Ronéo 10 LSPS - Tutorat Santé Bobigny - Novembre 2024 PDF

TUTORAT SANTE BOBIGNY RONEO N°10 Semaine du 25/11/2024 au 29/11/2024 IGNY B Licence Sciences pour la Santé BO “Le succès c’est tomber sept fois, se relever huit.” ...

TUTORAT SANTE BOBIGNY RONEO N°10 Semaine du 25/11/2024 au 29/11/2024 IGNY B Licence Sciences pour la Santé BO “Le succès c’est tomber sept fois, se relever huit.”  Sommaire Socle Matière Cours Enseignant 14- Production d’énergie Biologie Cellulaire dans la cellule M.Oudar 15- Matrice extracellulaire Système nerveux M. Dumas Anatomie Synthèse cours Teams n°4 Approfondissement Matière Cours Enseignant Biologie Cellulaire ED 6- Production d’énergie M.Bassand,Mme.Hlawaty Economie: Lien entre croissance, développement M. Guennif et santé HSM: Histoire de la lutte SHS M. Jaisson contre le cancer en France Psychologie: Le développement affectif de Mme. Rezzoug l’enfant (partie 1) Anatomie Erratum - Membre Supérieur M. Dumas Perfectionnement Matière Cours Enseignant Biologie Cellulaire Vieillissement cellulaire M.Sutton Mme.Deschamp, Chimie ED 1 - Chimie organique Mme.Migianu-Griffoni  Socle “Le succès c’est tomber sept fois, se relever huit.” PROVERBE JAPONAIS  UE BIOLOGIE – SOCLE COMMUN Biologie cellulaire 14 – PRODUCTION D'ÉNERGIE DANS LA CELLULE  PLAN DU COURS Généralités I. Une voie universelle de production d’ATP : la glycolyse 1) Devenir des produites de glycolyse II. La récupération de l’énergie chez les eucaryotes 1) Les mitochondries et la respiration A) Généralités B) Le génome mitochondrial C) Pénétration dans la mitochondrie D) La chaîne respiratoire ou phosphorylation oxydative E) Bilan de la respiration 2) Les peroxysomes 3) Les origines des mitochondries et des chloroplastes 2 sur 26  GENERALITES ♦ Dans la cellule, l’énergie est dévolue essentiellement à des nucléotides triphosphates. ♦ o Ils sont susceptibles de stocker temporairement l’énergie libre dans leurs liaisons. o La rupture de ces liaisons libère de l’énergie utilisée dans un certain nombre de réactions biochimiques. ♦ Le principal de ces nucléotides est l’ATP : L’adénosine tri-phosphate ATP ♦ Les mitochondries produisent la plus grande partie de l’énergie Mitochondrie utilisable notamment à partir de la dégradation métabolique des lipides et des glucides. ♦ Chez les végétaux, les chloroplastes sont capables de capter l’énergie solaire pour synthétiser l’ATP et les groupes réducteurs indispensables à Chloroplaste la synthèse des glucides notamment à partir de CO2 et d’eau. ♦ Les mécanismes d’assemblages de ces organites sont différents : o Les protéines destinées à la mitochondrie et aux chloroplastes sont Organites à synthétisées sur des ribosomes libres du cytosol puis seront assemblage importées dans l’organite sous forme de chaînes polypeptidiques souvent achevées. particulier o Le mode de tri et d’acheminement des protéines diffère de la voie de transfert par vésicules interposées qui cheminent par le RE, le Golgi, les lysosomes et la membrane plasmique. 3 sur 26  I. UNE VOIE UNIVERSELLE DE PRODUCTION D’ATP : LA GLYCOLYSE Une molécule de glucose (C) est découpée en deux molécules de 3 carbones : Une molécule de glycéraldéhyde-3-phosphate (4 %), Une molécule de dihydroxyacétone phosphate (96 %). Le dihydroxyacétone phosphate est rapidement converti en glycéraldéhyde-3-phosphate par une enzyme (triose-phosphate isomérase). Résultat : on obtient deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate au total. À partir de ces deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate, chaque réaction suivante (production de NADH, ATP, et pyruvate) se produit deux fois. ♦ La glycolyse est une suite de réaction qui va convertir le glucose en pyruvate. Avec au final production d’ATP. ♦ Toutes ces réactions se produisent dans le cytosol et n’impliquent PAS l’oxygène. La glycolyse ♦ La transformation du glucose en acide pyruvique se fait par étape sans jamais de libération brutale de l’énergie contenue dans les liaisons ce qui endommagerait la cellule. ♦ Bilan énergétique : 2 ATP consommés et 4 ATP produits ♦ Cette voie métabolique ne produit que 2 ATP. ♦ Il existe une grande quantité d’énergie dans les liaisons des produits de la glycolyse, notamment du pyruvate. 4 sur 26  I. UNE VOIE UNIVERSELLE DE PRODUCTION D’ATP : LA GLYCOLYSE (SUITE) 1) Devenir des produits de la glycolyse ♦ L’ATP est consommée sur place dans le cytosol. ♦ Le devenir du pyruvate et des coenzymes (NADH qui est du NAD réduit) dépend de la situation : Anaérobie ou aérobie ♦ Le Pyruvate va entrer dans la mitochondrie (où il sera dégradé) ♦ Le NADH utilisé par la mitochondrie (où il sera régénéré en NAD+) ♦ ATP consommé dans la cellule En aérobie avec O2) En anaérobie (sans O2) ♦ Ces réactions ne produisent pas d’atp mais permettent de régénérer le coenzyme NADH et ainsi la poursuite de la glycolyse. 5 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 4 sources de ♦ Phosphorylation oxydative (mitochondrie) fabrication de ♦ Glycolyse (cytosol) l’ATP ♦ Photosynthèse (chloroplastes) ♦ Cycle de Krebs (mitochondrie – GTP) ♦ Synthèse de macromolécules Multiples ♦ Pompe ionique sources de ♦ Mobilité (des cellules voire des organites) consommation ♦ Mécanismes de mouvement de membrane (exo/endocytose, …) de l’ATP ♦ Contraction musculaire (plus généralement la contraction) ♦ Production de chaleur II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration ♦ Présentes dans toutes les cellules Eucaryotes (animales et végétales) à l’exception des globules rouges. ♦ Elles jouent un rôle primordial dans la vie mais également dans la mort cellulaire. Cet ADN mitochondrial est transmis exclusivement par la ♦ Organites semi-autonome mère lors de la fécondation. ♦ Spécifiques des eucaryotes aérobies L'ovocyte (cellule reproductrice féminine) contient les ♦ Absence chez des procaryotes mitochondries nécessaires au développement de l'embryon, ♦ ADN d’origine maternelle tandis que les mitochondries du spermatozoïde ne sont pas ♦ Principal fournisseur d’énergie de la cellule transmises. Généralités sur la mitochondrie 6 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration (suite) Le nombre de mitochondries varie d’une cellule à une autre : Cela peut aller de 500 voire 2000 mitochondries dans certaines cellules. Leur nombre varie selon l’activité cellulaire. Quantité de Leur nombre est aussi variable selon la nature de la cellule : mitochondries Cellules musculaires cardiaques : dont la fonction est de se contracter de manière rythmée et régulière = Nombre de mitochondries important. Jusqu’à 50% du volume de la cellule musculaire cardiaque. Plaquettes qui sont issues de cellules: on retrouvera seulement 2 à 6 Les plaquettes (ou thrombocytes) sont de petites cellules sanguines sans noyau qui jouent un mitochondries. rôle essentiel dans la coagulation du sang et la réparation des vaisseaux sanguins endommagés. ATTENTION: Globule rouge n’en contient aucune! ♦ Toujours la même structure générale. Elles peuvent : ♦ Se déplacer dans le cytoplasme car elles sont associées à des La mitochondrie microtubules par l'intermédiaire de molécules de type map motrices telles que des kinésines ou des dynéines dépendant du sens de déplacement. ♦ être relativement immobiles comme dans la spire mitochondriale dans les spermatozoïdes. Leur taille varie entre 0,5 à 1 µm (extrêmement variable selon la cellule). Les mitochondries se divisent, il n’y a pas de néoformations de mitochondrie, elles proviennent toujours d’une mitochondrie préexistante. 7 sur 26 La structure de la Les mitochondries sont des organites bi-membranaires. mitochondrie ♦ Elles possèdent une membrane interne, en regard avec la matrice mitochondriale ♦ Et une membrane externe séparée par un espace intermembranaire. La membrane interne est particulière : Elle est plissée dans la matrice pour former des crêtes : les crêtes mitochondriales. Plus ces saillis seront nombreux plus l’activité ATPasique sera forte car les ATP synthases sont présentes sur cette membrane interne. Ainsi, c’est la membrane interne et la matrice qui sont les plus « actives » dans une mitochondrie. 8 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration (suite) ♦ 60 % protéines / 40% lipides et beaucoup de cholestérol (proche de la membrane plasmique). ♦ Plus de pores notamment les porines que la membrane plasmique. o Laissant passer les molécules ayant un poids moléculaire supérieur à 5 kDa jusqu’à 10 kDa. o Le contenu en ions/molécules est relativement proche du Membrane cytosol. externe ♦ TOM (translocator of the outer membrane) ou molécules réceptrices qui sont capables de reconnaître des séquences d’adressages pour permettre à certaines protéines synthétisées dans le cytosol d’entrer dans la mitochondrie. (Notamment les molécules qui vont intervenir dans les mécanismes présents dans la matrice mitochondriale) ♦ Complexes d’importations du cholestérol (la mitochondrie intervient dans la synthèse des stéroïdes) ♦ Protéines bcl-2 (blocage apoptose) ♦ Acyl-CoA synthétase ♦ Protéines liaisons MAPs ♦ Très étroit Espace inter- ♦ Riches en H+ membranaire ♦ Protéines comme les Cytochrome C ♦ Enzymes comme les Pro-caspases impliquées dans l’apoptose ♦ Protéines kinases etc. ♦ 80% de protéines pour 20% de lipides mais pas de cholestérol, des cardiolipines constituées de 4 chaînes d’acides gras. Ces cardiolipines sont indispensables au fonctionnement des cytochromes C oxydases (on retrouve aussi des cardiolipines dans la membrane des bactéries) Membrane ♦ Imperméable aux protons, coenzymes NAD, NADH 2 interne nucléotides, malate... (intermédiaires participant à la chaîne respiratoire ♦ Compte tenu de la très forte quantité de protéines dans cette membrane, la membrane interne est très peu fluide, ce qui limite les mouvements des lipides/phospholipides de cette membrane. ♦ La fluidité étant faible, la membrane nécessite un très grand nombre de transporteurs. 9 sur 26  STOP II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration (suite) ♦ Imperméable sauf aux toute petites molécules (CO2 et H2O) les autres molécules vont devoir être prises en charge par des transporteurs pour la traverser. ♦ Environ 60 protéines (transporteurs) différentes en majorité hydrophobes (Protéines de transport de la chaîne respiratoire) : o Cytochrome P450. o Protéines transports d’électrons entre NADPH et Cytochrome P450. o Antiports ATP/ADP. Membrane o Transporteurs d’électrons et/ou de protons. interne (suite) o Enzymes de la bêta oxydation des acides gras. o Protéines de la chaîne respiratoire : - Le complexe 1 = NADH déshydrogénase - Le complexe 2 = succinate déshydrogénase - Le complexe 3 = BC1 - Le complexe 4 = cytochrome oxydase o Complexe d’importation TIM (translocator of the inner membrane) (TIM23/TIM22). o Protéines de découplage : entrée de H+ dans la matrice mitochondriale. o ATP synthase/synthétase ♦ Cardiolipine (lipides) caractéristique de cette membrane (20%) ♦ Composition très complexe avec des métabolites intervenant dans les phénomènes de dégradation des substrats notamment du pyruvate (issu de la glycolyse) ♦ Des molécules ADNmt (ADN mitochondrial) circulaire ♦ Des molécules ARNmt et des ARNt Matrice ♦ Des mitoribosomes Mitochondriale ♦ Toutes les enzymes impliquées dans la réplication, la transcription et la traduction de l’ADNmt. ♦ Présence d’enzymes participant au cycle de Krebs (β-Oxydation des acides gras). ♦ Des granulations sont présentes. Il s’agit d’accumulation des cations Ca2+ et de Mg2+ nécessaires en tant que coenzyme. ♦ La succinate DH impliqué dans le cycle de Krebs, et des NADH et NADPDH mitochondries : transports des électrons. 10 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration (suite) ♦ ADNmt = environ 1 à 5/1000 de l’ADN cellulaire total. ♦ Il est circulaire (comme celui des bactéries), accroché à la membrane interne et de petite taille 16 Kbases (16569 pb) tandis que le génome nucléaire est de 3 millions de Kbases ♦ Comme l’ADN nucléaire, il est associé à des protéines de type histone (Celles-ci sont différentes des histones que l’on retrouve dans le noyau) ♦ Le nombre de molécules d’ADNmt est variable selon les cellules (4 à 5 copies dans les hépatocytes et jusqu’à 1000 copies dans une mitochondrie). ♦ Le génome mitochondrial et le génome nucléaire ne peuvent pas s’hybrider, ils sont différents. ♦ Les ribosomes sont différents dans les mitochondries et dans la cellule, ils ressemblent à ceux des bactéries. ♦ L’ADN peut être dupliqué avec un code génétique différent, il y a 4 Le génome codons qui diffèrent entre le code génétique de la mitochondrie et mitochondrial celui du noyau. ♦ L’ADNmt ne code que pour 13 protéines mitochondriales (impliquées dans le transfert d’électrons ou dans la phosphorylation oxydative) telles que l’ARNr 16S et 12S et 22 ARNt (de transfert) pour la traduction des protéines codées par l’ADNmt ❖ La plupart des protéines dans la matrice mitochondriale et dans les membranes sont codées par l’ADN nucléaire. Il y a un peu plus de 1000 protéines qui doivent être importées (car elles ne sont pas codées par le génome mitochondrial) toutes les enzymes du métabolisme mitochondrial, à savoir : ❖ Protéines ribosomales ❖ ADN et ARN polymérases ❖ Aminoacyl ARNt synthétase ♦ Il y a une coopération entre les deux génomes, certaines protéines sont codées par le génome mitochondrial et celui du noyau. 11 sur 26 ♦ Ces protéines mitochondriales sont particulières : o Elles n’ont pas d’introns (comme chez les procaryotes) mais ce n’est pas le cas chez tous les organismes ♦ Les mitochondries de l’œuf fécondé proviennent de l’ovule, elles sont transmises exclusivement par la mère. 12 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration B) Le génome mitochondrial ♦ L’ ATP synthase et la cytochrome oxydase sont formés par juxtaposition de polypeptides provenant du cytoplasme et de la matrice mitochondriale. ♦ Il est donc possible d’étudier ce phénomène via des protéines inhibantes : Étude du - L’α-amanitime : inhibiteur de la transcription nucléaire génome - La cycloheximide : inhibiteur de la traduction cytoplasmique mitochondrial - L’acridine : inhibiteur de la transcription mitochondriale - Le chloramphénicol : inhibiteur de la traduction mitochondriale ♦ Ce génome ne code donc que pour 13 séquences codant pour des protéines impliquées dans le transfert d’électrons et dans l’oxydation phosphorylante (=phosphorylation oxydative). ♦ Ils codent en outre pour les ARNr (ribosomaux) 16S et 12S ainsi que pour les 22 ARNT (transfert) indispensable à la traduction des protéines qui sont spécifiquement exprimées par le génome mitochondrial. ♦ Les mitochondries ne peuvent pas subsister en dehors d’un environnement cellulaire, elles dépendent très étroitement à l’information contenu dans le génome nucléaire. ♦ Les mutations du génome mitochondrial peuvent entraîner des pathologies, certaines ont été mise en évidence : o Neuropathie optique congénitale de Leber Mutations du o Maladie de Parkinson et d’Alzheimer génome mitochondrial ♦ S’il y a des mutations de l’ADNmt des cellules germinales, elles seront transmises à la descendance par la mère ♦ Les troubles ne sont pas les mêmes selon le nombre de mitochondries atteintes par la mutation, les symptômes seront proportionnels au nombre de mitochondries atteintes. ♦ La mutation peut aussi être présente sur le génome nucléaire qui code aussi des protéines mitochondriales 13 sur 26 14 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration C) Pénétration dans la mitochondrie (suite) ♦ Les protéines mitochondriales codées par le génome nucléaire possèdent une région qui est une séquence signal nécessaires à leurs importations qui sera dégradée tout de suite après leur entrée dans la mitochondrie. o Séquence en hélice alpha amphiphile (acides aminés positifs d’un côté et négatifs de l’autre) o Différence de potentiel-dépendante : Séquence l’accumulation de protons dans l’espace signal intermembranaire et la membrane interne négative (-180 mV) créent un potentiel qui va attirer la séquence signal chargé positivement reconnue par des récepteurs spécifiques ♦ Les complexes TIM et TOM ont deux rôles : o De canal/translocateur, à travers lequel la protéine va pourvoir o De récepteurs notamment avec les protéines mitochondriales précurseur car il reconnaît leur séquence signal. ♦ Les complexes TIM et TOM ont deux rôles : o De canal/translocateur, à travers lequel la protéine va pouvoir circuler o De récepteurs, notamment pour les protéines mitochondriales précurseurs de manière à pouvoir reconnaître spécifiquement cette séquence signale. Translocateurs spécifiques ♦ Il existe 2 grandes voies d’importations des protéines : o Système de pré-protéines à signal, dont le signal sera retiré après (= MPP : mitochondrial processus peptides). ♦ Complexe OXA : translocateur de la membrane interne permettant le passage de protéines synthétisées dans la mitochondrie vers la membrane interne. ♦ Les protéines sont donc soit d’origine mitochondriale soit d’origine cytoplasmique : o Celles cytoplasmique passe par TOM puis par TIM pour entrer dans la mitochondrie si elles sont destinées à aller dans la matrice o Elles peuvent revenir de cette matrice vers la membrane par les translocateurs OXA 15 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration C) Pénétration dans la mitochondrie (suite et fin) ♦ Les protéines précurseurs mitochondriales sont importées sous forme de protéines non repliées grâce à des protéines chaperonnes : Protéines o famille HSP70 importées ♦ Ces protéines HSP vont faire en sorte que les protéines n’atteignent pas leurs formes en 3D mais plutôt linéaires pour passer plus facilement. ♦ Ces protéines chaperonnes vont ensuite rester dans le cytosol afin d’être réutilisées. ♦ Les protéines entrent dans la matrice mitochondriale en une seule fois mais en deux étapes : o Traversée de la membrane externe par le complexe TOM o Traversée de la membrane interne par le complexe TIM ♦ Cette liaison entraîne une entrée dans la matrice pour les protéines matricielles ou dans la membrane interne pour les protéines membranaires Traversée des de la membrane interne membranes ♦ Il y a des sites de contact entre les 2 membranes : l’hélice alpha du translocateur de TIM23 qui permet de la différencier du TIM22 ♦ Pour que la protéine ait une conformation mature il faut que son peptide soit clivé par une peptidase. Une fois fait, d’autres protéines vont intervenir et notamment celles type chaperonnes (HSP10 et HSP60) vont permettre à la protéine d’acquérir sa conformation tridimensionnelle en 2 étapes : o Pénétration du peptide signal qui est différence de potentiel dépendant. La protéine ayant une séquence signal chargée positivement va être attiré par la différence de potentiel (-180 mV) dû à l’accumulation de protons dans l’espace intermembranaire et par le fait que la membrane interne est chargée négativement. o Passage du reste de la protéine se fait par des mécanismes qui sont ATP-dépendant. ♦ Le repliement final de la protéine va donc nécessiter la consommation d’énergie et va se faire par l’intermédiaire de protéines chaperonnes. 16 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration D) La chaîne respiratoire ou phosphorylation oxydative ♦ Lors du cycle de Krebs la formation de molécules d’ATP n’était pas très importante. En effet, l’essentiel de l’ATP est produit par l’intermédiaire de la chaîne respiratoire. o Connu aussi sous le nom de phosphorylation oxydative ou oxydation phosphorylante Généralités Les électrons présents dans ces molécules vont être transférés à l’oxygène moléculaire dans une série de réactions couplées qui aboutiront à la production de molécules d’ATP Les électrons libérés par le NADH et le FADH2 se combinent avec l’oxygène moléculaire. L’énergie libérée servira à produire des molécules d’ATP à partir de molécules d’ADP ♦ Cette production se base sur le principe du couplage chimio-osmotique ♦ Complexe I (ou NADH déshydrogénase) : = Complexe qui catalyse le transfert d’électrons entre le NADH matriciel et l’Ubiquinone (= Coenzyme Q hydrophobe) ♦ Les électrons sont ensuite transférés au complexe III (= complexe BC1): ♦ Ensuite, les cytochromes réduits vont fournir les électrons au dernier complexe qui catalyse le transfert d’électrons jusqu’à l’oxygène moléculaire au niveau du complexe IV (= cytochrome oxydase). Les différents ♦ L’oxygène est considéré comme l’accepteur final, la réduction complexes de finale de l’O2 se fait sur la face interne de la membrane la chaîne o Il se forme alors une molécule d’eau respiratoire ♦ Les électrons transitent directement à travers la membrane ♦ Concernant le FADH2, il rentre ailleurs dans la chaîne respiratoire. o En effet les électrons sont transférés au complexe II par l’ubiquinone puis au complexe III. o Puis comme pour le NADH vers le complexe IV = Accepteur final o Il se forme finalement une molécule d’eau ♦ Pour les complexes I, III et IV, l’énergie libérée est utilisée pour permettre le passage de proton de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaires 17 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration D) La chaîne respiratoire ou phosphorylation oxydative (suite) ♦ Comme la membrane interne est imperméable aux ions, les protons ne peuvent pas regagner la matrice par simple diffusion. o Il se forme alors une certaine concentration en proton qui va augmenter très rapidement dans le compartiment intermembranaire. o D’où l’apparition de la différence de potentiel électrochimique (= ddp) Les différents complexes de la chaîne respiratoire ♦ Ce sont des molécules qui vont permettre grâce au gradient de proton de fabriquer des molécules d’ATP ♦ En effet, c’est à leur niveau que les gradients de proton vont être réduits. o C'est-à-dire que les ions H+ vont retourner vers la matrice mitochondriale o Ce retour s’accompagne de la formation de molécules d’ATP dont la source d’énergie est la force attirant les ions H+ vers la matrice. En effet, étant donné qu’il y a plus d’ions H+ dans l’espace intermembranaire que dans la matrice, la différence de concentration va avoir tendance à favoriser le retour ATP des ions H+ dans la matrice. synthase ♦ Structure de l’ATP synthase o Sous-unité F0 : - Partie membranaire qui sert de canal pour le passage du flux de proton o Sous-unité F1 : - Partie périphérique qui possède l’activité catalytique (= activité ATPasique) 18 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration D) La chaîne respiratoire ou phosphorylation oxydative (suite) ♦ A chaque fois qu’un ion H+ va retourner dans la matrice, la sous- unité F1 va transformer une molécule d’ADP en ATP. o Tous les protons transférés dans le compartiment inter- membranaire ATP synthase ne sont pas forcément tous utilisés pour la synthèse d’ATP. o Un certain nombre interviennent dans le cotransport de molécules, notamment vers la matrice. ♦ Le NADH ne pénètre pas dans la matrice mitochondriale et ne rejoint pas la chaîne respiratoire au même endroit que les NADH du cycle de Krebs. o Le NADH issu de la glycolyse va rester dans l’espace inter- membranaire et cédera ses électrons au NAD matriciel. Cela pourra se faire grâce à des systèmes de navette permettant le NADH transport des électrons à travers la membrane interne. (Issu de la ♦ Le NAD cytosolique est réduit en NADH par les électrons libérés par glycolyse) le catabolisme dans le cytosol. o Ce NADH ne peut pas passer dans l’espace mitochondriale à cause de l’imperméabilité de la membrane - Il n’entrera alors dans la chaîne respiratoire qu’après le complexe I (comme le FAD) - Ce NADH n’est donc à l’origine que d’un nombre limité d’ATP = 2 ATP ♦ Le pyruvate issu de la glycolyse va entrer : - Passivement dans la membrane externe - Mais activement dans la membrane interne grâce à un co-transport symport avec des protons ♦ Une fois dans la matrice mitochondriale, il y aura formation d’acétyl- Coenzyme A. o Le pyruvate sera déshydrogéné et décarboxylé. Il va être mis sous Pyruvate (Issu forme de CH3COO-, celui- ci sera transféré sur le transporteur de la glycolyse) Coenzyme A o Ceci s’accompagne de la réduction du NAD+ en NADH et de la fabrication d’une molécule de CO2 ♦ L'acétyl Coenzyme A va ensuite entrer dans un autre cycle de modification biochimique = Le cycle de Krebs. o Cycle au cours duquel il y aura une succession de réactions chimiques qui permettent la formation de : - Molécules d’ATP - Du CO2 - Du NAD et du FAD réduit 19 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration D) La chaîne respiratoire ou phosphorylation oxydative (suite) ♦ Concernant le cycle de Krebs : Lorsque l’acétyl coenzyme A entre dans ce cycle, il va y subir une succession de Bêta-oxydation au cours desquelles il y a encore très peu d’ATP formé et produit. Pyruvate (Issu de la o L’essentiel de l’énergie qui provient de la molécule oxydée se trouve glycolyse) encore stocké dans des Coenzymes (NAD et FAD) - C’est cette énergie qui sera récupérée dans la chaîne (suite) respiratoire. - C’est donc la 1ère manière de fournir de l’ATP, ici à partir de glucide ♦ Les triglycérides sont une autre source de production d’énergie. ♦ Ils vont être transformés en acide gras dans le cytoplasme par des lipases ♦ Ces acides gras sont activés en présence d’ATP pour former un Acyl- AMP. Ce dernier va réagir avec le Coenzyme A-SH pour former un Thioester. ♦ L’Acyl-Coenzyme A va permettre la libération d’AMP. o L’acyl Coenzyme A pourra alors passer à travers les membranes mitochondriales (interne surtout) grâce à une association avec une molécule, la carnitine = Formation d’un Acyl-Carnitine Coenzyme A ♦ Cette Acyl-Coenzyme A va ensuite subir une succession de Bêta-oxydation. A Triglycéride chaque étape, elle va perdre 2 atomes de carbones autour de l’hélice de Lynen. o Chaque tour de l’hélice va permettre la formation de 5 ATP pour chaque doublet de carbone. o Ensuite l’oxydation par le cycle de Krebs va permettre de produire 12 ATP pour 2 carbones. ⇨ Finalement on a la production de 17 ATP par maillon de 2 carbones ⇨ Ainsi selon la longueur de l’acide gras, le nombre de molécule d’ATP sera variable ✔ Si le nombre est impair, il reste à la fin - Un Acyl Coenzyme A - Un Propionyl Coenzyme A qui va rejoindre le cycle de Krebs après avoir transformé en Succinyl Coenzyme A 20 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration Schéma 21 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration E) Bilan de la respiration ♦ Lorsque les électrons sont libérés par le NADH, le transfert des électrons le long de la chaîne respiratoire s’accompagne du transport de 3 protons. o Il y aura une synthèse de 3 ATP ♦ Lorsque les électrons sont libérés par le FADH2, le transfert des électrons le long de la chaîne respiratoire s’accompagne du transport de 2 protons. o Il y aura une synthèse de 2 ATP ♦ La décomposition d’une molécule de glucose par la glycolyse et le cycle de Quel bilan ? Krebs (ou cycle du citrate) va produire un total de 38 ATP : - 4 ATP - 10 NADH = 30 ATP - 2 FADH2 = 4 ATP ♦ L’ATP produit est transporté hors de la mitochondrie par une ADP/ATP translocase pour couvrir les besoins de la cellule. II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 1) Les mitochondries et la respiration E) Bilan de la respiration (suite) Schéma récapitulatif 22 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 2) Les peroxysomes ♦ Organite cellulaire délimitée par une seule membrane contrairement aux mitochondries. ♦ Ils sont présents dans toutes les cellules, depuis les levures jusqu’aux vertébrés supérieurs. ♦ Contrairement aux mitochondries, les peroxysomes ne contiennent pas d’ADN, ainsi tout ce que l’on retrouve dans le peroxysome est synthétisé dans le cytoplasme (contrairement aux mitochondries dans lesquelles Généralités certains éléments sont synthétisés à l’intérieur-même de celles-ci). ♦ Organite auto réplicable ♦ Organite qui va consommer de l’oxygène par trois voies métaboliques biochimiques différentes : - Bêta-oxydation des AG (à très longue chaînes) - Production et dégradation H2O2 - Hydroxylation de molécules ♦ Structure et composition : o Ovoïde o Diamètre 0,25 (retrouvé dans d’autres types cellulaires) à 1,5 µm (retrouvé par exemple dans les cellules du foie) o Limité par une membrane o Une matrice ♦ Le nombre de peroxysome est différent selon le type cellulaire : o Hépatocytes : plus de 1000 par cellule Nombre dans une cellule ♦ La cellule va réguler sa quantité de peroxysome selon ses besoins. ♦ On peut faire augmenter artificiellement le nombre de peroxysomes dans une cellule (foie) en lui injectant une hormone stéroïde. 23 sur 26  ♦ L’étude de son contenu est possible grâce à des techniques de fractionnements subcellulaires couplés à des détections de type enzymatique. ♦ Sa membrane contient : o Protéines ABC (ATP Binding Cassette, participant à l’importation à l’intérieur du peroxysome de substances comme des métabolites et des Contenu protéines produites dans le cytosol) o Protéines d’importation o Cytochrome P450, spécifique du peroxysome, avec un site actif dans le cytosol, catalyse des hydroxylations ♦ La composition de cette membrane est particulière : sa composition en lipide est différente de celle du RE, les protéines que l’on retrouve dans sa composition ne sont pas N-glycosylées, elles sont synthétisées par des polysomes non liés dans le cytosol et seront adressées par des mécanismes spécifiques à la membrane du peroxysome. La composition en phospholipides n’est pas la même que celle du RE et présente des différences qui permettent de la différencier assez finement. 24 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 2) LES PEROXYSOMES (SUITE) ♦ Sa matrice contient un très grand nombre d’enzymes (environ 50) qui effectuent des réactions métaboliques, dont quelques-unes sont capables de fournir de l’énergie à la cellule. Les enzymes sont essentiellement des enzymes d’oxydation, notamment d’oxydation des acides gras. o Des oxydases qui produisent du peroxyde d’hydrogène en utilisant l’oxygène qui traverse la membrane par diffusion simple. - Bêta-oxydation des AG à chaînes très longues (+ de 22 C) : elle va aboutir à des AG avec chaînes raccourcis (12C ou moins) et va permettre la libération d'acétyl coenzyme A. Ces AG et l'acétyl coenzyme A vont sortir du peroxysome et rejoindront la Contenu (suite) mitochondrie. Cette réaction est comparable à celles vues dans la mitochondrie, cependant les enzymes et les métabolites sont différents. - Synthèse de cholestérol - Synthèse des acides biliaires par oxydation de dérivés du cholestérol - D et L-amino-acides oxydases o La catalase qui est la plus abondante (hémo-enzyme qui contient du fer). Elle a pour fonction d’oxyder des substrats en utilisant notamment le peroxyde d’hydrogène généré par les oxydases. Fonction ♦ Oxydations de métabolites en produisant de l’eau oxygénée H2O2. Pathologiea ♦ Syndrome hépato-cérébro-rénal de Zellweger ssociées ♦ Adrénoleucodystrophies ♦ Les constituants de la membrane et de la matrice proviennent du cytosol (séquences signales spécifiques d’adressage vers le peroxysome : PTS 1 = séquence C-term SKL tripeptide Serine Lysine Leucine et PTS 2 = dizaine d’AAs) ♦ Proviennent du bourgeonnement du réseau particulaire et canaliculaire existant. Il se forme un bourgeonnement à partir de ces peroxysomes sous Biogenèse des forme de réseau peroxisomal, puis les nouveaux peroxysomes vont se peroxysomes détacher au bout d’un certain temps pour former des organites individualisés. Ceci fait intervenir des petites protéines G de la famille des ARF et des coatomères qui constituent un revêtement de la face cytosolique de la membrane des peroxysomes. ♦ Les peroxysomes peuvent se déplacer dans la cellule le long des microtubules grâce aux protéines associées. Lorsqu’ils arrivent en fin de vie (environ 3,5j dans un hépatocyte) ils se dégradent par autophagie. 25 sur 26  II. LA RÉCUPÉRATION DE L'ÉNERGIE CHEZ LES EUCARYOTES 3) LES ORIGINES DES MITOCHONDRIES ET DES CHLOROPLASTES Moins de 10 % des protéines mitochondriales proviennent des mitoribosomes. La durée de vie des protéines mitochondriales peut varier de quelques minutes à plusieurs semaines. Les mitochondries croissent et se divisent par scissiparité à partir de mitochondries parentales, indépendamment de la cellule (comme Généralités les bactéries) Au-delà de leur rôle principal de synthèse d’ATP elles ont d’autres fonctions : - Synthèse des hormones stéroïdes - Synthèse des phospholipides - Synthèse des acides aminés - Homéostasie du calcium, des glucides, du fer, des lipides - Thermogénèse - Rôle déterminant dans la mort cellulaire programmée = Apoptose Il existe un postulat selon lequel la cellule eucaryote proviendrait d’une association symbiotique avec des procaryotes = Endosymbiose o Ceci est attesté par l’étude des mitochondries et des chloroplastes. o Il semblerait que des bactéries auraient colonisé de grandes cellules. Un certain nombre d’argument vont dans ce sens : - Les deux (bactérie et mitochondrie) possèdent une taille semblable - Clivage en deux (scissiparité) - Possèdent tous deux leur propre ADN (circulaire, fixé à la Origine des membrane interne) mitochondries - Ressemblance ribosomes bactériens/mitochondriaux - Les ARNs ribosomaux ressemblent plus à ceux des bactéries qu’à ceux du génome nucléaire des cellules eucaryotes - Tri conservateur Actuellement, on pense que la mitochondrie viendrait de bactéries aérobies alors que les chloroplastes viendraient d’une cyanobactérie (photosynthétique). Il existe aussi des arguments contre ce postulat : o Le code génétique de la mitochondrie est différent du code universel des procaryotes. o L’ADN mitochondrial possède des Intron contrairement à l’ADN des procaryotes. 26 sur 26 UE BIOLOGIE – SOCLE COMMUN Biologie cellulaire 15–LA MATRICE EXTRACELLULAIRE  PLAN DU COURS I. Généralités sur la matrice extracellulaire A. Les fonctions de la MEC B. Aspect microscopique C. Les constituants de la MEC II. Les protéines fibreuses A. Les collagènes 1. Structure des collagènes 2. Biosynthèse du collagène 3. Régulation de la biosynthèse B. L’élastine III. Les glycoprotéines adhésives A. La fibronectine B. Les laminines IV. Les polysaccharides A. Les GAG (glycosaminoglycanes) B. Les protéoglycanes V. Structure particulière de la matrice extracellulaire : lame basale A. Le collagène type IV 1 sur 22  I. Généralités sur la matrice extracellulaire ♦ Les cellules animales sont : - dépourvues de paroi mais sont emprisonnées dans une matrice extracellulaire - constituée de protéines et de polysaccharides, ceux-ci étant sécrétés par les cellules elles-mêmes ♦ Ces macromolécules sont assemblées en réseaux structurés. ♦ Cette matrice : - remplit l'espace intercellulaire - permet l'organisation en tissus des organismes pluricellulaires. - n’est pas une substance inerte - exerce deux fonctions fondamentalement importantes : mécanique et biologique I. Généralités sur la matrice extracellulaire A. Les fonctions de la MEC Une fonction ♦ La matrice extracellulaire permet : mécanique - la cohésion des cellules - leur assemblage - leur protection - le soutien des épithéliums ♦ Elle contrôle : - la différenciation Une fonction - la prolifération cellulaire biologique - la migration des cellules. - la polarité cellulaire (la formation d’un pôle apical et un pôle basolatéral) 2 sur 22  I. Généralités sur la matrice extracellulaire B. Aspect microscopique ♦ Cette matrice : - est une des composantes du tissu conjonctif - spécifiquement chez les vertébrés : contient au-delà d’un certain nombre de molécules de cette matrice + des cellules qui peuvent être des fibroblastes. ♦ Les fibroblastes vont être à l’origine de la synthèse : De la matrice, des macrophages, des leucocytes, des mastocytes. ♦ Suivant le type de matrice (cellulaire ou extracellulaire) présente, les tissus conjonctifs auront : - des aspects microscopiques différents - des fonctions biologiques associés différentes Le tissu conjonctif lâche sous-jacent aux épithéliums contient : - essentiellement de la matrice - quelques fibroblastes. le tendon, de la matrice ou du tissu conjonctif contient : - presque exclusivement des protéines fibreuses Le cartilage, une autre forme de tissu conjonctif, est : - riche en polysaccharides formant un gel (très résistant à la compression) L’os, un tissu conjonctif particulier, possède : - une matrice extracellulaire rendue rigide par l’inclusion de cristaux notamment de phosphate de calcium. Lame basale : - Type particulier de MEC présent sous les cellules épithéliales et endothéliales - peuvent potentiellement entourer : -Les cellules musculaires -Les adipocytes -Les nerfs périphériques 3 sur 22  I. Généralités sur la matrice extracellulaire C. Les constituants de la MEC On retrouve, dans la constitution de la MEC, 3 types de molécules : 1. Des protéines fibreuses (= des glycoprotéines ou des protéines) : - les collagènes - L’élastine (contenu dans les fibres élastiques) 2. Des glycoprotéines adhésives (moins volumineuses que les fibreuses) : - la fibronectine Constitution de la - les laminines MEC - le facteur de von Willebrand - la thrombospondine => Les glycoprotéines adhésives jouent un rôle fondamental dans l'adhésion des 3 constituants de la MEC. 3. Des polysaccharides : - les glycosaminoglycanes (GAG) - les protéoglycanes => vont piéger les molécules d’eau => constituent un gel plus ou moins hydraté permettant le remplissage de la MEC. ♦ Ces macromolécules sont synthétisées par de nombreuses cellules spécialisées : - Des fibroblastes, ostéoclastes, chondroblastes ⇨ localisés dans la matrice conjonctive Synthèse des macromolécules - Des cellules épithéliales ⇨ secrètent les éléments constituant leurs propre lame basale - Des leucocytes, des macrophages et des polynucléaires basophiles, neutrophiles 4 sur 22  I. Généralités sur la matrice extracellulaire C. Les constituants de la MEC (suite) ♦ Ces macromolécules peuvent : - s’associer entre elles => forment un réseau de collagène, de fibronectine - s’associer aux cellules : => grâce aux protéines : les glycoprotéines transmembranaires de la famille des CAM (Cell Adhesion Molecule) comme les intégrines. ♦ L’adhésion de ces molécules sur leurs récepteurs va induire un certain nombre de cascades de signaux intra cytoplasmique conduisant à de nombreux phénomènes biologiques : - la différenciation cellulaire - la forme des cellules - la prolifération Leurs fonctions - le métabolisme cellulaire - l’apoptose. ♦ La fixation de ces molécules sur leur récepteur permet : - l’organisation de la matrice par l’intermédiaire du cytosquelette ♦ L’association glycoprotéines matricielle-récepteur cellulaire permet : - le contrôle de la vitesse et de la taille des fibres de fibronectines et de collagène. ♦ On a un système qui fonctionne dans les deux sens : la cellule est capable de fabriquer la MEC et de l’organiser autour d’elle- même. 5 sur 22  II. LES PROTEINES FIBREUSES A. Les collagènes (suite) ♦ On retrouve parfois aussi des résidus de lysine et hydroxy lysines dans les collagènes alors qu’on n’en retrouve quasiment pas ailleurs dans les autres protéines. ♦ Les acides aminés servent à stabiliser la triple hélice par formation de liaisons hydrogènes entre les chaînes. ♦ La striation périodique qu’on peut observer dans la fibrille provient de deux causes principales : o Séquences répétitives GXY o Les molécules de collagènes sont juxtaposées avec un décalage d’1/4 de leur longueur Donc les fibrilles vont s’associer en fibres de collagène Plusieurs fibres s’associent en faisceau. Tableaux récapitulatifs Exemple du collagène de type IV : organisé sous forme de 3 chaines alpha 1 de type IV. Il est essentiellement constitutif des lames basales. 6 sur 22  II. LES PROTEINES FIBREUSES A. Les collagènes (suite) ♦ Les chaines alpha sont synthétisées typiquement dans le réticulum endoplasmique granulaire sous forme de pro chaines alpha avec l’existence d’une séquence signal - Les chaines alpha possèdent aussi des propeptines qui sont situés à chaque extrémité de la chaine c’est-à- dire en C-ter et N-ter. - Les propeptines seront éliminés par la suite. - Ils sont eux sous forme non hélicoïdale contrairement au reste 2.Biosynthèse de la molécule. du collagène ♦ Dans la lumière du réticulum endoplasmique, se produit : - un phénomène d’hydroxylation pour transformer via des hydroxylases : les lysines en hydroxy lysines des prolines en hydroxyprolines - ils subissent des phénomènes de N- glycosylation (car ce sont des glycoprotéines) ♦ Ensuite dans l’appareil de Golgi, ces chaines alpha vont - auto-enroulement des chaînes alpha sauf à leurs extrémités (où se trouvent les pro chaines alpha) sous forme de molécule de procollagène = enroulement en super hélice Les pro chaines alpha vont s’associer entre elles par des liaisons hydrogènes pour former les pro collagènes et vont subir un phénomène de O- glycosylation. ♦ Ces molécules de pro collagènes vont ensuite être véhiculées dans le cytoplasme via des vésicules de transport (elles ne vont donc pas dans le cytosol). 7 sur 22  II. LES PROTEINES FIBREUSES A. Les collagènes (suite) ♦ A l’extérieur de la cellule : - des enzymes de type protéolytiques : clivent les propeptides en N terminal et en C terminal => donnent des collagènes ou tropocollagène(fibres de 1,5 nm). - Cela a été prouvé pour le collagène I, II, III. ♦ une fois leurs propeptides clivés : - ces molécules s’auto-associent en fibrilles => un décalage = une striation périodique qui permet d’éloigner ces zones sombres et zones claires de 60 nm. 2. Biosynthèse du ♦ Puis à l’extérieur de la cellule : association de fibrilles en fibres collagène de collagènes de 10 à300 nm de diamètre, et enfin de ces fibres (exemple du en faisceau de collagènes. collagène I) (suite) ♦ Le cytosquelette peut intervenir et agir sur : - les sites de formation des collagènes - les vitesses de formation des collagènes - l’orientation des assemblages des fibrilles ♦ rôle très important des propeptides : dans le guidage intracellulaire empêchent la formation des fibrilles à l’intérieur des cellules car ces fibrilles ont tendance à s'auto associer très facilement 8 sur 22  II. LES PROTEINES FIBREUSES A. Les collagènes (suite) ♦ La biosynthèse du collagène est régulée par des hormones : - hormone de croissance - des cytokines produites par des cellules présentent dans la matrice extracellulaire ♦ Les macrophages activés vont stimuler les fibroblastes : ⇨ production de fibres de collagènes en très grande quantité ⇨ des phénomènes de fibroses de la MEC ♦ Le collagène nécessite un phénomène de renouvellement : - durée de vie de deux mois dans la peau ♦ Le collagène est dégradé par des enzymes spécifiques et des cellules: - les collagénases : qui sont synthétisées et excrétées par les fibroblastes 3. Régulation - les macrophages et des polynucléaires neutrophiles de la biosynthèse ♦ Il existe un certain nombre de pathologies associés à des mutations dans : - des gènes codant pour les chaînes alpha - des déficiences des enzymes protéolytiques => maladies de la peau => formation de tendons fragiles => une hyper mobilité des articulations ♦ La vitamine C : rôle primordial dans le fonctionnement des coenzymes au cours de la formation de collagène. Petite anecdote du prof : les marins étaient édentés au 18ème siècle (perdaient leurs dents) ceci est directement lié aux voyages dans les bateaux au 18ème - 19ème siècles car les fruits frais étaient manquants, or le collagène a besoin de vitamine C pour une prolifération rapide et est très présent dans les gencives. 9 sur 22  II. LES PROTEINES FIBREUSES B. L’élastine ♦ Composant majeur des fibres élastiques ♦ présent dans certains tissus conjonctifs et en particulier dans les tissus soumis à une variation importante de taille peut s’allonger et se raccourcir et reprendre sa forme initiale (ex : poumons, peau et vaisseaux sanguins) Composition ♦ protéine non glycosylée : 70 kDa ♦ peut se réticuler en réseau grâce à des liaisons covalentes formées entre les chaînes latérales des résidus lysine. ♦ très riche en proline et en lysine (comme les collagènes) ♦ molécules hydrophobes ♦ Pas de hydroxy lysines ni hydroxy prolines dans l’élastine ♦ L’élastine est une protéine : - de 830 acides aminés - avec des molécules d’élastines reliées entre elles par des liaisons covalentes ⇨ formation des faisceaux de collagène ou des réseaux de fibres élastiques que l’on peut colorer de manière spécifique ♦ Sa structure réticulée permet donc à l’élastine de se tendre et détendre comme un élastique d’où leur nom Structure forme d’élasticité de la MEC ♦ Les fibres élastiques sont dégradées par une enzyme spécifique : l’élastase Elles sont synthétisées et excrétées dans la MEC par les fibroblastes, les macrophages, les polynucléaires neutrophiles. ♦ Les fibres d’élastines sont reliées entre elles, associées aux collagènes et à des polysaccharides matricielles. - permet de limiter leur étirement et leur déchirement 10 sur 22  III. LES GLYCOPROTEINES ADHESIVES ♦ Les glycoprotéines adhésives Ce sont des glycoprotéines capables de se lier : - entre elles : Généralités formation d’un certain nombre de réseau - aux cellules via un récepteur cellulaire, ex : les intégrines. 11 sur 22  III. LES GLYCOPROTEINES ADHESIVES A. La fibronectine ♦ La fibronectine : - appartient aux glycoprotéines adhésives - protéine très volumineuse : 100 nm de longueur pour 220 kDa - abondante et ubiquitaire (présent quasiment partout dans l’organisme chez l’Homme) ♦ Elle est composée de deux chaînes polypeptidiques chacune faisant 2500 acides aminés : - une chaîne a - une chaîne b ♦ Cette molécule a la capacité non seulement de se lier : - à elle-même => auto-assemblage par des ponts disulfures - à d’autres molécules via des sites de liaison : Structure o 2 sites pour le collagène o des sites pour les protéoglycanes comme les GAG, ou l'héparine (2 sites) o 2 sites de liaison aux cellules grâce à une séquence particulière RGD (arginine - glycine - acide aspartique) qui est reconnu par les intégrines ♦ La fibronectine est synthétisée par : des cellules de la MEC et des cellules au contact de la lame basale. ♦ La fibronectine existe sous deux formes : o Une forme insoluble (dans la matrice extracellulaire) o Une forme soluble (dans le sang) Elle est synthétisée dans le foie et joue un rôle important dans la coagulation du sang 12 sur 22  III. LES GLYCOPROTEINES ADHESIVES A. La fibronectine (suite) ♦ molécule multifonctionnelle (qui apparaît précocement au cours du développement) : Permet la migration des cellules de la crête neurale lors de la gastrulation rôle important dans les phénomènes de Fonctions différenciation cellulaire régule la migration des cellules notamment des neurones rôle dans la coagulation sanguine Favorise l’adhésion des cellules à la MEC par l’existence de ses sites de fixation et la séquence RGD (sites de reconnaissance pour l’intégrine) 13 sur 22  III. LES GLYCOPROTEINES ADHESIVES B. Les laminines ♦ Les laminines = famille de molécules qui regroupe plusieurs éléments. ♦ Constituées de trois chaînes polypeptidiques : - alpha - bêta - gamma on les retrouve de façon quasi-exclusive dans les lames basales (= différenciation particulière de la MEC) ♦ Glycoprotéine de grande taille : 850 kDa avec des extrémités : - N-terminal des trois chaînes : s’enroulent sous forme de triple hélice Généralités et - C-terminal : forment une croix structure ♦ Capacités adhésives : possède des sites de fixation pour des récepteurs cellulaires notamment pour : Les intégrines Les collagènes IV Des protéoglycanes ex : les perlecanes. 14 sur 22  IV. LES POLYSACCHARIDES A. Les GAG (glycosaminoglycanes) Généralités ♦ GAG = polysaccharides à longues chaines non ramifiés composés de répétition d’éléments disaccharidiques : - le N- acétylglucosamine ou le N- acétylgalactosamine - un sucre + souvent de type acide : l’iduronate ou le glucuronate ♦ Les sucres peuvent être substitués par des groupements sulfates (SO3-) pour la plupart des GAG , SAUF l’hyaluronane. ♦ L’hyaluronane est un GAG spécifique : - longue chaine disaccharidique de nature entièrement sucre (contenant plus de 50 000 éléments disaccharidiques) - intervient dans la morphogénèse et cicatrisation - dégradé par l’hyaluronidase (enzyme spécifique) => l'arrêt de la migration et de la différenciation cellulaire. 15 sur 22  IV. LES POLYSACCHARIDES A. Les GAG (glycosaminoglycanes) (suite) ♦ Compte tenu de la présence de groupements carboxyles, COOH et ces groupements sulfates : - les GAG portent des charges négatives globalement - sont capables de fixer des ions positivement chargés (Ils permettent donc de stocker des cations) ♦ Sur ce tableau vous voyez les GAG qui sont de natures différentes. Les exemples sur ce tableau sont l'acide hyaluronique, chondroïtine sulfate, héparane sulfate, héparine, dermatane sulfate … ♦ Ce sont des molécules avec des poids moléculaires extrêmement élevé. ♦ Elles sont constituées d'un disaccharide répétitif souvent un acide D- glucuronique mais peut aussi être un acide L- iduronique et puis on a un autre monosaccharide qui lui est variable souvent le N-acétyl-D- glucosamine ou le N-acétyl-D- galactosamine. ♦ Ces groupements sont souvent substitués par des groupes sulfates on le voit avec un nombre variable de groupement sulfate suivant les molécules. Ils sont capables potentiellement Explication du ou non de se lier a des protéines. On retrouve d'un point de vue tableau distribution cellulaire ces éléments dans différentes matrices : Typiquement l'acide hyaluronique est retrouvé dans des tissus conjonctifs très divers (comme la peau, le corps vitré, le cartilage et le liquide synovial) L'héparine est retrouvée dans les poumons, dans le foie la peau Le dermatane sulfate est aussi beaucoup retrouvé dans la peau, les vaisseaux sanguins, le cœur et les valvules cardiaques ♦ Ces associations de molécule de GAG sont capables d'incorporer des molécules d'eau pour former des gels hydratés qui seront en fonction du nombre de molécules d'eau présentes plus ou moins visqueux. Ceci constitue la substance fondamentale donc la MEC. ♦ Ils jouent donc un rôle de soutien mécanique de la MEC. Les GAG jouent un rôle de soutien des protéines fibreuses ou des autres protéines dans la MEC. Cette substance fondamentale va autoriser plus ou moins la diffusion rapide des molécules d'oxygène, de nutriments ou d'hormones à travers la MEC 16 sur 22  IV. LES POLYSACCHARIDES B. Les protéoglycanes ♦ Les protéoglycane (PG) = GAG sulfatés + protéines ♦ La teneur en polysaccharides : extrêmement variable car dans certains cas de protéoglycanes, les sucres correspondent à 95% de la masse totale de la molécule ♦ Dans ces protéoglycanes, le nombre d’unités disaccharidiques est plus restreint : le maximum est de l’ordre de 300 unités. ♦ Leur particularité est que ce sont des molécules disaccharides qui Structure sont liées à des protéines (=corps protéiques) par des liaisons covalentes sur des résidus sérine. ♦ A ce jour, on a identifié plusieurs de ces protéines dont le poids moléculaire varie de 10 à 500 kDa. ♦ Les protéoglycanes sont présents dans la MEC et à la surface de certaines cellules. o Permettent d’accroître l’adhérence : rolling des monoses comme pour les sélectines. o Participe à la transmission de signaux via la présence d’un certain nombre de facteurs de croissance + hormones Fonctions ♦ l'acide hyaluronique = le GAG le + connu peut se fixer sur ces protéoglycanes et possède un corps protéique sur lequel vient s’attacher sur les sérines des molécules tri ou tétra saccharidiques => permet la fixation des GAG 17 sur 22  V. STRUCTURE PARTICULIERE DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE : LA LAME BASALE ♦ Lame basale (LB) = forme particulière de structure dans la MEC, elle est présente sous les cellules endothéliales et épithéliales - peuventpotentiellement entourer : - les cellules musculaires - les adipocytes -les nerfs périphériques : via cellules de Schwann qui forment une gaine entourant les neurones. ♦ La lame basale = différenciation de la MEC hautement spécialisée ♦ LB : composée de nombreuses molécules qui sont glycoprotéiques adhésives : Collagène de type I,II,III et IV, La lame basale fibronectine, protéoglycanes, 2 glycoprotéines spécifiques de la lame basale: le collagène IV et laminines. ♦ En microscopie électronique à transmission (MET): elle se présente avec une épaisseur variable de : - quelques dizaines de nm sous une cellule épithéliale (image à droite) - à plus de 100nm dans les glomérules rénaux (= cellules constituant le tubule rénal au niveau des sites de filtration des urines primitifs) la lame basale joue un rôle important dans la filtration des urines. (image à gauche) 18 sur 22  V. STRUCTURE PARTICULIERE DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE : LA LAME BASALE A. Le collagène type IV ♦ Présent spécifiquement dans les lames basales ♦ Se distingue des autres collagènes car il ne s’organise pas en fibrilles mais en lamelles = collagène lamellaire (formation possible de couches superposées) ♦ Cette organisation forme des couches superposées. conformation particulière due au fait que les séquences Gly-X-Y soient fréquemment interrompues par des courtes séquences hélicoïdales => permet une organisation en réseau réticulé bidimensionnel Structure et ♦ La lame basale est synthétisée par : localisation - les cellules qui sont à son contact - les cellules qui vont s’apparier sur elle - en partie par les cellules du tissus conjonctifs (en dessous de la LB) ♦ Selon les localisations, elles peuvent avoir des compositions différentes mais elles contiennent toutes : du collagène IV, des protéoglycanes, de l’héparane sulfate, la laminine, l’entactine (molécule qui peut se lier à la laminine et conjointement au collagène IV) La lame basale possède des récepteurs spécifiques : notamment la famille des intégrines famille béta 1 19 sur 22  V. STRUCTURE PARTICULIERE DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE : LA LAME BASALE A. Le collagène type IV (suite) Les lames basales ont des fonctions très diverses et très complexes : ♦ Rôle de substrat pour la migration des cellules (ex : crêtes neurales): au cours du développement embryonnaire ♦ Dans les tissus adultes, la lame basale est à l’interface entre les tissus non vascularisés (comme les épithéliums et les tissus conjonctifs) alors qu'elle est le plus souvent vascularisée. Ex : dans le glomérule rénal : LB => filtration glomérulaire sélective du sang pour constituer l'urine primitive Fonctions ♦ Régénération cellulaire : quand il y a une lésion de certains tissus notamment les épithéliums, la laminine va persister et constituer un support, qui va permettre de guider les cellules qui sont en voie de régénération. ♦ Prolifération et différenciation : notamment de l’épithélium des cellules intestinales : elles se renouvellent en très grande quantité à partir de cellules souches à la base des villosités intestinales puis ces cellules migrent en 1 à 2 jours jusqu’au sommet des villosités pour ensuite se détacher et mourir par apoptose dans la lumière intestinale. Au cours de ce processus la lame basale sert de support pour la migration de la base des villosités jusqu'à l'apex. 20 sur 22  V. STRUCTURE PARTICULIERE DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE : LA LAME BASALE A. Le collagène type IV (suite) ♦ Contrôle de la localisation des protéines intrinsèques des membranes cellulaires c’est le cas dans la jonction neuromusculaire : la membrane contient des glycoprotéines dont certaines sont responsables de l’agrégation des récepteurs comme celui de l’acétylcholine (ex : jonction neuromusculaire) ♦ Rôle de barrière qui va empêcher ou limiter le passage de cellules cependant certaines cellules cancéreuses peuvent traverser la lame basale grâce à la synthèse et sécrétion d'enzymes capables d'hydrolyser les constituants de la MEC et de la lame basale, cela favorise le phénomène de métastases. ♦ Contrôle l’acquisition et maintien de la polarité cellulaire : deux domaines : - le domaine apical : situé du côté opposé à la MEC, souvent en contact avec le milieu extérieur Fonctions - le domaine basolatéral : en contact avec la membrane. (suite) - Les enzymes, les récepteurs, les transporteurs sont répartis de manière différente entre les deux domaines - les jonctions cellulaires (ceintures d’adhérence, jonctions serrées) situées sur les faces latérales ou basales limitent les mouvements des macromolécules entre les deux milieux. - Ces échanges se déroulent schématiquement du pôle apical au pôle basolatéral (et inversement) 21 sur 22  LES POINTS À RETENIR Points importants 22 sur 22  UE METIERS DE LA SANTE– Socle Anatomie 09 – Le système nerveux Points clés Savoir différencier le système nerveux central/périphérique et volontaire/autonome Connaître la neuro-anatomie sur les noyaux gris, les différentes voies (motrices et sensitives) Anatomie Tutorat 09 – Système nerveux Santé Bobigny PLAN DU COURS Introduction I. Généralités a) Définitions b) Composition de l’encéphale c) Moelle épinière d) Les nerfs II. Système nerveux volontaire et autonome a) Système volontaire b) Système autonome III. Le tissu nerveux a) Le cortex cérébral b) La substance grise c) La substance blanche d) Segment de moelle spinale IV. Description topographique du cerveau V. Ventricules et LCR a) Les ventricules b) Le LCR VI. Les noyaux gris centraux VII. Les voies de la motricité et de la sensibilité Pathologies Université Page 2 sur 12 Sorbonne Paris Nord Anatomie Tutorat 09 – Système nerveux Santé Bobigny I-GENERALITE Fonctions : o Vie de relation o Intégration des évènements sensitifs/sensoriels o Réponse par des messages volontaires(motricité) o Fonctionnement autonome de certains viscères (SNA) A) Définitions Cerveau (qui possède une forme ovoïde) Cervelet, en arrière du cerveau Tronc cérébral (sous le cerveau) est composé de 3 parties : - La partie haute correspond à l’écartement de deux tiges qui B) Composition de vont chacune pénétrer dans un hémisphère et donner ce que l’encéphale l’on appelle les pédoncules cérébraux. - Sous cette partie haute se trouve une région un peu renflée qui s’appelle le pont (ou protubérance annulaire). - En dessous il y a le bulbe aussi appelé moelle allongée → Tronc cérébral + cervelet + cerveau = encéphale Dans la colonne vertébrale Est composé de : C) La moelle épinière - Renflement cervical - Moelle dorsale - Renflement lombaire → Encéphale + moelle épinière = système nerveux central Formés par des racines nerveuses émanant du système nerveux central Ceux partant de la moelle sont les nerfs rachidiens D) Les nerfs Au niveau lombo-sacré = ils sont regroupés sous forme de la “queue de cheval” - Ils appartiennent au système nerveux périphérique, constitué de nerfs rachidiens (s’associent pour former des plexus = Université Page 3 sur 12 Sorbonne Paris Nord  Anatomie Tutorat 09 – Système nerveux Santé Bobigny mélange de fibres venant de différents nerfs). Les plexus donnent des nerfs périphériques apportant l’innervation par exemple au membre supérieur. Ceux qui partent du tronc cérébral sont les nerfs crâniens : - 12 paires de nerfs crâniens - Appartiennent au système nerveux périphérique II- SYSTEME VOLONTAIRE ET AUTONOME S’intéresse à la vie de relation Mélange des informations et des transports d’informations de types sensitive, sensorielle et motrice On y retrouve des centres moteurs et sensitifs et des voies qui transportent des informations motrices et sensitives On y retrouve le système nerveux de la motricité propositionnelle Elle est sélectivement sous le contrôle de la volonté A) Système nerveux Le geste propositionnel est accompagné d’une motricité volontaire automatique (qui peut être contrôlée) Présence de centres : Au niveau du cortex (principalement, notamment la motricité propositionnelle) Dans la région sous corticale (présent au niveau des noyaux gris centraux) : pilotage de la motricité automatique Au niveau de la moelle Présence de voie tout au long du système nerveux central N'est pas sous le contrôle de la volonté Il est complètement autonome, on ne peut pas reprendre le contrôle Est aussi composée de centres et de voies sensitive, motrice et sensorielle Se répartit en deux grands groupes qui s’opposent et qui sont en équilibre : B) Système nerveux - Les voies sympathiques autonome - Les voies parasympathiques Présence de centres (pour chacun des 2 groupes) Centre végétatif ou "sensibilité végétative” (que l’on trouve dans le tronc cérébral, et dans le cerveau) Présence de voies : Propres, spécifiques Commune entre le système nerveux autonome et volontaire 1. En lien avec le système nerveux végétatif : 2. En lien avec la sensibilité végétative : Le système nerveux végétatif (ou autonome) régule les fonctions involontaires du corps, comme : La sensibilité végétative concerne les signaux sensoriels La respiration, la circulation sanguine (pression artérielle, fréquence cardiaque), la digestion, la sécrétion des glandes, l'équilibre énergétique. provenant des viscères (organes internes) et des tissus. Elle inclut : Il se divise en deux branches principales : Les sensations internes comme la faim, la soif, la Le système sympathique (prépare le corps à l'action, "réaction de fuite ou de combat"). douleur viscérale, ou encore la distension des organes. Le système parasympathique (favorise le repos, la digestion et la récupération). Ces signaux ne sont souvent pas perçus consciemment (ou de manière diffuse), contrairement à la sensibilité Un "centre végétatif" fait référence à une région du cerveau ou de la moelle épinière qui contrôle ces fonctions autonomes. somatique, qui concerne la peau, les muscles