intègre mes apprentissages. 13. Mentionnez 2 différences entre anabolisme et catabolisme. 14. Qu’est-ce que ∆G? 15. Pourquoi une réaction spontanée ne se produit ni immédiatement ni rapidement dans la nature? Chapitre 9 La respiration cellulaire et la fermentation 101-SN1-SA Biologie cellulaire Automne 2024 Créé par C. Dulcey  Plan de cours 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Les voies cataboliques et la production d’ATP Les réactions d’oxydoréduction Le transfert d’électrons par l’entremise du NAD+ Les étapes de la respiration cellulaire aérobie : aperçu 9.2 La glycolyse libère de l’énergie chimique en oxydant le glucose en pyruvate. Glycolyse : phase de l’investissement d’énergie Glycolyse : phase de la libération d’énergie 9.3. Le cycle de l’acide citrique achève l’oxydation des molécules organiques. La conversion du pyruvate en acétyl-CoA Le cycle de l’acide citrique 9.4. Phosphorylation oxydative. Bilan de la production d’ATP par la respiration cellulaire 9.5. La fermentation permet à certaines cellules de produire de l’ATP en l’absence de dioxygène. Les types de fermentation L’importance de la glycolyse dans l’évolution 9.6. La glycolyse est le cycle de l’acide citrique sont liés à des nombreuses autres voies métaboliques. 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. On a vu dans le chapitre précédent … ۞ Les composés organiques possèdent une énergie potentielle qui résulte de la disposition des électrons dans les lisions entre les atomes. ۞ Les composés qui participent dans les réactions organiques libèrent de l’énergie, ils peuvent donc agir comme combustibles. ۞ À l’aide des enzymes, la cellule dégrade des molécules organiques complexes, riches en énergie potentielle et les transforme en produits résiduels plus simples et renfermant moins d’énergie. ۞ Une partie de l’énergie tirée des réactions exergoniques sert à accomplir un travail et le reste se dissipe sous forme de chaleur. 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Les voies cataboliques et la production d’ATP Le catabolisme est lié au travail cellulaire par un intermédiaire chimique, l’ATP. La respiration cellulaire est l'ensemble des processus du métabolisme cellulaire qui permettent le transfert de l'énergie chimique contenue dans les nutriments versAnaérobi ATP. La respiration cellulaire peut-être : Fermenta Aérobie e tion Le récepteur final d’e- est Le récepteur Le récepteur final une molécule inorganique final d’e- est d’e- est une tels que le sulfate SO42–, le l’oxygène molécule organique nitrate NO3–, ou encore comme le pyruvate le soufre S. Utilise une Utilise une N’utilise pas une chaîne de chaîne de chaîne de transport d’e- transport d’e- transport d’e- Eucaryotes et Eucaryotes et quelques Quelques procaryotes quelques procaryotes procaryotes 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Les réactions d’oxydoréduction Comment les voies métaboliques fournissent-elles de l’énergie? Grâce au transfert d’électrons qui survient pendant les réactions chimiques. Les principes d’oxydoréduction: Transfert total ou partiel d’électrons (e-) d’une molécule à une autre. Les e- perdent leur énergie potentielle lorsqu’ils passent d’un atome faiblement électronégatif vers un atome plus électronégatif. Est oxydé (perd un e-) Perte totale ou partielle d’e- : oxydation Gaine totale ou partielle d’e : réduction - Xe- + Y → X+ + Ye- Le donneur d’électron, Xe- est l’agent réducteur. Est réduit (gagne un e-) L’accepteur d’électron, Y est l’agent oxydant. 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Les réactions d’oxydoréduction Les e- perdent leur énergie potentielle lorsqu’ils passent d’un atome faiblement électronégatif vers un atome plus électronégatif. 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Les réactions d’oxydoréduction Est oxydé L’oxydation du glucose dans les cellules C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + implique une série d’étapes de transfert Énergie d’électrons. Est réduit L’énergie libérée est emmagasinée sous forme d’ATP 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Le transfert d’électrons par l’entremise du NAD+ Les e- perdent très peu de leur énergie potentielle quand les hydrogénases les transfèrent vers le NAD+. Le niveau énergétique de ces e- reste élevé. 9.1 Les voies cataboliques génèrent de l’énergie en oxydant des molécules organiques. Les étapes de la respiration cellulaire aérobie : aperçu L’extraction d’énergie du glucose par la respiration cellulaire suppose trois stades métaboliques : 1. La glycolyse, 2. Le cycle de l’acide citrique ou cycle de Krebs, 3. La phosphorylation oxydative : transport d’électrons et chimiosmose *Chez les procaryotes, tous les processus se déroulent dans le cytosol et la membrane plasmique. 9.2 La glycolyse libère de l’énergie chimique en oxydant le glucose en pyruvate. 9.2 La glycolyse libère de l’énergie chimique en oxydant le glucose en pyruvate. Obtention d’ATP par phosphorylation au niveau du substrat : Transfert direct d’un groupe phosphate sur l’ADP à partir d’une molécule phosphorylée. Faites le bilan de production d’ATP et de NADH de la glycolyse. 9.3 Le cycle de l’acide citrique achève l’oxydation des molécules organiques. La conversion du pyruvate en acétyl-CoA Pyruvate déshydrogénase 9.3 Le cycle de l’acide citrique achève l’oxydation des molécules Le cycle de l’acide citrique organiques.  9.4 Phosphorylation oxydative https://www.youtube.com/watch?v=JCFnyYw8lSI https://www.youtube.com/watch?v=rdF3mnyS1p0 9.4 Phosphorylation oxydative Bilan de la production d’ATP par la respiration cellulaire Pourquoi il est important de régénérer le NAD+ et le FAD? 9.5 La fermentation permet à certaines cellules de produire de l’ATP en l’absence de dioxygène. Les types de fermentation 9.5 La fermentation permet à certaines cellules de produire de l’ATP en l’absence de dioxygène. L’importance de la glycolyse dans l’évolution La glycolyse est commune à la respiration aérobie et à la fermentation. Les premiers procaryotes ont dû produire de l’ATP par fermentation car il y a 3,5 milliards d’années la concentration de dioxygène dans l’atmosphère était très faible. Il y a 2,7 milliards d’années les cyanobactéries ont commencé à produire du dioxygène en faisant la photosynthèse. La glycolyse est la voie métabolique la plus répandue, ce qui laisse croire qu’elle est apparue très tôt dans l’histoire de la vie. 9.6 La glycolyse est le cycle de l’acide citrique sont liés à des nombreuses autres voies métaboliques. La dégradation des triglycérides provenant La polyvalence du catabolisme des aliments ou du tissu adipeux libère du Les protéines peuvent glycérol et des acides servir aussi de gras. Le glycérol est combustibles pour la converti en PGAL, un respiration cellulaire. intermédiaire de la Elles doivent d’abord glycolyse. Les acides être dégradées en gras sont dégradés via acides aminés. Avant la bêta-oxydation, un d’entrer dans la processus cyclique qui a glycolyse ou le cycle de lieu dans la matrice l’acide citrique, les mitochondriale et que acides aminés doivent produit de l’acétyl-CoA. perdre le groupement Chaque cycle de la amine (désamination). bêta-oxydation produit un NADH et un FADH2. Selon l’acide organique résultant, il sera 1 g de triglycéride 9.6 La glycolyse est le cycle de l’acide citrique sont liés à des nombreuses autres voies métaboliques. La régulation de la respiration cellulaire par des mécanismes de rétro- inhibition La cellule ne gaspille pas d’énergie à produire une substance qu’il ne lui en faut. Ainsi, quand il manque de l’ATP, la respiration cellulaire s’accélère ou quand il y en a assez, la respiration cellulaire ralentit. Ce mécanisme de contrôle fonction par rétro-inhibition au niveau de la phosphofructokinase. 9.6 La glycolyse est le cycle de l’acide citrique sont liés à des nombreuses autres voies métaboliques. La phosphofructokinase est une enzyme allostérique. Elle possède un site actif qui reçoit l’ATP. Dans ce site elle hydrolyse l’ATP en ADP et en Pi, et lie le phosphate au fructose 6-phosphate. De plus, elle a des sites récepteurs destinés à des inhibiteurs et à des activateurs spécifiques. L’ATP l’inhibe, alors que l’AMP (l’adénosine monophosphate, un dérivé de l’ADP) l’active. L’ATP peut donc s’unir soit au site actif, soit au site de régulation allostérique. Donc, lorsque l’ATP s’accumule dans le cytosol, l’inhibition de la phosphofructokinase ralentit la glycolyse. Inversement, quand la cellule 9.6 La glycolyse est le cycle de l’acide citrique sont liés à des nombreuses autres voies métaboliques. Mais, d’où provient l’AMP en question ? La consommation d’APT dans la cellule produit de l’ADP + P. Lorsque qu’il y a peu d’ATP disponible dans le cytosol, l’ADP est utilisé par la adénylate kinase pour produire de l’ATP rapidement. Voyons la réaction : ADP + ADP → ATP + AMP L’AMP devient le signal cellulaire d’un état faible en énergie. J’intègre mes apprentissages. 1. À l’aide de ce schéma, résumez les étapes de la respiration cellulaire aérobie à partir d’un glucide. Prenez soin d’indiquer : Dans les grandes boîtes rectangulaires Le nom de l’étape, le lieu (endroit précis où ça se produit) ou le nom de l’enzyme impliquée selon le cas. Dans les petites boîtes rectangulaires Les noms des molécules qui sont impliquées selon le cas. 2. Dans quelle des étapes présentées de la respiration cellulaire aérobie a lieu la plus grande production d’ATP ? 3. Pourquoi est-il important de régénérer le NAD+ et le FAD? J’intègre mes apprentissages. 4. Au cours de la première guerre mondiale, les Allemands avaient besoin de glycérol pour faire de la nitroglycérine (un composé explosif et hautement toxique). Pendant un moment, ils importèrent le glycérol, mais le blocus naval anglais empêcha de telles importations. Le scientifique allemand Carl Neuberg savait que de très faibles quantités de glycérol étaient produites pendant la fermentation alcoolique du sucre Il chercha par à Saccharomyces la levure développer unecerevisiae. fermentation qui serait modifiée de façon à faire produire par Glucose ATP les levures du glycérol au lieu de l’éthanol. ADP Normalement, l’acétaldéhyde est réduit en Glucose-6-P éthanol par l’alcool déshydrogénase et le ATP NADH, tel qu’il est montré dans la figure. ADP Fructose-1,6-P Neuberg découvrit qu’il est possible d’empêcher une réaction enzymatique clé qui permettrait d’augmenter la vitesse de la ❶ synthèse du glycérol. L’intuition de Neuberg DHAP GALP 2 ATP NADH NAD + s’avéra correcte et les brasseries allemandes ❹ ❷ D’après-vous, furent quelle converties réaction en fabriques enzymatique de glycérol. NAD+ NADH 2 ADP Neuberg a empêché pour augmenter la Glycérol-P Pyruvate production de glycérol chez la levure ? Choisissez une réaction parmi les 4 options ❸ Acétaldéhyde Éthanol présentées dans la figure et justifiez votre Glycérol NADH NAD+ réponse du point de vue métabolique. J’intègre mes apprentissages. 5. La source d’énergie qui alimente directement la synthèse de l’ATP par l’intermédiaire de l’ATP synthase pendant la phosphorylation oxydative est : a) l’oxydation du glucose et d’autres composés organiques. b) le flux endergonique des électrons dans la chaîne de transport d’électrons.? c) l’affinité du dioxygène pour les électrons. d) le gradient de concentration de H+ de part et d’autre de la membrane abritant l’ATP synthase. e) le transfert du phosphate à l’ADP. 6. Pour une molécule de glucose, quelle est la voie métabolique commune à la fermentation et à la respiration cellulaire aérobie ? a) Le cycle de l’acide citrique ou cycle de Krebs. b) La chaîne de transport d’électrons. c) La glycolyse. d) La synthèse de l’acétyl-CoA à partir du pyruvate. e) La réduction du pyruvate en lactate. 7. Dans les mitochondries, les réactions d’oxydoréduction exergoniques : a) sont une source d’énergie qui alimente la synthèse de l’ATP chez les Procaryotes. b) sont directement couplées à la phosphorylation au niveau du substrat. c) fournissent l’énergie nécessaire à l’établissement d’un gradient de H+. d) réduisent les atomes de carbone en dioxyde de carbone. e) sont couplées à des processus endergoniques par l’entremise de produits intermédiaires phosphorylés. J’intègre mes apprentissages. 8. Quel est le dernier accepteur d’électrons de la chaîne de transport d’électrons dans la phosphorylation oxydative aérobie ? a) L’oxygène. d) Le pyruvate. b) L’eau. e) L’ADP. c) Le NAD+. 9. Dans la réaction suivante, quel est l’agent oxydant ? Pyruvate + (NADH + H+) → Lactate + NAD+ a) L’oxygène. b) Le NADH. c) Le NAD+. d) Le lactate. e) Le pyruvate. 10. Lors du catabolisme aérobie, la plus grande partie du CO2 est libérée pendant : a) la glycolyse. b) le cycle de l’acide citrique. c) la fermentation lactique. d) le transport des électrons. e) la phosphorylation oxydative. J’intègre mes apprentissages. 11. Dans les années 1930, certains médecins prescrivaient à leurs patients de faibles doses d’une substance chimique appelée dinitrophénol (DNP) en vue de leur faire perdre du poids. Après le décès d’un certain nombre de personnes, cette pratique a été abandonnée. Le DNP découple les processus liés à la chimiosmose cellulaire et rend la membrane mitochondriale interne perméable aux H+. Expliquez comment cela a pu entraîner à la fois des pertes de poids et des décès. Chapitre 10 La photosynthèse 101-SN1-SA Biologie cellulaire Automne 2024 Créé par C. Dulcey Pédagogie active : La photosynthèse en folie Première partie : Préparez-vous à la maison (obligatoire) Lisez le chapitre 10. En équipes, préparez une affiche avec schéma didactique pour expliquer à vos collègues en classe le concept qui vous a été attribué : Équipe 1 : L’excitation de la chlorophylle Équipe 2 : Le transport non cyclique d’électrons Équipe 3 : Le transport cyclique d’électrons Équipe 4 : Comparaison de la chimiosmose dans le chloroplaste et dans les mitochondries Équipe 5 :Le cycle de Calvin Équipe 6 : La photorespiration Équipe 7 : Les plantes de type C4 Équipe 8 : Les plantes de type CAM Pédagogie active : La photosynthèse en folie Deuxième partie : En classe, présentez votre affiche. L’activité prendra seulement 1 heure au total. Évaluation : Votre enseignant évaluera votre équipe ainsi ( 3 points) : Qualité de la présentation et clarté des explications Capacité de l’affiche à faciliter la compréhension des concepts expliqués (clarté et pertinence des schémas) Capacité du présentateur à répondre aux questions posées par l’enseignant. Vos coéquipiers évalueront votre 11 La communicatio n cellulaire 101-SN1-SA Biologie cellulaire Automne 2024 Créé par C. Dulcey Plan de cours 11.1 Les signaux externes sont convertis en réponses à l’intérieur de la cellule. L’évolution de la communication cellulaire La communication à proximité et à distance Les trois phases de la communication cellulaire : aperçu 11.2 La réception : une molécule de signalisation se lie à un récepteur protéique et en modifie la forme. Les récepteurs situés dans la membrane plasmique Les récepteurs intracellulaires 11.3. La transduction : la cascade d’interactions moléculaires transmettent les signaux des récepteurs aux molécules cibles intracellulaires. Les voies de transduction La phosphorylation et la déphosphorylation des protéines Les petites molécules et les ions servant des seconds messagers L’AMP cyclique Les ions calcium et l’inositol triphosphate 11.4. La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Les réponses cytoplasmiques et nucléaires La cessation su signal 11.1 Les signaux externes sont convertis en réponses à l’intérieur de la cellule. L’évolution de la communication cellulaire Les mécanismes de communication cellulaire sont apparus chez des très anciens procaryotes et eucaryotes unicellulaires, puis ils ont été adoptés chez leurs descendants multicellulaires. Ex, la détection du quorum (quorum sensing) chez les bactéries. Transduction : Processus par lequel un signal est converti en réponse. Levure Saccharomyces cerevisiae 11.1 Les signaux externes sont convertis en réponses à l’intérieur de la cellule. La communication à proximité et à distance 11.1 Les signaux externes sont convertis en réponses à l’intérieur de la cellule. 11.1 Les signaux externes sont convertis en réponses à l’intérieur de la cellule. Les trois phases de la communication cellulaire : aperçu 1. Réception : La cellule cible détecte le signal externe (médiateur chimique) qui se lie à un récepteur protéique, situé à la surface ou à l’intérieur 2. de la :cellule. Transduction Le signal reçu déclenche l’activation d’un mécanisme capable de provoquer une ou plusieurs 3. Réponse réponses. : La cellule cible produit une ou plusieurs actions spécifiques. Par ex : la production d’enzymes ou des molécules de signalisation (phéromones, hormones) 11.2 La réception : une molécule de signalisation se lie à un récepteur protéique et en modifie la forme. Les récepteurs situés dans la membrane cellulaire La plupart des molécules de signalisation hydrosolubles se lient à des sites spécifiques sur des récepteurs membranaires qui traversent la membrane cytoplasmique. Les récepteurs couplés à une protéine G Les récepteurs à activité tyrosine kinase Les récepteurs couplés à un canal ionique. 11.2 La réception : une molécule de signalisation se lie à un récepteur protéique et en modifie la forme. Les récepteurs couplés à une protéine G 11.2 La réception : une molécule de signalisation se lie à un récepteur protéique et en modifie la forme. Les récepteurs à activité tyrosine Ce kinase sont des récepteurs enzymatiques à activité kinase : transfert d’un groupement phosphate. Un seul récepteur à activité tyrosine kinase peut simultanément activer 10 protéines intracellulaires différentes et déclencher autant des voies de transduction et de réponses cellulaires, ce qui aide la cellule à coordonner des nombreux aspects de la croissance et de la reproduction cellulaire. La distinction fondamentale entre 11.2 La réception : une molécule de signalisation se lie à un récepteur protéique et en modifie la forme. Les récepteurs couplés à un canal ionique Lorsqu’un ligand se lie à ce type de récepteur, le canal protéique s’ouvre ou se ferme de manière sélective pour faire pénétrer ou non des ions comme Na+, K+ ou Ca2+. Ces récepteurs jouent un rôle crucial dans le système nerveux permettant le 11.2 La réception : une molécule de signalisation se lie à un récepteur protéique et en modifie la forme. Les récepteurs intracellulaires Les récepteurs intracellulaires se trouvent dans le cytoplasme ou dans le noyau des cellules cibles. Les ligands doivent transverser la membrane cellulaire pour les atteindre. Ces ligands sont liposolubles comme les hormones stéroïdes, thyroïdiennes et la vitamine D, ou des petites molécules comme le monoxyde Souvent d’azote (NO). le récepteur intracellulaire est un facteur de transcription, c’est-à-dire une protéine nécessaire à l'initiation ou à la régulation de la transcription d’un gène spécifique. 11.3 La transduction : des cascades d’interactions moléculaires transmettent les signaux des récepteurs aux molécules cibles intracellulaires. Les voies de transduction 1. La phosphorylation et la déphosphorylation des protéines : Gardez à l’esprit que la molécule de signalisation ne kinases et phosphatases se déplace pas physiquement le long de la voie de transduction. Gardez à l’esprit que la molécule de signalisation ne se déplace pas physiquement le long de la voie de transduction. 11.3 La transduction : des cascades d’interactions moléculaires transmettent les signaux des récepteurs aux molécules cibles intracellulaires. 2. Les seconds messagers : l’AMP cyclique La PKA activée par l’AMPc phosphoryle d’autres protéines, dont la nature dépend de la cellule. Les protéines phosphorylées peuvent donc varier selon le type de cellule, de sorte que 11.3 La transduction : des cascades d’interactions moléculaires transmettent les signaux des récepteurs aux molécules cibles intracellulaires. 2. Les seconds messagers : l’AMP cyclique L’adénylate cyclasse peut être activité via un récepteur couplé à la protéine G ou via un récepteur à activité tyrosine kinase. L’AMPc est produit en grande quantité, ce qui permet d’amplifier le signal initial. Il est transformé rapidement par une AMPc phosphodiestérase en AMP. Ce dernier n’a aucun rôle comme messager.  Étude de cas Le cholera est une maladie causée par la bactérie Vibrio cholerae, une bactérie qui colonise les cellules épithéliales de l’intestin grêle (en y formant un biofilm). La toxine cholérique (CT) est constituée de deux sous-unités. La sous-unité B lie un récepteur spécifique sur la membrane des cellules épithéliales de l’intestin grêle, et la sous-unité A possède une fonction enzymatique spécifique qui agit intracellulaire. La sous-unité A modifie chimiquement la protéine GS et la rendre incapable d’hydrolyser le GTP en GDP, la protéine GS modifiée demeure active et stimule continuellement l’adénylate cyclase, qui ne cesse de produire de l’AMPc. L’AMPc active une protéine kinase, qui mène à la phosphorylation de protéines de transport ionique membranaires. Sous l’effet de ces concentrations élevées d’AMPc, les intestins se mettent à sécréter d’énormes quantités de sels qui entraînent l’eau par osmose, causant rapidement une diarrhée intense qui peut être mortelle si elle n’est pas traitée. Représentez graphiquement le mécanisme d’action de la CT. 11.3 La transduction : des cascades d’interactions moléculaires transmettent les signaux des récepteurs aux molécules cibles intracellulaires. 3. Les seconds messagers : l’ion Ca2+ La quantité de Ca2+ dans le sang et à l’extérieur des cellules est souvent 10.000 fois supérieure à celle du cytosol. Des pompes protéiques transportent activement les ions Ca2+ hors de la cellule, ou encore du cytosol au réticulum endoplasmique lisse (et, dans certaines conditions, aux mitochondries et aux chloroplastes). Par conséquent, la concentration de calcium dans le REL est habituellement bien supérieure à celle du cytosol. Comme le cytosol contient une faible concentration de Ca2+, une toute petite 3. Les seconds messagers : l’ion Ca2+ et l’inositol triphosphate Les ions Ca2+, l’IP3 et le DAG sont des seconds messagers dans beaucoup de voies de transduction. Dans cette figure, la transmission de l’information est amorcée par l’arrimage d’une molécule de signalisation sur un récepteur couplé à une protéine G. Un récepteur à activité tyrosine kinase (non illustré) peut également amorcer cette voie en activant la PIP 2 (Phosphatidylinositol phospholipase C. 4,5- diphosphate). IP3 (Inositol triphosphate) DAG (Diacylglycérol) 11.4 La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Les réponses cytoplasmiques et nucléaires À la fin de voie, la réponse peut avoir lieu dans le cytoplasme ou dans le noyau de la cellule. Régulation positive ou activation d’un gène menant à la synthèse d’une ou plusieurs protéines. Régulation négative ou désactivation d’un gène. L’ouverture d’un canal ionique dans la membrane plasmique. L’activation de protéines impliquées 11.4 La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Les réponses cytoplasmiques et nucléaires À la fin de voie, la réponse peut avoir lieu dans le cytoplasme ou dans le noyau de la cellule. Régulation positive ou activation d’un gène menant à la synthèse d’une ou plusieurs protéines. Régulation négative ou désactivation d’un gène. L’ouverture d’un canal ionique dans la membrane plasmique. L’activation de protéines impliquées 11.4 La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Le réglage fin de la réponse cellulaire 1. L’amplification du signal La cascade enzymatique et la production d’AMPc amplifie la réponse de la cellule à un signal. 11.4 La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Le réglage fin de la réponse cellulaire 2. La spécificité de la communication cellulaire et la coordination de la réponse La spécificité de la réponse est donnée par le type de cellule cible. Les différents types de cellules, selon leur spécialité, contiennent des récepteurs et/ou des protéines de 11.4 La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Le réglage fin de la réponse cellulaire 3. L’efficacité de la communication cellulaire : les protéines adaptatrices et les complexes de communication Les protéines adaptatrices forment des complexes qui maintiennent ensemble des protéines kinases, ce qui facilite l’interaction protéine-protéine et augmente la vitesse de la 11.4 La réponse : la communication cellulaire abouti à la régulation des fonctions cytoplasmiques ou de la transcription. Le réglage fin de la réponse cellulaire 4. La cessation du signal Pour que les cellules restent alertes et capables de répondre à des signaux, chaque modification moléculaire qui survient dans une voie de communication doit être brève. L’activité GTPase de la protéine G hydrolyse le GTP lié et de cette façon inactive la protéine G. La phosphodiestérase (PDE) transforme l’AMPc et AMP ce qui diminue la concentration cellulaire de ce second messager. Les protéines phosphatases inactivent les protéines kinases phosphorylées ainsi que d’autres protéines. 11.5 L’apoptose intègre des nombreuses voies de communication. Le mécanisme intégré du suicide cellulaire est essentiel au développement embryonnaire et à l’entretien des tissus de tous les Animaux. Le signal qui déclenche le mécanisme apoptotique peut provenir de l’extérieur (des cellules voisines) ou de l’intérieur : Du noyau : si l’ADN a subi une lésion irréparable. Du RE : S’il il a trop de protéines mal repliées. Si la cellule est infectée par un virus. Lors de l’apoptose, la cellule rétrécit et forme des lobes (appelées protubérances) 11.5 L’apoptose intègre des nombreuses voies de communication. Le mécanisme en cascade d’activation de l’apoptose chez le ver C. elegans. L Les principales protéines impliquées dans l’apoptose sont appelées caspases.  J’intègre les concepts ! 1. Quel type de récepteur modifie la 3. Les molécules de signalisation répartition des ions de part et d’autre liposolubles, comme la de la membrane quand une molécule testostérone, traversent les de signalisation s’y lie ? membranes cellulaires de toutes a) Les récepteurs à activité tyrosine kinase. les cellules ; pourtant, elles b) Les récepteurs couplés à une protéine G. n’exercent des effets que sur les c) Les dimères de tyrosine kinase cellules cibles. Pourquoi ? phosphorylés. a) Parce que seules les cellules cibles d) Les canaux ioniques à ouverture régulée contiennent les portions d’ADN par un ligand. nécessaires. e) Les récepteurs protéiques intracellulaires. b) Parce que les récepteurs intracellulaires de cette hormone 2. L’activation d’un récepteur à activité ne se trouvent que dans les tyrosine kinase se caractérise par : cellules cibles. f) une dimérisation et une phosphorylation. c) Parce que la plupart des cellules ne g) une dimérisation et la liaison d’IP3. possèdent pas de récepteurs à h) une cascade de phosphorylations. activité tyrosine kinase. i) l’hydrolyse de GTP. d) Parce que ce n’est que dans les j) un changement de forme du canal cellules cibles qu’elles amorcent la  J’intègre les concepts ! 4. La production d’AMPc est utile à la phase de 6. Quel mécanisme transduction du signal, car : cellulaire explique a) La production d’AMPc intervient dans la production de pourquoi les la diarrhée. hormones en général b) La production d’AMPc mène toujours à la même peuvent agir à des réponse cellulaire. doses très faibles? c) L’AMPc amplifie plusieurs fois le signal. d) L’AMPc renverse les effets des phosphatases. e) Le nombre de protéines auxquelles l’AMPc fait appel est petit et fixe. 5. Dans la voie suivante : adrénaline → récepteur couplé à une prot. G → prot. G → adénylate cyclase → AMPc, quel est le second messager ? a) La protéine G. b) Le GTP. c) L’adénylate cyclase. d) L’AMPc e) Le récepteur couplé à la protéine G  J’intègre les concepts ! 7. En fonction de la figure présentée: 1. Identifiez le ligand, le récepteur, les protéines intermédiaires, le cytosol, le facteur de transcription, le noyau, l’ADN et l’ARNm. 2. Identifiez le nom de chaque étape dans les 3 boîtes. 3. Dites quel type de transduction est montré dans la figure. 4. Le ligand est-il hydrophile ou hydrophobe? 5. Est-ce que l’adénylate cyclase a été sollicitée dans une de ces étapes? 6. Quel mécanisme permettrait la  J’intègre les concepts ! 8. L’adrénaline amorce une voie de transduction qui donne lieu à une production d’AMPc et qui aboutit à la dégradation du glycogène en glucose, une importante source d’énergie pour les cellules. Sachant que la caféine fonctionne comme inhibiteur des phosphodiestérases, concevez un modèle pour expliquer comment l’ingestion du café peut entraîner une vigilance accrue et de l’insomnie. 101-SN1-SA Biologie cellulaire Automne 2024 Créé par C. Dulcey Chapitre 12 Le cycle cellulaire  Plan de cours 12.1 La plupart des divisons cellulaires donnent des cellules filles génétiquement identiques. L’organisation cellulaire du matériel génétique La distribution des chromosomes pendant la division cellulaire eucaryote 12.2 La phase mitotique alterne avec l’interphase au cours du cycle cellulaire. Les phases du cycle cellulaire Le fuseau de division : une étude détaillée La cytocinèse : une étude détaillée 12.3. Un mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. Les signaux cytoplasmiques Le mécanisme de régulation du cycle cellulaire Les signaux internes et externes aux points de contrôle : des messages d’arrêt et de démarrage Les cellules tumorales échappent à la régulation du cycle cellulaire 12.1 La plupart des divisions cellulaires donnent des cellules filles génétiquement identiques. Chez les Eucaryotes comme chez les Procaryotes, la division cellulaire par mitose distribue un matériel génétique identique aux deux cellules filles. Une cellule en voie de division copie tous ces gènes, les réparti également à ses deux extrémités, puis se divise en deux cellules filles. Pourquoi les cellules se divisent-elles? Besoin de croissance et Besoin de réparation des Besoin de régénération de développent de tissus lésés cellules sanguines et l’organisme immunitaires 12.1 La plupart des divisions cellulaires donnent des cellules filles génétiquement identiques. L’organisation cellulaire du Cellule procaryote matériel génétique Tandis que le génome (ensemble d’ADN) des Procaryotes est constitué d’une seule molécule d’ADN, chez les Eucaryotes se compose de plusieurs longues molécules. L’ensemble des molécules d’ADN d’une cellule humaine mesure environ 2 m, soit 250.000 fois le diamètre d’une cellule. Le génome est souvent constitué d’un seul chromosome circulaire. Tout ce matériel doit être répliqué (copié), et chaque copie obtenue doit être distribuée de façon que chaque cellule reçoive un génome complet. 12.1 La plupart des divisions cellulaires donnent des cellules filles génétiquement identiques. L’organisation cellulaire du matériel La chromatine génétique et le chromosome sont les deux types de structures condensées des molécules d’ADN autour de protéines spécifiques dans le noyau des cellules Eucaryotes. ADN Protéines d’emballage et de protection de l’ADN  Des différences ? Chromosome Chromatine Corresponde à la structure la plus La chromatine est condensée 50 fois par rapport à la condensé de l’ADN avec des protéines double hélice normale d’ADN. (condensé 10 000 fois par rapport à la double hélice normale d’ADN). La chromatine forme des fibres minces et longues compactées dans le volume limité du noyau. Les chromosomes forment des structures compactes en forme de ruban. La chromatine permet la réplication de l’ADN et l’expression des gènes. Les chromosomes ne montrent aucune activité métabolique. La chromatine permet l’intégration facile de l’ADN dans le noyau. Les chromosomes assurent la séparation du matériel génétique doublé pendant la division cellulaire. Les cellules somatiques de l’humain (toutes les cellules de l’organisme sauf les cellules reproductrices) possèdent 46 chromosomes, et les cellules reproductrices matures (spermatozoïdes et ovocytes) un seul jeu de 23. L’organisation cellulaire du matériel génétique Dans les cellules somatiques, chaque chromosome a un homologue provenant d’un de deux parents. La formule chromosomique de l’Homme dans les cellules somatiques est: 2n = 46 La lettre n indique le nombre de chromosomes dans une cellule sans homologues, c’est-à-dire le nombre de chromosomes qui sont apportés par chaque parent. Chez le chat on trouve 19 pairs de chromosomes, chez le chien 39 pairs et chez le chimpanzé 24 pairs. L’organisation cellulaire du matériel génétique Les cellules reproductrices matures possèdent 23 chromosomes chez l’humain. Les chromosomes n’ont pas d’homologue chez les cellules reproductrices (spermatozoïde/ovocyte). La formule chromosomique de l’Homme dans les cellules reproductrices est: n = 23 ou 12.1 La plupart des divisions cellulaires donnent des cellules filles génétiquement identiques. Centromère bras p La distribution des bras q chromosomes pendant la Chromosome division cellulaire simple Avant la division cellulaire, chaque chromosome ressemble une fine fibre de Réplication chromatine. Suite à la réplication de l’ADN, chaque fibre de chromatine se condense en se repliant sur elle-même de manière très Chromosome Chromatides sœurs serrée. Les chromosomes dédoublé (copie exacte du chromosome initial) deviennent visibles au microscope photonique. La séparation des chromatides sœurs produit deux chromosomes identiques 12.2 La phase mitotique alterne avec l’interphase au cours du cycle cellulaire. Les phases du cycle cellulaire Le cycle cellulaire est le Croissance processus correspondant à la vie d’une cellule, depuis sa formation par division de la Croissance cellule mère jusqu’à sa propre Réplication de l’ADN division en deux cellules filles. génomique Croissance  Cycle cellulaire Interphase Phase M (Phase la plus longue, représente 90% de la durée du cycle) Mitose Cytocinèse G1 S G2 Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase Croissance Production des organites Réplication des chromosomes seulement en phase S. Mitose: Ensemble d’étapes qui mènent à la division du noyau. Phase G0: Phase dans laquelle la cellule ne déclenche pas de cycles de division cellulaire. Cette phase est observée dans les cellules qui ne se divisent pas ou rarement. 12.2 La phase mitotique alterne avec l’interphase au cours du cycle cellulaire. Centrosome Le fuseau de division : une étude détaillée Centrioles Plusieurs évènements de la mitose reposent sur une structure appelée fuseau de division, qui commence à se former dans le cytoplasme pendant la prophase. Le fuseau de division commence dans le centrosome. Centrosome: Organite formé de microtubules de tubuline. Son rôle est d’organiser les microtubules pendant le cycle cellulaire. Le centrosome n’est pas essentiel à la formation du fuseau de division (absents chez la cellule végétale). 12.2 La phase mitotique alterne avec l’interphase au cours du cycle cellulaire. Phase G2 Réplication du Prophase et Le fuseau de division : une centrosome prométaphase étude détaillée Le centrosome se réplique en phase G2 et restent à côté du noyau. Pendant la prophase et la prométaphase, les deux centrosomes s’éloignent un de l’autre. C’est à partir des deux Les deux Les centrosomes se centrosomes qui commence à se centrosomes restent déplacent vers les pôles de à côté du noyau. la cellule. former le fuseau de division. Le fuseau de division : une étude détaillée Le fuseau de division permet la séparation des chromatides sœurs. Microtubule kinétochorien Microtubules Chromatide polaires Ils font allonger la cellule entière dans l’axe polaire. Kinétochore Complexe de protéines qui permettent d’attacher le microtubule à la chromatide au niveau du centromère et permettent la séparation des chromatides sœurs.  Phase M Le fuseau de division : une étude détaillée Mitose Cytocinèse G2 Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase Réplication 1. La chromatine 1. Les chromosomes 1. Les chromosomes 1. Les chromatides du condense continuent à s’alignent sur la sœurs se séparent centrosome. davantage formant condenser. plaque équatoriale. et se dirigent vers des chromosomes. les pôles opposés 2. Le membrane 2. Les centrosomes de la cellule traînées 2. La membrane nucléaire achève se trouvent dans les par les microtubules. nucléaire sa fragmentation. pôles de la cellule. commence à fragmenter 1. Deux nouveaux noyaux se 3. Toutes les 3. Certains forment dans les pôles. chromatides se 3. Le fuseau de microtubules lient 2. La chromatine se forme. trouvent liées aux division se forme. des chromatides. 3. Le fuseau disparait. microtubules.  Phase M La cytocinèse : une étude détaillée Mitose Cytocinèse Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase Cytocinèse: Division du cytoplasme permettant la formation de deux cellules. Dans les cellules animales a lieu la formation d’un sillon de division: Sur le plan équatorial apparait un anneaux contractile formé de microfilaments (actine) associés avec de molécules de myosine.  Phase M La cytocinèse : une étude détaillée Mitose Cytocinèse Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase Cytocinèse: Division du cytoplasme permettant la formation de deux cellules. Dans les cellules végétales a lieu la formation d’une plaque cellulaire: Des vésicules provenant de l’appareil de Golgi fusionnent sur le plan équatorial. Ces vésicules contiennent tous les éléments nécessaires pour former une membrane plasmique. La paroi cellulaire se forme ensuite.  J’intègre les concepts ! Associez les énoncés avec les images appropriées : Les chromatides sœurs se séparent et se dirigent vers les pôles opposés de la cellule traînées par les ❶ microtubules du fuseau de division. Les chromosomes s’alignent sur le plan équatorial. Les centrosomes se trouvent dans les pôles de la cellule. ❷ Toutes les chromatides se trouvent liées aux microtubules. ❸ La chromatine condense davantage formant des chromosomes. Membrane nucléaire commence à fragmenter. Le fuseau de division se forme. ❹ Réplication du centrosome. Croissance cellulaire. ❺ Réplication de l’ADN génomique. Croissance cellulaire. ❻ Deux nouveaux noyaux se forment dans les pôles. La chromatine se forme. Le fuseau disparait. Les chromosomes continuent à condenser. La membrane nucléaire achève sa fragmentation. Certains ❼ microtubules lient des chromatides. G2 Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase  J’intègre les concepts ! 1. Nommez les deux rôles de fuseau de division: 2. La vinblastine est un médicament d’usage courant en chimiothérapie contre le cancer. Comme elle perturbe l’assemblage des microtubules et bloque la mitose en métaphase, sont effet s’explique vraisemblablement par: a. Une altération de la myosine et une altération de la formation du sillon de division. b. Une inhibition de la synthèse d’ADN. c. Une inhibition de la réplication du centrosome. d. Une inhibition du transport vésiculaire. e. Une altération du fuseau de division pendant sa formation. 3. Lequel de ces événements ne se produit pas pendant la mitose: a. La condensation des chromosomes. b. La réplication de l’ADN génomique. c. La séparation des chromatides sœurs. d. La formation du fuseau de division. e. La séparation des centrosomes. 4. Une cellule somatique de chimpanzé contient 48 chromosomes, après la division cellulaire combien de chromosomes aura chaque cellule fille? 12.3 Le mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. Chez l’humain adulte, 25 millions de cellules se divisent chaque seconde. Les signaux cytoplasmiques Le cycle cellulaire serait plutôt régi par des signaux chimiques présentes dans le cytoplasme. Le mécanisme de régulation du cycle cellulaire Le cycle cellulaire est régulé par des mécanismes internes et externes à des points de contrôle bien précis. Un point de contrôle représente un moment critique où un signal dicte l’arrêt ou la poursuite du cycle. 12.3 Le mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. Le mécanisme de régulation du cycle cellulaire Point de contrôle G : 1 Situé vers la fin de la phase G1. Appelé point de restriction. C’est le moment de détection de toute anomalie : ADN mal répliqué, taille de la cellule insuffisante, absence de facteurs chimiques essentiels, etc. Lorsque l’ADN est endommagé, la protéine p53 peut déclencher la réparation ou enclencher l’autodestruction de la cellule (apoptose). Si la cellule reçoit le signal de 12.3 Le mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. L’horloge du cycle cellulaire : les cyclines et les kinases cycline- dépendantes Les fluctuations cycliques de la quantité de molécules régulatrices du cycle cellulaire contrôlent la vitesse de progression des phases. Les kinases sont des enzymes qui ajoutent un groupement phosphate à d’autres protéines ou enzymes (phosphorylation). Les cyclines sont des enzymes synthétisées de façon cyclique dans le cycle cellulaire. Elles sont synthétisées en phase S et G2. Elles sont dégradées en phase M. Kinase cycline-dépendante (cdk) : Complexe 12.3 Le mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. Les signaux internes et externes aux points de contrôle : des messages d’arrêt et de démarrage. Facteur de croissance : Ce sont des protéines libérées par certaines cellules afin de stimuler la division d’autres cellules. Ex. Le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF). 12.3 Le mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. Les signaux internes et externes aux points de contrôle : des messages d’arrêt et de démarrage. Inhibition de contact : Phénomène dans lequel les cellules entassées les unes sur les autres arrêtent de se diviser même en présence de facteurs de croissance. La liaison d’une protéine de surface avec sa contrepartie sur une autre cellule adjacente transmet aux deux cellules un message inhibiteur qui les empêche de se diviser. Le point d’ancrage : Les mécanismes de régulation du cycle cellulaire reçoivent le message d’ancrage à la matrice extra cellulaire grâce à des voies qui font l’intervention de protéines membranaires et des éléments du cytosquelette. 12.3 Le mécanisme de régulation moléculaire gouverne le cycle cellulaire des Eucaryotes. Les cellules tumorales échappent à la régulation du cycle cellulaire. Les cellules tumorales se divisent d’une manière excessive et anarchique, et elles envahissent d’autres tissus. Si on ne les détruit pas, elles peuvent tuer l’organisme. Les cellules tumorales continuent à se diviser même quand les facteurs de croissance sont épuisés. Elles continuent à se diviser indéfiniment si elles reçoivent des nutriments. Ex : Cellules HeLa depuis 1951 (Henrietta Lacks). Elles montrent des