Chap 1 Introduction à la Cytologie 2024/2025 PDF

Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 Chapitre I : Introduction à la cytologie Objectifs: Le cours de Biologie Cellulaire a pour objectifs les points suivants : 1- Acquérir des connaissances, théoriques et pratiques, en Biologie Cellulai...

Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 Chapitre I : Introduction à la cytologie Objectifs: Le cours de Biologie Cellulaire a pour objectifs les points suivants : 1- Acquérir des connaissances, théoriques et pratiques, en Biologie Cellulaire. 2- Comprendre la structure et les fonctions de la cellule. I. Biologie Cellulaire / Cytologie La Biologie cellulaire (anciennement appelée Cytologie): Discipline de la biologie qui étudie les cellules du point de vue structural (‫ )بنيوية‬et fonctionnel (‫)وظيفية‬, comme : la Reproduction (‫)التكاثر‬, le Métabolisme (‫)اال ْستِ ْقالب‬, l’Homéostasie (‫التوازن‬, la Communication ‫)…التواصل‬. La mort cellulaire, qui peut être programmée génétiquement (apoptose) ou être le résultat d’une agression (nécrose). La cytologie et la Biologie cellulaire ont pour objectif initial: de décrire avec un maximum de précision toutes les structures caractéristiques des cellules animales, végétales ou des êtres unicellulaires, leurs modifications au cours de la vie des cellules, la diversité de celles-ci au sein des organismes ou au cours du développement embryonnaire…: II. Historique succinct Les 1eres observations microscopiques : (1635-1703) Robert Hooke a observé pour la première fois les cellules sur un échantillon de liège. Cellule sur Echantillon Microscope de liège Morceaux de liège ‫فلين‬ Observation à l’origine du mot cellule  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 (1632 – 1723) Antonie van Leeuwenhoek décrit l'existence de microorganismes. La microscopie, née avec les travaux de Hooke et de Van Leeuwenhoek s’impose progressivement pour devenir une des principales techniques d’étude de la matière vivante, III siècles plus tard il y’a eu naissance de la cytologie. Vers les années 1825: L'étude des microorganismes (Bactéries) est réellement accessible avec le développement d'un microscope optique, d’où il y’a naissance de la cytologie. III. Les grandes étapes de la cytologie 1- Découverte de la cellule En 1665-1820: développement de la microscopie photonique = Description des structures cellulaires. 1824-1839 : formulation de la théorie cellulaire (Schleiden et Schwann). 1855 : formulation de la théorie sur la continuité cellulaire (Virchow). les cellules proviennent toujours d'autres cellules préexistantes 1830-1900 : description des principales structures et organites cellulaires ; mise au point des techniques de la cytologie et de l’histologie. La biologie cellulaire se fonde comme discipline. 2- Approches biochimiques et fonctionnelles in vitro ou in situ 1920 : premiers développements des techniques cytochimiques et cytoenzymologiques. 1924 : mise au point de la réaction « nucléale » de Feulgen (détection de l’ADN) estimation de la quantité d’ADN dans les cellules et tissus, 1935-1940 : développement des méthodes utilisant les isotopes (radioactivité, radiochromatographie, traçage isotope…) pour l’analyse du métabolisme. 1936-1939 : invention de la Cytophotométrie en UV (détection des acides nucléiques) ; mise au point d’un test permettant de localiser de façon différentielle l’ADN et l’ARN grâce à des enzymes (Brachet). 1938-1950 : développement des techniques de fractionnement cellulaire et de purification d’organites (Claude, Brachet). 1950-1955 : préparation d’extraits acellulaires spécifiques assurant des fonctions biologiques complexes : contraction de myofibrilles, battement des cils, synthèse protéique… 3- Révolution du microscope électronique et ultrastructure cellulaire 1931-1940 : mise au point du microscope électronique à transmission (Ruska) ; la première image d’une cellule paraît en 1945 (Porter). 1938 : invention du microscope électronique à balayage (Von Ardenne). 1944 : mise au point de la technique d’ombrage métallique.  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 1948-1956 : mise au point et développement des techniques d’Ultramicrotomie. 1955-1959 : invention et développement de la technique de coloration négative. 4- Approche moléculaire / lien ultime entre structures et fonction 1941 : mise au point des techniques de marquage des anticorps par greffage de fluorochromes. 1959 : utilisation d’anticorps couplés à la ferritine pour l’immunocytochimie en microscopie électronique. 1969 : mise au point de la technique d’hybridation in situ. 1975 : invention des hybridomes et production d’anticorps monoclonaux (Köhler et Milstein). 1992 : mise au point de la méthode de visualisation des protéines dans les cellules vivantes grâce à la GFP (Green Fluorescent Protein). En résumé: Naissance progressive du concept de cellule et de la cytologie Conclusion La cytologie a évolué au fil du temps pour devenir une discipline essentielle de la biologie, contribuant de manière significative à notre compréhension des cellules, de leur structure, de leur fonction et de leur rôle dans la biologie des organismes vivants. IV. La théorie cellulaire En 1833: Brown décrit le noyau de cellules vivantes (cellules d’Orchidée) et le qualifié comme structure constante. 1838-1839: formulation de la théorie cellulaire, élaborée par Schleiden et Schwann (anatomistes animal et végétal), selon laquelle tout être vivant complexe est constitué de cellules, qui représentent l’unité de base structurale et fonctionnelle de la vie. 1835:Dujardin propose le concept de protoplasme comme substance vivante chez les protistes 1855:Virchow démontre, par des observations vitales, que toute cellule est issue d’une cellule préexistante. (omnis cellula e cellula).  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 V. Les axiomes de la théorie cellulaire 1er axiome: en 1838 Schleiden et Schwann émettent le premier axiome de la théorie cellulaire : «tous les organismes (Bactérie, plantes et animaux) sont faits de petites unités : les cellules ». 2eme axiome: en 1855 Virchow (médecin allemand), suggère que toute cellule provient d’une autre cellule (principe de la division cellulaire). 3eme axiome: une cellule est une entité autonome capable de réaliser un certain nombre de fonctions nécessaires et suffisantes à sa vie. 4eme axiome: individualité cellulaire grâce à la membrane plasmique qui règle les échanges entre la cellule et son environnement. 5eme axiome : La cellule renferme sous forme d’ADN l’information nécessaire à son fonctionnement et à sa reproduction. L’ADN peut être sous forme libre (procaryotes) ou stocké dans une structure particulière : les chromosomes, réunis dans le noyau (eucaryotes).  Résumé des axiomes de la théorie cellulaire a) Unité de composition : Tous les organismes sont constitués d'une ou plusieurs cellules. b) Unité fonctionnelle : La cellule est l'unité de base de structure et de fonction des êtres vivants. d) Unité de reproduction : Toute cellule provient d'une cellule préexistante. Ces trois principes sont les fondements de la biologie cellulaire moderne et ont révolutionné la compréhension de la vie à l’échelle microscopique. VI. Intérêt de la cytologie 1- Diagnostic médical : La cytologie est largement utilisée en médecine pour diagnostiquer des affections et des maladies basées sur l'observation des cellules. Exemple: l'examen cytologique des cellules prélevées d'une tumeur peut aider à déterminer si elle est maligne ou bénigne. ‫ورم خبيث أو حميد‬ 2- Recherche: La cytologie est un outil essentiel en recherche Biomédicale et Biotechnologie telles que la culture cellulaire, la production de médicaments, la recherche sur les cellules souches ‫ الخاليا الجذعية‬et la thérapie génique.  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 A titre d’information la culture cellulaire : c’est une technique qui permet aux chercheurs de reproduire et d'étudier des processus cellulaires in vitro ‫ في المختبر‬. Elle a une grande importance dans la recherche fondamentale, la médecine, la toxicologie, le développement de médicaments. Elle constitue un outil essentiel pour mieux comprendre la biologie cellulaire, les maladies et les traitements potentiels.  En Virologie : Les cultures cellulaires sont utilisées pour l'étude des virus, y compris la recherche sur les vaccins, les antiviraux et la compréhension des mécanismes de l'infection virale.  Tests de toxicité : Les cultures cellulaires sont utilisées dans les tests de toxicité pour évaluer les effets nocifs potentiels de produits chimiques, de médicaments, de produits cosmétiques, etc...  Études sur le cancer : La culture cellulaire est largement utilisée pour étudier les cellules cancéreuses, y compris leur croissance, leur résistance aux médicaments et les mécanismes de la cancérogenèse. VII. La notion du vivant et Organisation des êtres vivants aux différentes échelles Le monde vivant actuel est le résultat de processus évolutifs qui ont débutés il y a quelques milliards d’années, par la formation de molécules organiques à partir de quelques atomes de Carbone, d’Hydrogène et d’Oxygènes. Atomes Molécules complexes Organites Cellules Tissus Population Organisme Système/apparei Organe l  Communauté  Ecosystème  Biosphère La vie repose sur l’intégrité de ces niveaux structuraux VIII. Classification du monde vivant Les êtres vivants sont répartis dans différents groupes. Sur la base de leur anatomie (les animaux qui ont la même forme sont classés dans le même groupe), la classification peut se baser sur le mode de vie (auto ou hétérotrophe, symbiose, parasite, saprophyte…), d’autre part : plus les espèces sont proches sur le plan de l’évolution, plus elles doivent être proches dans la classification. Whittaker (1969) propose une division du monde du vivant en 5 règnes : 1- Les monères : organismes procaryotes (les bactéries), constitués d’1 cellule sans noyau. Ce sont les 1ers êtres vivants. Très peu évolués depuis +sieurs milliards d’années.  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 2- Les protistes : organismes eucaryotes, en majorité unicellulaires. Leur Ȼ possède 1 noyau. Ce règne se divise en 3 grands groupes  Les protozoaires : proches des animaux ;  Les algues unicellulaires : proches des végétaux ;  Les protistes fongiformes : proches des mycètes ( champignons) 3- Les mycètes (Champ.) : organismes eucaryotes pluricellulaires hétérotrophes. Ils absorbent leurs nutriments, ils possèdent 1 paroi. 4- Les végétaux: organismes eucaryotes pluricellulaires autotrophes (photosynthétiques). Ils possèdent 1 paroi cellulosique. 5- Les animaux : organismes eucaryotes pluricellulaires hétérotrophes. Ils ingèrent leurs nutriments, ils ne possèdent pas 1 paroi cellulosique. Depuis 1970, on distingue les bactéries classiques (eubactéries), comme les cyanobactéries (algues bleues photosynthétiques), et les Archéobactéries , ayant un mode de vie très particulier (conditions de vie extrêmes). Les Archéobactéries sont divisées en 3 groupes à savoir :  Les méthanogènes (le méthane est le produit de leur métabolisme) ;  Les halophiles (milieux salés) ;  Les thermophiles (milieux chauds).  Ordre hiérarchique de classification du vivant : Règne, Embranchement, Classe, Ordre, Famille, Genre et l’espèce. Actuellement le monde vivant est divisé en 3 domaines sur la base des caractéristiques cytologiques : 1- Bactéries (Eubacteria) :  Ce sont des organismes procaryotes, (pas de noyau délimité par une membrane). Leur ADN est libre dans la cellule, souvent sous forme d'un chromosome circulaire.  Les bactéries représentent un large groupe d'organismes unicellulaires, avec des parois cellulaires contenant généralement du peptidoglycane. 2- Archées (Archaea) :  Comme les bactéries, les archées sont des procaryotes, mais elles diffèrent des bactéries par des caractéristiques génétiques et biochimiques spécifiques.  Elles possèdent des membranes cellulaires composées de lipides uniques et leurs processus métaboliques et leur ADN ont des similitudes avec les eucaryotes.  Elles sont souvent trouvées dans des environnements extrêmes (haute température, salinité, acidité, etc.), mais elles sont aussi présentes dans des habitats plus ordinaires. 3- Eucaryotes (Eukarya) :  Ce sont des organismes dont les cellules possèdent un noyau délimité par une membrane et des organites (comme les mitochondries, le réticulum endoplasmique, etc.).  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025  Les eucaryotes comprennent les animaux, les plantes, les champignons, et les protistes. Ils peuvent être unicellulaires (comme certaines algues ou les protozoaires) ou multicellulaires (comme les animaux et les plantes). Ces trois domaines constituent les grandes catégories de la classification du vivant, selon un système proposé par Carl Woese en 1990, basé sur des différences dans la structure de l'ARN ribosomique et d'autres caractéristiques génétiques et cytologiques. 1- Notion d’espèce et nomenclature binomiale L'espèce est l'entité fondamentale des classifications, qui réunit les êtres vivants présentant un ensemble de caractéristiques morphologiques, anatomiques, physiologiques, biochimiques et génétiques, communes. C’est une population dont les individus peuvent potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde. Chaque espèce est désignée par deux noms : Le 1er pour le genre et le 2eme l’espèce, cette nomenclature scientifique est universelle ; à titre d’exemple on cite :  Streptococcus pneumoniae : pour Pneumocoque  Staphylococcus aureus: pour Staphylocoque  Equus caballus : pour le cheval  Daucus carota : pour la carotte 2- Classification phylogénétique La classification phylogénétique ou classification cladistique est une forme de classification des êtres vivants qui repose sur leur phylogénie (liens de parenté ). Qui est l’étude des liens de parenté entre les êtres vivants et ceux qui ont disparu. D’un point de vue génétique et moléculaire. Les virus n’appartiennent pas à cette classification. Ils forment un monde à part, à la limite du monde du vivant. N’ayant qu’1 seul des 2 acides nucléiques (ARN ou ADN), ils ne peuvent se reproduire de façon autonome. Ils doivent donc parasiter 1 cellule vivante qui leur fournira l’acide nucléique maquant. Les virus sont incapables de mener 1 vie indépendante ce sont des parasite cellulaire obligatoire. On admet aujourd’hui que les bactéries, les archaebactéries et les eucaryotes ont un ancêtre commun, qui est le progénote, dont-ils sont issus successivement les bactéries, puis les archaebactéries et enfin les eucaryotes : Le schéma suivant montre un arbre phylogénétique hypothétique reliant tous les grands groupes d'organismes vivants au dernier ancêtre commun universel. Ce graphique est basé sur l'analyse de séquences d'ARN ribosomique.  Annexe Médecine –Univ-Jijel / Module de Cytologie/ Chap I : Introduction à la Cytologie 2024/2025 3- Evolution des cellules depuis le progénote Le progénote est considéré comme l'ancêtre commun hypothétique de tous les organismes vivants. Il représentait une forme primitive de vie, probablement une cellule simple, dépourvue de structure cellulaire complexe. Ce stade initial avait un matériel génétique rudimentaire et des capacités métaboliques limitées. Last Universal Common Ancestor (LUCA) ou le dernier ancêtre commun universel : organisme unicellulaire ancestral qui a vécu il y a environ 3,5 à 4 milliards d'années. Il est considéré comme le point de départ de l'évolution des cellules, donnant naissance aux trois domaines de la vie : les Bactéries, les Archéobactéries et les Eucaryotes. C’est un modèle pour comprendre comment la vie a évolué sur Terre.