Les cellules
Unité fondamentale des organismes vivants (animaux et végétaux).
Organisme humain : des milliards de cellules Caractéristiques générales
Complexité de leur structure.
Eau prédominante : 60%
Les cellules baignent dans (= sont entourées par)
les liquides interstitiels (composition voisine de l'eau de mer).
Rappel : liquides interstitiels + plasma = milieu intérieur.
Echanges permanents entre
l’intérieur des cellules et les liquides interstitiels
et entre les liquides interstitiels et le plasma (donc le sang)
Grandes différences de taille et de forme entre les cellules.
Taille : 2 µ à 1 m (prolongement de cellule nerveuse).
La forme et la structure de la cellule sont liées à sa fonction.
Nombreuses formes : globuleuse, cubique, étirée,
avec des prolongements.
Nombreuses fonctions. Exemples :
cellule endocrine : élaboration et sécrétion d’une hormone (hormone = substance qui exerce son action sur un autre tissu ou un autre organe),
globule blanc : protection de l'organisme en détruisant les microbes, cellule musculaire : contraction…
Organisation générale
Malgré leurs différences liées à leurs spécialisations (on dit aussi différentiations),
on peut leur décrire des points communs, un modèle général Trois régions principales :
noyau, cytoplasme, membrane plasmique. 3.4 Noyau, en général au centre.
Cytoplasme semi-liquide, gel translucide
Membrane plasmique = limite externe de la cellule.
Dr BOGGIO
Les cellules et les tissus 2.1 Biologie fondamentale
IFSI Dijon - Promotion COLLIERE 2014-2015
3
Noyau
Centre de commande = centre de régulation Le noyau contient les gènes.
Matériel génétique : ADN.
= code qui comprend :
toutes les directives nécessaires au développement
au fonctionnement du corps humain
(par la synthèse des protéines, notamment des enzymes) et à la reproduction du corps humain.
Une cellule sans noyau (telle que le globule rouge) est condamnée à mort à moyen terme.
Forme du noyau : le plus souvent sphérique ou ovale Enveloppe nucléaire
Elle délimite le noyau
C’est une membrane à 2 feuillets. Fig 3.1
Par endroits, fusion des deux feuillets : pores nucléaires La membrane a une perméabilité sélective
Mais le passage est plutôt facile grâce aux pores
Nucléoles, c’est-à-dire « petits noyaux » Corpuscules sphériques
Lieu de fabrication des ribosomes
en réalité des éléments de ribosomes
qui migrent dans le cytoplasme pour former les ribosomes
Quand la cellule n’est pas en train de se diviser
les ADN se présentent comme un enchevêtrement de fils renflés par endroits et dispersés dans le noyau = chromatine.
Quand la cellule se divise,
la chromatine s’épaissit comme un ressort.
Les fils de chromatine deviennent des bâtonnets, appelés chromosomes.
La membrane plasmique
Barrière transparente, souple.
Enferme le contenu de la cellule.
Sépare ce contenu du liquide interstitiel et des autres cellules.
Souvent appelée membrane cellulaire.
Autrefois considérée comme un simple sac.
En fait : rôle dans de nombreuses activités cellulaires.
Composition Fig 3.2
Deux couches lipidiques (= bicouche).
Les lipides sont surtout des phospholipides
dont les molécules sont opposées par leurs extrémités non polaires
Les extrémités polaires des phospholipides sont hydrophiles, attirées vers l’eau
donc vers l’extérieur de la membrane (liquide interstitiel) et l’intérieur (liquide intracellulaire).
Les extrémités non polaires (hydrophobes) sont dirigées vers l’intérieur de la membrane
→ Barrière relative à la plupart des molécules hydrosolubles (solubles dans l'eau)
Dans la bicouche, flottent des protéines.
Les protéines disséminées dans la bicouche ont des fonctions spécialisées. Exemples :
- Protéines agissant comme récepteurs
pour les messagers chimiques comme les hormones
- Sites de liaison ancrant la cellule
aux fibres du liquide interstitiel (voir plus loin )
- Protéines traversant la membrane
et participant au transport de substances à travers la membrane.
Certaines forment des canaux protéiques (petits pores)
→ passage d’eau et de petites molécules D’autres sont des transporteurs :
→ liaison avec une substance
pour lui faire traverser activement la membrane
- Enfin plusieurs protéines portent,
du côté des liquides interstitiels, des glucides ramifiés : ce sont donc des glycoprotéines.
Certaines déterminent le groupe sanguin,
D'autres se lient à des bactéries, des virus, des toxines, ou permettent des interactions entre cellules.
Certaines membranes sont très spécialisées,
Cette spécialisation est en rapport avec leur fonction.
Exemple : les microvillosités des cellules intestinales qui bordent la lumière intestinale
Fig 3.3
Elles augmentent la surface d’absorption
(absorption : passage de substances de la lumière intestinale vers l'intérieur de la cellule intestinale puis vers le sang)
Les membranes cellulaires de plusieurs cellules peuvent établir entre elles des jonctions = jonctions membranaires
Différents modes de jonction Fig 3.3
Jonctions serrées
joints imperméables
= fusion de membranes plasmiques de cellules contiguës Elles assurent une étanchéité parfaite,
empêchant les molécules de passer entre deux cellules.
Desmosomes
jonctions d’ancrage,
unissant les cellules soumises à des tensions mécaniques, permettant à la fois solidité et souplesse :
Exemple : cellules de la peau
Epaississements en forme de boutons des membranes adjacentes, reliés par des filaments de protéines
Certains filaments traversent la cellule et s’ancrent à un autre desmosome de l’autre côté de la cellule
Jonctions ouvertes
Exemple : entre les cellules du myocarde (muscle cardiaque) Permettent le passage de substances d’une cellule à une autre
Elles sont constituées de cylindres creux, constitués de protéines
qui traversent les deux membranes
Cytoplasme
C'est ce qui est à l’extérieur du noyau et à l’intérieur de la membrane plasmique
= "Zone industrielle".
Lieu d’activité de la cellule
Comprend le cytosol, des inclusions et des organites,
Cytosol : liquide (plus ou moins gel) translucide, eau et substances dissoutes,
dans lequel les autres éléments sont en suspension.
Inclusions cytoplasmiques : éléments non fonctionnels
(mais des substances chimiques présentes dans certaines cellules, à titre par exemple de réserves).
3 exemples :
gouttelettes de lipides dans les cellules adipeuses (réserve de triglycérides)
granules de glycogène
dans les cellules hépatiques (foie) ou les cellules musculaires
(réserve de glucose), pigments (comme la mélanine)
dans les cellules de la peau
Organites cytoplasmiques 3.4
Organites : petits organes
= compartiments intracellulaires spécialisés
Ils exercent des fonctions précises indispensables à la cellule Ils sont souvent délimités par une membrane
analogue à la membrane plasmique
→ ce qui est à l’intérieur de l’organite
N'a pas la même composition que le cytosol.
Mitochondries 3.4 En forme de saucisse
Changent de forme continuellement
La paroi est constituée de deux membranes analogues à la membrane plasmique Membrane externe, lisse, sans relief
Membrane interne repliée vers l’intérieur pour former des crêtes
Le catabolisme des nutriments (glucose, acides gras) commence dans le cytoplasme
puis continue dans le liquide contenu dans les mitochondries et se termine sur les crêtes mitochondriales internes.
C’est à ce niveau qu’intervient l’oxygène.
L’énergie provenant du catabolisme est transportée sur l’ATP ou dissipée en chaleur.
Mitochondries = centrales d’énergie
Très nombreuses dans les cellules très actives (foie et muscles)
Peu nombreuses dans les cellules relativement inactives.
Ribosomes
Petits granules sombres composés de protéines et d’ARN (acides ribonucléiques) ribosomiques
Siège de la synthèse des protéines Certains flottent librement dans la cellule
Ils produisent des protéines qui resteront dans la cellule D’autres sont fixés
sur des membranes du réticulum endoplasmique Réticulum endoplasmique
Réseau de membranes entourant des canaux et des citernes, qui se tordent et s’enroulent dans le cytosol.
Sorte de système circulatoire à l'intérieur de la cellule.
Ce réseau transporte des substances (protéines notamment) entre différents points de la cellule.
Deux types de réticulum endoplasmique.
Réticulum endoplasmique rugueux : parsemé de ribosomes
1. Usine à fabriquer les constituants des membranes : en particulier les phospholipides membranaires.
2. De plus : (3.5) les protéines synthétisées par les ribosomes prennent dans le réticulum endoplasmique rugueux leur forme tridimensionnelle avant d’être expédiées vers d’autres régions de la cellule.
La quantité de réticulum endoplasmique rugueux est proportionnelle à la quantité de protéines synthétisée par la cellule.
Exemple : Le réticulum endoplasmique rugueux est très abondant dans les cellules du pancréas qui élaborent les enzymes déversées dans l’intestin.
Réticulum endoplasmique lisse (non parsemé de ribosomes)
Communique avec le réticulum endoplasmique rugueux mais ne participe pas à la synthèse des protéines (3.4)
Il intervient dans le métabolisme des lipides
Exemple : Il y a beaucoup de réticulum endoplasmique lisse dans les cellules du testicule qui produisent des hormones stéroïdes comme la testostérone.
Il intervient aussi dans les phénomènes de détoxication
Détoxiquer = rendre inoffensives les molécules exogènes, provenant de l'extérieur : médicaments, contaminants, pesticides.
Appareil de Golgi
Pile de sacs membraneux aplatis entourés de vésicules (3.4) (vésicule = petit sac).
Il dirige le trafic des protéines dans la cellule.
Il modifie et il emballe les protéines
qui lui parviennent du réticulum endoplasmique rugueux (3.6)
Les sacs du Golgi se remplissent de protéines.
Les extrémités renflées des sacs s’étranglent
→ formation de vésicules qui se séparent.
Ensuite trois voies
Voie 1 : les vésicules fusionnent avec la membrane plasmique → le contenu est sécrété hors de la cellule.
Exemples : le mucus qui lubrifie les parois du tube digestif, les enzymes libérées dans le tube digestif.
Voie 2 : les vésicules fusionnent avec la membrane plasmique
et leur contenu (des protéines et des phospholipides) participe à la formation de la membrane
Voie 3 : certaines vésicules sont appelées lysosomes Elles contiennent des hydrolases
(sur la figure 3.6, changer "enzymes digestives" en "hydrolases") enzymes puissantes qui détruisent
les structures cellulaires usagées ou inutilisables et de nombreuses substances étrangères
qui auraient pénétré dans la cellule Ce sont des broyeurs cellulaires
Les lysosomes sont abondants dans certains globules blancs, cellules actives contre les bactéries.
Les hydrolases des lysosomes sont élaborées
dans les ribosomes et emballées dans le complexe golgien Peroxysomes
Les peroxysomes (3.4) ressemblent aux lysosomes
Ce sont des sacs membraneux qui contiennent des oxydases, puissantes enzymes qui utilisent l’oxygène
pour neutraliser de nombreuses substances nuisibles en particulier les fameux « radicaux libres ».
Les radicaux libres sont des substances chimiques très réactives
qui peuvent semer le désordre
dans la structure des protéines et des acides nucléiques La présence de radicaux libres est normale
(ils proviennent du métabolisme),
mais c’est leur accumulation qui peut être désastreuse.
Les peroxysomes sont nombreux dans les cellules du foie et des reins organes actifs dans la détoxication.
Cytosquelette
Réseau de structures protéiniques dans le cytoplasme (fig 3.2 et 3.4)
Il agit comme le squelette et la musculature de la cellule Il donne sa forme à la cellule
soutient les autres organites
participe aux transferts de substances participe aux mouvements
Il comprend des éléments de différente taille (3.7) des microfilaments,
des filaments intermédiaires, des microtubules
Les filaments intermédiaires ressemblent à des cordages Ils entrent dans la composition des desmosomes
= haubans internes qui s’opposent aux forces d’étirement exercées sur la cellule (3.3)
Microfilaments (exemple actine et myosine)
→ mouvement et changement de forme de la cellule Microtubules → forme générale de la cellule,
répartition des organites.
Ils jouent un rôle important dans la division cellulaire : formation du fuseau mitotique (3.15).
Centrioles : 2 par cellule (3.4) situées à proximité du noyau constituées de microtubules
Ils interviennent pendant la division cellulaire : Ils dirigent la formation du fuseau mitotique
Cils : dans certaines cellules
Extensions cellulaires semblables à des fouets
Ils déplacent les substances à la surface de la cellule Ex : cellules ciliées des voies respiratoires :
les cils poussent le mucus vers le haut.
Un grand cil s’appelle un flagelle.
Seule cellule flagellée de l’organisme : le spermatozoïde 3.8g un seul flagelle, appelé queue, qui lui permet de se déplacer.
Diversité des cellules
A partir de la structure générale étudiée précédemment.
200 types différents de cellules Différences de formes, de tailles,
compositions et fonctions diverses
Formes : sphériques : cellules adipeuses discoïdes : globules rouges discoïdes ramifiées : neurones
cubiques : cellules des tubules des reins Exemples de relations entre forme et fonction (3.8)
Fibroblaste 3.8a (blasto = germe)
→ production et sécrétion abondante de protéines constituant des fibres
Cellule en longueur
Riche en réticulum rugueux et en Golgi
Globule rouge= érythrocyte = hématie 3.8a Transporte l’oxygène dans le sang.
Forme discoïde et biconcave
→ facilite son déplacement dans les petits vaisseaux sanguins Large surface qui favorise l’entrée de l’O2
La protéine qui transporte l’oxygène, l’hémoglobine est tellement abondante dans le globule rouge que tous les organites en ont été chassées, y compris le noyau
Cellule épithéliale (3.8b) Forme hexagonale
Cellules très proches les unes des autres comme les cellules d’une ruche.
Elles constituent ensemble un épithélium (Cf. Tissus)
Abondance des desmosomes et des filaments intermédiaires
→ résistance à l’étirement et au frottement sans déchirure.
Cellule musculaire = myocyte 3.8c Plusieurs types de cellules musculaires : Cellule musculaire squelettique, striée ou cellule musculaire lisse (= non striée).
Nombreux microfilaments contractiles
Contraction des cellules musculaires striées
→ contraction des muscles squelettiques
→ action des articulations → mouvement du corps.
Contraction des cellules musculaires lisses
→ mouvements dans le tube digestif ou les voies urinaires
Cellule adipeuse 3.8d Grande, sphérique.
Une grosse inclusion cytoplasmique de triglycérides.
Macrophagocyte 3.8e
Muni de pseudopodes = faux pieds
→ déplacement dans les tissus vers les zones infectées Ingestion des microbes
Il contient de nombreux lysosomes → digestion des microbes Cellule nerveuse = fibre nerveuse = neurone 3.8f
Longues ramifications → recevoir et transmettre les messages Rôle déterminant de la membrane plasmique
(grande surface de la membrane par rapport au volume de la cellule) Réticulum endoplasmique rugueux abondant
→ Synthèse des membranes Spermatozoïde 3.8g
Cellule longue et profilée
Faite pour nager jusqu’à l’ovule qu’elle féconde Le flagelle : fouet qui permet d’avancer
Physiologie cellulaire Tâches (fonctions) spécialisées dans la cellule
Chaque partie de la cellule → une fonction précise Fonctions communes à toutes (ou presque) les cellules :
Métaboliser = cataboliser les nutriments pour en tirer de l’énergie et renouveler les structures de la cellule
Eliminer les déchets Se reproduire
Réagir aux stimulus
Trois fonctions très particulières et importantes Transport membranaire
Division cellulaire Synthèse des protéines
Transport membranaire
Deux liquides de part et d’autre de la membrane plasmique Liquide intracellulaire à l'intérieur et liquide interstitiel à l'extérieur.
Ce sont des solutions = solvant (eau) + solutés
Liquide intracellulaire (cytosol) = solution Solvant : eau
Solutés : gaz dissous, sels minéraux, molécules organiques
Liquide interstitiel (celui qui entoure les cellules)
= solution = une soupe : eau + nutriments + molécules d’information et de régulation (hormones, neurotransmetteurs), sels, déchets
Ce milieu est de composition à peu près constante (Cf. homéostasie)
Chaque cellule doit prélever à travers sa membrane ce dont elle a besoin (et seulement ce dont elle a besoin) dans le liquide interstitiel.
La membrane plasmique a une perméabilité sélective dans les deux sens : A l'entrée : elle laisse passer certaines substances,
en quantités contrôlées
empêche le passage des autres
A la sortie :
elle retient à l’intérieur ce dont elle a besoin, notamment ses protéines,
laisse sortir les déchets ou ce qu'elle produit et qui doit être exporté pour être utilisé ailleurs.
Il existe plusieurs mécanismes de transport à travers la membrane.
Mécanisme de transport passif : sans que la cellule dépense de l’énergie
Mécanisme de transport actif : nécessite une dépense d'énergie. Ce transport a besoin d’ATP.
Transport passif : diffusion et filtration Diffusion
Tendance des molécules à se disséminer dans l’espace disponible.
Elles se déplacent dans tous les sens
Mais globalement elles se déplacent davantage des zones où il y en plus
(concentration plus élevée) vers les zones où il y en a moins (concentration plus faible)
= suivant leur « gradient de concentration », c’est-à-dire suivant la différence entre les concentrations initiales,
jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de différence
Exemple : fumée dans une salle ou sucre dans une tasse 3.9
La diffusion est plus rapide :
si les molécules sont plus petites, si leur température plus élevée si le gradient de départ plus élevé La membrane plasmique gêne la diffusion
mais la diffusion est possible à travers la membrane
pour certaines molécules.
A travers la membrane : 2 types de diffusion Diffusion passive, simple, non assistée et diffusion assistée ou facilitée
Diffusion simple 3.10a
Elle concerne les petites molécules, non polaires,
pouvant se dissoudre dans la couche lipidique de la membrane.
Exemples : oxygène, gaz carbonique, lipides, vitamines
Eau : statut particulier.
La diffusion de l'eau est appelée osmose.
Comme l'eau est polaire elle ne peut pas traverser la membrane lipidique Mais elle passe à travers de tous petits pores.
L’eau passe du côté où elle est le plus concentrée, donc du côté où il y a moins de solutés,
vers le côté où elle est le moins concentrée, donc du côté où il y a le plus de solutés jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de différence.
Conséquence sur les perfusions intraveineuses (page 73).
Solution isotonique = dont la concentration en solutés est la même que celle des globules rouges.
Solution hypertonique= dont la concentration en solutés est la supérieure à celle des globules rouges.
Solution hypotonique = dont la concentration en solutés est la inférieure à celle des globules rouges.
On perfuse en général des solutions isotoniques.
Une solution hypotonique ajoutée dans le sang par perfusion peut entrainer un passage d'eau vers l'intérieur des globules rouges et les faire éclater : hémolyse (=
"destruction" du sang)
Diffusion facilitée (3.10b)
Elle répond aux lois de la diffusion
mais elle au lieu de se faire pas à travers la couche lipidique elle se fait à travers des canaux protéiques
(notamment pour la diffusion de certains ions)
ou en se servant d'un transporteur protéique servant de véhicule (par exemple pour le glucose).
La diffusion se fait sans utilisation d’énergie : économie d’énergie cellulaire.
Heureusement que la diffusion concerne des molécules essentielles : l’eau, l’oxygène, le glucose !
Autre phénomène passif : la filtration
Mécanisme par lequel l’eau et les solutés traversent
une ou plusieurs membranes sous l’effet de la pression du sang, lequel est mis sous pression par le cœur.
Quand il existe un gradient (différence) de pression entre deux endroits d’un même tuyau, le liquide s’écoule.
C'est le cas du sang dans les vaisseaux sanguins.
Quand cette différence, ce gradient de pression existe de part et d’autre d’une
membrane ou d’une paroi, l’eau filtre (comme à travers la paroi d’un récipient poreux ou d'un filtre à café)
Deux exemples majeurs (revus ultérieurement) :
sortie de l’eau hors des vaisseaux vers le liquide interstitiel formation de l’urine à partir du sang
Le phénomène est peu sélectif.
Ainsi, dans la formation de l’urine,
tout est filtré sauf les globules (trop gros) et les protéines (trop grosses).
Transports actifs
Transports pour lesquels la cellule dépense de l’énergie, donc de l’ATP.
Ils permettent de faire traverser la membrane à certaines substances, en principe parce que la diffusion ne le permet pas :
molécules trop grosses,
polarité qui ne permet pas de traverser la couche lipidique
nécessité d’un déplacement contre le gradient de concentration, c’est-à-dire du côté où les molécules sont moins concentrées vers le côté où elles sont plus concentrées.
Deux mécanismes : les pompes et le transport vésiculaire
Les pompes
Dans « pompe » on entend bien « actif »
Le système ressemble à la diffusion facilitée par transporteur protéique (vue précédemment pour le glucose)
Des protéines membranaires se lient de façon réversible à la substance à transporter.
Mais avec utilisation d’ATP.
Sont transportés ainsi : acides aminés, certains sucres, certains ions.
Exemple : acides aminés, nécessaires à la formation des protéines dans la cellule, mais trop gros et non solubles dans les lipides de la membrane
Les pompes sont très sélectives d’une substance donnée.
Cas particulier : pompe à sodium et à potassium
L’intérieur des cellules est riche en K+ et pauvre en Na+.
C’est l’inverse pour le milieu intérieur (plasma et liquides interstitiels), riche en Na+ (comme l’eau de mer) et pauvre en K+.
La pompe à sodium et à potassium rejette les ions Na+ vers l’extérieur et fait pénétrer les ions K+ vers l’intérieur Cette pompe est essentielle
dans la propagation des influx nerveux dans les neurones Cf. (3.11)
Transport vésiculaire (= en vrac) Nécessite de l’ATP
Exocytose
Vers l’extérieur (3.12)
Fait sortir des hormones, du mucus, des déchets…
Le produit est enfermé dans une vésicule par le Golgi.
La vésicule migre vers la membrane plasmique.
Elle fusionne et déverse le contenu à l’extérieur (sécrétion et excrétion)
Endocytose
Vers l’intérieur. 3.13
Une vésicule se forme autour de substances extracellulaires Elle se détache de la membrane, migre vers le cytoplasme.
Fusion avec un lysosome.
Destruction des substances par les enzymes (hydrolases) du lysosome
- Si ce qui doit être entouré est gros, comme une bactérie ou des débris de cellules mortes,
la cellule émet des pseudopodes. Il s’agit alors d’une phagocytose 3.13b (phago, manger)
Globules blancs ou autres cellules spécialisés dans la phagocytose des bactéries, de substances étrangères nocives, ou de cellules mortes. Mécanisme de défense
- Pinocytose (beaucoup plus fréquente, concerne la plupart des cellules) = endocytose des liquides (pino, boire) 3.13a
Un repli de la membrane, forme un puits de plus en plus profond, qui entoure du liquide interstitiel contenant des substances à faire rentrer dans la cellule.
Mécanisme très importante
pour les cellules spécialisées dans l’absorption (paroi de l’intestin grêle, tubules rénaux)
- Endocytose par récepteurs interposés 3.13c
Mécanisme principal pour certaines molécules bien précises (hormones, enzymes, fer, mais aussi virus).
Des récepteurs protéiques de membrane se lient spécifiquement à ces molécules cibles.
Des vésicules internalisent (= faire passer à l’intérieur) récepteurs et molécules cibles.
La division cellulaire
On appelle « cycle cellulaire »
la série de transformations subie par une cellule
entre l’instant de sa formation et l’instant où elle se divise, c’es-à-dire où elle donne deux autres cellules.
Deux périodes :
interphase : période la plus longue,
la cellule croît et accomplit ses activités métaboliques. C’est la phase métabolique
division cellulaire : reproduction de la cellule
Préparation à la division cellulaire : réplication de l’ADN
Il est essentiel que toutes les cellules contiennent le même matériel génétique,
Ce matériel permet de diriger le fonctionnement de la cellule.
Donc les molécules d’ADN doivent se dédoubler pour pouvoir se répartir dans chaque cellule fille Ce phénomène a lieu à la fin de l’interphase.
Rappel : ADN = enchainement de nucléotides
Chaque nucléotide = désoxyribose + phosphate + base azotée Double hélice = escalier en colimaçon
Montants : alternance de phosphates et de désoxyribose
Barreaux : paires de bases azotées appariées thymine-adénine ou cytosine-guanine
Au moment de la réplication, la double hélice se déroule et se sépare petit à petit en 2 brins de nucléotides.
Chaque brin devient une matrice,
un modèle pour l’élaboration de la chaîne complémentaire.
En raison de l’appariement des bases, l’ordre des nucléotides de la matrice
détermine l’ordre des nucléotides dans le brin complémentaire.
→ à la fin, deux doubles hélices
identiques entre elles et identiques à celle d’origine.
Dans chacune, un vieux brin et un brin neuf
Le phénomène se déroule simultanément pour toutes les molécules d’ADN du noyau.
Déroulement de la division cellulaire
Le plus souvent : deux événements successifs Mitose = division du noyau
Et la division du cytoplasme
Mitose = division du noyau Formation de deux noyaux-fils
contenant exactement les mêmes molécules d’ADN donc les mêmes gènes que le noyau-père.
Puisque la réplication précède la mitose : pendant un moment
le noyau comporte une double quantité d’ADN.
Une moitié identique de cette double quantité va se retrouver dans chaque noyau-fils.
3.15
Au début : condensation de la chromatine
(aspect sous lequel se présentent les doubles molécules d’ADN) pendant l'interphase
pour former des chromosomes : molécules d’ADN ratatinées.
Chaque chromosome est constitué de deux chromatides-soeurs identiques, chacune correspondant à l’une des deux doubles hélices d’ADN issues de la réplication.
Les chromatides restent reliées à un endroit : le centromère Les centrioles se séparent
et se dirigent vers les extrémités opposées de la cellule.
en tissant entre eux un réseau de microtubules : le fuseau mitotique,
→ échafaudage sur lequel les chromosomes se fixent et se déplacent pendant les phases ultérieures.
Puis disparition de la membrane nucléaire.
Les chromosomes se fixent par leur centromère sur le fuseau mitotique.
Regroupement et alignement des chromosomes à l'équateur du fuseau
Les chromatides-soeurs se séparent et s’appellent désormais chromosomes
Ils se déplacent vers les pôles opposés de la cellule.
Ils semblent tirés par leurs centromères
Déroulement des chromosomes
qui redeviennent des filaments de chromatine Disparition du fuseau mitotique
Formation d’une enveloppe nucléaire autour de chaque masse de chromatine 2 noyaux-fils
Durée de la mitose : environ 2 heures
Division du cytoplasme
Apparition d’un anneau de microfilaments sillon de clivage
qui se creuse jusqu’au partage du cytoplasme en deux.
Chaque cellule-fille contient moins de cytoplasme que la cellule-mère.
La cellule-fille croît et son activité augmente jusqu’à ce qu’elle se divise à son tour.
Habituellement : mitose et division du cytoplasme sont liées.
Exceptions : cellules multinucléées contenant plusieurs noyaux
(cellules musculaires squelettiques)
Finalement : Division cellulaire → 3 intérêts : nouvelles cellules pendant la croissance, renouvellement des tissus,
réparation des tissus.
Synthèse des protéines
Les ADN fournissent les directives pour la synthèse des protéines
Traditionnellement, on appelle gène un segment d’une chaîne d’ADN qui porte les directives
pour l’élaboration d’une protéine ou d’un polypeptide.
Rappels :
les protéines sont constituées d’acides aminés ;
les protéines sont primordiales dans la vie de la cellule.
Les protéines fibreuses ou structurales
sont les principaux composantes des cellules.
Les protéines globulaires ou fonctionnelles sont souvent des enzymes.
Elles catalysent les réactions chimiques.
Pour chaque réaction chimique (ou à peu près) une enzyme spécifique est nécessaire.
C’est l’ADN qui détermine la structure des enzymes, donc qui détermine les réactions dans la cellule.
Comment ?
L’information est codée dans un gène segment d'un ADN
C'est l'enchainement des bases
(qui forment les barreaux de la double hélice) qui constitue le code.
Chaque séquence de 3 bases est appelée triplet Elle code pour un acide aminé précis.
(3.16)
Exemple : AAA code pour l’acide aminé appelé phénylalanine CCT pour la glycine ou glycocolle
AAACCT code donc pour une phénylalanine à laquelle s’attache une glycine Chaque gène, enchaînement de bases,
constitués de 300 à 3000 bases successives,
code donc pour une protéine, en particulier une enzyme.
Le problème :
L’ADN qui porte le code est dans le noyau et ne le quitte pas.
Les ribosomes où ont lieu l’assemblage des acides aminés en protéines sont dans le cytoplasme.
Un décodeur messager est donc nécessaire : rôle de l’ARN messager
Rappel : ARN : une seule chaîne, ribose, U au lieu de T ARN messager = ARN m
Ressemble à un brin d’ADN
Il transporte l’information codée, les directives,
du noyau au cytoplasme
La transmission des informations est assurée par la transcription
= Transcription : fabrication d’ARN messager complémentaire à partir d’un brin d’ADN.
La même information est désormais portée par l’ARN m.
Comment ?
Triplet, séquence de bases de l’ADN codant pour un acide aminé.
Codon, séquence de bases de l’ARNm codant pour le même acide aminé.
La forme est différente
(les séquences de bases ne sont pas les mêmes) mais l’information est la même.
Le triplet CCT de l'ADN code pour la glycine ou glycocolle
Le codon GGA (codon complémentaire au triplet CCT, formé par transciption) de l'ARNm code pour la glycine ou glycocolle.
AAA de l’ADN code pour la phénylalanine.
UUU (puisque U remplace T) de l’ARN m code pour la phénylalanine.
Etape suivante : traduction = assemblage des protéines Selon l’information portée par l’ARN
Le langage de l’ARN, succession de codons, est traduit en succession d’acides aminés.
La traduction est réalisée dans le cytoplasme (au niveau des ribosomes).
Elle fait intervenir l’ARN m
Mais aussi deux autres types d’ARN.
1) ARN de transfert, petits ARN, ressemblant à des feuilles de trèfle : apportent les acides aminés aux ribosomes.
Les ARN de transfert diffèrent selon l’acide aminé.
Chaque ARN de transfert a une tête qui comporte un anticodon,
c’est-à-dire 3 bases complémentaires au codon (donc identiques à un triplet)
et une queue qui fixe l’acide aminé
2) ARN ribosomique : entre dans la constitution des ribosomes)
L’ARN m s’attache au ribosome.
Les codons sont lus les uns après les autres
et un anticodon d’un ARN t vient se placer en regard de chaque codon.
L’acide aminé a apporté par l’ARN t se lie à l’acide aminé apporté par le précédent L’ARN t se détache, rendu disponible pour se lier à un autre acide aminé de même type.
Le codon suivant est lu…
La protéine est libérée après la lecture du dernier codon
Les tissus
Les cellules ont des fonctions communes et des spécialisations.
Un ensemble de cellules qui ont une structure semblable et qui remplissent la même fonction = tissu
Deux tissus très spécialisés Tissu musculaire
Tissu nerveux
Les autres peuvent être regroupés en 2 catégories : Tissus épithéliaux
Tissus conjonctifs
TISSU EPITHELIAL = EPITHELIUM
Cellules disposées les unes à côté des autres Reposant sur une membrane basale,
laquelle est une couche de glycoprotéines.
En dessous de la membrane basale se trouve un tissu conjonctif (Cf plus loin).
La partie des cellules qui repose sur la membrane basale est appelée la base des cellules.
Le côté opposé est l'apex (apex = sommet), libre, Il est tourné vers l’extérieur de l’organisme
ou vers l’intérieur d’une cavité ou d'un conduit.
Les cellules peuvent être (3.17b)
En forme d'écaille : épithélium squameux En forme de cube : épithélium cuboïde En forma de prisme : épithélium prismatique
Elles peuvent être disposées (3.17a)
en une seule couche : épithélium simple en plusieurs couches : épithélium stratifié
Pas de vaisseaux sanguins. Un épithélium est dit avasculaire.
Nutriments et oxygène parviennent aux cellules de l’épithélium par diffusion à partir des capillaires du tissu conjonctif situé en-dessous.
Certains épithéliums sont dits épithéliums de revêtement.
Ils recouvrent une surface,
surface tournée vers l’extérieur (la peau) ou surface qui tapisse une cavité ou un conduit
Les cellules très ajustées les unes aux autres et formant des feuillets continus
Nombreux points d’attache entre les cellules :
desmosomes et jonctions serrées 3.3
Ils ont une fonction de protection
(exemple : peau, contre les microbes et les agents chimiques ; voies respiratoires), ou d'absorption (exemple : intestin grêle),
ou de filtration (exemple : reins)
D'autres épithéliums sont dits épithéliums glandulaires.
Ils forment les glandes
= ensemble de cellules qui élaborent et sécrètent une substance, appelée sécrétion.
« Sécrétion » désigne tantôt le phénomène, tantôt le produit fini
sueur, mucus, enzymes du tube digestif
Les glandes peuvent un ensemble de cellules dans un organe (glandes de la paroi de l'estomac par exemple),
ou tout un organe.
N.B. Dans un épithélium de revêtement,
il peut y avoir des cellules glandulaires isolées :
exemple de l'épithélium gastrique (celui de l'estomac) Exemples d'épithéliums
3.18 a
Paroi des alvéoles pulmonaires : C'est un épithélium simple squameux
Une seule couche de cellules minces sur une basale Comme un dallage
Il permet les échanges rapides par diffusion : échange d’O2 et de CO2 entre l'air et le sang
Autre exemple voisin : paroi des capillaires (cet épithélium est dit endothélium !) : échange de nutriments, d’O2 et de CO2
entre le sang et les liquides interstitiels
3.18c
Paroi du tube digestif (par exemple l'estomac) C'est un épithélium simple prismatique
Une seule couche de cellules hautes sur une basale Il a une fonction de protection
une fonction d'absorption (des nutriments) une fonction glandulaire :
certaines cellules sécrètent un mucus lubrifiant d'autres des enzymes digestives.
3.18e
L'épiderme, partie superficielle de la peau.
C'est un épithélium stratifié squameux : plusieurs couches de cellules.
Fonction de protection +++
On retrouve ce type d'épithélium dans tous les endroits exposés au frottement (peau, bouche, œsophage)
Retour sur les glandes :
Glandes exocrines (sécrétion externe)
Exemple : glandes sudoripares, salivaires
Les cellules glandulaires déversent leur sécrétion dans des conduits, des canaux qui conduisent la sécrétion à la surface de l’épiderme ou dans une conduit débouchant à l'extérieur.
Glandes endocrines (sécrétion interne) Exemple : thyroïde, glandes surrénales
Pas de canaux : les cellules glandulaires libèrent leur sécrétion (hormones) directement dans le sang.
N.B. dans un même organe (exemple : pancréas) il peut y avoir des glandes endocrines et des glandes exocrines
TISSUS CONJONCTIFS
Conjonctif : « Joindre ensemble »
Fonctions des tissus : protection, soutien, réunion
Caractéristiques :
Vascularisation très variable souvent bien vascularisés.
exceptions : tendons et ligaments
et surtout : cartilage avasculaire.
Donc cicatrisation plus difficile Tissu conjonctif = cellules + matrice extracellulaire.
Matrice extracellulaire : matière située à l’extérieur des cellules
élaborée par les cellules du tissu conjonctif et sécrétée hors des cellules, Matrice = substance fondamentale + fibres
Substance fondamentale : eau + protéines d’adhérence + polysaccharides protéines d’adhérence : rôle de colle fixant les cellules et les fibres (voir ci-dessous)
polysaccharides : forment des mailles qui emprisonnent l’eau.
Leur abondance détermine la consistance de la matrice : liquide, gélatineuse, voire dure.
Fibres, formées de protéines
Fibres de collagène : résistantes à la traction
Fibres élastiques : reprennent leur forme après étirement
Fibres de réticuline : forment la charpente de certains organes mous comme la rate.
Selon la matrice, le tissu conjonctif peut
- fournir une gaine moelleuse autour des organes - supporter des frottements
- résister à des tensions importantes
Exemples extrêmes. Tissu adipeux : matrice très molle Tissu osseux et cartilage : matrice très dure Les types de tissu conjonctif
Tissu osseux → os
Cellules = ostéocytes,
entourés de couches de matrice très dure (3.19a) (5.3) qui contient
des sels de calcium
beaucoup de fibres de collagène
Donc ce tissu est apte à protéger (crâne) et à soutenir (os des membres inférieurs)
Tissus cartilagineux 3.19b
Un peu moins durs et un peu plus flexibles que le tissu osseux
Cartilage hyalin (« de verre »)
Recouvre l’extrémité des os dans les articulations Constitue le squelette du fœtus,
progressivement remplacé par de l’os.
Constitue les structures du larynx Cartilage fibreux 3.19c
Davantage de fibres.
Très compressible
Constitue les disques intervertébraux (entre les vertèbres) Cartilage élastique
Nez et pavillon de l’oreille
Tissu conjonctif dense 3.19d
Prédominance des fibres de collagène dans la matrice Cellules allongées : fibroblastes :
ils élaborent les fibres de collagène Ce tissu constitue :
les tendons :
ils relient les muscles squelettiques aux os les ligaments : ils relient les os dans les articulations les couches profondes de la peau : le derme
Tissu conjonctif lâche 3.19e
Plus mou. Plus de cellules et moins de fibres
Spongieux (beaucoup d'eau dans le liquide interstitiel), souple, Il a un rôle de protection, d’emballage et de colle :
il relie les organes entre eux et assure leur maintien.
N.B. Un épithélium qui recouvre une cavité ouverte vers l’extérieur repose sur une membrane basale sous laquelle se trouve un tissu conjonctif lâche.
L’ensemble de l’épithélium et du tissu conjonctif situé au-dessous constitue une muqueuse
Un tissu conjonctif lâche peut se gorger d’eau : œdème.
Tissu adipeux = graisse 3.19f
= tissu conjonctif lâche rempli
de cellules adipeuses ou adipocytes
[Rappel : adipocyte = cellule occupée par une inclusion cytoplasmique de triglycérides, repoussant le noyau sur le côté.]
Il est abondant sous la peau : rôle d’isolant Protection des organes (exemple : rein) Constituant majeur des seins
Réserve d’énergie
Sang 3.19h
Analogue à un tissu conjonctif :
des cellules (globules) dans une matrice, laquelle est liquide (plasma).
Mais le sang mérite d’être étudié à part.
TISSU MUSCULAIRE
Tissu qui a la propriété de se contracter, de se raccourcir Les cellules musculaires sont les myocytes.
Trois types de tissus musculaires 3.20
Tissu musculaire squelettique 3.20a Constitutif des muscles squelettiques, organes attachés au squelette,
qui répondent à des commandes volontaires (conscientes) du système nerveux central
→ mouvements et expressions
Les myocytes du tissu musculaire squelettique sont longs, ce qui facilite la contraction,
Ces myocytes sont souvent appelés fibres musculaires (ambiguïté du mot fibre) Ils sont multinucléés (plusieurs noyaux par cellule)
Ils ont un aspect strié
→ Les muscles squelettiques sont appelés muscles striés Tissu musculaire cardiaque 3.20b
Spécialisé, appelé myocarde.
Constitue une pompe propulsant le sang dans les vaisseaux Cellules striées, mais plus courtes. Un seul noyau par cellule.
Cellules imbriquées les unes aux autres par des jonctions ouvertes qui laissent librement passer les ions → transmission rapide de l'influx électrique.
Tissu musculaire lisse 3.20c Il ne porte pas de stries visibles
Les myocytes sont fusiformes.
Un noyau par cellule
Les contractions sont plus lentes
Le cellules du tissu musculaire lisse se trouvent dans la paroi des organes creux :
tube digestif, voies urinaires, utérus, vaisseaux sanguins. Les contractions et relaxations des cellules musculaires lisses → constrictions et dilatations des organes creux
Elles permettent le mouvement de péristaltisme : séquence de constriction-dilatation permettant l'avancée de ce qui est contenu dans l'organe creux.
TISSU NERVEUX 3.21 2 types de cellules : neurones et gliocytes
Neurones :
Structure très particulière Longs prolongements
Reçoivent et transmettent des influx électrochimiques Propriétés : excitabilité et conductivité
QS
Gliocytes (glio = glu = colel)
Isolent, protègent, soutiennent les neurones QS
REPARATION DES TISSUS Réparation des tissus lésés :
Deux formes :
régénération (remplacement du tissu lésé par du tissu neuf)
et cicatrisation (remplacement par du tissu conjonctif dense, appelé tissu cicatriciel = fibrose).
Cicatrisation :
Lésion d’un tissu (exemple coupure de la peau) → conséquences
1) les capillaires (petits vaisseaux) sanguins laissent sortir des facteurs de coagulation → caillot obturant la plaie et isolant celle-ci de l’environnement pour empêcher les microbes et les substances nocives de l’environnement de pénétrer dans la brèche.
La partie du caillot exposée à l’air sèche : croûte 2) formation d’un tissu de granulation
tissu transitoire, avec des capillaires nouveaux
croissant à partir des capillaires intacts vers la région atteinte.
Ils sont fragiles, d’où un saignement facile si on enlève la croûte
Ce tissu contient des macrophagocytes qui digèrent le caillot et des fibroblastes qui fabriquent des fibres de collagène, comblant la brèche dans le tissu lésé.
3) L’épithélium de surface se régénère et s’insère entre le tissu de granulation et la croûte. Résultat : un épithélium normal sur un tissu cicatriciel. Cicatrice invisible ou visible selon la gravité.
La régénération est plus ou moins bonne selon les tissus.
Les épithéliums régénèrent bien
comme les tissus osseux et conjonctifs.
Le tissu musculaire squelettique régénère mal, le tissu musculaire cardiaque
et le tissu nerveux pratiquement pas.
Ils sont remplacés par du tissu cicatriciel.
Développement et vieillissement des tissus
Au départ de l'individu une cellule unique
qui se divise puis les cellules et les tissus se spécialisent (= se différencient) précocement
Croissance importante des tissus pendant la vie fœtale et pendant l’enfance par production de nouvelles cellules par division.
A l’exception des neurones (cellules nerveuses) qui ne se divisent pas.
Après la puberté : les divisions cellulaires continuent pour remplacer les tissus qui s’usent, notamment par frottement : peau, tube digestif.
Les cellules du muscle cardiaque et du tissu nerveux ne se divisent plus. Elles deviennent amitotiques.
Le vieillissement des tissus commence à la fin de la croissance.
Cela est net pour la peau (on la voit !).
Les épithéliums s’amincissent, la peau devient moins élastique. La production des glandes exocrine diminue : moins de sébum, de mucus, de sueur. Certaines sécrétions endocrines diminuent. Le métabolisme et la reproduction diminuent.
Les tissus conjonctifs vieillissent aussi : fragilité osseuse, amincissement des muscles.
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