INTRODUCTION INTRODUCTION

CYTOLOGIE CYTOLOGIE

IFSI

IFSI

2010 2010

Françoise Charles-Pétillon

Service de Cytologie, Cytogénétique, Biologie de la reproduction CHRU Brest

INTRODUCTION INTRODUCTION

Fin XVIIème siècle R. Hoocke 1^ère observation d’une cellule végétale microscope élémentaire (coupe de liège)

1858 Les cellules prennent naissance à partir d’autres cellules : théorie cellulaire (Virchow) qui ne cessera de se développer.

1865 Mendel bases théoriques de la génétique et de l’hérédité.

Microscopie électronique à transmission 1935.

Microscopie électronique à balayage 1956.

Structure hélicoïdale de l’ADN Watson et Crick 1953.

1970 développement de la biologie moléculaire.

CELLULE

DEFINITION

DEFINITION : plus petite unitplus petite unitéé éléléémentairementaire limitée par membrane plasmique exprimant les propriles propriééttéés du vivant :s du vivant :

Synthétiser ses constituants Croître

Se multiplier

Les plus simples : bactéries isolées ou en colonies

Organisme supérieur = cités cellulaires : groupes cellules rassemblées (200 types cellulaires) vont se spécialiser, se différencier

Constitution d’un tissu (osseux, épithélial…), d’un organe En cellules indépendantes (sanguines, sexuelles)

Remplir des fonctions spécialisées

Reliées communications intercellulaires

CELLULE

CELLULES : unités élémentaires TISSUS

• Épithéliaux

• Conjonctifs (tissus osseux et cartilagineux)

• Musculaires

• Nerveux

• Circulants ORGANES

Estomac, poumon…

APPAREILS

Digestif, respiratoire

ORGANISME ORGANISME

CELLULE

TECHNIQUES D’ETUDE

CYTOLOGIE

CYTOLOGIE : morphologie des cellules microscopique HISTOLOGIE

HISTOLOGIE : morphologie des tissus (organes) macro et microscopique.

LESIONS

LESIONS ANATOMO-ANATOMO-CYTOPATHOLOGIECYTOPATHOLOGIE

1) TECHNIQUES CLASSIQUES 1) TECHNIQUES CLASSIQUES

MICROSCOPIE PHOTONIQUE OPTIQUE (MO)

G 1000 à 1250. Le µm unité habituelle (10^-⁶m = 10^-³mm)

1) Prélèvements cytologiques : cellules isolées, peu épaisses Raclage (FC°U) :

étalement sur lames

fixation cytospray ou laque à cheveux coloration (Harris-Shorr)

TECHNIQUES D’ETUDE

Ponction organes

ponction directe (ganglion, thyroïde, sein…) ou guidée par écho, scanner (poumon, pancréas, rein, médiastin…)

étalement

séchage à l’air

coloration (May-Grünwal-Giemsa MGG)

Ponction séreuses : LCR, plèvre, péritoine, liquide articulaire (Tubes à bouchon rouge, flacons type copro ou ECBU)

cytocentrifugation dépôts sur lames

Coloration (MGG, Papanicolaou…) Technique rapide 1 à 2 heures.

TECHNIQUES D’ETUDE

2) Prélèvements histologiques : biopsies, pièces opératoires fixation (formol)

inclusion (paraffine)

coupes /microtome (successives, sériées, fines) dépôts sur lames

déparaffinage

coloration (hématoxyline et éosine) Technique au minimum 36 heures.

TECHNIQUES D’ETUDE

VARIANTES :

Coupe en congélation : examen extemporané

Contraste de phase, lumière polarisée, fluorescence

MICROSCOPIE ELECTRONIQUE (ME) : nm (10^-9m ou 10^-3mm).

2) AUTRES TECHNIQUES 2) AUTRES TECHNIQUES

IMMUNOHISTOCHIMIE : marquage par AC

CYTOMÉTRIE DE FLUX : marquage de milliers de cellules en qqs mn HYBRIDATION IN SITU : mise en évidence de séquences d’ADN

• FISH : fluorescent in situ hybridation

• PCR : polymerase chain reaction

Cellule = ensemble ordonné de macromolécules

La matière vivante :

quatre éléments de base : H, C, O², N largement représentés

éléments en Q. plus faible : fer, soufre, phosphore très importants éléments sous forme de traces : oligo-éléments (Zn, Cu, Mn)

Les constituants de la cellule : Eau (60 à 65 % poids du corps) Sels minéraux :

peu solubles (squelette) : Ca++, Mg++, Ph

ioniques (dissous balance ionique +++) : Na+,K+, Ca++, Mg++, Cl- Composés organiques (contenant du carbone)

ARCHITECTURE CELLULAIRE

COMPOSES

COMPOSES ORGANIQUES ORGANIQUES Protides

Glucides

Lipides

Acides nucléiques

Vitamines

Protides

Protides +++ +++

constituants principaux de la cellule

Acides Aminés :

éléments de base, 20 dt 9 essentiels (alimentation)

Peptides :

courts enchaînements d’A.A. (insuline, Adréno C°Trophic H…)

Protéines :

polypeptides nombre élevé d’A.A. (hémoglobine, collagène…)

rôle structural (membrane, récepteurs)

rôle métabolique : fonctionnement cellulaire (enzymes, hormones)

ARCHITECTURE CELLULAIRE

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Glucides Glucides ^:

Simples :

monosaccharides ou oses (glucose, fructose, galactose)

Complexes :

polysaccharides :

Holosides : 2 à 10 mol d’oses : maltose (2 glucoses) saccharose (glucose + fructose) lactose (glucose + galactose)……. amidon,

glycogène…

Hétérosides (Glycoprotéines, Glycolipides)

source d’énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire : énergie immédiatement utilisable (glucose)

énergie de réserve (glycogène)

rôle dans la structure (glycosylation protéines, lipides)

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Lipides Lipides ^:

Simples :

acides gras

Saturés (origine animale) Insaturés (origine végétale)

Complexes :

Phospholipides Glycolipides

Stéroïdes (dérivés du cholestérol)

réserve d'énergie (tissu adipeux) rôle dans la structure (membrane)

rôle dans la synthèse hormones stéroïdes

Acides nucl

Acides nucl é é iques iques : :

NuclNucléosideséosides = base azot= base azotée + pentoseée + pentose

NuclNucléotides éotides = base azot= base azotéée + pentose + e + pentose + acac. Phosphorique. Phosphorique Polymérisés :

ADN acide désoxyribonucléique (chromosomes : génome) ARN acide ribonucléique (synthèse des protéines)

Libres : rôle +++ voies métabolites

transfert d’énergie chimique (Adénosine Mono Phosphate Cyclique, ADP, ATP)

transport d’électrons (Flavine Adénine Dinucléoside, Nicotinamide Adénine Dinucléotide )

voies de recherche, de nouvelles thérapeutiques

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Vitamines

Vitamines : indispensables au fonctionnement cellulaire co- facteurs de réaction biochimique

Vit B, C : hydrosolubles

Vit A, D, E, K : liposolubles AntiAnti--oxydants : Vit A, D, Coxydants : Vit A, D, C

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Les macromol

Les macromol é é cules sont r cules sont r é é parties dans la cellule parties dans la cellule

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Cellule procaryote (bact

Cellule procaryote (bacté éries, algues ries, algues …) … )

Taille de 1µTaille de 1µmm ADN etADN et

Ribosomes intraRibosomes intra--cytoplasmiquescytoplasmiques

ORGANISATION

ORGANISATION 3 compartiments : 3 compartiments :

Membrane

Noyau (caryos) Cytoplasme

Archéobactéries, bactéries de l’extrême : 100 °, PH à 1, abyssales

Membrane plasmique Noyau

Cytoplasme

Taille de 5 à 50 µm

ARCHITECTURE CELLULAIRE

Cellule eucaryote :

Cellule eucaryote :

2 compartiments interdé2 compartiments interdépendants sur le plan pendants sur le plan fonctionnel, s

fonctionnel, séparéparéée du milieu extée du milieu extérieur par la membrane plasmiquerieur par la membrane plasmique

• taille de 50 nm

• ne font pas partie des êtres vivants

• pas de métabolisme propre

• se développe dans cellule hôte

• intégration du génome viral : mort de la cellule hôte

transformation (cancer col utérus) Un seul type d’acide nucléique

• ADN ou

• ARN

ARCHITECTURE CELLULAIRE

A A caryote (virus) caryote (virus)

MITOSE

MITOSE

:

Phase de division INTERPHASE

INTERPHASE

:

Croissance et différenciation avec 3 phases :

G1

^variable

S

G2

G1 très longue = G0

prolongée : hépatocytes, thyréocytes toute durée vie : neurones

G1 très courte : cellules souches sanguines

CYCLE CELLULAIRE

Vie des cellules se d

Vie des cellules se d é é roule sur un roule sur un MODE CYCLIQUE MODE CYCLIQUE alternance

alternance mitose et interphase

APOPTOSE

APOPTOSE

naturelle programmée Indispensable au développement normal pas d’inflammation

NÉ N ÉCROSE CROSE

accidentelle Agressions (anoxie,…) réaction inflammatoire

MORT CELLULAIRE

2 MODALITES DE MORT CELLULAIRE

2 MODALITES DE MORT CELLULAIRE de nature diffé de nature diff érente rente

INTRODUCTION INTRODUCTION

Frontière de structure asymétrique : compartiment intra-cellulaire / milieu extra-cellulaire

Double couche lipidique, protéines membranaires, glucides

Principales fonctions : Barri Barri è è re de protection re de protection

Transports Transports membranaires membranaires : :

filtre sélectif (nutriments / déchets)

Adh Adh é é sion sion et antig et antigé énicit nicité é de surface de surface : :

reconnaissance du

moi/non- moi

Communication intercellulaire Communication intercellulaire

: perçoit les modifications : environnement et s’y adapte : capteur de signaux

MEMBRANE PLASMIQUE

MEMBRANE PLASMIQUE

STRUCTURE STRUCTURE

M.E. M.E. triple feuillet :

2 couches sombres et 1 claire (8 nm)

Biochimie : Biochimie : mosaïque lipides-protéines et glucides

1. double feuillet lipidique

1. double feuillet lipidique

50%, phospholipides et cholestérol

2. prot

2. proté éines membranaires ines membranaires

^50%

• P. intrinsèques transmembranaires fortement liées

=> Transport : Cx, transporteurs

• P. extrinsèques périphériques faiblement liées

⇒ Enzymes

⇒ Adhésion

⇒ Forme cellulaire

MEMBRANE PLASMIQUE

STRUCTURE STRUCTURE Biochimie : Biochimie :

3 – glucides : cell-coat.

2 à 3 %

, c

ellule enrobée de sucres Face externe : longues chaînes fixées : G°Protéines, G°Lipides

=> Rôle dans l’adhésion

=> Reconnaissance cellulaire (spz/ovule, cells système immunitaires/bactéries virus…

MEMBRANE PLASMIQUE

ASPECTS FONCTIONNELS ASPECTS FONCTIONNELS 1 – Barrière de protection

2 – Adhésion

- Antigénicité de surface : moi/non-moi 3 – Communication intercellulaire

4 - Transports membranaires

MEMBRANE PLASMIQUE

STRUCTURE

STRUCTURE mosa mosa ï ï que fluide que fluide

Protéines flottent sur une mer de lipides Fluidité et déformabilité :

Mouvements des lipides Mouvements des protéines

MEMBRANE PLASMIQUE

ADHESION ADHESION

Entre elles et avec milieu extérieur / molécules spécifiques « velcro » CAM Cell Adhesion Molecule : entre les cellules

SAM Substrate Adhesion Molecule : entre cellules et substrat

Glycoprotéines :

Immunoglobulines : Neural Cell Adhesion Molecule, cells sanguines Cadhérines : jonctions cellulaires, cells épithéliales, musculaires…

Sélectines : leucocytes, cellules endothéliales Intégrines : SAM

MEMBRANE PLASMIQUE

ADHESION ADHESION Rôles :

Développement embryonnaire, cicatrisation, immunité Pathologie :

• anomalies des gènes codant pour ces protéines : malformation du SNC

• maladies A°-immunes : auto AC contre cadhérine des jonctions épidermiques : lupus, pemphigus

• infection : permet fixation et pénétration agents pathogènes

• cancérologie : perte des cadhérines des cells K : migration des cells

ANTIGENICITE ANTIGENICITE

MEMBRANE PLASMIQUE

Moi biologique = expression du génome

Non moi = « étranger » système immunitaire tentera d’éliminer Glucides du

Glucides du cellcell coatcoat : reconnaissance cellulaire = th: reconnaissance cellulaire = thééorie clef-orie clef-serrureserrure Antigènes = molécules étrangères => production d’anticorps

•Ag Groupes sanguins A B : chaînes sucrées à surface hématies

•Ag carcino-embryonnaires : ACE marqueurs de la prolifération

tumorale (Colorectal, S, B°P) CA 125 (ovarien)

Repose sur :

Jonctions intercellulaire de type «gap »

Signaux électriques (Ts nerveux, musculaire) Molécules adhésion : CAM, SAM

Signaux chimiques

Cellule K échappe à la communication → prolifération anormale COMMUNICATION

COMMUNICATION INTERCELLULAIRE INTERCELLULAIRE

MEMBRANE PLASMIQUE

SIGNAUX CHIMIQUES SIGNAUX CHIMIQUES

S. EndocrineS. Endocrine : à distance

Pancréas (insuline / circulation) Thyroïde C (calcitonine / ↓ Ca++) S. ParacrineS. Paracrine : voisine

• estomac (gastrine)

• synapse neuro-musculaire

• gaps

S. AutocrineS. Autocrine : elle-même

• facteurs de croissance

• cells cancéreuses

COMMUNICATION INTERCELLULAIRE

COMMUNICATION INTERCELLULAIRE modes modes

MEMBRANE PLASMIQUE

Suivant la distance entre cellule émettrice et cellule réceptrice

Médiateurs Chimiques Locaux : F de crois., A.A. (histamine, sérotonine) Hormones : Insuline, ACTH, FSH, dérivés d’A.A. (adrénaline)

N°Transmetteurs : NorA, AcCh, GammaAminoButyricAcid Réponse rapide, courte

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signaux types de signaux Signal chimique hydrosoluble :

Signal chimique hydrosoluble :

Ne traversent pas la membrane

Nécessitent des récepteurs spécifiques

MEMBRANE PLASMIQUE

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signaux types de signaux Signal chimique hydrosoluble

Signal chimique hydrosoluble

MEMBRANE PLASMIQUE

schéschémama

Adrénaline (M°S): hormone de l’adaptation à effort - froid - stress

Hormones thyroïdiennes

Hormones stéroïdes : cortisol, testostérone, estradiol, progestérone…

Réponse tardive, longue durée

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES

COMMUNICATIONS INTERCELLULAIRES types de signaux types de signaux Signal chimique liposoluble

Signal chimique liposoluble : :

diffusion simple

MEMBRANE PLASMIQUE

Fixation sur région ADN et régulation de la transcription gènes

Signal chimique gazeux

Signal chimique gazeux :

diffusion simple Monoxyde d’azote NO

TRANSMEMBRANAIRES

TRANSMEMBRANAIRES = = Perméatifs : Petites molécules +/- énergie

VVÉSICULAIRESÉSICULAIRES :: Substances haut poids Moléculaires Déformation membrane

+ énergie

Cellule responsable maintien du milieu intra-cellulaire constant

TRANSPORTS

TRANSPORTS MEMBRANAIRES : MEMBRANAIRES : 2 types de transport 2 types de transport

MEMBRANE PLASMIQUE

Gradient de [ ] : différence de composition chimique entre Mx intra et extra cellulaire : [ ] différentes d’ions et de petites molécules

1) Transport passif : dans sens gradient de [ ] du + concentré vers le moins concentré

1-1) Transport passif sans perméase Diffusion simple Petite taille molécules

Absence de polarité Absence de charge

1-2) Transport passif avec perméase Diffusion facilitée Transporteurs passifs

Canaux ioniques :

Potentiel-dépendants : Na+, Ca++, Ligands dépendants : N°T pr ACh

TRANSPORTS MEMBRANAIRES

TRANSPORTS MEMBRANAIRES TRANSMEMBRANAIRES TRANSMEMBRANAIRES

MEMBRANE PLASMIQUE

Eau Oxygène Glucose

MEMBRANE PLASMIQUE

2) Transport actif contre gradient de [ ] Nécessite de l’ENERGIE

Couplé à ATPase : pompes ioniques Na+K+ C œur

Ca++ Muscle

K+H+ Estomac TT par IPP

Couplé à un transport passif : co-transport :

Système symport : Na+ passif/glucose actif Système antiport : Na+ passif/H+ actif

Cau & Seité, ELLIPSES, 1999

MEMBRANE PLASMIQUE

TRANSMEMBRANAIRES

TRANSMEMBRANAIRES

TRANSPORTS MEMBRANAIRES

TRANSPORTS MEMBRANAIRES V V ÉSICULAIRES É SICULAIRES

Mouvements de la membrane plasmique ENERGIE

Transport grosses particules Formation vésicules, vacuoles

Exocytose Endocytose

MEMBRANE PLASMIQUE

Macrophages Phagocytose

Pinocytose

1) TRANSPORTS TRANSMEMBRANAIRES

1) TRANSPORTS TRANSMEMBRANAIRES = Perméatifs= petites molécules +/- énergie

1) Dans sens gradient de [ ] passif sans énergie

Transport passif sans perméase : Diffusion simple Transport passif avec perméase : Diffusion facilitée

Transporteurs passifs

Canaux ioniques : Potentiel- Ligands dépendants

2) Contre sens gradient de [ ] actif avec énergie : pompes ioniques, co-tansport (symport, antiport)

2) TRANSPORTS

2) TRANSPORTS VÉVÉSICULAIRESSICULAIRES : : Substances haut poids moléculaire Déformation membrane vacuoles : exo endocytose phagocytose

+ énergie

TRANSPORTS MEMBRANAIRES TRANSPORTS MEMBRANAIRES

MEMBRANE PLASMIQUE

ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE PLASMIQUE ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE PLASMIQUE 1) Spécialisations apicales :

Microvillosités :plateau strié, bordure en brosse, actine (entérocytes) Stéréocils (voies génitales chez l’homme)

Cils vibratiles (bronches, trompes) microtubules Ondulations de la membrane (puzzle)

MEMBRANE PLASMIQUE

ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE ELEMENTS SPECIALISES DE LA MEMBRANE

2) Jonctions intercellulaires :

cell coat, ondulations de membrane (puzzle), jonctions membranaires spécifiques

Jonctions étanches ou serrées : étanchéité (Entérocytes) Jonctions d'ancrage : cohésion

Ceinture d'adhérence

Boutons-pressions ou desmosomes (Peau, Muscle cardiaque, col utérus)

Jonctions communicantes ou "gap" : conduction Ions, sucre, petites molécules

(Muscle cardiaque, muscle lisse)

MEMBRANE PLASMIQUE

CELLULE

Barrière de protection Transports membranaires

Adhésion et Antigénicité de surface Communication intercellulaire

CYTOPLASME et ORGANITES

3 types d'organites d

3 types d'organites dé élimit limité és par une membrane s par une membrane

Système endomembranaire

Mitochondries Peroxysomes

Cytosol Cytosol

(hyaloplasme) espace entre les organites

Cytosquelette Cytosquelette

Protéines filamenteuses Ossature et musculature

Inclusions Inclusions

Glycogène(foie, muscle), lipide (tissu adipeux, cells testiculaires), mélanine (peau, poils), hémosidérine,

pigments exogènes (poussières, encre de chine)

Inclusions : Inclusions :

débris d’hématies, , hémosidérine, cristaux d’hématoïdine

CYTOPLASME et ORGANITES

1) CYTOSOL : CYTOSOL :

Gel aqueux ds lequel baignent tous organites Comprend :

Comprend :

85 % eau

Protéines, AA Glucose

ARN m, ARN t Ribosomes

Matériaux pour fonctionnement Molécules pour énergie

Carrefour m

Carrefour méétabolique tabolique

synthèsynthèse et se et stockage sucres & lipides synthèse protéines

CYTOPLASME et ORGANITES

2) CYTOSQUELETTE CYTOSQUELETTE

Assemblage de protéines filamenteuses.

3 types de fibres : microfilaments d’actine, filaments intermédiaires, microtubules

Rôle ds mouvement : musculaturemusculature de la cellule Rôle de squelette : ossatureossature de la cellule

1)1) MICROFILAMENTSMICROFILAMENTS D'ACTINED'ACTINE ^: abondants, rôle mécanique et moteur Dans toutes cellules, non spécifiques

Rôle ds viscosité

Rôle ds mobilité (cellules, protéines, organites, endocytose, exocytose) Rôle ds mitose (formation de l'anneau contractile)

Rôle mécanique (micro villosités, jonctions)

Rôle ds adhésivité (fixation aux molécules d'adhérences cellulaires)

CYTOPLASME et ORGANITES

2) FILAMENTS INTERMEDIAIRES

2) FILAMENTS INTERMEDIAIRES : rôle architectural. Spécifique Kératine (tissus épithéliaux)

Neuro-filaments (axones des neurones)

Glial Fibrillary Acidic Protein GFAP (cellules gliales, cellules du SNP) Vimentine (cell. mésenchymateuses)

Desmine (cell. musculaires lisses, fibroblastes) dans le nucléoplasme, FI nucléoplasmique : lamine

CYTOPLASME et ORGANITES

3) MICROTUBULES 3) MICROTUBULES

Microtubules "instables" : polymérisation / dépolymérisation Rôle moteur (dynamique des chromosomes au cours de mitose) Rôle ds transport (mitochondries, vacuoles d'endocytose)

Maintien de la forme des cellules différenciées

Microtubules "stables" :

Centres cellulaires (centrosome)

Cils

CYTOPLASME et ORGANITES

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

Système complexe cavités, canalicules limités par membrane communiquant avec membrane plasmique : flux membranaire inter communicantflux membranaire inter communicant

1 1 –– ENVELOPPE NUCLEAIREENVELOPPE NUCLEAIRE

2 2 –– RÉRÉTICULUM ENDOPLASMIQUETICULUM ENDOPLASMIQUE

3 3 -- APPAREIL DE GOLGIAPPAREIL DE GOLGI

4 4 –– VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES

CYTOPLASME et ORGANITES

CYTOPLASME et ORGANITES

SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE cytoplasmique

SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE cytoplasmique

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

1 1 -- RÉRÉTICULUM ENDOPLASMIQUETICULUM ENDOPLASMIQUE : labyrinthe

schéschémama

R. E. GRANULAIRE : REG RER 2 aspects /traduction ADN

citernes aplaties

ribosomes (= protéines + ARN r) Accolement temporaire

synthèse des protéines

(hépatocytes, cells sanguines…) Maillet, MASSON, 1995

RIBOSOMES

Synthétisés ds le nucléole Libres ds le cytoplasme Accolés à la membrane

CYTOPLASME et ORGANITES

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

1 1 -- RÉRÉTICULUMTICULUM ENDOPLASMIQUEENDOPLASMIQUE labyrinthe R. E. LISSE : tubes

Synthèse et stockage des lipides membranes

h. stéroïdes, cholestérol…

(cells de Leydig, hépatocytes…) Détoxification

cytochrome P 450 (cells foie, rein, intestin…) Maillet, MASSON, 1995

CYTOPLASME et ORGANITES

Tolérance drogue et alcool => modif. REL Stockage des ions Ca⁺⁺

3 –3 – VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES

Vésicules (vacuoles) d’exo ou endocytose stockage

Lysosomes : enzymes digestives lytiques « système digestif »

Maillet, MASSON, 1995

3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE 3) SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

CYTOPLASME et ORGANITES

2 2 -- APPAREIL DE GOLGIAPPAREIL DE GOLGI saccules + vésicules + tubes = dictyosome. Lieu de trafic

Transformation des protéines Maturation et finition

Synthèse & modif. glucides

(G°protéines : glycosylation protéines).

Lieu d’emballage :« étiquettes de destination »

(Pro-insuline => insuline)

3 –3 – VESICULES, VACUOLES, LYSOSOMESVESICULES, VACUOLES, LYSOSOMES

Vésicules (vacuoles) d’exo ou endocytose stockage

Lysosomes : enzymes digestives lytiques « système digestif »

CYTOPLASME et ORGANITES

Système endomembranaire Mitochondries

Peroxysomes

CYTOPLASME et ORGANITES

3 types d'organites d 3 types d'organites d é é limit limit é é s par une membrane s par une membrane

4) MITOCHONDRIES 4) MITOCHONDRIES

Production d’énergie : ATP stockée

« Centrales d’énergie »

Support de la respiration cell Morphologie

Morphologie :

2 membranes / 2 chambres Biochimie

Biochimie

Membrane externe :Membrane externe pores, T. Passifs

Membrane interne :Membrane interne crêtes. enzymes +++ (ATPsynthase, cytochr. P450) T. actifs ions

Espace intermembranaireEspace intermembranaire : chbre externe: chbre externe id cytoplasme ; H+ cytochr. C Matrice : chbre interne :Matrice : chbre interne

Génome (ADN mt, ARN, ribosomes mt) et Enzymes

Maillet, MASSON, 1995

CYTOPLASME et ORGANITES

4) MITOCHONDRIES 4) MITOCHONDRIES

Fonctions Fonctions

Production d’énergie ATP

B oxydation des acides grasB oxydation des acides gras Cycle de KrebsCycle de Krebs

ChaîChaîne respiratoirene respiratoire

Phosphorylation oxydative Phosphorylation oxydative 1 mol

1 moléécule de glucose : 36 ATPcule de glucose : 36 ATP

CYTOPLASME et ORGANITES

Mitochondries nombreuses

Mitochondries nombreuses dsds cellscells actives (foie, muscle)actives (foie, muscle)

4) MITOCHONDRIES 4) MITOCHONDRIES

Autres fonctions Autres fonctions

Synthèse h. stéroïdes

Rôle ds concentration Ca++

Rôle ds détoxification Rôle ds mort cellulaire

CYTOPLASME et ORGANITES

5) PEROXYSOMES 5) PEROXYSOMES

Enzymes

Oxydases : utilisent O2 neutraliser substances toxiques Catalases : transforment peroxyde d’hydrogène en eau Cytochrome P450

Rôle ds production et dégradation de peroxyde d’hydrogène Rôle ds détoxification (cells foie, rein)

Consomment oxygène (mitochondries)

CYTOPLASME et ORGANITES

CYTOCHROMES CYTOCHROMES

: :

Cytochrome C : protCytochrome C : protééines prines pr transport des e-transport des e- de la chaîde la chaîne respiratoirene respiratoire Cytochrome P450 : enzymes des membranes des mitochondries, Cytochrome P450 : enzymes des membranes des mitochondries,

peroxysomes, du REL pour d

peroxysomes, du REL pour déétoxificationtoxification……

Ds toutes cellules. Hématies. Unique, parfois multiple Indispensable à la vie cellulaire et à la multiplication Contrôle activité cytoplasme

Contient et conserve information génétique (génome) ASPECT DU NOYAU EN

ASPECT DU NOYAU EN INTERINTER--PHASEPHASE NUCLEOPLASME (id cytosol)NUCLEOPLASME

ENVELOPPE NUCLEAIRE ENVELOPPE NUCLEAIRE NUCLEOLESNUCLEOLES

CHROMATINECHROMATINE

NOYAU

Maillet, MASSON, 1995

ENVELOPPE NUCLEAIRE

ENVELOPPE NUCLEAIRE

2 membranes

Externe en continuité RE

Interne : chromatine / FI lamina dense Pores : Molécules, ARN

NOYAU

SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

ENVELOPPE NUCLEAIRE ENVELOPPE NUCLEAIRE

RRÉÉTICULUM ENDOPLASMIQUETICULUM ENDOPLASMIQUE APPAREIL DE GOLGI

APPAREIL DE GOLGI

VESICULES, LYSOSOMES VESICULES, LYSOSOMES

NUCLEOLES

NUCLEOLES

^{1 ou 2}

Réseau de mailles : fibrilles

grains d’ARNr

Site d’assemblage des ribosomes (pores)

NOYAU

CHROMATINE

CHROMATINE

Aspect morphologique (MO) fin réseau irrégulier Hetérochromatine : mottes (ADN spiralés, condensés)

Euchromatine : espaces clairs (ADN non spiralés : replication ou transcription)

CHROMATINE

CHROMATINE

Aspect biochimique

Chromosome dédoublé condensé métaphase

Collier de perles : histones (protéines)

Double hélice d’ADN : fibre nucléosomique 2 chromatides /centromère

ADN et histones

⇒ Chromatine

⇒ Condensée en chromatides

NOYAU

Cau & Seité, ELLIPSES, 1999

Bases azotées

PyrimidiquesPyrimidiques : Cytosine Thymine PuriquesPuriques : Adénine Guanine

Liaisons hydrogènes : C C ◄▬►◄▬►GG A A ◄▬►◄▬►TT Compl

Compléémentaritmentaritéé des basesdes bases

CHROMATINE

CHROMATINE

Aspect biochimique : enchaînements de nucléotides Nucléotides : union

Phosphate (« boulon »)

Sucre (pentose : désoxyribose) Base azotée

Brin sens 5’-3’

Brin anti-sens 3’-5’

NOYAU

Au total :

Noyau contient ADN macromolécules fragmentées en plusieurs segments : chromosomes

Contiennent et conservent l’information génétique (génome)

Au moment de la division cellulaire : une copie conforme de cette information transmise aux cells filles ss forme de chromosomes

Au cours de l’interphase, le noyau impose au cytoplasme la synthèse des protéines / « plan de fabrication » conforme à l’information ds ADN

NOYAU

Interphase : chromatine Interphase : chromatine croissance

différenciation G1, S, G2

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

CYCLE CELLULAIRE

CYCLE CELLULAIRE

Modifications de la cellule entre sa formation et sa division en 2 cells-filles identiques (génome)

Cellules diploïdes : 46 chr

Cellules haploïdes : 23 chr (Ovocytes, Spermatozoïdes)

MitoseMitose : chromosome: chromosome division

transmission intégrale de l’information génétique CYCLE CELLULAIRE

CYCLE CELLULAIRE : 2 : 2 étapesétapes

1ère SVT, HATIER, 1993

INTERPHASE INTERPHASE

G1G1 : Σèse ARN et protéines SS : Réplication ADN & Σèse des protéines

ADN polymérase /point initiateur : œil ou bulle de réplication

Fourchette de réplication : Y Déroulement des hélices

Séparation de l’ADN en 2 chaînes Matrice : modèle

C C ◄▬►◄▬►G AG A◄▬►◄▬►TT

G2G2 : Σèse ARN et protéines

G1G1

SS G2G2

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

REPLICATION : phase S

SEMI-CONSERVATIVE Brin ancien et brin nouvellement synthétisé

ORIENTEE

Brin avancé : sens de l’ouverture de la fourche de réplication, Brin retard : en direction opposée.

POINTS DE CROISSANCE MULTIPLES

INTERPHASE INTERPHASE

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

Maillet, MASSON, 1995

Après mitose, 3 éventualités : Maturation et mort cellulaire

Nouveau cycle cellulaire : Phase G1

Phase de différenciation prolongée G0 Cellules génétiquement identiques

Prophase : chr. spiralés, Prophase : , fuseau mitotique (centrioles Microtubules) MéMétaphase : plaque équatorialetaphase :

Anaphase : migration des chromosomes Anaphase le long des M°T

TéTélophase : anneau contractile, scissionlophase :

MITOSE

MITOSE

Synthèse protéines très faible 4 phases

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

Prophase

Prophase fuseau mitotique MéMétaphase plaque équatorialetaphase Anaphase

Anaphase migration chromosomes M°T TTélophase élophase anneau contractile scission

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

MEIOSE

MEIOSE

2 fonctions +++ Réduction de ½ stock chromosomes Brassage de l’information génétique

Maillet, MASSON, 1995

Division cell diploïde : 2n chromos.

4 cells haploïdes (4 gamètes) 1 chr de chaque paire

1è1ère division : rre division : rééductionnelle ductionnelle Tétrades

Enjambement (crossing-over) Brassage intra chromosomique

n chromosomes à 2 chromatides 2è2ème division : éme division : équationnelle quationnelle Pas de réplication préalable Séparation des chromatides Brassage inter chromosomique

n chromosomes à 1 chromatide

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

MEIOSE gam

MEIOSE gamé é togen togen è è se : Spermatogenèse Ovogenèse se :

1ère SVT, HATIER, 1993

Ponte ovulatoire : 1 seul ovocyte 400 000 Ovogonies

Prophase de 1ère Division M bloquée jusqu’à puberté

Oeuf

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

Maillet, MASSON, 1995

Caryotype

Caryotype 23 paires de chromosomes 5 groupes (taille, centromère, bras)

46, XX 46, XY Diagnostic ant

Diagnostic antéénatal natal (amniocentèse 14^èmeSA) : conseil génétique - DPI

• Trisomie 21, 8, 13, 18 (3 Chr.) 47, XY

• T. gonosomique : 47, XXX / 47, XXY

• Monosomie : 45, X0 (Sme de Turner)

• Mucoviscidose : gène CFTR chr 7 Pathologie tumorale : ss typage lymphomes, PNET

GéGénotype : patrimoine génotype : patrimoine génénétique tique PhéPhénotype : traduction du patrimoinenotype : traduction du patrimoine

CYTOGENETIQUE

CYTOGENETIQUE

étude du nombre, structure des chromosomes

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

FACTEURS AGISSANT SUR LE CYCLE FACTEURS AGISSANT SUR LE CYCLE

FACTEURS DE CROISSANCE ET INHIBTIONFACTEURS DE CROISSANCE ET INHIBTION Facteur de croissance épidermique (EGF)

Facteur de croissance d’origine plaquettaire (PDGF) Interféron β bloque effets mitogènes

SUBSTANCES PERTURBANT CYCLE CELLULAIRESUBSTANCES PERTURBANT CYCLE CELLULAIRE Sur les différentes phases du cycle : antimitotiques

Bloquant phase G1 (méthotrexate)

Bloquant phase S (cytosine, arabinoside)

Bloquant phase G2 (ATB, antimétaboliques, agents alkylants) Bloquant phase M : fuseau mitotique (colchicine, vincristine) Action sur les chromosomes :

Séparation défectueuse (tripaflavine)

Fragmentation (ypérite, radiations ionisantes)

PHENOMENES DE MULTIPLICATION

SYNTHESE DES PROTEINES

CODE GENETIQUE CODE GENETIQUE : :

Correspondance entre les codons et les A.A.

Protéines (phrases) enchaînement d’A.A.(mots) 20 A.A. différents

Gène = séquence de nucléotides d’ADN codant pour une séquence d’AA

Segment d’ADN portant instructions correspondant à chaine polypeptidique Protéines indispensables structure et fonctionnement cellulaire

Production des protéines dirigée / information génétique (noyau) Le « plan » protéines existe en langage codé

2 grandes étapes :

TRANSCRIPTIONTRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN: COPIE D'ADN EN ARN noyau (G1 G2) TRADUCTIONTRADUCTION : DE L’: DE L’ARN EN PROTEINESARN EN PROTEINES cytoplasme

ADNADN : Bases azot: Bases azotééeses

Pyrimidiques : Cytosine ThyminePyrimidiques Puriques : Adénine GuaninePuriques

Liaisons hydrogènes complémentarité

C ◄▬►G A ◄▬►T

Nucléotide : base + pentose + ac. Phosphorique

CODE GENETIQUE CODE GENETIQUE

SYNTHESE DES PROTEINES

Lettres = 4 bases Mots = 20 A.A.

Phrases = protéines Code g

Code géénnéétiquetique = correspondance entre codons / A.A.

Information génétique codée en 3 nucléotides successifs CodonsCodons : triplets 4³ : 64 codons

61 codons A.A.

3 codons signal d’arrêt :TAA TAG TGA

Codon d

Codon déépart universelpart universel : ATG pour Méthionine.

Protéines commencent par même A.A. Méthionine

CODE GENETIQUE CODE GENETIQUE

SYNTHESE DES PROTEINES

ADN : Information génétique plan « codé »

Gène : séquence nucléotides codant pour une séquence A.A.

10 à 30 000 gènes exprimés/200 000 : 10% ADN nécessaire pour coder protéines d’une cellule

CODE GENETIQUE CODE GENETIQUE

Protéines

SYNTHESE DES PROTEINES

1ère SVT, HATIER, 1993

I) TRANSCRIPTION

I) TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN ARN : COPIE D'ADN EN ARN noyau noyau

A chaque génération milliers copies ARN à partir même segment d’ADN

Phases G1- G2 : chrtine décompactée ARN polymérase (promoteur)

déroule ADN : une chaîne sera copiée Appariement bases ThymineThymine = UracileUracile

C ◄▬► G A ◄▬►U ARN monocaténaire

3 codons signal d’arrêt TAA TAG TGA

Codon départ universel : ATG

ARN quitte le noyau (pores) ARNm

SYNTHESE DES PROTEINES

ARN messager (nuclARN messager (nuclééoplasmeoplasme)) ARN transfert (nuclARN transfert (nuclééoplasme)oplasme) ARN ribosomal 50 % (nucléARN ribosomal 50 % (nucléole)ole) Complexes RiboNuclComplexes RiboNucléoProtéoProtééiquesiques

I) TRANSCRIPTION

I) TRANSCRIPTION : COPIE D'ADN EN : COPIE D'ADN EN ARN ARN noyau noyau

SYNTHESE DES PROTEINES

ARN m et ribosomes = polysomes ARN m et ribosomes = polysomes

Outils : ARN m

ARN t (adaptateur) A.A.

Ribosomes

Énergie (ATP), enzymes Étapes :

Phase d’initiation Phase d élongation Phase de terminaison

II) TRADUCTION DE L

II) TRADUCTION DE L ’ARN EN PROTEINES ’ ARN EN PROTEINES cytoplasme cytoplasme

Traduction message génétique RibosomesRibosomes

SYNTHESE DES PROTEINES

II) TRADUCTION DE L

II) TRADUCTION DE L ’ARN EN PROTEINES ’ ARN EN PROTEINES cytoplasme cytoplasme

Phase d’initiation : signal AUG/UAC ARNt porteur de Méthionine sur

ribosome

Complémentarité anticodon/ codon ARN messager ^{C ◄▬► G A ◄▬►U} Phase d’élongation : accrochage successif A.A. (ordre défini par ARNm)

Phase de terminaison : 1 des 3

codons arrêt de synthèse UAA, UGA, UAG

Libération chaîne polypeptidique Ribosomes accolés au RE ou libres

1ère SVT, HATIER, 1993

SYNTHESE DES PROTEINES

CODE CODE GENETIQUE GENETIQUE

1ère SVT, HATIER, 1993

20 A.A.

20 A.A. _{InsulineInsuline : 2 chaî: 2 chaînes nes}

polypeptidiques 21 AA &

polypeptidiques 21 AA &

30 AA 30 AA Collag

Collagèènene : 3 chaî: 3 chaînes nes polypeptidiques 1050 AA polypeptidiques 1050 AA HéHémoglobinemoglobine : 2 chaî: 2 chaînes nes 141 et 2 cha

141 et 2 chaîînes 146 AAnes 146 AA

SYNTHESE DES PROTEINES

A.A. /plusieurs codons A.A. /plusieurs codons

Modifications post-traductionnelles Adressage

Avec signal d’entrée ds RE (par le flux membranaire) : enveloppe nucléaire, app de golgi (maturation et finition), lysozomes, membrane Sans signal d’entrée ds RE : mitochondries, peroxysomes,

nucléoplasme, membrane, système endomembranaire

DEVENIR DES PROTEINES SYNTHETISEES DEVENIR DES PROTEINES SYNTHETISEES

REGULATION DE LA TRANSCRIPTION REGULATION DE LA TRANSCRIPTION

3 groupes d’informations

Génome propre à cellule (anomalie génétique─› malformation) Origine cytosolique : informations véhiculées par les échanges nucléo-cytoplasmiques

Origine extracellulaire (récepteurs membranaires, intracellulaires)

SYNTHESE DES PROTEINES

DIFFERENCIATION CELLULAIRE DIFFERENCIATION CELLULAIRE

Acquisition par cellules d’une spécialisation morphologique et fonctionnelle basée sur utilisation partielle du génome, différente d’une cellule à l’autre

SYNTHESE DES PROTEINES

Les cellules spécialisées n’utilisent qu’une seule partie de l’information génétique différente d’un tissu à l’autre.

Phénomènes de régulation : répression de certaines gènes ou activation d’autres gènes (rôle facteurs de croissance, molécules d’adhésion)

Réversible ds certaines situations (cancer)

10 à 30 000 gènes exprimés/200 000 : 10% ADN nécessaire pour coder protéines d’une cellule

GENIE GENETIQUE GENIE GENETIQUE

Depuis 25 ans : manipulations d’ADN

300 000 gènes codant pour 2 à 3 millions de protéines, 90 % du génome humain est décrypté

Sonde moléculaire : instrument essentiel du génie génétique basé sur la complémentarité des 2 chaînes d’ADN

Génie génétique : technologie de l’ADN recombinant : création

nouvelles molécules et intégration dans organisme. Modifier programme génétique des cellules.

SYNTHESE DES PROTEINES

GENIE

GENIE GENETIQUE GENETIQUE

Trangénèse : introduction ou inactivation d’un gène

Plantes transgéniques 1983 (tabac, tournesols), 1995 (tomates) colza, soja, maïs

Création de médicaments : protéines rares ds la cellule produite à l’échelle industrielle par tech. PCR

facteur VIII (coagulation) hormone de croissance

insuline

Séquençage du génome création de banques-bibliothèques d’ADN

« empreintes génétiques » : identité génétique de chaque individu (code barre). Fichier National des Empreintes Génétiques.

SYNTHESE DES PROTEINES

GENIE GENETIQUE GENIE GENETIQUE

SYNTHESE DES PROTEINES

Clonage injection d’un fragment d’ADN particulier à partir d’une cellule.

Transfert du noyau d’une cell embryonnaire ou adulte dans un ovocyte privé de noyau.

Thérapeutique (cellules souches embryonnaires) but médical, autorisé ds certains pays (Chine, Corée sud, GB, Pays-Bas, Belgique, Suède)

Cellules souches : cellules indifférenciées, qui peuvent s’autorenouveller à l’identique ou se différencier dans certaines conditions.

Reproductif développement d’un embryon sans fécondation jusqu’à la naissance (pas autorisé)

Thérapie génique remplacer un gène défectueux par une version normale

Production d’énergie : caractéristique fondamentale organismes vivants Nutriments (glucose, ac. Gras, glycérol, AA)<=<=<=<= digestion aliments

(glucide, lipide, protide) = source d’énergie des cellules

Au cours de mécanismes anaérobies et aérobies : E des nutriments est convertie en ATP.

L’E de ATP utilisée pour activités cellulaires : synthèse des protéines,

transports membranaires actifs mouvements mécaniques

réactions enzymatiques

PHENOMENES ENERGETIQUES

Certaines cells n’utilisent, comme source d’E, que le glucose (hématies, cells nerveuses)

A jeun : la satisfaction des besoins énergétiques est assurée à partir des réserves (glycogène : muscle, triglycérides : ts adipeux)

Dépense énergétique est permanente, variable en fonction de l’activité État d’équilibre permanent (cellules détruites et remplacées)

Métabolisme : toutes les étapes de transformation chimique Catabolisme : dégradation

Anabolisme : édification de molécules (biosynthèse)

PHENOMENES ENERGETIQUES

STOCKAGE DES NUTRIMENTS STOCKAGE DES NUTRIMENTS

Une partie des nutriments immédiatement utilisée l’autre mise en réserve et utilisée / besoins

1- EN POST PRANDIAL

1-1- Glucides : apportés au niveau intestinal, acheminés vers le foie (galactose et fructose transformés en glucose)

Glucose : principale source d’E utilisée, libéré ds circulation, alimente toutes les cellules, pour générer ATP

Stockage :

Triglycérides (tissu adipeux : 80à 85 % des réserves d’E) Glycogène : glycogénogenèse (foie, muscle)

Glycémie régulée par hormones (insuline, glucagon)

PHENOMENES ENERGETIQUES

STOCKAGE DES NUTRIMENTS STOCKAGE DES NUTRIMENTS 1- EN POST PRANDIAL

1-2- Lipides : (chylomicrons) transformés en acides gras & glycérol, stockés en TG ds le tissu adipeux

Rôle structural (membranes, hormones stéroïdes, sels biliaires) 1-3- Acides aminés : acheminés vers le foie :

Synthèse des protéines plasmatiques (albumine), de la coagulation, de transport

Transformés en corps cétoniques

A.A par voie sanguine vers autres cellules (synthèse des protéines) Rôle structural (membranes, cytosquelette) et fonctionnel (enzymes) A.A en excès dégradés en ammoniaque et éliminés par reins (urée)

PHENOMENES ENERGETIQUES

2 - ETAT DE JEÛNE [glucose] baisse (principale source d’E) 2 mécanismes se mettent en place

2.1 - Utilisation des réserves

Glycogénolyse ds le foie (glucose immédiatement utilisé)

Glycogénolyse ds muscles squelettiques (ac. Pyruvique puis glucose ds foie, puis ds circulation sanguine)

Lipolyse (Ts adipeux : glycérol, converti en glucose ds foie : néoglucogénèse)

Protéines dégradées (converties en glucose ds foie) qd jeûne persiste.

muscle cardiaque

Foie et muscle jouent rôle +++ ds le stockage du glucose (glycogène).

Foie seul organe à sécréter du glucose dans le sang.

PHENOMENES ENERGETIQUES

2 - ETAT DE JEUNE [glucose] baisse (principale source d’E) 2.2 - Épargne du glucose si le jeûne se prolonge

PHENOMENES ENERGETIQUES

Dans le cycle de Krebs (+ graisse et de protéines)

L’activité des cells nerveuses dépendantes du glucose, les autres organes réduisent leur oxydation du glucose au profit de celle des lipides.

1- GLYCOLYSE ANAEROBIE Dans le cytosol

Ne consomme pas d’oxygène

Glucose transformé en Pyruvate 2 molécules ATP

2 - PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Dans la mitochondrie

Consomme de l’oxygène Cycle de Krebs

Rendement important 34 molécules d’ATP

MECANISMES DE PRODUCTION D'ENERGIE MECANISMES DE PRODUCTION D'ENERGIE

PHENOMENES ENERGETIQUES