Stage de prérentrée Biologie cellulaire PDF

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2024-2025 Stage de prérentrée Polycopié de cours et de QCM Biologie cellulaire Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 1  2024-2025 SEANCE 1 CHAPITRE 1 INTRODUCTION A LA BIOLOGIE CELLULAIRE I. Généralités 1. On définit la cellule comme. In vitro, une cellule peut vivre isolée et se reproduire. Les cellules possèdent une unité : De plan : toutes les cellules ont globalement la même organisation De fonction : le métabolisme est globalement le même dans toutes les cellules De composition : les macromolécules sont globalement constituées des mêmes petites molécules Il existe une grande disparité entre les différents types cellulaires. 2. Deux types principaux de cellules vivantes : les procaryotes et les eucaryotes Les cellules procaryotes sont représentées par les bactéries. Ce sont les organismes les plus simples trouvés dans l'environnement naturel. Les cellules eucaryotes sont des cellules plus complexes que les cellules procaryotes. Les organismes type sont : Les protozoaires : organismes unicellulaires Les champignons : organismes pluricellulaires Les végétaux et animaux : organismes pluricellulaires A l'inverse des bactéries, les cellules eucaryotes se développent principalement en organismes pluricellulaires à l'exception des protistes et notamment des protozoaires. II. Les cellules procaryotes 1. Organisation et composition Les bactéries sont des cellules sphériques ou en forme de bâtonnet mesurant quelques microns. Elles sont entourées d'une paroi cellulaire résistante recouverte, sur la face interne, d'une membrane plasmique. Le cytoplasme ne comporte aucune structure interne organisée. Il renferme des protéines, des petites molécules, de l'ADN et de l'ARN. L'ADN est circulaire et il est lié à la membrane plasmique. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 2  2024-2025 2. Fonctionnement Les bactéries se multiplient rapidement en se divisant en deux par scissiparité. Le métabolisme des bactéries peut être aérobie ou anaérobie selon que l'oxygène est nécessaire (aérobie) ou non (anaérobie) à la transformation des aliments en ATP qui constitue une réserve d'énergie directement utilisable par toutes les cellules. La synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme et est effectuée par des ribosomes libres ou par des ribosomes associés sous forme de polyribosomes s sont transcrites, avant la fin de la synthèse. III. Les cellules eucaryotes 1. Structure générale Les cellules eucaryotes sont des cellules beaucoup plus grandes que les cellules procaryotes. Elles mesurent généralement entre 10 et 100 µm. Les cellules eucaryotes sont limitées par une membrane plasmique et possèdent un noyau limité par une double couche membranaire. L Le noyau contient la plus grande partie de l'ADN cellulaire qui est sous la forme de longs brins associés à des protéines et empaquetés pour former des chromosomes. Le cytoplasme est le lieu de la plupart des réactions métaboliques de la cellule eucaryote. Il contient : Des protéines Des ARN messagers De nombreux organites qui correspondent à des compartiments limités par une membrane et ayant une structure, une composition moléculaire et une fonction particulières. Ils occupent la moitié du volume cellulaire total. Le cytosol correspond au cytoplasme moins les organites. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 3  2024-2025 Le cytosquelette correspond au squelette interne des cellules eucaryotes. Il permet notamment de donner sa forme à la cellule et est impliqué dans le. Le 3 types de filaments : Microtubules Filaments intermédiaires 2. Description des organites cellulaires Mitochondries : elles ont un rôle essentiel dans la (adénosine tri-phosphate) par L'existence des mitochondries est une caractéristique des cellules eucaryotes métabolisme aérobie de toutes les cellules eucaryotes. Réticulum endoplasmique : espace labyrinthique ayant un rôle dans la synthèse des protéines et des lipides membranaires. Appareil de Golgi : empilement de vacuoles ou sacs aplatis empilés les uns sur les autres, principalement impliqué dans la glycosylation des protéines et le trafic intracellulaire des protéines. Lysosomes : ils ont un rôle dans la dégradation enzymatique des composants cellulaires et des molécules ingérées par la cellule. Le noyau, les endosomes et les peroxysomes eucaryotes. 3. ADN nucléaire L'ADN stocke l'information génétique qui détermine la structure des protéines cellulaires. La synthèse des protéines, ou traduction, a lieu dans le cytoplasme -à-dire en dehors du noyau, donc l'information génétique doit sortir du noyau par une molécule particulière appelée l'ARN messager. transcription et a lieu dans le noyau. La traduction est réalisée par des ribosomes libres, par des ribosomes situés sur la paroi externe du réticulum endoplasmique, ou par des ribosomes situés au niveau de la membrane du noyau. pour la vie de la cellule, des systèmes cassure enchevêtrement : enveloppe nucléaire intracellulaires Les histones Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 4  2024-2025 4. Division cellulaire Elle comprend : Une phase G1 de croissance cellulaire Une phase S (= synthèse) de duplication des chromosomes Une phase G2 de croissance cellulaire Une phase M où la cellule mère se scinde en deux cellules filles. La mitose correspond à la division du noyau et la cytokinésie correspond à la division du cytoplasme. IV. Origine des cellules eucaryotes Il semblerait que es organismes vivants dériverait d'une seule cellule primitive née il y a quelques milliards d'années. Cette cellule correspond à un procaryote ancestral à l'origine des procaryotes actuels et des cellules eucaryotes. Les mitochondries dériveraient des bactéries. En effet, elles présentent de nombreuses similitudes avec les procaryotes : Taille et une forme Division par scissiparité Présence d comme les bactéries aérobies les cellules eucaryotes seraient des descendants d'organismes primitifs anaérobies ayant survécu dans un monde devenu riche en oxygène par intégration de bactéries aérobies est plus que probable. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 5  2024-2025 Question n°1 Parmi les propositions suivantes concernant les cellules, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. Les cellules procaryotes sont représentées par les végétaux B. Les cellules procaryotes comportent un cytosquelette C. Dans les D. La présence de mitochondries dans le cytoplasme est une caractéristique des cellules eucaryotes E. Dans les cellules eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau Question n°2 Parmi les propositions suivantes concernant les cellules eucaryotes et procaryotes, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. Les bactéries sont des cellules eucaryotes B. C. Les ribosomes des cellules eucaryotes sont des organites D. Le cytoplasme, moins les organites et le noyau, définit le cytosol E. Question n°3 Parmi les propositions suivantes concernant les cellules eucaryotes, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. Sur le schéma, A désigne le noyau. B. Sur le schéma, B désigne un péroxysome. C. Sur le schéma, C désigne la membrane plasmique. D. Sur le schéma, D E. Cette cellule a un métabolisme aérobie. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 6  2024-2025 CHAPITRE 2 MEMBRANE PLASMIQUE I. Caractéristiques communes aux membranes biologiques Toutes les membranes biologiques, y compris la membrane plasmique et les membranes internes des cellules eucaryotes, ont une structure générale commune. 1. Bicouches lipidiques a. Définition Les lipides sont organisés en double couche fluide pour permettre le maintien de la structure cellulaire par rapport aux deux milieux liquidiens qui la bordent. Chez les eucaryotes, la membrane plasmique est en continuité transitoire avec le système endomembranaire. b. Organisation moléculaire de la bicouche lipidique. Dans un milieu aqueux, des molécules lipidiques amphiphiles s'agrègent spontanément entre elles de manière à exposer leurs têtes hydrophiles vers l'eau et à enfouir leurs régions hydrophobes. Deux types de structures stabilisées principalement par des liaisons hydrogènes peuvent se former : Des micelles sphériques Des doubles couches capables de se referment pour former des vésicules ou liposomes. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 7  2024-2025 Du fait de leur structure grossièrement cylindrique, les phospholipides et les glycolipides membranaires forment spontanément des bicouches lipidiques qui se referment sur elles-mêmes. Leur distribution est asymétrique entre les monocouches externe et interne des membranes plasmiques : Les phospholipides riches en choline sont principalement situés dans la monocouche externe. La phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylsérine sont essentiellement situées dans la monocouche interne, aussi appelée monocouche cytosolique. Les glycolipides sont situés uniquement dans la monocouche externe. c. Composition hétérogène mitochondrie montre que leurs constituants lipidiques sont très différents alors que ces membranes répondent toutes aux mêmes propriétés. 2. Présence de macromolécules de nature protéique ou glycoprotéique Les protéines assurent la plupart des fonctions spécifiques des membranes, notamment celles de la membrane plasmique. Elles sont essentielles aux échanges avec le milieu extérieur et représentent en moyenne 50 % de la masse de la membrane plasmique. II. Fonctions majeures de la membrane plasmique La membrane plasmique sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire. Outre cette fonction physique de barrière de protection : cellulaire et de la forme de la cellule Communication intercellulaire Adhérence des cellules Transport au travers de la cellule Motilité cellulaire Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 8  2024-2025 III. Composition chimique et organisation moléculaire des membranes plasmiques 1. Lipides membranaires a. Proportion importante Les lipides représentent environ 50% de la masse de la plupart des membranes des cellules animales. b. Différences de composition entre les membranes plasmiques procaryotes et eucaryotes Les membranes plasmiques des eucaryotes et des procaryotes contiennent essentiellement des phospholipides et des glycolipides. La membrane plasmique des eucaryotes contient également des molécules de stérol, notamment du cholestérol. c. Propriétés amphiphiles Les phospholipides, les glycolipides et le cholestérol sont trois types de molécules lipidiques amphiphiles. En effet, elles possèdent une extrémité hydrophile ou polaire et une extrémité hydrophobe ou apolaire. d. Les phospholipides Ils correspondent aux lipides membranaires les plus nombreux des membranes. La molécule type possède une extrémité polaire et de longueur variée (14 à 24 carbones). Chez les mammifères, il existe 5 phospholipides majeurs dans les membranes plasmiques : 4 phosphoglycérides ou glycérophospholipides : la phosphatidyléthanolamine, la phosphatidylcholine, la phosphatidylsérine et le phosphatidylinositol La sphingomyéline phosphorylcholine. Le céramide se forme à partir de la sphingosine par addition d'un acide gras. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 9  2024-2025 e. Les glycolipides Ils ne représentent généralement qu de l'ensemble des molécules lipidiques présentes dans les membranes. Leur structure générale est proche de celle des phospholipides. On distingue : Les glycolipides neutres tels que le galactocérébroside retrouvé en abondance dans les gaines de myéline. Les gangliosides surtout abondants dans la membrane plasmique des neurones. f. Le cholestérol Les membranes et notamment la membrane plasmique des cellules animales contiennent des quantités importantes de cholestérol. Sa structure comprend : Une tête polaire constituée d'un groupement hydroxyle Une région hydrophobe formée d'une structure cyclique prolongée par une courte queue hydrocarbonée Le cholestérol diminue la perméabilité de la double couche lipidique aux petites molécules hydrosolubles. g. Fluidité de la bicouche lipidique. La fluidité est une des propriétés physiques de la bicouche lipidique. En effet, les molécules lipidiques ont la capacité de diffuser latéralement à l'intérieur d'une même monocouche mais sont généralement incapable de passer d'une monocouche à l'autre, à l'exception du cholestérol. Ces molécules sont également animées de mouvements de rotation autour de leur grand axe. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 10  2024-2025 La fluidité de la membrane dépend de plusieurs facteurs : La longueur des chaînes hydrocarbonées : plus les chaînes sont courtes et plus la membrane est fluide Le nombre de doubles liaisons dans les chaînes : les doubles liaisons augmentent la fluidité en créant des coudes et en écartant les chaînes La quantité de cholestérol membranaire car le cholestérol diminue la fluidité de la membrane. La température h. Autres propriétés de la bicouche lipidique Les principales propriétés fonctionnelles de la bicouche lipidique sont : Elle représente un solvant pour les protéines membranaires. L'activité de certaines protéines enzymatiques nécessite l'interaction de l'enzyme avec certains phospholipides membranaires. Elle intervient dans la dans la cellule. Elle intervient dans le. Les glycoprotéines ont un rôle de récepteurs. 2. Protéines membranaires Les protéines membranaires sont de deux types : les protéines intrinsèques et les protéines extrinsèques. a. Les protéines intrinsèques les plus nombreuses et les plus solidement ancrées dans la membrane. Elles peuvent être de 4 types : Protéines transmembranaires Protéines entièrement localisées dans le cytosol Protéines entièrement exposées sur la face externe de la membrane plasmique Protéines insérées partiellement une hélice. Les protéines transmembranaires traversent une ou plusieurs fois la membrane et font saillie sur chacune des deux faces membranaires. majorité des protéines intrinsèques. Elles sont amphiphiles car elles possèdent une ou plusieurs régions hydrophobes généralement organisées en hélice correspondant aux passage(s) membranaire(s) qui interagissent avec les queues apolaires des molécules lipidiques ; et des régions hydrophiles qui interagissent avec l'eau présente des deux côtés de la membrane. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 11  2024-2025 Représentation protéine transmembranaire Les différentes régions hydrophiles d'une protéine transmembranaire n'ont pas les mêmes séquences d'acides aminés et leur orientation dans la membrane est telle qu'un domaine protéique particulier est toujours situé du même côté de la membrane. Les régions hydrophiles d'une même protéine ont donc des propriétés fonctionnelles différentes. La majorité des protéines transmembranaires sont des glycoprotéines car elles sont glycosylées, et leur le urs chaînes oligosaccharidiques sont toujours situées sur la face extracellulaire de la membrane plasmique. Les protéines entièrement localisées dans le cytosol sont liées à la monocouche interne de la membrane plasmique au moyen d'une liaison covalente établie soit avec un acide gras, soit avec des groupements prényl. Représentation schématique cytosolique Représentation schématique cytosolique Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 12  2024-2025 Les protéines entièrement exposées sur la face externe de la membrane plasmique sont liées à la monocouche externe de la membrane plasmique au moyen d'une liaison covalente établie avec un phosphatidylinositol. Représentation schématique extracellulaire b. Les protéines extrinsèques Elles représentent en moyenne un tiers de l'ensemble des protéines liées à la membrane plasmique. Elles sont faiblement fixées sur la surface interne ou la surface externe de la membrane plasmique au moyen de liaisons ioniques établies entre certains de leurs groupements chargés et des groupement ionisés situés sur des protéines intrinsèques de la membrane plasmique ou des phospholipides. Représentation schématique de 2 protéines extrinsèques c. Mobilité des protéines membranaires Elles ne basculent pas au travers de la bicouche lipidique, mais elles sont capables de tourner autour d'un axe perpendiculaire au plan de la double couche et de diffuser latéralement le long de la membrane. Ces mouvements ont été démontrés grâce à des expériences utilisant des cellules hybrides produites artificiellement en fusionnant des cellules de souris et des cellules humaines grâce au virus de Sendaï. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 13  2024-2025 IV. Transports membranaires des petites molécules 1. Au niveau des bicouches lipidiques artificielles Théoriquement, toute molécule peut diffuser dans le sens de son gradient de concentration à travers une bicouche lipidique. Cependant, on observe une variation de la vitesse de diffusion des molécules en fonction de leur taille, leur solubilité dans les graisses et de l'existence ou non d'une charge. Par exemple, l'eau diffuse rapidement à travers la bicouche lipidique car elle est de petite taille et es bicouches lipidiques sont imperméables à toutes les molécules chargées quelle que soit leur taille, y compris les ions. Représentation schématique de la perméabilité de la bicouche lipidique en fonction de la taille et la charge des molécules 2. Au niveau des membranes cellulaires Elles sont également perméables à l'eau et à toutes les molécules hydrophobes quelle que soit leur taille. Ces molécules pénètrent par diffusion passive. A la différence des bicouches lipidiques, les membranes cellulaires sont également perméables à diverses molécules polaires, de taille relativement importante, chargées ou non. Cette différence s'explique par l'existence de protéines spécialisées dans le transport transmembranaire dans les membranes plasmiques. Il existe deux classes de protéines de transport membranaire : Les protéines porteuses : elles se lient à un soluté spécifique et subissent un changement de conformation pour le faire passer d'un côté à l'autre de la membrane. Les canaux protéiques ou canaux ioniques : ils forment des pores aqueux au travers de la membrane et permettent à des ions spécifiques de traverser la membrane lorsqu'ils sont ouverts. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 14  2024-2025 Question n°4 Parmi les propositions suivantes concernant les membranes plasmiques des cellules eucaryotes, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) ? A. B. Elles contiennent des macromolécules de nature protéique ou glycoprotéique C. Elles sont asymétriques D. Elles sont en continuité transitoire avec le système endomembranaire E. La phosphatidylsérine est surtout localisée dans la monocouche externe de la membrane Question n°5 Parmi les propositions suivantes concernant la membrane plasmique, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. Les lipides membranaires sont amphiphiles B. La partie hydrophobe des lipides membranaires est enfouie dans la bicouche C. Le cholestérol augmente la fluidité de la membrane D. Les protéines membranaires traversent la membrane plasmique par leurs segments hydrophobes E. La bicouche lipidique permet la diffusion libre des ions Question n°6 Parmi les propositions suivantes concernant les lipides membranaires, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. Les membranes des cellules eucaryotes ne contiennent pas de cholestérol B. La sphingomyéline est un phospholipide C. Les glycolipides sont les constituants principaux des membranes plasmiques D. Les protéines extrinsèques sont ancrées directement dans la bicouche lipidique de la membrane E. Les lipides membranaires diffusent facilement de la couche interne à la couche externe des membranes plasmiques Question n°7. Parmi les propositions suivantes concernant les protéines membranaires, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. protéines membranaires B. Les segments « hydrophobes » des protéines transmembranaires sont situés à C. D. protéines membranaires à diffuser latéralement le long de la membrane E. Les protéines transmembranaires amphiphiles possèdent une ou plusieurs « régions hydrophobes » qui interagissent avec les queues apolaires des molécules lipidiques de la membrane. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 15  2024-2025 CHAPITRE 3 MITOCHONDRIE I. Description de la mitochondrie 1. Organite eucaryote Toutes les cellules eucaryotes possèdent environ 1000 à 2000 mitochondries chacune. structurale et moléculaire de la mitochondrie est identique chez tous les eucaryotes (animaux et végétaux). Les mitochondries ne font pas partie du système endomembranaire. es mitochondries sont absentes des cellules procaryotes. La principale fonction des mitochondries est de (adénosine triphosphate) par phosphorylation oxydative. 2. Structure de la mitochondrie Leur forme est variable mais généralement allongées ou cylindriques. Leur diamètre varie en moyenne de 0,5 à 1 µm. Représentation schématique de la structure générale d mitochondrie Les mitochondries sont délimitées par une spécifique constituée membrane externe et membrane interne. Il existe des zones entre ces deux membranes. Ces zones correspondent à des entre le cytosol et la mitochondrie. Les membranes interne et externe délimitent nt deux compartiments distincts : l'espace intermembranaire et la matrice mitochondriale. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 16  2024-2025 a. Membrane externe mitochondriale Elle est percée de pores aqueux laissant passer passivement , les sels et les molécules dont le poids moléculaire est inférieur ou égal à 10000 daltons ADP, le pyruvate, les acides gras ou encore le phosphate. La diffusion passive des composés au travers de ces pores se produit dans les deux sens : Les nutriments traversent la membrane externe de l'extérieur vers l'intérieur D dont celles impliquées dans la détoxification du cytoplasme sortent de la mitochondrie. appelée porine ou VDAC pour « voltage-dependent anion chanel ». b. Espace intermembranaire mitochondriale Sa composition ionique et moléculaire est très proche de celle du cytosol. Les spécificités de cet espace contient : Une concentration en protons H+ supérieure à celle de la matrice mitochondriale Du cytochrome C qui assure le transfert des électrons. c. Membrane interne mitochondriale Elle se caractérise par la formation de crêtes. Elles correspondent à de très nombreux replis qui se projettent à. La morphologie de ceces crêtes varie tel que le nombre et la surface importante. itochondrie observée au microscope électronique et identification des crêtes mitochondriales La cardiolipine est un phospholipide spécifique de la membrane interne car elle est absente de la membrane externe. Il contient 4 acides gras. La cardiolipine est présence en grande quantité dans la membrane interne car elle représente 20 à 80% des lipides présents. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 17  2024-2025 Les rôles de la cardiolipine sont multiples : Elle est impliquée dans la perméabilité aux protons de la membrane interne Elle accolement des membranes externe et interne Elle contribue à la structure quaternaire de différentes protéines de la membrane interne Différents transporteurs responsables des échanges de métabolites sont localisés dans la membrane interne des mitochondries : Les symports sont des « cotransporteurs » qui assurent le transport de deux ou plusieurs ions ou molécules différents dans le même sens Les antiports sont des « échangeurs » qui assurent le transport de deux ou plusieurs ions ou molécules différents en sens opposé Représentation schématique des symports (rectangles) et antiport (ovale) de la membrane interne de la mitochondrie Enfin, la membrane interne est le siège des 5 complexes de la chaîne respiratoire : La NADH deshydrogénase correspond au complexe I La succinate oxydoréductase correspond au complexe II La cytochrome b-c1 oxydoréductase correspond au complexe III La cytochrome c oxydase correspond au complexe IV ATP synthase correspond au complexe V tête F1 ATPase située dans la matrice mitochondriale transporteur de protons F0 inséré dans la membrane interne de la mitochondrie Espace intermembranaire Membrane interne Matrice mitochondriale Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 18  2024-2025 Ces 5 complexes servent à oxyder les coenzymes NADH et ubiquinone réduits au cours du cycle de Krebs. d. Matrice mitochondriale et génome mitochondrial La mitochondrie est un organite qui présente la particularité de posséder dans sa matrice son propre génome attaché à la membrane interne. L ADN mitochondrial est circulaire, double brin. Il existe entre 1 à 10 copies de cet ADN par mitochondrie chez les mammifères. La transmission de l'ADN mitochondrial est uniquement maternelle. Des différences fonctionnelles entre l'ADN mitochondrial nucléaire ont été mises en évidence : La réplication de l'ADN mitochondrial est médiée par une ADN polymérase spécifique. Elle est donc indépendante de celle de l'ADN nucléaire. L'ADN mitochondrial ne contient pas de séquences non codantes contrairement au génome nucléaire. La traduction des ARN messagers mitochondriaux nécessite un code génétique spécifique. Les spécificités sont : Il est composé de 16 500 paires de bases. Il code pour une quinzaine de protéines mitochondriales et 22 ARN de transfert impliqués dans la traduction des protéines codées dans le génome mitochondrial. Toutes les autres protéines mitochondrialales sont synthétisées dans le cytosol à partir des ARN messagers nucléaires, puis importées dans les mitochondries. La matrice des mitochondries possède des ribosomes synthèse des protéines codées par. II. Phosphorylation oxydative écanisme utilisant (O2) apporté par la respiration cellulaire pour oxyder des glucides et des lipides et s ant de la formation de gaz carbonique (CO2). Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 19  2024-2025 1. Au sein de la mitochondrie, les principales 1) F : soit à partir du glucose avec le pyruvate comme intermédiaire, soit à partir de lipides lors de la -oxydation 2) T dans le cycle de Krebs au sein de la matrice mitochondriale : 1 3 molécules de NADH et 1 molécule de FADH 3) Oxydation du NADH et du FADH : elle permet le et le 4) Association successive des électrons libérés à différents transporteurs : l des transporteurs pour les électrons est croissante et cette cascade permet de libére rer pour faciliter 2. La chaîne respiratoire Les 5 complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire permettent la migration des protons de depuis la pour protons ainsi accumulés retournent ensuite dans la matrice en Il faut environ 3 protons pour synthétiser 1 ATP. III. Autres fonctions de la mitochondrie 1. Mitochondries et ions calcium Il existe une coopération des mitochondries avec le réticulum endoplasmique et certaines protéines cytosoliques pour maintenir une concentration cytosolique faible en ions calcium Ca2+. En effet, les ions calcium peuvent diminuer la phosphorylation oxydative. 2. Mitochondries et mort cellulaire La mort cellulaire peut être : Physiologique : le mécanisme est appelé apoptose et ATP Accidentelle : le mécanisme est appelé nécrose et ne nécessite pas Il existe deux grandes voies apoptotiques : La voie extrinsèque ou physiologique à laquelle la mitochondrie participe peu La voie intrinsèque dans laquelle la mitochondrie joue un rôle essentiel. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 20  2024-2025 Question n°8. Parmi les propositions suivantes concernant la mitochondrie, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) ? A. B. La porine est une protéine de la matrice mitochondriale. C. Les antiports assurent le transport de métabolites dans le même sens. D. La cardiolipine est un phospholipide spécifique de la membrane interne mitochondriale. E. Question n°9. Parmi les propositions suivantes concernant le génome mitochondrial, lesquelles sont exactes ? A. B. C. D. E. Le code génétique utilisé pour la traduction des ARN messagers de la mitochondrie diffère de celui utilisé pour la traduction des ARN messagers nucléaires Question n°1010. Parmi les propositions suivantes concernant la mitochondrie, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. protéines B. ions calcium peut augmenter la phosphorylation oxydative C. D. transporteur de protons inséré dans la membrane interne de la mitochondrie E. intermembranaire vers la matrice Question n°11 11. Parmi les propositions suivantes concernant la phosphorylation oxydative, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. B. -oxydation C. CoA dans le cycle de Krebs produit du NADH et du FADH D. E. La chaîne respiratoire permet la création d électrons depuis la matrice mitochondriale vers Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 21  2024-2025 Question n°12 12. Parmi les propositions suivantes concernant le schéma présenté ci-dessous, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. B. Les protons qui circulent à travers ces complexes vont permettre de générer un gradient C. La molécule symbolisée par un Q sur le schéma est D. Le processus illustré par ce schéma est associé à la production de CO2 E. Le transporteur de protons du complexe V est inséré dans la membrane externe de la mitochondrie Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 22  2024-2025 SEANCE 2 CHAPITRE 4 NOYAU I. Noyau : centre organisateur de la cellule eucaryote Le noyau contient plus de 99% de l'ADN de la cellule à l'origine des informations qui gouvernent nt les fonctions cellulaires. Le noyau est absent de certaines cellules telles que les hématies et les plaquettes. qui regroupe les phase G1, S et G2 du cycle de division cellulaire. La a lieu au cours de la phase S. Le noyau disparaît au moment de la mitose. Cependant, l échanges nucléo-cytoplasmiques peuvent se poursuivre au tout début de la mitose, au cours de la II. Structure générale du noyau Représentation schématique délimité par 1. Enveloppe nucléaire membrane nucléaire interne membrane nucléaire externe. Ces deux membranes sont en continuité et concentriques, mais de composition protéique différente. interrompue au niveau des pore nucléaires. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 23  2024-2025 a. Membrane nucléaire interne Sa face nucléoplasmique contient des protéines transmembranaires qui servent de récepteurs pour les histones et les molécules de lamines. Les lamines A, B et C appartiennent à la classe des filaments intermédiaires. Ils constituent un treillis formant un réseau à mailles carrées, appelé lamina nucléaire qui tapisse la face interne de la membrane nucléaire interne. La lamina nucléaire donne sa forme et sa rigidité. Elle constitue un réseau dynamique au cours du cycle cellulaire : Réseau détruit rapidement en début de mitose. Réseau reconstitué à la fin de la mitose. b. Membrane nucléaire ex externe Elle est en continuité avec la membrane du réticulum endoplasmique. Elle met ainsi en contact et la lumière du réticulum endoplasmique Sa face cytosolique est parsemée de ribosomes participant à la synthèse des protéines transportées c. Pores nucléaires pores nucléaires où les membranes nucléaires interne et externe se rejoignent. Il existe environ 3000 à 4000 pores nucléaires dans une cellule de mammifère. La lamina nucléaire est interrompue au niveau des pores nucléaires. d. Nucléole Le nucléole est un sous-compartiment du noyau. limité par une membrane. -unités ribosomales. Sa taille varie en fonction de cellulaire : Il est de petite taille dans les cellules peu actives. Il peut occuper près de 25% du volume du noyau dans des cellules qui synthétisent des quantités importantes de protéines. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 24  2024-2025 III. 1. ADN chromosomique polymère de 4 nucléotides organisé en deux chaînes polynucléotidiques complémentaires et antiparallèles, enroulées en hélice. Les nucléotides sont arrangés selon une séquence ordonnée qui contient ADN chromosomique constitue le génome qui est fractionné en différents chromosomes dont le nombre varie selon les espèces. Les chromosomes humains contiennent de 50 106 à 250.10 50.10 106 paires de nucléotides en fonction de leur taille. a. Elle contient 6 milliards de paires de nucléotides, réparties dans 46 chromosomes différents : 44 autosomes 2 chromosomes sexuels XY Un caryotype correspond au tableau des 46 chromosomes mitotiques. Les cellules diploïdes possèdent deux copies de chaque autosome : 1 copie héritée du père 1 copie héritée de la mère Les individus mâles possèdent 1 chromosome Y provenant du père et 1 chromosome X provenant de la mère. Les es individus femelles possèdent 2 chromosomes X : est et est b. Les cellules haploïdes humaines sont les ovules et les spermatozoïdes. Elles contiennent 3 milliards de paires de nucléotides répartis sur 23 chromosomes. c. Différentes régions génomiques 50% du génome contient de de nature diverse et de fonction mal connue. 50% du génome contient des séquences uniques, dont 2% est transcrite en ARNm. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 25  2024-2025 2. Représentation schématique des différents niveaux de a. Formation de la chromatine Le génome des cellules eucaryotes est contenu dans un volume nucléaire restreint. Cependant, L ainsi compacté environ 10 000 fois grâce à des protéines spécialisées appelées histones présentes en grande quantité dans la cellule. protéines chromosomiques non histones principalement impliquées dans la transcription et la réplication. ADN, les histones et les protéines chromosomiques non histones correspond à la chromatine.. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 26  2024-2025 b. Les histones de protéines spécifiques des cellules eucaryotes. Elles sont , principalement de la lysine et arginine. Ces négativement. On distingue classés en 2 groupes : 4 histones nucléosomiques H2A, H2B, H3 et H4 : 2 molécules de chacune de ces 4 histones complexes octamériques correspondant au noyau du nucléosome. Histones H1 : e NH2 et COOH terminales de la protéine. c. Organisation de la chromatine et état transcriptionnel de la partie NH2-terminale des histones catalysée par enzyme histone acétyl transférase (HAT) empêche : Un relâchement de la liaison histone-ADN L favorisant la transcription. Représentation schématique de la chromatine ouverte par Le retrait des groupements acétyls par transférase inverse : Le rétablissement des La empêchant la transcription Représentation schématique de la chromatine fermée par Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 27  2024-2025 d. Le nucléosome Il correspond à l et représente le premier niveau. Il est constitué de : 2 1 histone H1 verrouille ant. Chaque nucléosome est séparé du nucléosome suivant par 30 à 50 bp. La succession de ces structures un aspect en collier de perles à la chromatine correspondant à une fibre de 11 nm peu compactée qui permet la transcription et la e. La fibre chromatinienne La grande majorité des nucléosomes sont empilés les uns sur les autres en solénoïde, formant une fibre de 30 nm de diamètre. Cette structure chromatinienne est très compacte et fonctionnellement inactive. Elle repose sur supplémentaires de compaction sont nécessaires. IV. Organisation de la chromatine et du noyau 1. Chromosomes Les chromosomes contiennent 3 types de séquences nucléotidiques : Des origines de réplication correspondant aux zones où débute la 1 centromère correspondant à la. Il contient de 2 télomères correspondant aux zones située. Ils sont constitués de séquences répétées. 2. Euchromatine et hétérochromatine dans la matrice nucléaire Dans le noyau, la chromatine a différents aspects structuraux :. est moins condensée mais seulement 10% de active sur le plan transcriptionnel. est la forme la moins condensée de la chromatine et a un niveau de condensation Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 28  2024-2025 3. Synthèse des ARN ribosomaux a. ARN 45S Les cellules humaines contiennent 100 à 200 copies 45S, réparties en groupe sur 5 chromosomes différents. Ce gène est transcrit dans le nucléole par en un seul ARNr de grande taille de constante de sédimentation 45S. ARNr 45S subit des modifications chimiques clivé pour donner une molécule 28S, une molécule , et une molécule. b. ARN 5S est codé par un groupe de gènes disposés en tandem sur le chromosome 1. Il en existe 2000 Homme. C polymérase III hors du nucléole. c. Structure définitive du ribosome Elle comprend deux sous unités : Une grande sous unité de 60 S incluan ant 49 protéines et les 3 ARNr de 5, 28 et 5,8 S Une petite sous unités de 40 S incluan ant 33 protéines et Représentation schématique de la synthèse des ARNr dans le nucléole Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 29  2024-2025 V. Pore nucléaire et échanges nucléo-cytoplasmique Il existe une circulation bidirectionnelle continue de molécules entre le cytosol et le noyau. Les protéines nucléaires doivent être importées du cytosol vers le noyau ; et des ARNt, des ARN messagers et des sous-unités ribosomales doivent être exportées vers le cytosol. Ces échanges nucléocytoplasmiques ont lieu grâce aux pores nucléaires. Les mêmes pores nucléaires Ces pores sont constitués d e trentaine de nucléoporines. Ils permettent à la fois la diffusion passive de petites molécules et le transport actif de macromolécules. Le transport actif au travers du pore nucléaire (figure 20) fait intervenir : Des signaux spécifiques sur chaque « cargaison » devant franchir le pore : soit un signal de localisation nucléaire au niveau des molécules transportées du cytosol vers le noyau, soit un au niveau des molécules transportées du noyau vers le cytosol Des transporteurs qui reconnaissent ces signaux spécifiques et permettent la translocation de la cargaison à travers le pore nucléaire ; Ran une petite protéine G à activité GTPasique Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 30  2024-2025 Question n°1. Parmi les propositions suivantes concernant les échanges nucléocytoplasmiques, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. Les échanges nucléocytoplasmiques au travers de pores nucléaires se font exclusivement de manière active B. Les nucléoporines sont présentes au niveau des pores nucléaires C. nucléaire sur chaque protéine à importer D. Le transport actif au travers du pore nucléaire fait intervenir la protéine G Ran E. Question n°2. Parmi les propositions suivantes concernant le noyau cellulaire, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) ? A. La membrane nucléaire externe est en continuité avec la membrane du réticulum endoplasmique. B. C. D. Une cellule humaine diploïde contient 44 autosomes et 2 chromosomes sexuels. E. Question n°3. Parmi les propositions suivantes concernant les histones, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. B. C. nm de diamètre D. E. - Question n°4. Parmi les propositions suivantes concernant le noyau, indiquez celle(s) qui est (sont) exactes ? A. B. C. empêche la transcription D. Les télomères sont situés aux extrémités E. -unité ribosomale Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 31  2024-2025 CHAPITRE 5 PEROXYSOMES I. Caractéristiques générales des péroxysomes Les péroxysomes sont présents dans toutes les cellules eucaryotes, sauf le globule rouge. Ils sont indépendants du système endomembranaire. Au microscope électronique, les péroxysomes apparaissent comme des organites ovalaires ou sphériques reliés entre eux par de fins canalicules. Leur membrane délimite un compartiment appelé matrice, pouvant contenir une région paracristalline. Leur diamètre varie de 0,1 à 1 µm. Les péroxysomes ne représentent en moyenne que 1% du volume cellulaire. Ils ont deux fonctions principales : l'oxydation de métabolites l'élimination de l'eau oxygénée et des espèces réactives de l'oxygène, composés toxiques pour les cellules. Les fonctions des péroxysomes sont assurées par la cinquantaine d'enzymes qu'ils contiennent. Elles Les péroxysomes ne contiennent ni ADN, ni ribosome. Ils se déplacent dans les cellules grâce aux microtubules du cytosquelette. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 32  2024-2025 II. Composition des péroxysomes 1. Peroxynes (Pex) protéines spécifiques des péroxysomes synthétisées à partir des gènes PEX. Elles peuvent être membranaires, matricielle ou cytosoliques. Elles sont indispensables au fonctionnement et à la biogenèse des peroxysomes : elles servent principalement à incorporer des protéines dans la membrane et la matrice la prolifération des péroxysomes. Les peroxynes ont 4 types d'activité : Protéines chaperonnes Protéines d'ancrage à la membrane péroxysomale Protéines récepteurs ATPase T y homme 2. Caractéristiques de la membrane peroxysomale Cette bicouche lipidique comporte 3 catégories des protéines : Les protéines de la superfamille ABC (ATP Binding Cassette) Des péroxynes Un cytochrome P450 spécifique du péroxysome : il molécules, notamment les acides gras. Ces protéines membranaires sont synthétisées par des polysomes cytosoliques libres -à-dire non liés aux membranes du réticulum endoplasmique, puis adressées à la membrane des péroxysomes. 3. Caractéristiques de la matrice peroxysomale Elle renferme 2 : Les oxydases qui contribuent au catabolisme (= dégradation) ou à l'anabolisme (=synthèse) de différents métabolites cellulaires. La catalase qui est la plus abondante des enzymes du péroxysome. Elle oxyde plusieurs substrats en utilisant le H2O2 générée par les oxydases qui est toxique pour la cellule. H2O2 peut également être éliminé par la glutathion péroxydase. Comme les protéines de la membrane, les protéines de la matrice sont synthétisées sur des polysomes cytosoliques libres. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 33  2024-2025 III. Biogenèse et renouvellement des péroxysomes Il existe 2 mécanismes de synthèse des péroxysomes : Bourgeonnement ou fission à partir de péroxysomes existants Synthèse à partir du réticulum endoplasmique Représentation schématique de la synthèse des péroxysomes Les protéines des péroxysomes sont soumises à un renouvellement quotidien de 20 à 30%. Les péroxysomes sont détruits par autophagie dans le compartiment lysosomal. La synthèse des constituants des péroxysomes et leur prolifération sont contrôlées par des acides gras insaturés capables de se fixer sur des récepteurs appelés les «Peroxysome Proliferator Associated Receptors» (PPARs) de la superfamille des récepteurs nucléaires. Ces PPAR jouent un rôle clé dans le métabolisme énergétique. IV. Fonctions des péroxysomes 1. Fonctions oxydatives des péroxysomes Les péroxysomes sont un impliqués notamment dans : La -oxydation d'acyl-CoA à longues chaines La conjugaison des acides biliaires assurer leur élimination dans la bile L'élimination de l'acide urique par action de l'urate oxydase sauf chez l'homme Certaines de ces réactions produisent de 2O2. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 34  2024-2025 2. Rôle la protection anti-oxydante a. Les Certaines réactions du métabolisme cellulaire normal utilisent nt et contribue à produire de faibles quantités de ERO de manière continue. Dans certaines situations pathologiques, cette production augmente fortement et entraîne un stress oxydatif. Ces ERO peuvent alors endommager presque tous les types de molécules de par oxydation. Parmi les principaux ERO, on trouve : - - radical supe 2, le et le Des dérivés oxygénés réactifs non radicalaires tel que le 2O2 Les ERO sont formés au cours de 6 types de réaction : L chaîne respiratoire de la mitochondrie polynucléaires et des macrophages via enzyme membranaire NADPH oxydase spécialisée dans la fabrication du radical superoxyde xanthine-oxydase La destruction de certains types cellulaires entraînant la libération d ions métalliques La production NO-synthase NO Les oxydases péroxysomales correspondant à une source importante de ERO, en particulier 2O2 b. Elimination des L'élimination des ERO est essentielle et est assurée par 3 réactions mettant en jeu la superoxyde dismutase, la catalase et la glutathion péroxydase : La superoxyde dismutase convertit le superoxyde en H2O2. H2O2. est ensuite dismutée en oxygène et en eau grâce à la catalase ou transformée en eau par la glutathion péroxydase Les péroxysomes, très riches en catalase, participent de façon importante à la protection anti- radicalaire. Réactions de détoxification des ERO Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 35  2024-2025 Question n°5. Parmi les propositions suivantes concernant les peroxysomes, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. La quantité de péroxysomes dans la cellule est régulée par les acides gras B. acides biliaires C. Les péroxysomes sont détruits par autophagie dans le compartiment lysosomal D. Contrairement aux mitochondries, les péroxysomes ne contiennent pas de ribosomes E. pathologiques Question n°6. Parmi les propositions suivantes concernant les peroxysomes, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. B. C. Les péroxysomes peuvent être synthétisés à partir du réticulum endoplasmique D. La matrice du péroxysome contient des oxydases E. Question n°7. Parmi les propositions suivantes concernant le peroxysome, indiquez celle(s) qui est (sont) exactes ? A. Les gènes PPAR synthétisent les peroxines B. péroxysomes C. Le cytochrome P450 hydroxyle les acides gras D. E. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 36  2024-2025 CHAPITRE 6 SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE ET TRAFIC INTRACELLULAIRE I. Système endomembranaire : spécificité des cellules eucaryotes 1. Définition du système endomembranaire Les différents compartiments de ce système communiquent entre eux et peuvent également échanger des molécules avec le cytosol. lumière qui contient différents composés solubles tels que des ions, des protéines, des enzymes et des nucléotides. L plasmique ; et une partie des composés solubles présents dans la lumière des différents compartiments de ce système provient du milieu extracellulaire par endocytose/phagocytose ou est déversée dans ce même milieu extra-cellulaire par exocytose. 2. Les différents compartiments du système endomembranaire Le système endomembranaire des mitochondries et des peroxysomes. Les principaux compartiments du système endomembranaire sont : Le réticulum endoplasmique (RE) L'appareil de Golgi Les lysosomes La cellule contient également de nombreuses vésicules qui servent de transporteurs entre les organites ou qui communiquent avec la membrane plasmique. II. Cytosol 1. Composition et propriétés Le cytosol eau et un grand nombre de molécules de provenance diverse telles que des sucres, des acides aminés et des acides gras. Il a une consistance hétérogène, fluide ou gélatineuse. Certaines molécules sont stockées dans le cytosol : Les sucres sous forme de glycogène Les lipides sous forme d'inclusions lipidiques. Le cytosol contient de nombreux filaments protéiques formant le cytosquelette qui donne sa forme à la cellule et permet des mouvements cytoplasmiques. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 37  2024-2025 Les petites molécules et protéines diffusent dans le cytosol presque aussi rapidement que dans l'eau pure. En revanche, les grosses particules et les vésicules diffusent très lentement elles sont transportées activement par des protéines motrices associées au cytosquelette. 2. Principales fonctions du cytosol Le cytosol ne fait pas partie du système endomembranaire, mais il est le site de la synthèse des protéines et du trafic intracellulaire qui implique notamment les différents compartiments du système endomembranaire. Le cytosol contient les ribosomes libres responsables de la synthèse certaines protéines mitochondriales. La synthèse protéique s'effectue par traduction de la molécule d'ARN messager au niveau d'un ribosome. Chez les eucaryotes, plusieurs ribosomes peuvent être fixés sur un même ARNm pour former un polysome ou polyribosome permettant la synthèse de plusieurs copies du même polypeptide. Des facteurs présents dans le cytosol reconnaissent les signaux de tri présents sur certaines protéines et interviennent dans leur orientation vers leur destination finale : La SRP (Signal Recognition Particle) intervient dans l'adressage des protéines destinées au réticulum endoplasmique La NLSBP (Nuclear Localization Signal Binding Protein) se lie au signal peptide d'adressage au noyau et permet la traversée des pores nucléaires. III. Le réticulum endoplasmique (RE) 1. Caractéristiques Il correspond à un espace labyrinthique appelé lumière ou citerne, limité par une membrane. Cet organite est en continuité avec l'enveloppe nucléaire qui fait partie du réticulum endoplasmique. 2. Les deux types de réticulum endoplasmique a. Réticulum endoplasmique rugueux ou granulaire Dans les cellules de mammifères, l'importation de la plupart des protéines dans le réticulum endoplasmique commence avant que la chaîne polypeptidique ne soit entièrement synthétisée. On dit mportation est co co-traductionnelle. Ainsi, des ribosomes sont liés à la membrane du réticulum endoplasmique sur son versant cytosolique. Ces régions portent le nom de réticulum endoplasmique rugueux ou granulaire. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 38  2024-2025 b. Réticulum endoplasmique lisse Il correspond aux régions du réticulum endoplasmique dépourvues de ribosomes. Les vésicules de transport bourgeonnent au niveau des régions de réticulum endoplasmique lisse pour se diriger vers l'appareil de Golgi. Le RE lisse peut avoir des fonctions spécialisées dans certains types cellulaires : Synthèse du cholestérol et transformation en hormones stéroïdes Site principal de production des particules lipoprotéiques destinées à l'exportation Siège d'enzymes métabolisant les médicaments Stockage des ions calcium intervenant dans la contraction musculaire. 3. Principales fonctions du réticulum endoplasmique Le réticulum endoplasmique joue un rôle essentiel dans : La synthèse, le transport et la maturation des protéines membranaires et solubles des différents organites ou destinées à être sécrétées. Le réticulum endoplasmique capte de façon sélective certaines protéines cytosoliques dès qu'elles sont synthétisées. La synthèse des lipides : les phospholipides, le céramide qui est ensuite exporté dans la membrane de l'appareil de Golgi où il sert de précurseur pour la synthèse des glycolipides et de la sphingomyéline ; et le cholestérol IV. 1. Caractéristiques Il est composé d'un empilement d'organites en forme de disques appelés saccules. Il intervient dans la maturation des protéines et des lipides provenant du réticulum endoplasmique Représentation schématique Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 39  2024-2025 2. L joue un rôle essentiel dans : La O-glycosylation des protéines La synthèse des protéoglycannes La modification des chaînes oligosaccharidiques des protéines N-glycosylées dans le réticulum endoplasmique, notamment la phosphorylation des résidus mannose dans le compartiment cis golgien indispensable à la maturation des enzymes destinées à la lumière des lysosomes La maturation protéolytique des protéines car de nombreux polypeptides sont synthétisés sous forme de précurseurs inactifs à partir desquels les molécules actives sont progressivement produites par protéolyse. Ces clivages débutent dans le compartiment trans du Golgi et se poursuivent dans les vésicules de sécrétion, voire parfois même dans le milieu extracellulaire. 3. Appareil de Golgi : carrefour du trafic intracellulaire flux de transport membranaire : Le flux vectoriel permanent nt allant du réticulum endoplasmique vers membrane cellulaire pour effectuer exocytose Le transport rétrograde de réticulum endoplasmique ré Le transport rétrograde de la Le flux membranaire centré sur les endosomes Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 40  2024-2025 V. Les lysosomes 1. Caractéristiques Ce sont des vésicules limitées par une membrane, dont la forme et la taille sont très variées. Ils existent dans toutes les cellules eucaryotes mais sont particulièrement abondants dans les hépatocytes, les macrophages et les granulocytes. Les lysosomes sont caractérisés par : Un pH acide environ 5 de leur lumière Un contenu riche en hydrolases acides actives à pH 5, à partir du stade endolysosome : ces enzymes proviennent du et sont délivrées par transport vésiculaire dans le compartiment endosomal précoce. Une pompe à protons membranaire pour pomper des ions H+ du cytosol vers l'intérieur des lysosomes et maintenir un pH acide Des protéines membranaires fortement glycosylées La présence de perméases membranaires Représentation schématique Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 41  2024-2025 2. Les lysosomes sont impliqués dans la digestion intracellulaire Les lysosomes correspondent 3 origines : La voie de l'endocytose qui apporte des matériaux captés dans le milieu extracellulaire La voie de l'autophagie qui a pour rôle d'éliminer les organites cellulaires hors d'usage tels que les mitochondries fusionner avec un lysosome. Le passage direct de peptides cytosoliques Représentation schématique des origines des matériaux dégradés par les lysosomes Toutes les familles de molécules biologiques sont dégradées dans les lysosomes en métabolites élémentaires. On distingue deux types de lysosomes : Les lysosomes primaires : vésicules contenant des hydrolases Les lysosomes secondaires : vacuoles à aspect hétérogènes contenant des hydrolases et le substrat en cours de digestion. VI. Le transport vésiculaire 1. Principe du transport vésiculaire Le transfert des protéines à partir du réticulum vers les autres organites Golgi, les lysosomes, les peroxysomes et la membrane plasmique se fait par l'intermédiaire de vésicules de transport. Il en est de même en ce qui concerne le transport des protéines d'un saccule golgien à un autre. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 42  2024-2025 Les vésicules se forment par bourgeonnement à partir du compartiment donneur, s'emparent du matériel présent dans le compartiment donneur et le libèrent dans le compartiment cible après fusion de la membrane vésiculaire avec celle du compartiment cible. 2. Implication des protéines COP-I et COP-II II Au niveau du réticulum endoplasmique, les et au-delà sont empaquetées dans des vésicules recouvertes par le manteau protéique constitué de la protéine II qui bourgeonnent à partir du réticulum endoplasmique transitionnel. COP-II Ce processus est sélectif car : Les protéines transmembranaires domaine cytosolique un signal de sortie qui leur permet de se fixer sur les complexes COP-II Les es protéines solubles membranaires possédant dans leur domaine cytosolique un signal leur permettant de se fixer sur les complexes COP-II II Des vésicules recouvertes de COP-I bourgeonnent en permanence du compartiment vésiculo- tubulaire et de pour à un autre, ou pour réadresser les récepteurs transmembranaires et les protéines solubles résidents du réticulum endoplasmique vers le réticulum endoplasmique. Ces protéines portent un signal réticulum endoplasmique membranaires. En effet, les protéines solubles résidentes du réticulum endoplasmique portent le peptide signal de rétention spécifique KDEL. réticulum endoplasmique, ce signal de rétention leur permet de se fixer sur des récepteurs membranaires spécifiques appelés récepteurs KDEL qui circulent entre le réticulum endoplasmique des récepteurs KDEL est faible dans la lumière du réticulum endoplasmique et. Représentation schématique du transport vésiculaire entre le réticulum endoplasmique et le Golgi Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 43  2024-2025 VII. Le transport vésiculaire du compartiment trans du Golgi à la surface de la cellule : l'exocytose 1. Définition Les protéines et les lipides membranaires de ces vésicules renouvellent la membrane plasmique, tandis que les protéines solubles de la lumière de ces vésicules sont sécrétées dans le milieu extracellulaire appelé exocytose. L constitutive : processus par défaut et continu qui toutes les cellules L exocytose contrôlée : processus qui certains types cellulaires, notamment dans les cellules spécialisées dans la sécrétion d'hormones, de neurotransmetteurs ou d'enzymes digestives Représentation schématique 2. Les protéines destinées aux vésicules de sécrétion s'agrègent dans la lumière du réseau trans de région signal commune à ce type de protéine. La membrane de ces vésicules porte un revêtement protéique de clathrine. Après bourgeonnement de la vésicule sécrétoire immature, le contenu vésiculaire se condense pour concentrer de façon importante les substances stockées dans les vésicules sécrétoire mature. Les vésicules sont acheminées jusqu'à leur site de sécrétion grâce aux microtubules du cytosquelette et à des protéines motrices. puis leur contenu est libéré uniquement en réponse à un signal extracellulaire spécifique après fusion de la membrane vésiculaire avec la membrane plasmique. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 44  2024-2025 VIII. Le transport vésiculaire de la membrane plasmique vers le système endosomal : 1. Définition processus de transport vésiculaire par lequel la cellule internalise des molécules. : La pinocytose dépendante ou non de la clathrine, observée dans tous les types cellulaires La phagocytose spécifique de certains types cellulaires 2. La pinocytose dépendante de la clathrine Elle se produit dans des régions spécialisées de la membrane plasmique. Après la perte du revêtement de clathrine, les vésicules lisses formées fusionnent avec les endosomes précoces. Le devenir des macromolécules et de leurs récepteurs varie suivant la nature même de la molécule transportée. Si le devenir du ligand est différent de celui du récepteur : le complexe ligand-récepteur doit se dissocier. Ainsi, les ligands sont habituellement dégradés dans les lysosomes après avoir été transférés du compartiment endosomal précoce vers le compartiment endosomal tardif créé par la fusion des corps multivésiculaires entre eux et avec des lysosomes endolysosomes qui maturent en lysosomes après acidification supplémentaire. La dégradation des ligands est due aux hydrolases acides. Les récepteurs sont recyclés vers la membrane plasmique. Si les ligands restent fixés à leurs récepteurs, ils partagent leur sort : Recyclage Dégradation par les hydrolases acides lysosomales Transcytose correspondant au transport d'une face de la cellule à l'autre Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 45  2024-2025 Représentation schématique du mécanisme de la pinocytose dépendante de la clathrine 3. La phagocytose La phagocytose est une fonction utilisée pour endocyter des particules de taille importante telles que des micro-organismes, des débris cellulaires et des bactéries. Chez les mammifères, ce processus est la propriété des polynucléaires, les monocytes et les macrophages. La vésicule formée, appelée phagosome, est de grande taille car son diamètre est égal à celui de la particule ingérée. Le devenir du phagosome est de fusionner avec des lysosomes pour former un phagolysosome dans lequel le matériel endocyté est dégradé. Lorsque le matériel n'est pas dégradable par les enzymes lysosomales, il persiste dans les lysosomes sous forme de corps résiduels. Le processus de phagocytose est déclenché par la liaison de la particule à la membrane plasmique de la cellule phagocytaire. Il nécessite une stimulation de la cellule qui passe par l'activation de récepteurs de surface chargés de transmettre l'information à l'intérieur de la cellule. Les macrophages sont capables de phagocyter des cellules en apoptose. Au cours de ce processus de mort cellulaire, la cellule perd la distribution asymétrique des phospholipides de la membrane plasmique car les phosphatidylsérines normalement présentes dans la monocouche cytosolique apoptotique. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 46  2024-2025 Question n°8. Parmi les propositions suivantes concernant le réticulum endoplasmique, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. B. Le réticulum endoplasmique joue un rôle dans la synthèse des lipides C. Les vésicules de transport bourgeonnent au niveau du réticulum endoplasmique lisse D. Le réticulum endoplasmique contient des polyribosomes libres E. La N-glycosylation des protéines se déroule au niveau du réticulum endoplasmique Question n°9. est (sont) exacte(s) ? A. le signal de rétention KDEL. B. Des protéines de la famille COP- golgien au suivant. C. D. sont recouvertes de COP-II. E. La maturation protéolytique des protéines sécrétées dans le milieu extracellulaire débute dans 10. Parmi les propositions suivantes concernant les lysosomes, indiquez celle(s) qui est Question n°10 (sont) exacte(s) : A. Les lysosomes sont riches en hydrolases acides B. Les lysosomes interviennent dans le processus de phagocytose C. D. La prolifération des lysosomes est contrôlée par des acides gras insaturés E. Les résidus mannose sont indispensables à la maturation des enzymes lysosomales Question n°11 11. Parmi les propositions suivantes concernant le processus de phagocytose, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) A. Le déclenchement de la phagocytose met en jeu les récepteurs membranaires des macrophages B. Le transfert du cholestérol de la membrane cellulaire interne vers la membrane externe des corps apoptotiques déclenche la phagocytose C. Les corps apoptotiques sont éliminés par phagocytose D. Le phagosome se déplace dans la cellule via le cytosquelette E. La dégradation des mitochondries utilise la phagocytose Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 47  2024-2025 Question n°1212. Parmi les propositions suivantes concernant le transport vésiculaire, indiquez celle(s) qui est (sont) exacte(s) : A. La pinocytose dépendante de la clathrine est impliquée dans le recyclage des récepteurs membranaires B. Le transport vésiculaire est impliqué dans la maturation des protéines C. Les vésicules sécrétoires immatures condensent leur contenu pour devenir matures D. Au cours de la transcytose, le récepteur et son E. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 48  2024-2025 SEANCE 3 CHAPITRE 7 LE CYTOSQUELETTE I. Réseau dynamique en perpétuelle réorganisation Le cytosquelette est composé d'un réseau complexe de filaments distribués dans tout le cytoplasme, Il est directement responsable de : La forme cellulaire, La résistance des cellules aux agressions mécaniques, La polarité cellulaire, La répartition des organites intracytoplasmiques dans la cellule Mouvements cellulaires tels que la migration cellulaire et la contraction des cellules. Il existe 3 types de filaments protéique : Les filaments intermédiaires formés protéines fibreuses Les microtubules constitués de protéines globulaires : ils sont formés à partir de sous-unités de tubuline Les filaments d'actine aussi appelés microfilaments ou actine filamenteuse (actine F) formés à partir (actine G) Représentation schématique des 3 types de filaments du cytosquelette cytoplasmique Ces trois constituants du cytosquelette existent sous 3 « états » en équilibre dans la cellule : Les monomères libres Les polymères instables avec une fréquence élevée de polymérisation-dépolymérisation Les es polymères stabilisés avec une fréquence faible de polymérisation-dépolymérisation Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 49  2024-2025 du cytosquelette. II. Les filaments d'actine et les protéines associées es forme de la cellule et sont indispensables pour le déplacement cellulaire. 1. Structure des microfilaments Les filaments d'actine sont des polymères d'actine G. Les molécules d'actine G fixent. et sont en très grande majorité dans le cytoplasme. Chez les mammifères, il existe 6 isoformes d'actine G groupées en 3 classes : Les majoritaires dans les cellules musculaires Les qui sont majoritaires dans les cellules non musculaires L'actine G possède des sites de fixation à d'autres molécules d'actine protéines. En microscopie électronique, les filaments d'actine ont une structure uniforme faite d'une hélice serrée de monomères d'actines G uniformément orientés formant un protofilament. Deux protofilaments se lient nt pour former une hélice double brin polarisées avec une extrémité (+) et une extrémité (-). ). -). ). Dans la plupart des cellules, 50% des molécules d'actine ne sont pas polymérisées. Ces molécules sont en équilibre dynamique avec les filaments d'actine. In vitro et en présence d'ATP, les molécules d'actine G s'assemblent spontanément en filaments. 2. Protéines impliquées dans la polymérisation/dépolymérisation Plusieurs protéines se lient à l'actine G et régulent sa polymérisation : La thymosine inhibe la polymérisation des filaments d'actine. La profiline favorise la polymérisation Les formines permette Le complexe Arp2/3 (actin related protein) est et -) et permet la croissance du côté (+). Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 50  2024-2025 3. Protéines intervenant dans la stabilisation et l organisation des microfilaments peuvent être classées en trois catégories : Celles qui déstabilisent les microfilaments telles que la gelsoline et les es cofilines Celles qui les stabilisent telles que les es tropomyosines qui jouent nt un rôle essentiel dans la contraction musculaire en association avec la troponine, CapZ qui aux stries Z des sarcomères musculaires et la tropomoduline Celles qui attachent les filaments entre eux et à la membrane telles que la fimbrine, la villine, l -actinine, la filamine, la spectrine et la vinculine La fimbrine est une protéine présente au niveau des microvillosités qui facilite la formation de faisceaux serrés myosine ne peuvent pas.I pas de contraction La villine à celui de la fimbrine à -actinine est responsable de la formation de faisceaux larges dans lesquels les molécules de , rendant la contraction est possible comme lors du mouvement cellulaire. La filamine et la spectrine La vinculine contribue à la fixation des fibres de stress à la membrane plasmique. Les fibres de stress sont des structures temporaires qui peuvent se contracter et exercer des tractions sur la membrane plasmique et sur la matrice extracellulaire. Ce processus est mis en jeu lors de la cicatrisation et du remodelage cellulaire. 4. Les protéines motrices La contraction des filaments d'actine dépend de protéines de liaison à l'actine appelées les myosines. La myosine-IIII et les myosines-I fonctionnent sur le même principe : l portent au niveau de leur le déplacement. a. La myosine-II II Les molécule de myosine-II s'organisent en faisceaux épais et stables responsables de la contraction musculaire dans les cellules du muscle strié squelettique et du muscle cardiaque. La molécule de myosine-II est constituée de 6 chaînes polypeptidiques : 2 chaînes lourdes identiques et une paire de chaîne légère par chaîne lourde, soit 2 paires de chaînes légères. Les chaînes lourdes sont formées d'une queue et d'une tête globulaire. Les têtes globulaires possèdent un site de liaison à l'actine et ont une activité ATPasique. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 51  2024-2025 L'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP permet à la molécule de myosine-II de se déplacer le long d'un filament d'actine uniquement -) vers extrémité (+). b. Les myosines-I Les myosines-I sont apparentées à la myosine-II II. La myosine-I est de plus petite taille que la myosine- II, elle a une courte queue et possède une seule tête globulaire ayant un site de liaison à l'actine et une activité ATPasique. Les molécules de myosine-I se déplacent le long des filaments d'actine de l'extrémité (-) vers l'extrémité (+). Selon leur structure, les molécules de myosine-I peuvent transporter des vésicules le long des filaments d'actine ou attacher un filament d'actine à la membrane plasmique. c. Pour contracter un réseau ou un faisceau de filaments d'actine, les es myosines I et II doivent être activées. Dans les cellules non musculaires et les cellules musculaires lisses au repos, les es myosines I et II sont dans un état inactif. En effet, la queue de chaque molécule est repliée sur les têtes auxquelles elle adhère et masque le site de liaison à l'actine. Une augmentation de calcium (Ca Ca2+) cytosolique entraîne la dissociation de la queue et de la tête, ce qui libère le site de fixation de l'actine et permet la formation de faisceaux bipolaires de myosine activée concentration en calcium active la kinase MLCK (Myosin light chain kinase) responsable de l activation es myosines I et II par phosphorylation de leurs chaines légères. de les Inversement, les chaînes légères peuvent être déphosphorylées et inactivée par la phosphatase MLCP (Myosin light chain phosphatase). Représentation schématique de la structure moléculaire de la myosine-II II Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 52  2024-2025 5. Organisation de l'actine dans les cellules Les réseaux denses formant des mailles situées sous la membrane plasmique appelés cortex cellulaire : leur contraction est responsable de courants cytoplasmiques qui favorisent la diffusion des molécules et le mouvement de la membrane plasmique. Les faisceaux parallèles organisés en microvillosités non contractiles, en filopodes capables de se rétracter rapidement ou en lamellipodes contractiles Les faisceaux contractiles. III. Les microtubules Les microtubules sont les « organisateurs » du cytosquelette. Ils déterminent la position des organites dans la cellule et dirigent le transport intracellulaire. 1. Structure des microtubules Ils sont formés de composée elle-même de 2 sous-unités protéiques globulaires : Les dimères s'assemblent entre eux pour former des protofilaments dans lesquels la sous- -unité ß de la molécule de tubuline voisine. 13 protofilaments disposés côte à côte forment un tube creux correspondant au microtubule. Les microtubules sont polarisés avec une extrémité (+) et une extrémité (-). Les monomères se fixent -). ). La structure polymérisée des microtubules est hautement dynamique Représentation schématique de la Chacune des sous- ent un site de fixation pour le GTP et des sites de fixation pour de nombreuses protéines associées, notamment les dynéines et les kinésines possédant des « moteurs » leur permettant de se déplacer le long des microtubules. Médisup Sciences 1 Rue Castex 75004 Paris Tél : 01 48 04 90 50 53  2024-2025 Chaque molécule de tubuline est associée au GTP un hétérodimère libre. Cet hétérodimère vient se fixer préférentiellement à du microtubule sans hydrolyse du GTP de ces hétérodimères fixés à deux molécules de GTP constitue la « coiffe » de GTP (ou extrémité GTP). La tubuline ß se comporte comme une GTPase et hydrolyse progressivement le GTP fixé à cette sous unité. Les hétérodimères polymérisés passent alors tubuline ß/GDP. ssemblage des hétérodimères de tubuline GTP-GTP, de association latérale des protofilaments et de la D