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EXPLORATION DE LA
CELLULE
EXPLORATION DE LA
CELLULE
Du plus grand…
…au plus petit !
Taille des cellulesTaille des cellules
Bactérie (2 µm)
Virus (50 à 100 nm)
Protéine ~ 3 nm
Si une cellule animale avait la taille d'un immeuble de six logements
1 µm = 1/1000 mm
1 nm = 1/1000 µm
Les méthodes d'étude
• Les microscopies– Les microscopes photoniques– Les microscopes électroniques
• Le fractionnement cellulaire
Histoire de la microscopie
Le premier microscope
Robert Hooke 1665
Mince tranche de liège
Van Leeuwenhoek
(1632-1723)
Les microscopes optiques actuels
Microscope confocal
Les microscopes électroniques
Zoom sur une épingleX 50
X 1250
X 6000
X 30 000
Les méthodes d'étude
• Les microscopies– Les microscopes photoniques– Les microscopes électroniques
• Le fractionnement cellulaire
Généralités
1. Cellules procaryotes et eucaryotes
2. La taille des cellules
3. La compartimentation
La théorie cellulaire
• Tous les êtres vivants sont faits de cellules (au moins une cellule).
• La cellule est l'unité de base du vivant.
Un être humain contient quelque chose comme 10 000 milliards de cellules (1013). Chacune de ces cellules est un être vivant.
• Toute cellule provient d'une autre cellule
Ces cellules ne sont différenciées qu'en seulement 200 types (sang, foie, os...). Ces cellules ont une durée de vie limitée. Notre peau est entièrement changée en 1 semaine. L'ensemble de nos globules rouges est, lui, renouvelé en quatre mois.
• 1 à 3 µm en général
• pas d'organites présents (sauf ribosomes)
• matériel génétique non enfermé dans un noyau délimité
Cellules procaryotes:
1. Cellules procaryotes et eucaryotes
Cellules eucaryotes:
• 10 à 100 µm en général (20 µm en moyenne)
• Nombreux organites internes faits de membranes.
• Matériel génétique délimité par une membrane = noyau
Cellules procaryotes : 1 à 10 µm
Cellules eucaryotes : 10 à 100 µm
Plus petits procaryotes : ~ 0,1 à 1 µm
Bactéries d'environ 1 à 2 µm de diamètre vues au
microscope optique (X1000)
Plus petite cellule humaine = spermatozoïde (~ 3 µm)
Plus grande cellule humaine = ovule (~ 100 µm)
Les cellules d'une puce sont-elles plus petites que celles d'une baleine bleue?
La taille des cellules est limitée par leur rapport surface / volume
Si on augmente le diamètre d'une cellule:
• La surface augmente au carré
• Le volume augmente au cube
Plus la taille augmente, plus le volume devient important par rapport à la surface. Le rapport surface / volume diminue.
2. Pourquoi les cellules sont-elles si petites ??
Un cube de 1 m de côté:
Surface = 6 x 1 m2 = 6 m2
Volume = 1 m3
Rapport surface / volume = 6
Surface = 6 x (5x5) = 150 m2
Volume = 125 m3
Rapport surface / volume = 1,2
On augmente la taille du cube à 5 m de côté :
Un volume de 5x5x5 cubes de 1 m de côté:
Surface = 6 m2 x 125 = 750 m2
Volume = 125 m3
Rapport surface / volume = 6
Les échanges entre la cellule et son milieu se font par la surface de la membrane cellulaire.
Ces échanges sont proportionnels à la surface de la cellule.
3. La compartimentation
• Nécessité absolue de membranes internes, qui définissent des compartiments
• Cela permet de réaliser en même temps, dans la même cellule, des processus normalement incompatibles
• Corrélation entre structure et activité.
Structure générale d'une cellule animale
Structure générale d'une cellule végétale
Le cytoplasme
Matière semi-liquide : le cytosol
Composition :
85% d'eau
des glucides
lipides
protéines
ARN…
Et des ORGANITES intra-cellulaires
Le noyau
Le noyau
NucléoleSynthèse des ribosomes (10 000 par minute…)
Le noyau
Au moment de la division cellulaire, la chromatine s'organise en chromosomes
Le noyau
L'ADN d'une petite bactérie, l'Escherichia coli * 2µm de longueur soit 2 millionièmes de mètre
sur 1 µm de large et un poids d'environ 10-12 grammes * contient 2 000 gènes simples d'environ 1 000
bases chacun. Son ADN compte donc environ 2 000 000 bases.
Le gène de la dystrophine chez l'Homme (gène qui code une protéine, la dystrophine, dont l'absence provoque la terrible myopathie de Duchenne) comprend lui 2 300 000 bases.
Le noyau
Retour sur nos chromosomes
Nos 23 chromosomes contiennent au total environ 3,5x109 bases. Prenons, une page "A4" comprenant 3 000 caractères alphabétiques. Il nous faudrait 5 000 livres de 200 pages pour obtenir un nombre égal de caractères. Une belle petite bibliothèque !!!
Mises bout à bout, les 46 molécules d'ADN d'une seule cellule auraient une longueur de 1,5 mètre. Cet ensemble est, toutefois, compacté à l'extrême et tient dans un espace de 10 millionième de mètre de diamètre !!! L'ensemble de l'ADN contenu dans un être humain mesurerait donc 40 milliards de kilomètres soit 300 fois la distance Terre-Soleil…
Les séquences entre deux individus sont semblables à 99,9 %.
Les Ribosomes
Le ribosome
Les ribosomes
Ribosomes libres et liés
Les 2 sous-unités s'associent au moment de la traduction
Différences entre les ribosomes procaryotes et eucaryotes
Streptomycine => initiation de la synthèse
Erythromycine => lecture de l'ARN
Tétracycline => arrivée des acides aminés
Chloramphénicol => liaisons entre les acides aminés.
Organite qui assemble les protéines conformément au code génétique.
Les ribosomes
Le réseau des membranes intracellulaires
Membrane nucléaire
Réticulum endoplasmique
Appareil de Golgi
Lysosomes
Peroxysomes
Vacuoles
Membrane plasmique
Le réticulum endoplasmique
Le réticulum endoplasmique
Reticulum = réseau
Endoplasmique = dans le cytoplasme
=> tubules et citernes
=> rugueux et lisse
Le réticulum endoplasmique lisse
Synthèse des lipides
graisses, phospholipides, hormones stéroïdiennes
Métabolisme des glucides
glucose-phosphate => régulation de la glycémie
Détoxication des médicaments, drogues et poisons
augmentation de la solubilité
alcool et tolérance
alcool et médicaments
Le réticulum endoplasmique rugueux
Le réticulum endoplasmique rugueux
• Synthèse des protéines de sécrétion
• Glycosylation des glycoprotéines
• Vésicules de transition
• Synthèse des membranes intracellulaires
(naissance de l'ensemble des membranes de la cellule)
Réticulum endoplasmique
L'appareil de Golgi
L'appareil de Golgi
Fonctions :
- fabrication
- affinage
- entreposage
- triage
- expédition
Face cis = entrée des produits
Face trans = expédition
Modification de certaines molécules (glycosylation)
Création de nouvelles molécules
Triage par apposition d'étiquettes moléculaires.
L'appareil de Golgi
1 2
3
4Transport vesiclebuds off
Ribosome
Sugarchain
Glycoprotein
Secretory(glyco-) proteininside transportvesicle
ROUGH ER
Polypeptide
Les lysosomes
Les lysosomes
Sac membraneux rempli d'enzymes hydrolytiques.
Uniquement chez les animaux !
pH acide (5) : protection de la cellule vis-à-vis d'enzymes potentiellement dangereuses.
Issus du bourgeonnement de l'appareil de Golgi
Impliqués dans la phagocytose
Impliqués dans le recyclage interne (autophagie).
Ex. de la cellule du foie, qui renouvelle 50% de ses molécules chaque semaine.
Lysosomes
Figure 4.11B
Rough ER
Transport vesicle(containing inactivehydrolytic enzymes)
Golgiapparatus
Plasmamembrane
LYSOSOMES
“Food”
Engulfmentof particle
Foodvacuole
Digestion
Lysosomeengulfingdamagedorganelle
Les lysosomes
Impliqués dans certaines maladies humaines.
Maladies de surcharge = absence d'une enzyme de dégradation.
Glycogénose = accumulation de glycogène dans le foie
Maladie de Tay-Sachs = absence d'une lipase =>
altération des fonctions cérébrales
Thérapie génique ??
Les vacuoles
Les vacuoles
Animales =
phagosomes
vacuoles contractiles des protistes d'eau douce
Végétales = TONOPLASTE (très important)
• réservoir de matière organique
• réservoir d'ions potassium ou chlorure
• idem au lysosomes animaux (hydrolyse)
• décharge pour produits toxiques
• pigments, ou produits toxiques pour prédateurs
Mouvements membranaires (1)
Mouvements membranaires (2)
La membrane plasmique
La membrane plasmique
Les peroxysomes
1. membrane simple
2. produit du peroxyde d'hydrogène H2O2
3. découpage des lipides, détoxication de l'alcool dans le foie
4. grand nombre dans les graines en germination (lipides => glucides)
Les mitochondries
• d'une à plusieurs milliers par cellule
• de 1 à 10 m
• contient de l'ADN (!)
• espace inter-membranaire / matrice mitochondriale
• chaîne respiratoire => production d'ATP
Les mitochondries
Le chloroplaste
Le chloroplaste
Le chloroplaste
• membre de la famille des "plastes"
• amyloplastes
• chromoplastes
• 2m sur 5m
• thylakoïdes empilés en grana
• conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique
Le cytosquelette Réseau de fibres qui parcourt tout le cytoplasme
=> ossature de la cellule
Mais il lui permet aussi de changer de forme (échafaudage qu'on peut déplacer d'un endroit à un autre)
Et pourquoi pas, de se déplacer (cils, flagelles, pseudopodes, cyclose)
= > musculature de la cellule
3 sortes de fibres :
• microtubules
• filaments intermédiaires
• microfilaments (filaments d'actine)
Le cytosquelette
Le cytosquelette
Microtubules MicrofilamentsFilaments
intermédiaires
-Tubes-Paroi formée des 13 colonnes de tubuline-25nm de diamètre, dont 15 nm de lumière
Deux brins d'actine entortillés
7nm de diamètre
Diverses protéines fibreuses
Superhélice (cable)
8-12nm de diamètre
Mobilité cellulaire (cils et flagelles)
Mouvement des chromosomes
Mouvements des organites
Maintien de la forme
Contraction musculaire
Cyclose
Mobilité cellulaire (pseudopodes)
Sillon de division cellulaire
Maintien et changement de forme de la cellule
Fixation d'organites
Maintien de la forme
Le cytosquelette
Les flagelles
Cils et flagelles
La contraction musculaire
Les pseudopodes
Les pseudopodes
La surface cellulaireLa paroi cellulaire des cellules végétales
paroi primaire
lamelle moyenne (pectines)
paroi secondaire (bois)
Le glycocalyx des cellules animales
glycoprotéines, glycolipides
identité des cellules (ABO, ovules)
Les jonctions intercellulaires (plasmodesmes)
La paroi de la cellule végétale
Quelques exemples de différents types cellulaires
Surface de la peau (grenouille)
cellule
On connaît près de 200 types différents de cellules dans le corps humain. Chaque type remplit une fonction précise.
Feuille d'Élodée (petite plante aquatique)
Feuille vue en coupe
Qu’est-ce que c’est?
Sac rempli de gras
Autres structures de la cellule
Neurones
Figure 20.4
Free surface ofepithelium
BasementMembrane(extracellularmatrix)
Underlyingtissue
Cellnuclei
A. SIMPLE SQUAMOUS EPITHELIUM(lining the air sacs of the lung)
B. SIMPLE CUBOIDAL EPITHELIUM(forming a tube in the kidney)
C. SIMPLE COLUMNAR EPITHELIUM(lining the intestine)
D. STRATIFIED SQUAMOUS EPITHELIUM(lining the esophagus)
Les 6 types de tissus conjonctifs
Figure 20.5
Cell
A. LOOSE CONNECTIVE TISSUE(under the skin)
Collagenfiber
Otherfibers
B. ADIPOSE TISSUE
Fatdroplets
Cellnucleus
C. BLOOD
White bloodcells
Red bloodcells
Plasma
D. FIBROUS CONNECTIVE TISSUE(forming a ligament)
Cellnucleus
Collagenfibers
E. CARTILAGE(at the end of a bone)
Cells
Matrix
F. BONE
Centralcanal
Matrix
Cells
Figure 20.6
Unit ofmusclecontraction
A. SKELETAL MUSCLE
Musclefiber
Nucleus
B. CARDIAC MUSCLE
Musclefiber
Nucleus
Junction betweentwo cells
C. SMOOTH MUSCLE
Muscle fiberNucleus
FIN
FIN