Cours de Biologie Cellulaire 2024-2025 PDF

Cours de Biologie cellulaire Pr. A. OUKARROUM Année universitaire 2024-25 Module de Biologie Cellulaire (Semestre 1) Chapitre 1 : Organisation cellulaire. Théorie cellulaire Cellule procaryote et cellule eucaryote Cellule animale et cellule végétale Chapitre 2: Les membra...

Cours de Biologie cellulaire Pr. A. OUKARROUM Année universitaire 2024-25 Module de Biologie Cellulaire (Semestre 1) Chapitre 1 : Organisation cellulaire. Théorie cellulaire Cellule procaryote et cellule eucaryote Cellule animale et cellule végétale Chapitre 2: Les membranes cellulaires La membrane plasmique : Organisation générale et différenciation, Composition chimique, Fonctions membranaires (Transport. Notions sur les Récepteurs membranaires) Le système endomembranaire : réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes. Chapitre 3 : Les organites et constituants cellulaires: Ultrastructure et fonction Le cytosquelette et les mouvements cellulaires (microtubules,filaments intermédiaires, microfilaments, centrioles et dérivés centriolaires). Peroxysome, vacuole. Mitochondrie, chloroplaste, - Noyau Chapitre 4 : Information génétique Réplication Transcription Traduction Chapitre 5 : Les divisions cellulaires Noyau interphasique et Mitose Méiose Chapitre 1 : Organisation cellulaire. Théorie cellulaire Cellule procaryote et cellule eucaryote Cellule animale et cellule végétale  Théorie cellulaire Dans un premier temps, jusqu’au XVI siècle, les naturalistes et les médecins se sont attachés à décrire les organes, leurs formes et leurs fonctions, À la fin du XVIIIe siècle et au début du XIXe, ils vont rechercher la structure qui sous-tend organes et fonctions, c’est- à dire la cellule. Ensuite, au début du XXe siècle, avec la découverte des chromosomes et des gènes, apparaissent les structures cachées dans les cellules. Enfin au milieu du XX sècle, l’acide nucléique représente la structure sur laquelle reposent les propriétés des organes.  Le mot théorie est d’origine grecque theorein (« observer »). Une théorie scientifique, par ailleurs, est l’exposé d’un système abstrait hypothético-déductif, qui conforme une description scientifique d’un ensemble d’observations ou d’expériences. La théorie scientifique est basée sur des hypothèses ou des suppositions vérifiées par des scientifiques. Il existe deux catégories d’idées qui peuvent être développées jusqu’à ce qu’elles entrainent à une théorie : les conjectures* et les hypothèses. Ces idées peuvent s’avérer fausses, raison pour laquelle elles n’évoluent pas et ne constituent pas non plus des théories. aujourd'hui, il vous semble évident que... Mais c’est le résultat d’une longue histoire scientifique qui s’est nourrit du progrès technologique de l’observation la naissance d'un concept, indissociable des progrès de l'observation Janssen: Leeuwenhoek: Pasteur : Rosalind Franklin: 159 Invention du premier microscope 167 Observation d’animalcules dans 185 Réfutation de génération spontanée la 195 Première photographie de la double hélice 5 4 9 1 l’eau d’ADN 166 183 193 5 8 1 Max Knoll et Ernst Ruska: Invention du microscope éléctronique Hooke: première Schwann et observation de Schleiden: Cellule procaryote et cellule eucaryote La théorie cellulaire : Premières observations des cellules vivantes La théorie cellulaire : Tous les êtres vivants sont faits de cellules (au moins une cellule). La cellule est l'unité de base du vivant Toute cellule provient d'une autre cellule Unité et diversité structurale : La cellule est un volume de cytoplasme entouré par une membrane cytoplasmique et contenant un noyau et différentes structures. Mais …il ya des différenciations Unité et diversité fonctionnelle C’est la plus petite organisation moléculaire qui possède les propriétés du vivant: (a) Croissance, (b)Multiplication, (c) Métabolisme et contrôle des échanges. Mais différenciation Tous les tissus végétaux ou animaux sont faits de Il ya 200 types différents de cellules dans un corps humain. Chacune remplit une fonction précise. Des cellules nerveuses ou Cellules graisseuses Globules rouges et un lymphocyte Cellules osseuses Neurones ou adipeuses Feuille vue en coupe Racine en coupe Cellules de Escherichia coli l'épiderme d'oignon (Bactérie)  L'utilisation du microscope a conduit à l'identification de deux types cellulaires distincts par la présence ou l'absence d'un noyau dans la cellule.  En réalité le noyau est enfermé dans une enveloppe nucléaire (car c’est une double membrane), et la cellule eucaryote possède une compartimentation généralement absente chez les procaryotes. Les cellules ayant un noyau différencié, limité par une enveloppe nucléaire sont dites eucaryotes, celles n'ayant pas de noyau bien différencié sont dites procaryotes. La cellule eucaryote se distingue: La cellule procaryote se distingue : 1. par sa relative grande taille, 2. sa grande complexité d'organisation  par sa relative petite taille 3. la présence d'un noyau (N) enfermé dans une  sa faible complexité d'organisation enveloppe (mn),  l’absence de noyau (mais on distingue toutefois 4. la richesse de son contenu, les différents assez nettement le nucléoïde où se trouve localisé organites nettement différenciables dans le le matériel génétique de la bactérie) ; cytoplasme (d’où la complexité)  Quelques caractères différentiels des cellules eucaryotes et procaryotes Cellule procaryote Cellule eucaryote Organisme typique Bactéries Plantes, animaux, champignons… Taille typique 1- 10 µm 10-100 µm Type de noyau Nucleoïde, pas de véritable noyau Vrai noyau avec double membrane ADN Constitué d'ADN formant un seul chromosome Constitué d'ADN associé à des protéines organisé en plusieurs circulaire, pelotonné, et finement enchevêtré chromosomes, visibles au microscope pendant la division cellulaire ARN / synthèse des Il est couplé au cytoplasme - L’ARN est synthétisé dans le noyau, protéines - Les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme Cytoplasme Pas de réticulum endoplasmique Il est Structuré de façon complexe par le Pas de cytosquelette réticulum endoplasmique et le cytosquelette Ribosomes Très nombreux ribosomes qui sont le lieu Très nombreux ribosomes libres ou attachés sur de la synthèse protéique les systèmes membranaires internes (RE et enveloppe nucléaire) Mouvement de la A l’aide du Flagelle (longs) Par des cils (courts) et flagelles (longs) cellule Métabolisme Anaérobie (absence de O2) ou aérobie Habituellement aérobies (Présence de O2) Respiration Pas de mitochondries : les enzymes Présence des Organites spécialisées de la nécessaires sont localisés au niveau de la membrane respiration : mitochondries cytoplasmique ou du mésosome Division de la cellule Division simple Par Mitose pour les cellules somatiques Et par Méiose pour les gamètes Diagramme montrant les tailles relatives de certaines très petites choses, incluant la bactérie, qui mesure généralement environ 1 à 2 μm de diamètre (Source : Michigan Nanotechnology Institute for Medicine and Biological Sciences).  Les procaryotes : ultrastructure et mode de regroupement Illustration d’un plan en coupe d’une cellule bactérienne. Elle est étiquetée avec des chiffres correspondant aux différentes structures.  Les procaryotes : ultrastructure et mode de regroupement Les bactéries peuvent être regroupées en trois principaux ensembles en fonction de leur forme. Il s’agit notamment des bactéries sphériques (les coques ou cocci), en forme de bâtonnets (les bacilles), et spiralées ou autres.  Les bactéries peuvent avoir différentes formes : bâtonnet, sphérique, cylindrique...  Elles peuvent vivre isolées ou groupées en colonies.  Les protistes et les Virus Définition : Les protistes sont des eucaryotes. Leurs cellules ont un noyau et des organites membranaires. La plupart sont unicellulaires. Ils ont tous besoin d’un environnement aquatique ou humide pour vivre! En dehors de ces caractéristiques, ils ont très peu en commun. Les protistes sont regroupés en trois grandes catégories suivant leur nutrition : 1. Les protistes ressemblant à des animaux, sont hétérotrophes et peuvent se déplacer. (Protozoaires) 2. Les protistes ressemblant à des plantes, sont autotrophes qui font la photosynthèse. (Protophytes, incluant les algues) 3. Les protistes ressemblant à des champignons (fongiformes), sont hétérotrophes, leurs cellules ont des parois cellulaires et se reproduisent par les spores. (Protomycètes) Remarque: Les protistes ressemblant à des animaux ou à des champignons sont des parasites et absorbent les éléments nutritifs destinés à leur hôte, ce qui nuit à ce dernier. Ceux qui sont multicellulaires peuvent être composés de plus 100 à 1000 cellules mais non organisés et sans tissus ni organes.  Protistes Oomycètes Myxomycèt Protozoaire Algues (aquatique es s s) (terrestres) Les Virus 1. Un virus n’a pas de structures cellulaires. 2. C’est une particule d’acide nucléique, soit ARN ou ADN, entouré d’une enveloppe de protéine nommée capside. 3. Certains virus ont une enveloppe membranaire à l’extérieur de la capside, qui est composée de lipides. 4. L’enveloppe membranaire aide le virus à reconnaître et à s’attacher à la cellule hôte car c’est un parasite obligatoire. 5. Ils peuvent contaminer les cellules végétales, animales ou bactériales. Les virus sont souvent classifiés selon le type d’organismes qu’ils contaminent : Il y a 4 structures de base chez les virus : 1. Virus de la mosaïque (plantes) 2. Adénovirus (animaux) 3. Orthomyxoviridae, ou Influenza (animaux) 4. Bactériophage (bactéries) Lors d'un cycle lytique, le phage agit comme un virus classique : il s'empare de la cellule hôte et utilise ses ressources pour produire beaucoup de nouveaux phages, ce qui entraîne la lyse (éclatement) et donc la mort de la cellule. Les étapes du cycle lytique comprennent : 1.L'attachement : les protéines de la "queue" du phage se lient à un récepteur spécifique (dans ce cas-ci, un transporteur de sucre) situé à la surface de la bactérie. 2.L'entrée : le phage injecte son génome d'ADN double-brin dans le cytoplasme de la bactérie. 3.La réplication de l'ADN et synthèse de protéines : l'ADN du phage est copié, et les gènes de phage sont exprimés pour fabriquer des protéines, telles que les protéines de capside. 4.L'assemblage du nouveau phage : les capsides s'assemblent à partir des protéines capsides et sont remplies d'ADN pour générer beaucoup de nouvelles particules virales. 5.La lyse : plus tard dans le cycle lytique, le phage exprime les gènes codant les protéines qui créent des trous dans la membrane plasmique et dans la paroi cellulaire. Ces trous permettent l'entrée d'eau, qui fait gonfler et éclater la cellule comme un ballon surchargé d’eau. L'éclatement ou lyse de la cellule libère des centaines de nouveaux phages, qui peuvent ensuite trouver et infecter d'autres cellules hôtes à proximité. Ainsi, quelques cycles lytiques d'infection suffisent au phage pour se propager, tel un feu de forêt, au sein de la population bactérienne. Le cycle lysogénique permet à un phage de se reproduire sans tuer son hôte. Certains phages ne peuvent avoir recours qu'au cycle lytique, mais le phage lambda (\[\lambda\]), lui, peut alterner entre les deux cycles. Dans le cycle lysogénique, les deux premières étapes (attachement et injection d'ADN) se produisent de la même façon que pour le cycle lytique. Cependant, une fois à l'intérieur de la cellule, l'ADN du phage n'est pas immédiatement copié ou exprimé pour fabriquer des protéines. Au contraire, l'ADN viral se recombine avec une région particulière du chromosome bactérien et s'y intègre Cellule animale et végétale Comparaison entre la Cellule animale et végétale Les éléments (membrane plasmique, noyau, mitochondries, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, cytosquelette) sont communs aux deux types cellulaires qui se distinguent par l'existence dans la cellule animale du centrosome, et dans la cellule végétale des plastes , de la vacuole , et de la paroi. Différences entre cellules végétale et animale Hiérarchie des ultra-structures cellulaires Composition chimique et liaisons moléculaires Cellules = 90% d’eau et liaisons H Le reste exprimé en pourcentage de poids sec est approximativement de:  50% protéines  15% glucides  15% acides nucléiques  10% lipides  10% autres Les biomolécules et leurs fonctions => Macromolécules 1Les glucides à fonctions Energétique métabolique, Identité cellulaire et structurale l’unité de base est l’ose souvent hexoses et pentose. la macromolécule est le polyose ou polysaccharides 2 Les lipides à fonction de réserve énergétique, structurale et hormonale Acides gras saturés ou insaturés, triglycérides, phospholipides et stéroïdes. 3 Les protéines avec 20 acides aminés à structures de la I aire à la structure IV aire. 4 Les acides nucléiques Les unités sont les 5 bases azotées, le ribose ou désoxyribose et phosphate ;  Les macromolécules 1 Les glucides : les sous unités (ou monomère) sont : a) Monosaccharide ou sucre simple : Formée de 3 à 7 atomes de Carbone ex : glucose (l’une des principales sources d’énergie chez les plantes et animaux), fructose, galactose. b) Disaccharide ou sucre double : 2 sucres simples ensemble. Ex : saccharose (sucre alimentaire) = glucose + fructose et maltose = glucose + glucose c) Polysaccharide : plusieurs sucres simples ensemble. Ex : amidon (stocke l’énergie chez végétaux), glycogène (stocke l’énergie chez animaux), cellulose (fabrication de paroi cellulaire chez végétaux). glycogène amidon 3- Les protéines : les sous-unités (monomères) sont les 20 Acides Aminés dont 8 a.a. sont essentiels qui forment les polypeptides qui forment les protéines Ex : acide aminé + acide aminé + a.a. + a.a. +... = protéine 4- Les Acides Nucléiques: dont les Rôles: dirigent croissance et développement de toute forme vivante par un code chimique. Déterminent caractéristiques et fonctionnement de chaque cellule. (Code génétique). Sous-unité (monomère)= Les nucléotides qui sont formés d’un groupement phosphate, sucre (ribose ou désoxyribose) et une base azotée. Les Exemples ARN : un brin de nucléotides qui contiennent du ribose. ADN : 2 brins de nucléotides qui contiennent du désoxyribose. Il y a cinq bases azotées: Adénine, Guanine, Cytosine, Thymine, Uracile.  Un Nucléotide : Sous-unité ou monomère d’un acide nucléique