Synthèse de Biologie Cellulaire PDF

Cellules et organites Êtres vivants La biologie est la science qui étudie les organismes vivants. Caractéristiques essentielles à tout organismes vivants : Reproduction sexuée ou asexuée par la mitose (cellule somatique) ou la méiose (gamètes) -> le virus...

Cellules et organites Êtres vivants La biologie est la science qui étudie les organismes vivants. Caractéristiques essentielles à tout organismes vivants : Reproduction sexuée ou asexuée par la mitose (cellule somatique) ou la méiose (gamètes) -> le virus n’est pas un être vivant car il ne sait pas se reproduire seul Croissance et développement avec les caractéristiques de l’espèce Métabolisme : échange de matière et d’énergie avec l’extérieur, divisé en 2 actions distinctes : catabolisme (dégradation) ou anabolisme (reconstruction) et stock de l’énergie sous forme d’ATP Homéostasie : réagissent aux variations du milieu extérieur en gardant leur milieu intérieur constant Répond aux facteurs et signaux externes Évolution et adaptation par des interactions entre l’organisme et son environnement, la conséquence de l’évolution est l’adaptation Cellule Unité fondamentale de l’être vivant ; plus petite structure qui est capable de vivre si elle est placée dans un milieu nutritif adéquat. Il y a 2 types de cellules : procaryotes et eucaryotes (animale ou végétale). Cellule animale La membrane plasmique Constitué d’une double couche de phospholipides. Siège des échanges entre le milieu intra- et extra- cellulaire Epaisseur de 7 nm Constitué de lipides (phospholipides), de protéines et parfois de glucides -> asymétrique Les lipides (stérols) qui la constitue sont du cholestérol et des phospholipides ; essentiels à sa fluidité -> role d’hibernation Hydrophobe ; molécules biologiques (protéines) qui vont transmettre un signal d’une molécule hydrophile vers l’intérieur de la cellule et vont faire rentrer ou sortir une molécule hydrophile de la cellule Perméabilité sélective Rôles des protéines transmembranaires : Transport : en creusant un canal pour transporter des ions de part et d’autre de la membrane plasmique -> canal ionique Assure un transport passif (sans énergie) ou actif (avec énergie) Transport actif Nécessite de l’énergie pour transporter les molécules contre le gradient de concentration Avec l’aide de protéines membranaires qui mettent la molécule dans le milieu le plus concentré Protéines -> pompes (Na/K) - Transport actif primaire :  A chaque action, la pompe fait rentrer 2 K+ et fait sortir 3 Na+ Les charges sont donc déséquilibrées, cette manipulation permet de maintenir la différence de potentiel de la membrane qui doit être légèrement chargée négativement à l’intérieur et positivement à l’extérieur C’est une protéine qui est en charge de cette pompe : l’ATPase. Elle est de niveau quaternaire, elle est constituée de 4 sous-unités -> antiport - Transport actif secondaire : Ce transport utilise indirectement l’énergie, le déplacement contre le gradient de concentration de la molécule est réalisé par la dissipation d'un autre gradient, lui même construit par un transport actif primaire - Transport de macromolécules : Formation de vésicules Se produit en endocytose, exocytose et bourgeonnement -> ils mettent en jeu un élément important qui est le fusionnement des membranes ≠ mécanismes : exocytose: mécanisme cellulaire pour libérer la protéine vers l'extérieur de la cellule bourgeonnement : éléments qui se trouvent dans la cellule près de la membrane, se trouvent insérés dans une vésicule formée par cette dernière afin d’être libérés à l’extérieur pinocytose : gouttelette liquide phagocytose : renferme une particule endocytose : des protéines (clathrine) vont s’associer sur la face interne de la membrane pour former un puits tapissé ou coaté, cette protéine est composée de sous-unités (triskelion) qui s’associent entre elles. Une fois la vésicule formée, la clathrine ne sert plus à rien et est recyclé ou dégradée. Dégradation des molécules afin d’en retirer les éléments importants. Nécessité d’apporter des enzymes, par l’intermédiaire d’une autre vésicule, l’endosome primaire (pH ≈ 5). Fusion des deux vésicules, pour former un endosome secondaire, qui est acide (pH ≈ 5). Ce dernier est plein d’enzymes qui vont permettre la digestion des molécules ingérées. Les éléments qui intéressent la cellule vont passer dans le cytoplasme, et les déchets vont rester dans le lysosome. Ils seront envoyés à l’extérieur de la cellule par exocytose (le lysosome va fusionner avec la membrane pour libérer les déchets en dehors). L’intérêt des enzymes à pH acide permet de s’assurer qu’elles ne fonctionnent que dans les lysosomes. En effet, si elles venaient à se retrouver dans le cytoplasme, elles ne vont pas agir car elles ne seront pas fonctionnelles à pH neutre. Le noyau Renferme le matériel génétique (ADN) et les nucléoles (5µm) -> lieu de la réplication et de la transcription Enveloppe nucléaire : deux doubles membranes phospholipidiques. Elle est en continuité avec le RER et est détruite lors de la mitose Rôle de gardiennage par des complexes protéiques au niveau des pores : passage sélectif de substances de/vers le noyau ADN associé aux histones : protéines qui permettent la condensation de l’ADN en chromosomes = chromatine ADN condensé au maximum = 46 chromosomes (varie selon l’espèce) /!\ pas toutes les protéines sont exprimées -> dépend du programme d’expression génique Nucléole : fabrication d’ARN ribosomiale, s’associe à des protéines pour former des sous unités ribosomiques Ribosome = complexe d’ARN ribosomial-protéines : rôle de fabrication des protéines Le réticulum endoplasmique Réticulum endoplasmique lisse (REL) Pas associé à des ribosomes Synthèse des lipides (phospholipides)  Libération de Ca++ par vague Transformation de molécules Réticulum endoplasmique rugueux (RER) Associé à des ribosomes Synthétise des protéines destinées aux organites ou sécrétées dans le milieu extracellulaire Les protéines formées se reploient en structure tridimensionnelle et incorporées dans des vésicules de transport : c’est le bourgeonnement -> va ensuite vers Golgi Les protéines des ribosomes libres jouent un rôle dans les réactions biochimiques intra- cytoplasmiques. L’appareil de Golgi Reçoit, modifie et envoie les protéines dans les organites ou le milieu extracellulaire Composé de sacules C’est un appareil intracellulaire Enzymes lysosomiales La mitochondrie Se reproduit indépendamment de la cellule Permet la création d’ATP, qui délivre beaucoup d’énergie lors de sa destruction -> cycle de Krebs, chaine respiratoire Renferme de l’ADN pour la synthèse de quelques protéines de la chaine respiratoire Le cytosquelette Rôle de renforcement de la structure interne de la cellule (mobilité cellulaire et des organelles) 3 catégories : Microtubules Radient àpt du centrosome et est composé d’une paire de centriole. Elles organisent le réseau cytoplasmique au repos et également en division et le développement dans les cils vibratiles. Présence ubiquitaires sauf dans les hématies. Les microtubules sont associées aux membranes des vésicules et des organites. C’est la structure de base des cils et des flagelles. Il y a un transport intracellulaire par : Dynéline -> vers le centre Kinésine -> vers la périphérie Microfilaments Assemblage de molécules d’actine, ils se couchent sous la membrane plasmique (cortex cellulaire). Les microfilaments sont constituées de microvillosité. Celui-ci est mobile dans des cellules non musculaires. Action de contraction de cellule musculaire (actine-myosine) Filaments intermédiaires Sont les plus stables et le support mécanique. Matrice extracellulaire : Complexes d’adhésion Diverses structures associées aux membranes Concourent à leur adhésion et à des échanges 2 systèmes principaux : Protéines membranaires -> molécules d’adhésion Zones spécialisées de la membrane -> jonctions 2 classes de molécules d’adhésion cellulaires : Ca2+ dépendantes (cadhérine, sélectine) Ca2+ indépendantes (intégrisme, immunoglobulines) Jonctions cellulaires - Jonctions serrées : barrières rendant imperméables les espaces entre les cellules (ex : tight jonctions ou zonulane occludens) - Jonctions d’ancrage : augmentent la résistance mécanique (ex : jonctions adhérentes, contacts en foyer, desmosomes et hémidesmosomes) - Jonctions communicantes : mouvement de molécules entre les cellules (ex : gap junctions) Cellule végétale A les mêmes organites que la cellule animale sauf : Elle n’a pas de lysosomes Elle est plus grande Elle a plus d’organites : paroi, vacuole, plastes La vacuole Organite de réserve Stockage de nutriments, composé organique Dégradation des déchets Accumule l’eau et grossit au fur et à mesure qu’elle croît Sa membrane = tonoplaste Dépot d’ions inorganiques (K, Cl) Enrichie en pigments Les plastes Contiennent tous de l’ADN Chloroplaste : renferme la chlorophylle, siège de la photosynthèse Chromoplaste : contient des pigments colorés donnant la couleur aux fruits et légumes Plaste de stockage de nutriments - Amyloplaste : stockant l’amidon - Protéoplaste : stockant les protéines - Oléoplastes : stockant les lipides La paroi Résistance de la cellule, elle la protège, maintien la forme et prévient la prise d’eau Contient de la cellulose et un polymère de glucose Turgescence : vacuole qui se rempli d’eau, plasmolye : phénomène inverse Osmose : échange d’eau entre les compartiments La membrane semi-perméable laisse passer le solvant mais pas les solutés Varie d’une espèce à l’autre d’un type de cellule à l’autre Présence de plasmodesmes -> échanges cellulaires  Méiose et mitose Unicellulaire -> asexuée -> mitose Pluricellulaire -> sexuée -> méiose (formation de gamètes) Division cellulaire sur matériel génétique le + condensé (sur le chromosome). Division binaire = Pour les procaryotes Divisions + simple pour les procaryotes (unicellulaire). Division cellulaire La réplication eucaryote Télomères jouent un rôle important : - Protége l’ADN des exos-nucléases - Maintient l’intégrité des info génétiques - Evite les fusions des chromosomes au niveau des extrémités - Rôle dans l’organisation de la chromatine pendant l’interphase par interaction avec la membrane nucléaire => Télomérases (enzyme qui synthétise les télomères) non active dans cellules différenciées. Cycle cellulaire But de la division cellulaire : avoir 2 cellules ayant le même chromosome que la cellule de départ. Cellule diploïde : pour chaque paire de chromosomes il y a 2 exemplaires (maternel et paternel) Cellule haploïde : il y a 1 exemplaire de chacune des 23 paires de chromosomes 2 grandes phases : Interphase : - Phase G1 = croissance et métabolisme normal - 2n - Phase S = réplication du matériel génétique (ADN) - 2n2 - Phase G2 = préparation à la mitose (2 centrosomes) - 2n2 Mitotique : - Phase M = mitose - 2x2n  Réplication (phase S du cycle cellulaire) Réplication : dupliquer notre patrimoine À partir fragment d’ADN 3 phases : - Initiation - Elongation - Terminaison Complémentarité des bases (nucléotides) - Cytosine et Guanine -> 3 pont d’hydrogène - Adénosine et Thymine -> 2 ponts d’hydrogène Réplication de l’ADN avec complémentarité des bases par un ADN polymérisé : 1. Molécule parentale composée de brin complémentaire d’ADN (nucléotides associés spécifiquement par les liaisons hydrogènes, A avec T et C avec G) 2. Réplication commence par une séparation des 2 brins 3. Chaque brin parental est une base qui détermine l’ordre du nouveau brin complémentaire 4. Nouvelle ossature, chaque brin fille est composé d’un brin parental et d’un brin nouveau => La réplication de l’ADN se fait selon le modèle semi-conservatif, pour chaque nouvelle cellule, il y a un nouveau brin d’ADN existant préalablement dans la cellule mère. Origine de réplication La réplication débute à plusieurs endroits grâce à des protéines qui se fixe pour ouvrir le brin d’ADN et permettre le processus de réplication. Pour que le brin puisse être répliquer, il faut qu’il se déroule. Mécanismes de réplication procaryote Chez E-Coli Les protéines mises en jeu : - Protéines de reconnaissance : se fixent sur les sites d’initiation et de terminaison - Topo isomérase : relâchent les contraintes de torsion, de 2 types mais qu’un des 2 types utilisent de l’ATP - Hélicases : déroulent la double hélice par rupture des liaisons hydrogènes entre les bases (nucléotides) -> consomme de l’ATP - Protéines SSB : protéines qui stabilise le simple brin et l’empêche de réenrouler lors des fourches réplicatives - Primase : ARN polymérase ADN dépendante qui synthétise l’amorce - ADN ligases : catalyse la formation de liaison mais incapable de placer les nucléotides, lors de la réparation de l’ADN -> besoin d’ATP Origine de réplication - Protéines de reconnaissance se fixe sur l’origine de réplication - Topo isomérase se fixe et désencolle la protéine d’ADN - Hélicases casse les liaisons hydrogènes - Protéines SSB -> stabilise sous forme de simple brin => Fourche de réplication Initiation de la réplication -Primase pose l’amorce d’ARN ( incorporation des nucléotides ) -Fixation de l’ADN polymérase -Réplication de l’ADN est anti parallèle  Elongation de la réplication - Incorporation de nucléotides : toujours dans le sens 5’ à 3’ - ADN polymérase peut faire marche arrière en cas d’erreur de complémentarité : activité exonucléasiques - Ne synthétise que par une extrémité 3’ libre Rôle des ADN polymérises (polymérase I) : - Activité polymérasique 5’ vers 3’ = activité principale - Activité exonucléasiques de 3’ vers 5’ = dégradation à partir de 3’ : proofreading -> ADN polymérase revient en arrière en cas d’erreur de complémentarité des nucléotides - Activité exonucléasiques de 5’ vers 3’ = dégradation à partir de 5’ lors de la jonctions des segments d’ADN synthétisé sur le brin retardé Fragments d’Okazaki : - Brin précoce : synthèse la plus rapide en continu et dans le bon sens (5’ vers 3’) - Brin tardif : synthétise par plusieurs fragments d’Okazaki et mauvaise orientation (3’ vers 5’) Terminaison de la réplication Protéines de reconnaissance à l’origine vont être libérer et permettre à l’ADN de se réenrouler. Régulation de la réplication - Méthylations des séquences GATC au niveau de l’origine de réplication - Rôle de la protéine de reconnaissance, accumulation induit l’initiation de la réplication Résumé Dans ce résumé, il manque l’action des topos isomérases qui enlèvent la contrainte sur la double hélice qui permet par la suite à l’hélicase de dérouler les 2 brins par rupture des liaisons hydrogènes.  Mitose (phase M du cycle cellulaire) 5 phases : - Prophase : Changement nucléaire et cytoplasmique Condensation du matériel génétique Disparition du nucléole Apparition des chromosomes Prémisse du fuseau mitotique - Prométaphase : Chromosome présent Fragmentation de la membrane nucléaire ’enveloppe Centrosome à chaque pole de la cellule Interaction chromosomes/kinétochores Invasion du fuseau de microtubules - Métaphase Formation de la plaque équatoriale et alignement des chromosomes celle ci Centrosome au pôle opposé de la cellule - Anaphase Séparation du centromère et donc séparation des chromatides soeurs Kinétochores de chaque chromatides soeurs s’accrochent au fuseau mitotique qui va diriger les chromatides vers chaque pole de la cellule Mouvement chromosomique vers les pôles - Télophase et cytocinèse Télophase : Microtubules non kinétochoriens de chaque pole se relie et vont allonger la cellule pour arriver à cliver la cellule en 2 Reformation de l’enveloppe nucléaire Réapparition du nucléole Décompensation des chromosomes Cytocinèse : Formation d’un sillon qui clive la cellule mère et forme 2 cellules filles Formation d’un sillon qui pince la cellule en deux Régulation lors de la mitose : - Pas de disjonction chromosomique (chromosomes obligés de se séparer) - Délétion, translocation, inversion, duplication - Trouble de la régulation : cancer Cellule végétale : - Pas de centrioles - Condensation cytoplasmique -> calotte polaire - Cytocinèse -> formation d’une nouvelle paroi cellulosique Méiose = Formation de gamètes (cellules haploïdes) La méiose est la succession de 2 divisions cellulaires arrivant à une gamète (cellule haploïde), la fusion de ces gamètes lors de la fécondation forme un zygote et formera à la suite de son développement et de mitose un Homme Avant la première division, il y a réplication de l’ADN Division 1 : séparation des chromosomes homologues - Interphase I : la plus longue - Prophase I : chromosome homologue s’associe -> tétrade - Métaphase I : change de matériel génétique : brassage intra chromosomique (crossing over) - Anaphase I : séparation des chromosomes homologues par brassage inter chromosomique - Télophase I et cytocinèse : réapparition de l’enveloppe nucléaire pour protéger le matériel génétique et apparition du sillon Interphase entre les 2 divisions est très courte, le temps de dupliquer le centrosome à nouveau Division 2 : séparation des chromatides soeurs - Prophase II - Métaphase II : alignement des chromosomes unique au niveau de la plaque équatoriale - Anaphase II : séparation des chromatides soeur - Télophase II et cytocinèse : sillon et séparation en 4 cellules haploïdes Variation génétique de la méiose : - Assortiment chromosomiques indépendant lors de l’anaphase I (brassage inter chromosomique 2 exposant n possibilité de gamète avec n nombre de paire de chromosomes) - Crossing over (Brassage intra chromosomique) - Fertilisation aléatoire Résumé :  TRANSCRIPTION ET TRADUCTION Eucaryotes : en 2 phases Transcription -> ADN en ARN messager -> dans le noyau Traduction -> ARN messager en protéines -> dans le cytoplasme Correspondent aux phases G1 et G2 du cycle cellulaire Procaryotes : transcription et traduction en simultané Codes génétiques : Codons ont une redondance mais pas d’ambiguïté. Codons de départ AUG Codons stop UAA, UAG, UGA Transcription 3 étapes : - Initiation - Elongation - Terminaison Initiation 1. Facteur se fixe sur la séquence tata box 2. ARN polymérase II se fixe sur les facteurs spécifiques et sur le promoteur (séquence importante pour démarrer la transcription) grâce à d’autres protéines 3. Activation de l’ARN polymérase par la phosphorylation -> début de la transcription Elongation 1. Transcription se fait de 5’ vers 3’ comme ADN 2. ARN polymérase respecte la complémentarité des bases 3. S’effectue jusqu'à la dernière séquence spécifique (= codon stop) Terminaison Dernière séquence spécifique = séquence palyndromique (possibilité de la lire dans les 2 sens) = auto complémentaire -> se met automatiquement sous forme de double brin -> provoque la libération de l’ARN polymérase. => On obtient l’ARN pré-messager (toujours dans le noyau mais pas prêt à transiter dans le cytoplasme). ARN polymérase I -> ARN ribosomiques ARN polymérase II -> ARN pré messager ARN polymérase III -> ARN de transfert ARN polymérase IV -> Transcription ADN mitochondriale Modification post-transcriptionnelle : Séquence jaune avant le promoteur régule l’accessibilité du promoteur, l’active et l’inactive pour réguler la transcription. Info codantes et contenant l’information génétique nécessaire = exons. Info non codantes et contenant l’information génétique non nécessaire = introns -> inutile pour la traduction -> rôle de régulation. Séquence de terminaison 3’ pas retenue lors de la transcription. 1ere modification : Epissage = responsable de l’exclusion des introns, première modification post transcriptionnelle qui a lieu. Epissage alternatif (ex anticorps) = prendre une partie d’exons de chaque exons pour créer une grande variabilité et reconnaitre le maximum d’antigène. 2eme modification : A l’extrémité 5’ on rajoute une coiffe = rôle de protection et de recrutement du ribosome. A l’extrémité 3’ il y a une queue poly A = rôle de protection Rôle commun de la coiffe et de la queue poly A : sortir l’ARN du noyau : la coiffe et la queue sont reconnus par des protéines nucléaire et transportés vers des pores nucléaires pour faire passer l’ARN messager dans le cytoplasme. Résumé : ARN pré messager -> subit l’epissage -> introns et séquence terminale supprimé -> ajout de la coiffe en 5’ et queue poly A en 3’ -> ARN messager ->  Traduction ARN messager passe du noyau vers le cytoplasme pour réaliser la traduction ARN messager pris en charge par les ribosomes 3 etapes : - Initiation - Elongation - Terminaison Initiation 1. ARN messager pris en charge par les ribosomes (reconnu par la petite sous unité du ribosome puis compléter par la grande sous unité) 2. Ribosomes vont se diriger vers le réticulum endoplasmique 3. Chaque ARN de transfert porte l’acide aminé correspondant au codon -> A la fin de l’initiation : fixation de l’ARN de transfert par un anticodon avec le codon start Elongation 1. ARN de transfert reconnaissent la séquence de l’ARN messager présent sur le ribosome 2. ARN de transfert se fixent sur le ribosome (1 à la fois) en présentant un anticodon (complémentaire au codon) à la séquence -> Particularité dans l’appariement -> on dit qu’il est bancale car appariement pas toujours optimum au niveau de la 3ème lettre de l’anticodon et du codon 3. Le ribosome accroche l’acide aminé porté par l’ARN de transfert en formant une liaison peptidique puis expulse l’ARN de transfert libre 4. L’ARN de transfert correspondant au codon suivant et vient se fixer à son tour sur la petite sous unité -> ce cycle dure jusqu'à la présence du codon stop Terminaison 1. Arrivée au Codon stop : facteurs spécifique se fixent sur le codon stop 2. L’ARN de transfert est libérée 3. Facteur Facteursdeentrainent terminaison entraine ladu la dislocation dislocation du ribosome et libère ribosome et libère l’ARN messager l’ARN messager Polyribosome : La taille de la queue poly A détermine le nombre de traduction faite avec 1 ARN messager et donc le nombre de ribosomes engagés. Modifications post traductionnelles : Se déroule dans le RER puis se dirige vers l’appareil de Golgi 1. Présence d’un peptide signal reconnu par un complexe protéique d’un canal de la membrane du RE 2. Fixation à un récepteur sur ce canal et entre au fur et a mesure des acides aminés dans le RER 3. Peptide signal clivé 4. Protéine lâché complètement à l’intérieur du RER Mutations : - Mutations de substitution : = Nucléotides remplacé par un autre qui fausse la complémentarité -> Déjà Présente lors de la transcription -> Possibilité que ça ne change rien si la mutation se fait dans la 3ème lettre du codon (1 codon = 1 AA mais 1AA = plusieurs codons) -> Possibilité de changer d’acide aminé mais la protéine peut toujours fonctionner de la même manière - Mutations de délétion et d’insertions = Nucléotides supprimés ou ajoutés -> Apparition d’un codon stop prématuré -> Change le cadre de lecture car l’association des codons change (ca décale tout) -> Si 3 délétion ou 3 insertions : cela rajoute ou supprime un acide aminé mais ça ne change pas le cadre de lecture => Mutation déjà présente dans l’ADN, ne se fait pas dans l’ARN Résumé global :  GENETIQUE Mendel (moine) = précurseur de la génétique en chiffrant ses observations en prenant un échantillon important pour une meilleure représentation. Le pois (plante) peut se reproduire par autofécondation (se féconde elle même). Mendel a fait des fécondations croisé et a observé des traits de formes opposées distinctes : Etude d’un caractère à la fois Etude de ce caractère sur plusieurs générations Analyse, comptage, et interprétation pour chaque caractère Avec les résultats de la première génération F1 (selon les allèles dominant/ récessif) il a ensuite laissé la première génération s’autofeconder et obtient une deuxième génération plus variables Les 3 lois établis par Mendel 1. Pureté des gamètes 2. Uniformité des hybrides de première génération (récessif/dominant) 3. Ségrégation indépendante des caractères héréditaires Génotype = transmission des traits de caractères Phénotype = transmission des traits de caractères visibles Homozygote -> 2 allèles identiques Hétérozygotes -> 2 allèles différents D’autres modèles d’hérédité - Dominance incomplète : pas de dominant/récessif -> création d’un nouveau phénotype (ex : fleur bleu et fleur jaune donne fleur verte -> nouveau phénotype) - Codominance : les 2 caractères apparaissent sans faire apparaitre un 3ème phénotype (ex : groupe sanguin) - Gène létal : conduit à la mort de l’embryon (ex : si 2 allèles récessif présent en même temps) - Allèles multiples : + de 2 génotypes ≠ possibles mais trait de caractère déterminé par une seule paire d’allèles (ex : groupe sanguin avec A/B/O) - La polygénique : combinaison de 3 paires d’allèles pour l’expression du trait de caractère (ex : mélanine pour couleur de peau) - Epistasie : concept d’interrupteur qui amène à un albinos si l’interrupteur est éteint (ex : présence de 2 allèles bloquant une enzyme qui elle même bloque les pigments de peau de rats) Hérédités liée aux chromosomes sexuels Sexe mâle déterminé par la présence d’un gène SRY sur le chromosome Y Portions homologues et différentes des chromosomes X et Y Portions homologues des hétérosomes : portions portant le même type de gènes et permettant aux deux homologues de se reconnaitre et de s’apparier lors de la méiose. Portion différentielles des hétérosomes : portion ne portant pas les mêmes gènes et le chromosome Y possède des gènes non présent sur le chromosome X et inversement. Maladies liées aux chromosomes X et Y Maladies liées au chromosome X : Maladies liées au chromosome Y : -> Hémophilie -> Palmure des orteils -> Daltonisme -> Fusion de 2 ou 3 dents -> Absence d’incisives -> Oreilles et corps couverts de poils -> Myopathie de Duchenne -> Peau craquelée et écailleuse Différences d’expression des gènes homme/femme Gène bleu = malade Gène jaune = santé Femme avec maladie récessive -> 2 copies du gène récessif est nécessaire pour déclencher la maladie Femme avec maladie dominante -> 1 copie du gène dominant nécessaire pour déclencher la maladie Homme -> 1 copie du gène (récessif ou dominant) nécessaire pour déclencher la maladie Morgan (successeur de Mendel) est le premier à associer un gène spécifique à un chromosome spécifique au début des années 1900. Il réalise ses expériences sur des drosophiles, pourquoi ? Mouche peu nuisible Prolifique (se multiplie rapidement, 100 individus/15 jours) Sexe facilement identifiable par l’abdomen A 8 chromosomes (- de matériel à étudier) Chromosomes géants visibles au microscope optique Determination du sexe ressemblante à celle de l’humain Le phénotype le plus répandu est le caractère « sauvage », pour obtenir d’autres variétés de drosophiles, il a élevé des mouches pdt 1an en les soumettant à des rayons X pour susciter l’apparition de mutations. Le 1e mutant qu’il a trouvé était une mouche mâle aux yeux blancs. Le phénotype peu répandu est le caractère « mutant ». Croisement monohybride Ex : yeux blanc w (récessif) et yeux rouges w+ (dominant). En F1, il y a une disparition, d’un caractère parental et en F2, la réapparition de celui-ci chez 25% des descendants (mâles uniquement). Hypothese : gène lié au sexe -> le gène pour la couleur des yeux est porté par le chromosome X et n’a pas son équivalent sur le chromosome Y. Croisement dihybridisme Ex : corps gris b+ ou noir b & ailes normales vg+ ou vestigiales vg. Les 2 caractères étudiés dans le croisement dihybride de Morga, n’ont pas subi l’assortiment indépendant des chromosomes puisque les 4 phénotypes ne sont pas en proportion égale. Hypothèse 1 : les gênes étudiés (corps/ailes) sont portés par le même chromosome et se transmettent ensemble (le + souvent) dans un gamète. Hypothèse 2 : il existe un mécanisme d’échange de segments entre les homologues qui brise quelquefois la liaison entre les gènes. Le mécanisme d’échange de Morgan est le processus de l’enjambement qui se produit en prophase 1 de la méiose, enjambements qui se sont produits dans le croisement dihybride de Morgan. Carte génétique et carte cytologique Carte génétique : séquence relative des gènes le long d’un chromosome, elle est établie à partir des données d’enjambement. Carte cytologique : emplacement exacte des gènes le long d’un chromosome donné, elle est établie par des techniques de coloration, marquage, microscopie,… Un croisement entre 2 drosophiles pour les caractères b et vg produit 17% de recombinants -> 17 cM entre les gènes b et vg. Un croisement entre 2 drosophiles pour les caractères b et cn produit 9% de recombinants -> 9 cM entre les genes b et cn. Un croisement entre 2 drosophiles pour les caractères cn et vg produit 9,5% de recombinants -> 9 cM entre les genes cn et vg. Les gènes indépendants de Mendel Portés par des chromosomes ≠, il y a une production de toutes les gamètes en proportion =. Donc le pourcentage de type parental et recombinant son = (50 parental / 50 recombinants).  PATHOGENE Le corps humain colonisé par 10% de germes (virus, bactéries, champignons) = flore normale. -> Les pathogènes sont en symbiose avec nous et joue certains rôles (ex : barrière), ils sont présent partout autour de nous, sur nous, dans toutes nos muqueuses, etc… Les différents types de pathogènes responsables chez l’Homme (du plus petit au plus grand) Prions ou agents transmissibles non conventionnels Virus Bactéries Champignons (mycètes) Parasites : - Protozoaire - Poux - Parasites pluricellulaires Prions ou agents transmissibles non conventionnels Exemple : maladie de la vache folle -> Mutation d’une protéine qui rejoint le système nerveux central et s’associe avec une protéine non muté qui va le devenir -> dérégulation qui entraine la mort des cellules et l’arrivée de la maladie de a vache folle Bactéries Forme variantes selon le genre, procaryotes un seul chromosome circulaire d’ADN et une paroi de peptidoglycane. Les bactéries s’adaptent à leur milieu (vivent dans des milieux très variables) en régulant directement les voies métaboliques par rétro inhibition ou rétro activation et en régulant indirectement l’expression des enzymes. Les opérons Chez les procaryotes : les gènes encodant les différentes enzymes d’une même voie métabolique sont regroupés sur le même chromosome et forme une seule unité de transcription = AVANTAGE car ils pourront être exprimés tous en même temps sous l’action d’un interrupteur appelé opérateur (= fragment du promoteur). Leur expression est régulé par le même promoteur -> transcription produit donc une longue molécule d’ARNm ensuite traduit en 5 protéines. => L’ensemble est appelé opéron. Exemple : Opéron tryptophane (permet la production d’enzymes de synthèse de cet acide aminé seulement quand la bactérie n’en trouve pas dans le milieu extérieur) 2 types d’opérons : - Opéron répressible = transcription habituellement active mais peut être inhibée par une molécule spécifique, exemple : opéron tryptophane inhibé par la molécule tryptophane. - Opéron inductible = habituellement inactifs mais sont allumés lorsque le métabolite est présent, exemple : opéron lactose s’active lorsqu’il y a du lactose. Mécanismes qui assurent le transfert de gènes pour les bactéries Les bactéries ne se reproduisent pas de manière sexuée donc pas de mélange de gènes venant d’individus différents) La transformation : Une bactérie virulente va transmettre son information génomique à une autre bactérie inerte qui peut plus se diviser et se reproduire (exemple des rats) La transduction : 1. Mis en place par un bactériophage (virus) qui injecte son matériel génétique dans la bactérie -> entraine la mort de la cellule car coupe les fragments de la bactérie 2. Production de nouveaux virions à l’intérieur de la bactérie 3. Certains des nouveaux virions peuvent prendre un fragment du génome de la bactérie au lieu de prendre le génome du bactériophages 4. Ces nouveaux virion vont ensuite implanter leur matériel génétique dans d’autres bactéries receveuses qui vont subir des crossing over au niveau des séquences identique entre les fragments de la bactérie et le matériel génétique implanter ce qui va donner des cellules recombinées La conjugaison et les plasmides : Transfert direct de manière unidirectionnel du matériel génétique entre 2 bactéries qui vont temporairement se liées par un pilus sexuel (se forme grâce a la présence d’un facteur F de fertilité) qui va se raccourcir pour que la bactérie donneuse puisse transférer son plasmide à la batterie receveuse -> Le plasmide transféré peut porter des protéines de résistances aux antibiotiques ce qui va former des bactéries multi-résistante Antibiotiques Différents modes d’actions de l’antibiotiques : Inhibe la synthèse de la paroi bactérienne Action sur la membrane plasmique Inhibe la synthèse protéique Inhibe la synthèse ou le fonctionnement des acides nucléiques Résistances mises en places par les bactéries : Modifications des récepteurs Diminué la perméabilité de la membrane Généré des pompes qui expulse l’antibiotique Enzymes qui décompose l’antibiotique L’acquisition de la résistance est principalement stocké dans le plasmide  Champignons (mycètes) Cellules eucaryotes avec organites réalisant une division binaire et ayant une paroi en chitine. Ils vont croitre par reproduction asexuée grâce à l’association de 2 hyphes (1 + l’autre -). Champignon = stade terminal Mycètes = stade préliminaire Les champignons peuvent pousser aux niveaux des orteils Toxoplasmose Paludisme Oxyure Taenia (ver solitaire) Parasites : 2 familles Unicellulaires qui se reproduit par division binaire mais cycle vital complexe (plusieurs étapes et reproductions sexuée. Protozoaires : petite taille et unicellulaire qui se reproduit par division binaire mais cycle vital complexe (plusieurs étapes et reproductions sexuée). Exemple 1: Toxoplasmose doit passer par plusieurs hôtes avant de devenir pathogène Exemple 2 : Paludisme(maladie du sommeil) -> lyse des globules rouges Parasites pluricellulaires : familles des helminthes. Exemple 1 : Oxyure : le + fréquent en Europe -> Pas besoin de passer par plusieurs hôtes -> Pour les enfants : auto infection très fréquente par pondaison d’oeufs au niveau du postérieur qui créer des démangeaisons Exemple 2 : Taenia (ver solitaire) Scolex s’accroche dans la paroi intestinale et fécondation avec nombre de ver solitaire qui augmente pouvant aller a l’encombrement intestinale  Le poux : devient problématique lorsque les nymphes apparaissent. La gale : Pond ses oeufs Les oeufs vont éclosent, Les larves vont apparaitre 2 types de transmissions : - Transmission directe dans 95% des cas par contact peau contre peau - Transmission indirecte dans 5% des cas par l’environnement Virus Les virus ont une taille des virions entre 10 et 400 nm de diamètre. Ils sont constitués d’une organisation très simple et sont des parasites intracellulaires obligatoires. Incapacité de réplication autonome Contenu en acides nucléiques (ADN ou ARN) Incapacité de synthétiser des protéines Incapacité de générer de l’énergie Insensibles aux agents antibactériens (antibiotiques) Le virus est constitué de l’acide nucléique (ARN ou ADN) situé au centre, d’une capside protéique protégeant l’acide nucléique (avec lequel elle forme la « nucléocapside » ou « core ») en périphérie et parfois d’une enveloppe qui peut être hérissée de spicules permettant au virus de se fixer aux cellules et d’y pénétrer ou d’en sortir. Multiplication des virus animaux Étapes du cycle réplicatif : Le cycle replicative viral peut se subdiviser conceptuellement en 3 étapes distinctes : - Les événements précoces (l’attachement aux cellules cibles, la pénétration et la décapsidation) - Les événements de biosynthèse (la réplication du génome viral, la transcription et la traduction) - L’assemblage de la particule virale Modes de pénétration des virus : Les virus utilisent au moins trois modes d’entrée différentes : - Pénétration du virus complet dans la cellule (pénétration directe du virus nu) - Pénétration du virus complet dans la cellule (fusion de l’enveloppe glyco-lipidique) Spikes = spicules - Pénétration du virus complet dans la cellule (endocytose) Décapsidation et libération de l’acide nucléique viral Détournement des activités biochimiques cellulaires au profit de la synthèse des constituants viraux Assemblage des virus complets et libération (acquisition de l’enveloppe lors du passage à travers la membrane cytoplasmique cellulaire) 3.3. Morphologie du VIH :  Système immunitaire C’est l’ensemble des mécanismes assurant le maintien de l’intégrité biologique d’un individu en éliminant les agents dont la prolifération entrainerait sa destruction ou la modification de ses constituants : bactéries, virus, champignons, parasites, substances chimiques,…Agents reconnus comme étranger par l’organisme : antigènes. Il nécessite de : Reconnaitre le « soi » de ses propres constituants normaux Distinguer le « non-soi » (agents pathogènes) du « soi altere » (tumeur, constituants de l’organisme modifiés par un virus). Eliminer les antigènes par différents moyens : différentes réponses immunitaires. Appropriées et normalement régulées : bénéfiques. Elimination de l’agent pathogène pour une protection de l’organisme = immunité et action protectrice illustrée par les déficits immunitaires comme des infections graves et/ou répétées, tumeurs malignes,… Dérégulées : hypersensibilité (allergies) et malades auto-immunes. Immunité innée Est également nommé le « pulse oxidatif », c’est un système protéique situé à la membrane et produit : des radicaux superoxide, de l’acide hyperchloreux, H2O2, des chloramines. C’est un moyen efficace de protéger l’organisme de manière génétique. Tous les êtres vivants ont un tel système quoique très variable et ne peut pas attaquer le non-soi intracellulaire. Il comprend : Des récepteurs physico-chimiques à leur surface Des molécules normalement présentes dans les fluides corporels comme les lysozymes et le complément Stimulation du mécanisme de phagocytose Induction de la sécrétion des cytokines, protéine libérée par des cellules pour affecter le comportement d’autres cellules -> réponse inflammatoire. Il peut être insuffisant pour des infections persistantes. L’inflammation C’est une BLESSURE qui endommage les vaisseaux sanguins. Production d’un épanchement sanguin dans la plaie Hémostase Formation d’un exsudat inflammatoire, composé de fibrine, de fluides, des cellules inflammatoires S’étend au-delà des marges de la plaie (jusqu’à 1,5 mm) Ses objectifs sont : d’éliminer les débris cellulaires, prévenir l’infection et permettre l’accès au système immunitaire et son but est la préparation de la plaie au processus de réparation. Exsudat : 1. Vasoconstriction locale 2. Vasorelaxation et augmentation perméabilité 3. Diapédèse-> chimiotactisme Se présente cliniquement par les quatre signes cardinaux : Chaleur / Rougeur / Œdème / Douleur.  Immunité acquise Quatre propriétés fondamentales : faire la diff entre immunité et accquise, leur Spécificité antigénique fonctionnement Diversité des antigènes reconnus Mémoire Discrimination du soi et du non-soi Cellules impliquées : Lymphocytes T et B Le système du complément La présentation des antigènes Organes lymphoides - Organes centraux : Développement des lymphocytes Thymus et Moelle osseuse - Organes périphériques : Lieu de la réponse acquise Rate, ganglions lymphatiques, ondes de Peyer Organisés pour piéger les Ag et faciliter l’interaction des cellules présentatrices d’antigènes et de cellules T, ainsi que des cellules B et T  ag antigene Selection clonale - l’hypothese de Burnet Les lymphocytes sont activés par les Ag et les cellules spécifiques à ces Ag prolifèrent de façon clonale. Chaque lymphocyte a un unique type de récepteur, les lymphocytes auto-réactifs sont éliminés, l’activation a lieu par contact avec Ag et les cellules sont différenciées. Activation des lymphocytes Les lymphocytes prolifèrent et se différentient en réponse aux (1) antigènes et (2) signaux d’autres cellules dans les tissus lymphoïdes. Cellules T : (1) Ag via TCR (2) Récepteurs co-stimulatoires sur les cellules dendritiques -> TH, CTL, cellules mémoires Cellules B : (1) Ag via Ig de surface (2) Récepteurs co-stimulatoires sur les cellules T d’aide -> cellules plasmatiques et mémoire Immunité adaptive - Lymphocytes B : sécrètent des immunoglobulines à fonction anticorps, permettant l’ »limitation de micro-organismes à multiplication extra cellulaire. - Lymphocytes T : T « helper » ou « auxilliaires », aidant la prolifération et la maturation d’autres cellules (LB dans la production d’Ac, lymphocytes T cytotoxiques) T « cytotoxiques », permettant la destruction d’agents pathogènes à multiplication intracellulaire (virus) T « régulateurs » Immunité à médiation cellulaire Expériences de transfert de la protection contre la tuberculose chez le cobaye, identification du lymphocyte comme support de la protection transférée (fin des années 1950) => lymphocyte T Immunité humorale Attention : l’immunité humorale est transmise par les immunoglobulines mais les immunoglobulines sont synthétisées par des cellules (qui participent donc aussi à la réponse humorale) => lymphocyte B  Spécialisation des différents bras de la réponse immunitaire - Immunité naturelle : première ligne de défense, présentation des antigènes aux lymphocytes auxiliaires CD4. - Immunité humorale : défense contre les antigènes extracellulaires (bactéries, toxines, stade précoce de certaines infections virales). - Immunité à médiation cellulaire : défense contre les antigènes endogènes (virus, bactéries intracellulaire, cellules cancéreuses). Cytokines Les cytokines sont des médiateurs solubles de la communication entre les cellules de l’organisme. Les interleukines sont les cytokines qui servent à la communication entre cellules immunitaires. Il existe de multiples cytokines différentes. Bien qu’elles soient sécrétées en réponse à une stimulation antigénique spécifique, elles n’ont intrinsèquement aucune spécificité antigénique. L’interleukine 2 (la reine des interleukines) sécrétée en réponse au virus de la grippe est la même que celle sécrétée en réponse au vaccin antitétanique...