UE 2 BIOLLOGIE CELLULAIRE Flashcards
Cellule
→ Plus petite unité capable de manifester, de manière autonome, les propriétés du vivant (=auto-duplication).
→ Unité de base structurale et fonctionnelle du vivant
→ Elle synthétise l’ensemble de ses constituants en utilisant les éléments du milieu extracellulaire
→ Elle croît, se multiplie et enfin meurt
Capacité du vivant
La capacité d’auto-duplication est la propriété princeps du vivant
Cellules procaryotes
→ Cellules sans noyau : ADN libre
→ Proportion chez l’homme : 10^15
Cellules eucaryotes
→ ADN dans leur noyau
→ Organisation structurale plus complexe : compartimentée
→ OG : 10 μm - 30 μm de diamètre
→Proportion chez l’homme : 10^14 réparties en plus de 200 types cellulaires
Cellules eucaryotes animales
→ Limités par une membrane plasmique qui les sépare du monde extérieur
→ Possèdent un noyau qui contient la chromatine baignant dans le nucléoplasme et limité par une enveloppe nucléaire
→ Possèdent un cytoplasme qui est composé du cytosol dans lequel baignent de nombreux organites : RER autour du noyau + REL en périphérie du RER + appareil de Golgi + lysosomes + ribosomes + système endosomal
Diversification des cellules eucaryotes
→ Taille : 10 μm - 30 μm de diamètre mais certaines peuvent atteindre plusieurs centaines de micromètres ex. : ovocyte mature plein en réserve
→ Structure : certaines cellules sont parfaitement sphériques alors que d’autres présentent des prolongements, toutes ne possèdent pas les mêmes organites
→ Fonction : elles peuvent permettre les échanges de molécules au niveau d’un épithélium ou encore la conduction d’un signal électrique suite à la stimulation des récepteurs
Compartimentation
→ Permet l’isolement des produits “dangereux”, la protection des autres
→ Permet aussi d’établir simultanément, mais séparément dans l’espace, des réactions incompatibles entre elles
→ Plus une réaction a lieu dans un volume réduit, pus elle est rapide car le substrat rencontre plus rapidement l’enzyme
Observation
Microscope électronique (e-) 0,2 nm < Microscope optique (photons) 0,2 μm < Œil humain 0,2 mm
Quelques ordres de grandeurs à connaître
Liaisons C-C 10^-10 < Glucose 10^-9 < Hémoglobine 10^-8 < Bactérie 10^-6
Mitochondries - composition
Deux membranes, chacune constituée d’un double feuillet lipidique :
→ Membrane externe : lisse et perméable aux ions et aux petites molécules de poids moléculaire < 5 kDa
→ Membrane interne : repliée en de nombreuses invaginations (= crêtes mitochondriales) très imperméable particulièrement aux ions, aux nucléotides et aux molécules polaires < 5 kDa. Elle contient de nombreux transporteurs et complexes protéiques. Sa teneur en protéine est supérieure à celle de la membrane externe. Les membranes interne et externe n’ont pas la même composition en phospholipides et en protéines.
+ Espace intermembranaire (entre les deux membranes) = EIM
+ Matrice (espace le plus intérieur ou compartiment matriciel) : pH EIM (+ acide car + H^+) < pH matrice (+ alcalin) / contient l’ADN mitochondrial
+ ADN mitochondrial : gènes pour quelques protéines mitochondriales / transcrit dans la mitochondrie / libre dans la matrice
Mitochondries - rôle
Les mitochondries jouent un rôle central dans la cellule eucaryote :
→ Rôle majeur dans la mort programmée de la cellule (= apoptose)
→ Principale machine cellulaire pour synthétiser de l’énergie sous forme d’ATP
→ Synthèse des hormones stéroïdes, de certains phospholipides et d’acides aminés
Mitochondries - caractéristiques
→ Les mitochondries peuvent mesurer de 0,1 à 2 μm et sont présentes en plus grand nombre dans les cellules qui ont besoin d’énergie
→ Elles sont dynamiques et plastiques : capables d’adapter :
→ leur nombre,
→ leur morphologie qui est hétérogène et changeant (“grain ou fil”),
→ leur position en fonction de l’intensité du métabolisme
→ Elles utilisent des moteurs moléculaire pour se déplacer :
→ kinésines dans le sens antérograde, du corps cellulaire à la périphérie (axone)
→ dynéines dans le sens rétrograde
→ Elles ont la possibilité de fusionner ou de fissionner sous l’action des dynamines, telle que OPA1 pour la fusion des membranes internes (nécessite de l’énergie sous forme de GTP)
→ Proportion d’ADN mitochondrial sain et muté varie en fonction des cellules
Chaîne respiratoire
La chaîne respiratoire (= CR) est composée de 5 complexes :
→ 4 complexes d’oxydoréduction situés au niveau de la membrane interne mitochondriale
→ Et le complexe V appelé ATP synthase.
Des électrons entrent dans la chaîne soit par le complexe I soit par le complexe II. Ces électrons vont être transportés vers le complexe III grâce à une navette : le CoEnzyme Q qui est au sien de la membrane interne. Puis, les électrons vont être transportés du complexe III au complexe IV grâce à une autre navette : le Cytochrome C qui est à la surface de la membrane interne (du côté intermembranaire). Le complexe IV réalise l’étape finale de la chaîne d’oxydoréduction en réduisant l’O2 en H2O
Cette CR sert à expulser les protons de la matrice vers l’EIM. Cela crée une différence de concentration de protons entre la matrice (- riche en protons) et l’EIM (+ riche en protons). Cette différence de concentration crée une force promotrice utilisée par l’ATP synthase via son canal à protons pour produire de l’ATP. Elle sert aussi à la sortie et à l’entrée de précurseurs comme l’ADP, le Pi et d’autres comme le pyruvate afin de faire fonctionner le cycle de Krebs
CR - Complexe I
Il s’appelle NADH déshydrogénase
Il est transmembranaire et est une pompe à proton et permet l’oxydation du cofacteur NADH (= forme réduite du cofacteur) pour récupérer ces e-.
CR - Complexe II
Il s’appelle succinate déshydrogénase
Il est transmembranaire mais n’est pas une pompe à proton. Il possède un co-facteur FAD (qui est utilisé sous sa forme réduite FADH2 et qui va s’oxyder)
CR - Complexe III
Il s’appelle CoEnzyme Q Cytochrome C Oxydoréductase
Il est transmembranaire et est une pompe à proton
CR - Complexe IV
Il s’appelle Cytochrome C Oxydase
Il est transmembranaire et est une pompe à protons
ATP synthase
C’est le 5ème complexe moléculaire qui est composé de 2 sous-unités possédant une polarité bien définie :
→ F0 qui est transmembranaire (de la membrane interne). C’est un canal qui laisse passer les protons dans le sens de leur gradient sans consommer d’énergie. Le passage d’un proton dans ce canal (de l’EIM vers la matrice) fait tourner F0 ce qui va modifier la conformation de F1.
→ F1 est la sous-unité catalytique : elle synthétise l’ATP par phosphorylation d’ADP en présence de Pi et de l’énergie fournie par le passage d’un proton. C’est une protéine périphérique non transmembranaire, qui peut se dissocier de la sous-unité F0. aucun proton ne traverse cette sous-unité.
Des protéines de la membrane mitochondriale internet permettent l’entrée des substrats de l’ATP synthase dans la matrice.
Molécules modifiant la chaîne respiratoire
→ La roténone bloque le complexe I donc entraine l’inhibition de la chaîne d’oxydoréduction : plus de consomation d’O2, plus de synthèse d’ATP
L’antimycine A inhibe la fonction du complexe III
→ Le cyanure (CN-) ou le monoxyde de carbone (CO) bloquent le complexe IV : plus de consomation d’O2, plus de synthèse d’ATP
→ Si on ajoute un découplant, il y a perméabilisation de la membrane interne, le gradient de proton entre EIM et matrice se dissipe, découplage entre la respiration et la synthèse d’ATP, transfert d’électrons augmenté, production de chaleur
→ L’oligomycine inhibe l’ATP synthase en agissant sur la sous-unité F0 : plus de consomation d’O2, plus de synthèse d’ATP
Cycle cellulaire
- Série d’événements coordonnés dans l’espace et dans le temps
- Toutes les cellules ne se divisent pas (ex. : les neurones)
Mitose
- Phase du cycle cellulaire au cours de laquelle les chromosomes sont condensés et visibles
- Étapes :
1) Prophase
2) Prométaphase
3) Métaphase
4) Anaphase
5) Télophase
Centrosome
- 2 centrioles + matériel péricentriolaire
- Centre nucléateur des microtubulines (microT)
- Visualisé par marquage à la gamma-tubuline
- Duplication anormale → anomalie de la polarité
Cyclométrie en flux
- Observation et mesure de la quantité d’ADN
- Immunofluorescence : cellules + molécule fluorescente (ex. : DAPI met en évidence le noyau)
- de toutes les phases du cycle
Observation des cellules au cours de la réplication (phase S)
- BrDu : analogue de la thymidine
- Marquage de la thymidine - 3H (autoradiographie)
Différentes microscopies
→ Photonique/optique
→ Électronique
Microscopie photonique/optique
→ Utilise des photons
→ À fond clair ou à fluorescence (utilisation d’un fluorochrome = molécule qui émet des photons après excitation)
→ Classique
→ Confocale : résolution = 0,2 micromètre
- Échantillons épais : aspect en tranche, pas de relief
- 1 ou plusieurs lasers
Possibilité de 3D avec reconstitution des différents plans optiques
Microscopie électronique
→ Utilise des électrons
→ Résolution = 0,2 nm
→ MEB (à balayage
Préparation des échantillons : recouverts de métal
Aspect de l’image : lisse et en 3D
→ MET (à transmission)
Préparation des échantillons : colorations négative, billes d’or
Aspect de l’image : nuances de gris, rugueux, 2D
Cryofracture : observation de surface, impression de 3D (cratères)
Immunofluorescence
→ Anticorps (Ac) = protéine qui reconnaît un antigène (Ag)
→ Applicable à al cytométrie; microscopie
→ Immunofluorescence directe : Ac couplé d’un fluorochrome qui émet un photon une fois excité
→ Immunofluorescence indirecte : Ac secondaire couplé d’un fluorochrome, le signal est amplifié
→ Si la protéine est intracellulaire, une perméabilisation est obligatoire
Cytométrie en flux
→ Détection : fluorescence, laser(s)
→ Tri : charge, analyseur dans un champ électrique
→ Comptage : direct, indirect
Culture cellulaire
Augmentation du nombre en fonction du temps jusqu’ à atteindre à un plateau = phase finale de confluence = les cellules ne se divisent plus, arrêt de la croissance
→ Primaire
Origine des cellules : Prélèvement tissu biologique
Temps de survie : quelques jours en laboratoire
→ Lignée
Origine des cellules : Cellules tumorales
Temps de survie : plusieurs mois
→ Cellules souches
Origine des cellules : Embryon
Chromatine
→ ADN (-) + histones (prot +) + protéine non histone
→ Euchromatine = chromatine peu condensée, peu dense aux e-
→ Hétérochromatine = condensée
→ 2 niveaux de compaction de la chromatine (expérimental) :
- Fibre 11 nm : ADN + Octamères d’histone
Fibre 30 nm : ADN + Octamères d’histone + monomère (H2) d’histones
Lamine
→ Tapisse la face interne de l’enveloppe nucléaire
Nucléole
→ Siège de la synthèse et la maturation des ARN ribosomiques (ARNr)
→ Rassemblement des organisateurs nucléolaires sur 5 paires de chromosomes = 10 boucles
→ Portent les gènes pour ARNr 47s
→ Structure nucléolaire où les sous-unités ribosomiques sont formées
Différents états du noyau
→ Interphase, chromosomes décondensés : NOYAU VISIBLE → Mitose, chromosome condensés, rupture de l'enveloppe nucléaire : NOYAU INVISIBLE → Apoptose, nécrose ou autophagie : NOYAU DÉTRUIT
Cryofracture du noyau
La cryofracture du noyau permet de voir :
→ Enveloppe nucléaire (externe et interne)
→ EIM
→ Pores nucléaires
Transports nucléocytoplasmiques
→ Molécule dont le PM (poids moléculaire) < 40kDa : diffusion simple sans énergie
→ Molécule dont le PM > 40kDa : transport actif avec énergie
→ IMPORT :
1)Le cargo réagit avec le récepteur d’importation
2)Passage dans le noyau
3)Interaction du récepteur avec Ran-GTP et libération du cargo
4)Passage de Ran-GTP et du récepteur dans le cytosol
5)Hydrolyse du GTP en GDP + Pi et largage du récepteur d’import
→ EXPORT :
1)Le cargo portant un NES interagit avec Ran-GTP et le récepteur d’exportation
2)Interaction avec les nucléoporines du pore nucléaire
3)Sortie du noyau
4)Hydrolyse du GTP et libération du cargo dans le cytosol
5)Le récepteur d’exportation interagit avec les nucléoporines
6)Le récepteur d’exportation retourne dans le noyau
Cytosquelette
→ Microtubules = MT
→ Filaments intermédiaires = FI
→ Microfilaments d’Actine = MF
Microtubules = MT
Distribution :
→ À partir des centrosomes
Déformation :
→ +++
Monomères :
→ Tubuline alpha / Tubuline beta
Polymérisation : → Tubuline alpha / Tubuline beta → Hétéromère → Protofilament → MT
Fonction :
→ Transport
→ Organisation
Protéines motrices = moteurs moléculaires :
→ kinésines : (-)→ (+)
→ dynéines : (+)→ (-)
→ consommation d’ATP
Drogues : → Colchicine = bloque polymérisation MT → Taxol = paralyse MT → GTPgammaS = bloque dépolarisation MT → Nodazole = favorise dépolarisation MT
Polymérisation :
→ Oui extrémité (+) polymérisation + vite à l’extrémité (-)
Activité :
→ GTPasique
Filaments intermédiaires = FI
Distribution :
→ Dispersées dans la cellule
Déformation :
→ ++
Monomères :
→ kératines > 20 (épithélium)
→ Lamines (noyau)
Polymérisation : → Monomère (coil-coil) → Dimères → Tétramères → Octamères super enroulés
Microfilaments d’Actine = MF
Distribution :
→ Tapissent la membrane cellulaire et microvillosités = bordure en brosse
Déformation :
→ +
Monomères :
→ Actine G
Polymérisation :
→ Actine G → Actine F
(membrane apicale avec bordure en brosse // membrane basolatérale)
Fonction : → Maintien → Motricité → Déplacement cellulaire → Spectrine et ditrophine assurent l'ancrage à la membrane
Protéines motrices = moteurs moléculaires :
→ Myosine I : dans les microvillosités = interaction avec les brodures en brosse et M + transport des vésicules
→ Myosine V
Drogues :
→ Latrunculine A / Cytochalasine = bloque polymérisation MF
→ Phalloïdine = bloque dépolymérisation MF
Polymérisation :
→ Oui extrémité (+) polymérisation + vite à l’extrémité (-)
Activité :
→ ATPasique
Polymères Microtubules
Hétérodimères de tubuline alpha et beta :
→ Forme T : dimère de alpha/beta sous forme GTP = forte affinité pour MT
→ Forme D : hydrolyse GTP en GDP : faible affinité pour MT
Extrémités Microtubules
2 extrémités : → Extrémité (+) Polymérisation > Hydrolyse Association favorisée → coiffe GTP Phénomène catastrophe = perte coiffe GTP
→ Extrémité (-)
Hydrolyse > Polymérisation
Dissociation favorisée
Interactions cellule-cellule
→ Jonctions serrées
→ Jonctions d’ancrage - Jonctions adhérentes
→ Jonctions d’ancrage - Desmosomes
→ Jonctions communicantes
Jonctions serrées
→ Pôle apical
→ Assurent l’imperméabilité
→ Occludine et claudine agissent de manière homophile
→ 4 segments transmembranaires + 2 bouclent pointant sur le milieu extérieur
Jonctions d’ancrage - Jonctions adhérentes
→ Assurent attachement cellule
→ 2 brins de Cadhérine, chacun relié à une Caténine, elle-même attachée aux Microfilaments d’Actine
→ Les cadhérines communiquent par des canaux sodium
Jonctions d’ancrage - Desmosomes
→ Assurent attachement cellule
→ 2 brins : l’un Desmocoline, l’autre Desmogléine, chacun relié à de la Desmoplakine + Plakoglobine (=protéines d’attachement), elles-mêmes reliées aux filaments intermédiaires
Jonctions communicantes
→ GAP (trou)
→ Assurent la communication
→ 2 connexons = 2x6 connexines
→ Pas lié au cytosquelette
Interactions cellule-MEC
→ Hémidesmosomes
→ Plaque d’adhésion focale
Hémidesmosomes
→ Plectine, reliée aux FI
Plaque d’adhésion focale
→ Vinculine, reliée aux MF
Intégrines
→ Récepteurs membranaires
→ Hétérodimères alpha et beta
→ Interagit avec le cytosquelette
Tissu conjonctif
Matrice ExtraCellulaire (MEC) + Cellules → Protéines fibreuses (collagène) → Protéines d'adhérence (= fibronectine = glycoprotéine) → Glycosaminoglycanes = GAG (héparine) → Protéoglycanes
