Module 3 : Biologie cellulaire et moléculaire Flashcards
La biologie cellulaire et moléculaire c’est …
Déf : étude structure et fonctionnement des cellules
Donc concerne étude mécanismes de fonctionnement cellule au niveau cellulaire
- Expression gène à relation structure-fontion proétines
La relation strucure-fonction des cellules eucaryotes
Chaque cellule a fonctions particulières en fontion structure
- Dû composante spécialisé et spécialisation
composantes communes
Composantes communes : noyau, mitochondries, cytosquelette, sytoplasme, RE, complexe Golgi, memerbane plasmique, …
- Parfois certaines perdues lors spécialisation
Composante spécialisées : microvillosité, flagelles, cils, …
Spécialisation : nombre mitochondrie, proportion type RE, taille/forme/rigidité cytosquelette, …
Les mitochondries
Responsable chaine respiratoire (chaine transport électrons)
- Synthétise ATP grâce gradient H+ et complexes
- Complexe augmente gradient H+ et capture électrons
- Gradient fournit énergie cinétique ATP synthase
Aussi responsable regénération NAD
Les rôles de la membrane plasmique
- Barrière physique
- Délimite cytosol/liquide interstitiel (contrôle milieu)
- Permet créer milieu avec concentration différente
- Permet séquestrer molécules
- Permet maintien structure cellulaire (liaison
cytosquelette et jonctions cellulaires) - Perméabilité sélective
- Régule passage ions/métabolites/nutriments - Signalisation cellulaire
- Reconnait signaux externe et réagit (initie cascade)
Plus possède ouverture/poreuse, moins contrôle milieu
La composition de la membrane plasmique
Composantes lipidiques :
- PL forme feuillet coeur hydrophobe/surface hydrophile
- AGI dans feuillet PL favorise fluidité
- Cholestérol favorise maintien flexibilité/intégrité ([]
varie)
- Glycolipides forment glycocalix sur surface externe
Composantes proétiques :
- Transmembranaires traverse membrane (domaine
hydrophobe)
- Périphériques/associées fixé surface externe/interne
via proétines transmembranaires ou liaison lipidique
- De surface forme intéraction transitoire
Les fonctions des proétines membranaires
- Transporteurs
‐ Récepteurs de surface
‐ Marqueurs d’identité (CD)
‐ Enzymes
‐ Ancrages (via proétine autre cellules)
‐ Jonctions cellulaires (liaison cellules)
Les microvillosités
Plus petites, nombreuses et serrées que cils
- Soutenus par microfilaments immobiles
Augmente beaucoup surface exposée environnement
Les types de jonctions cellulaires
Jonctions serrées :
- Permettent étanchéité surface apicale
- Empêche passage bacéries/substance/toxine
Desmosomes/hémidesmosomes :
- Points jonction mécaniques -> inséparables
- Hémi : cellules + matrice extracellulaire
- Permettent passage petite quantité liquide interstitiel
Jonctions ouvertes
- Formé par protéines transmembranaires (connexine)
formant canaux (connexons)
- Permettent passage rapide/efficace petites molécules
- Permettent synchronisation cellules
Les modes de transport transmembranaires
Passifs (utilise gradient)
- Osmose
- Diffusion simple
- Diffusion facilitée
Actifs (nécessite énergie ATP ou autre)
- Transport actif primaire
- Transport actif secondaire (symport/antiport)
- Transport vésiculaire (exocytose/endocytose)
Osmose
Déf : déplacement passid eau milieu moins concentré vers plus concentré
Entre via :
- Diffusion à travers membrane
- Canuax aquaporines
Entré excessive eau cause éclatement cellule
- Si dans milieu hypertonique
Les diffusions
Diffusion simple
- Pour petites molécules non polaire
- Aucune régulation (peut poser problème)
- Ex : a.g., gaz, éthanol, urée, hormone stéroidienne np…
Diffusion facilité
- Via canaux passifs (ouvert) ou actifs (ouverture régulé)
- Pour petites molécules polaires
Toujours selon gradient
Le transport actif primaire
Nécessite énergie sous forme ATP
- Permet transport molécuel contre gradient
- Permet entretien/formation gradient
- Nécessite transporteur
Ex : pompe à sodium
Le transport actif secondaire
Nécessite énergie sous forme énergie cinétique
- Utilise gradient une molécule pour transport autre
- Souvent Na+
- Permet économiser ATP
2 types transport :
- Symport : molécule déplacent dans même sens
- Antiport : molécule déplacent sens inverse
Le transport vésiculaire
Exocytose : pour libération grosses molécules ou grande quantité molécules dans milieu externe
- Permet stocker molécule avant libération
- Parfois utilisé transport substance toxiques
Endocytose : pour capture macromolécules et régulation composition protéique membrane
- 3 types : phagocytose, pinocytose, endocytose à
récepteur
Nécessite ATP pour formation/déplacement/fusion
Les lysosomes et les peroxysomes
Lysosomes : contiennent enzymes digestives puissantes
- Formés par complexe golgien
- Permettent destruction molécules organiques (ex:
phagocytose, autophagie, autolyse)
- Nombreuses maladies associées disfonction dû
accumulation produits indégradable
Peroysomes : contiennent enzyme oxidative (ex : H2O2)
- Formé par REL (plus petits)
- Permettent détoxification alcool/autre molécules
- Responsable β-oxydation a.g.
La mucoviscidose (fibrose kystique)
Affectent tous tissus épithéliaux des glandes exocrines
- Augmente viscosité mucus
- Touche nombreux organes
Étiologie : mutation CFTR
- Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator
- Cause disfonction canal ionique perméable Cl-
L’ADN c’est
Déf : macromolécule trouve dans toutes cellules
- Rassemble infromation génétique organisme
- Encode toutes fonction biologique (via ARN)
- Permet transmission patrimoine génétique
Propriétés importantes :
- Stable
- Compactable/décompactable
- Malléable
- Reproductible (avec peu/correction erreurs)
Formé de : désoxyribose + base azoté + phosphate
- Base azoté : guanine, cytosine, adénine, thymine
Double brins en hélices anti-parallèle
Le caryotype c’est …
Déf : arrangement standardisé chromosome cellules
- 23 paires homologuqe (22 autosomes + 1 sexuel)
- Paire possède essentiel même matériel génétique
- Chromosomes 1 identiques
Distingue paires par :
- Longueur bras
- Empalcemtn centromère
- Made transverslae
- Différence matériel génétique (gène)
Utilise pour :
- Détecter abération chromosomique (# ou structure)
- Identifier sexe (XY)
Permet pas distinguer anomalies gènes (mutations)
L’orientation des brins d’ADN
2 types extrémités :
- 5’ -> phosphate sur carbone 5’ du sucre
- 3’ -> OH sur carbone 3’ du sucre
Sens de lecture : 5’ -> 3’ (du brin utilisé)
ADN : 2 brins antiparallèles (bicaténaire)
ARN : 1 brin (monocaténaire)
La brève histoire de l’ADN
1863 : Mendel découvre allèle et transmission gène
1940-50 : découvre composition ADN, pas structure
1952-53 : photo diffraction -> découverte structure
1977 : début séquençage
1983 : début PCR
1984 : création projet séquençage ADN humain
1990 : début séquençage ADN humian (dure 13 ans)
2003 : publication séquençage (pas complet/erreurs)
Le projet génome humain
Objectif : déterminer séquence nuclétidique génome nucléaire humain en moins 15 ans
- Conçu 84 -> commencé 90 -> fini 03
- Nécessite collaboration internationale multiples labos
Permis améliorer méthodes séquençage
- Aujourd’hui : moins cher/plus vite
Conclusion
- ~20 000 gènes (au début pensait 6 700 000 gènes)
- Beaucoup duplication
- 7% gènes spécifiques vertébrés
La définition structurelle d’un gènes
Déf : petite portion (locus) déterminée ADN inclue information génétique individu
- Même position chromosome individus même espèce
- Ensemblage gènes = génome
Chaque cellule possède 2 versions chaque gène
- Gènes “identiques” dans toutes cellules -> allèle
- Pas toujours tous exprimé -> varie selon cellules
Gène inclu : intron, exon, promoteur, …
La définition structurelle d’un gène
Déf : petite portion (locus) déterminée ADN inclue information génétique individu
- Même position chromosome individus même espèce
- Ensemblage gènes = génome
Chaque cellule possède 2 versions chaque gène
- Gènes “identiques” dans toutes cellules -> allèle
- Pas toujours tous exprimé -> varie selon cellules
La définition fonctionnel d’un gène
Déf : unité fonctionnelle ADN transcrite en ARN fonctionnel
- Pas tous ARN fonctionnels -> difficile définir fonction
- Connait fonction majorité gènes
Majorité gènes code pour protéines -> certains ARN
- Contient toute information expression ARN/fonction
Donc, gène :
- Séquences bases nuclétidique
- Exprimé différement selon cellule/tissu/organe
- Expression régulé par contexte milieu interne/externe
- G^race différent mécanisme (ex : épissage alternatif)
L’organisation des gènes
Gènes disposé sur un/autre brins ADN
- Transcription : 5’ -> 3’
- Brin matrive complémentaire transcrit ARN
Décodage/lecture très complexe :
- Connait pas début/fin
- Pas séparation entre gènes
- Connait pas d’avance brin matrice
- Beaucoup ADN non-condant
La partie codante de ADN
Reprèsente ~2% toute séquence ADN
- Longue séquences intergéniques/régions
fonctionnelles (ex : télomère, centromère)
- Plusieurs séquences intergéniques répétées
Proportion ADN
- 45% : ADN répétitif long
- 15% : ADN non-codan tunique
- 15% : ADN répétitif tandem
- 23% : introns
- 2% exons
Les régions intergéniques
Autres fonctions que codage gènes
- Importantes régulation expression gènes (aval/amont)
Taille/nombre associé évolution génome
- Plus évolué = plus ADNinterégnique/intron
- Permet régulation plus grande/fine
Les principaux éléments d’un gènes
- Promoteur (5’)
- Région régulation permet initier transciption controlée
- Séquence nucléotidique permet liaison protéines
- Ex : polymérase, facteurs transcription - Terminateur (3’)
- Exons (région codante)
- Introns (région non-codante)
La transcription et la traduction
Essentielles fonctionnement cellules
Dogme central : gène codent pour protéines
- Pas tous gènes
2 grands processus (similaires)
1. Transcription : ADN -> ARN
2. Traduction : ARN -> protéines
Les grande étapes de la transcription/traduction
- Initiation
- Rend matrice disponible
- Fixation polymérase/ribosome
- Ajout 1ère unité polymère - Élongation
- Progression par polymérase/ribosome
- Ajout unité - Terminaison
- Arrêt synthèse polymère
- Libération polymèreL
Les grande étapes de la transcription/traduction
- Initiation
- Rend matrice disponible
- Fixation polymérase/ribosome
- Ajout 1ère unité polymère - Élongation
- Progression par polymérase/ribosome
- Ajout unité - Terminaison
- Arrêt synthèse polymère
- Libération polymèreL
La transcription
Déroule dans noyau
- ADN reste toujours dans noyau
Formation multiples transcrits ARN en même temps
- Processus dynamique -> vitesse variable
Ajout ribonucléotide complémentaire: ATP/TTP/GTP/CTP
La traduction
Déroule dans cytoplasme
- ARN exporté hors noyau
Formation multiples protéines en même temps
- Plusieurs ribosomes sur même transcrit ARN
Ajout aa selon codons ARN
Les codons
Permet identifier aa
- ARN contient toute information production protéine
Codon initiation : AUG
- Code pour méthionine (parfois éliminé après synthèse)
Codon arrêt : UAG, UAA, UGA
- Indique fin traduction
Codons internes correspondent séquence aa
- 3 bases = 1 codon = 1 protéine
- Redondance dans codond
Le lieu de synthèse des protéines
Ribosome toujours dans cytoplasme mais production faite dans compartiment différent
1. Cytoplasme : protéine hydrophile/intercellulaire
2. RER : protéine sécrétée/hydrophobe/besoins modif.
Destination finale déterminée présence peptide signal
- Au début protéine
- Bloque élongation jusqu’à arrimage RER
- Libération protéine dans RER
- Éliminé après synthèse
L’ARN
Synthétisé pas transcription ADN dans noyau
2 groupes :
- Codant (ARNm)
- Non-codant (pas info génétique, mais essentiel)
Les ARN non-codants
- ARNt
- ARNr
- Petit ARN nucléolaire (snoRNA/pARNnu)
- Petit ARN nucléaire (snRNApARNn)
- Petit ARN interférent (siRNA/pARNi)/micro ARN (miARN)
Les ARN de transferts (ARNt)
Rôle : transport aa aux ribosome pour protéines
Composé : 70-100 nucléotide
Possède domain anticodon -> lie codon ARNm
- Aminoacyl-ARNt transférase lie ARNt + protéines
Existe >500 gènes code ARNt
Les ARN ribosomiques (ARNr)
Principaux composants ribosomes, essentiel fonction
- 2 ARNr majeur (5070/1969nt) + 2 ARNr mineur (<200nt)
- Protéines <40% masse (>70aa)
Très conservé (ex : ARNr 16S)
Les petit ARN nucléolaire (snoRNA/pARNnu) et nucléaire (snRAN/pARNn)
ARN nucléolaire : dans nucléole
- POur maturation ARNr
ARN nucléaire : dans noyau
- Forme spliceosome avec protéines
- Permet reconnaissance intron ARNprém pour épissage
« House-keeping » ARN
- Toujours même fonction toutes espèces
Les petits ARN interférents (siRNA/pARNi) et micro ARN (miARN)
Permettent extinction expression gènes
- « Interférence ARN »
2 types (rôle similaire, origine différente)
- miARN : origine génomique
- pARNi : origine externe (microbe/artificiel)
L’interférence à l’ARN
miARN permet inhibation très précise expression gène/s
- > 1800 gène miARN
- Hautement conservée
Différents mécanismes possibles :
1. Favorise dégradation ARNm
2. Bloquage initiation/élongation
3. Inhiber transcription (plus rare)
Maturation/assemblage miARN au complexe RISC nécessaire (machinerie très complexe/conservée)
1. Clivage par complexe Dorsch et Dicer
2. Assemblage complexe RISC
3. Appariement ARNm cible
pARNi utilise machinerie miARN
- Outil puissant biologie cellulaire
- Utilisé developpemnt thérapies
La réaction de polymérisation en chaine (PCR)
Permet copier séquence ADN manière spécifique
- Utilise ADN purifié ou complémentaire
- Polymérase produit in vitro
- Utilise amorce délimite région à amplifier
Permet :
- Détection ARN rare
- Quantification/détection ARN (viral/bactérien/humain)
- Quantification expression génique (avec ARNm)
Avantages :
- Méthode exponentiele (double ADN à chque cycle)
Le fonctionnement de la PCR
- Dénaturation ARN -> simple brin
- Appariement amorces (hydrobation) et polymérase
- Élongation jusqu’à fin séquence
- Lecture fluorescence -> bases fluorescentes
Fait plusieurs cycles, controle par variation T°
Le séquençage
Permet obtenir séquence nucléotidique complète fragment ADN
- Vs PCR (amplifie/détecte/quantifie région ciblée)
Méthode de Sanger
- Cycles répétés
- Base par base
- ADNc défectueux/fluorescent -> pour identifie base
Méthode haut débit/NGS
- Séquençage en parallèle échantilons ARN/ADN
hétérogènes
Les protéines se sont …
Grands polymères constitués 1ou+ chaines résidus aa
- Remplissent fonctions diverses
Diffère principaleemnt dû chaine aa
- Dicte forme 3D et fonctions spécifiques
- Lien structure-fonction très important
La classification des aa
- Non polaire (H ou CH)
- Polaire (O, N ou S)
- Intéragissent avec autres aa polaires et eau - Chargée (chaine R chargée + ou -)
- Liaisons ioniques avec autre aa chargées (hydrophile) - Fonction spéciale (ex : cycle, pont disulfure)
Certains aa sont :
- Essentiel (pas enzyme pour synthèse)/non-essentiel
- Protéinogène (20/500 aa)
Association mèse fonction
La structure des protéines
Structure primaire : séquence aa
Structure secondaire : 1er repliment
- Intéraction aa proche
Structure tertiaire : 2e repliment
- Intéractions aa loins
Structure quaternaire : assemblage polypeptides
- Intéractions entre polypeptides
L’épissage et l’épissage différentiel
Épissage : élimination introns pré-ARNm
- Replace exons bout à bou tpour former ARNm
Épissage alternatif : élimination alternative exons
- Permet avoir différentes versions proétines/gène
- Augmente diversité protéique
- Réguler et précise, pas aléatoire
Les intéractions moléculaires
Définissent forme 3D/stabilité proétines
- Entre aa ou protéines
- Ex : régions hydrophobes replient sur elles-même
+ Convalente/permanente -> - Non-covalente/transitiore
- Pont S (-SH)
- Liens/ponts H (polaire)
- Liaison ionique (chargé)
- Interactions hydrophobes (n-p)
Les groupement prosthétique
Déf : structure non protéqiue lie covalente protéine
- Pas échangeable/dégradable
- Ajouté lors synthèse
Plusieurs familles, ex :
- ADN/ARN
- FAD (riboflavine)
- TPP (thiamine)
- Hème (Fe)
- Métaux/sels/
Les groupement prosthétique
Déf : structure non protéqiue lie covalente protéine
- Pas échangeable/dégradable
- Ajouté lors synthèse
Plusieurs familles, ex :
- ADN/ARN
- FAD (riboflavine)
- TPP (thiamine)
- Hème (Fe)
- Métaux/sels/
La dénaturation de protéines
Déf : altération conformarion 3D dû destruction interactions moléculaires
- Dû T°, pH, détergent/solvant, agent réducteur, ions
Perturbe activité protéines -> brise lien forme-fonction
- Peut être résersible
- Pas toujours totale -> modification fonction
Les modifications post-traductionnelles
Déf : ensemble de mécanisme de régulation de la structure des proétines après traduaction
- Essentielles fonctions
Ex : phosphorylation, glycosylation, acétylation, méthylation, lipidation, ubiquitination, …
- Existe au moins 40-50
Le rôle de protéines
Protéines principaux effecteurs cellule
- Assure fonctions cellules/tissus/circulation
- Propriétés intrinsèques structure
- Dépendante aussi modifications
Propriété possible :
- Enzymatique
- Liaison
- Structurelle
Fonction :
- Soutien/structure (ex : collagène, cytosquelette, …)
- Mouvement (ex : contraction, déplacement cellulaire)
- Défense/identité (ex : anticorps, antigène de surface)
- Transport/entreposage (ex : protéine transport sang)
- Régulation/homéostasie (ex : prot osmotique, horm.)
- Catalyse (ex : lactase, kinases, …)
Un cofacteur c’est …
Déf : une molécule/ion facilite réactions
- Transitoire/intéractions faibles
Nature :
- Inorganiques
- Organiques (coenzyme)
La nomenclature EC c’est …
Déf : organisation hiérarchique principaux réactions chimiques catalysées par enzymes
- Permet classidier enzymes
1 reaction/#EC ≠ 1 substrat ≠ 1 enzyme
Nom commun : sustrat + ine/ase + adj. pour isoenzyme
Nom systématique : nomenclature EC
- Utilisé par chimiste
Enzyme avec même activité : isoenzyme/isozyme
