M StructuresUltrastructures de la Cellule Eucaryote 5 ime

M Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote 5 -ième Générale / Transition Sciences de Base (3 P/Sem. ) Biologie FWB Important: D = Le contenu sera distribué sur support papier ( « syllabus » ; parfois sous un autre format) M = Non distribué (mais accessible via ppt et/ou pdf sur www. NGYX. eu section AESS) S = Slide de Synthèse distribué intégralement sur support papier E = Slide à distribuer support papier dans le cadre d’un exercice ou d’une évaluation 1

Les 2 slides qui suivent sont des slides de rappel de la leçon précédente! Ne perdons pas trop de temps sur ceux-ci ils seront de toute manière distribués en fin de leçon! 2

D RAPPEL 1/2 8 3 1 11 9 4 6 7 1. Atomes [Physique, Chimie] 2. Molécules (eau mais aussi lipides, protéines, glucides, …) [Biochimie, Biologie Moléculaire] 3. Virus [Virologie] 4. a. Procaryotes (sans noyau ni organites limité par une paroi) [Bactériologie] 4. b. Organites/Structures Cellulaires (internes, Eucaryotes) [Biologie Cellulaire] 5. Cellules & Tissus: Ensemble de cellules de structures et fonctions semblables [histologie] 6. Organes / Systèmes associés à une/des fonction(s) précise(s) [anatomie] 7. Organismes (ensemble d’organes / systèmes qui coopèrent / interagissent) 8. Populations / Sociétés [sociologie, démographie, écologie, …] 10 2 12 Petit Grand 1. 101 m = 10 m 1. 100 m = 1 m 1. 10 -1 m = 10 cm 1. 10 -2 m = 1 cm 1. 10 -3 m = 1 mm 1. 10 -4 m = 0, 1 mm 1. 10 -5 m = 10 μm 1. 10 -6 m = 1 μm 1. 10 -7 m = 0, 1 μm 1. 10 -8 m = 10 nm 1. 10 -9 m = 1 nm 1. 10 -10 m = 0, 1 nm Echelle du Vivant - Méthodes d’Observation 5 Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipedia open sources Moyens / Méthodes d’observation (quelques) Oeil: jusqu’à 0. 2 mm Loupe / Microscope “photonique”: jusqu’à 0, 2 μm Microscope « électronique » jusqu’à 2 nm Cristallographie jusqu’à 0. 2 nm Echelle Logarithmique (en base 10) partielle de Longueur (unité de base du Système International = mètre) Pour représenter ensemble en longueurs réelles Crevette et Rorqual il faudrait aligner en mode “paysage” 100 feuilles de papier A 4 (+Intérêt statistiques: pour 3 minimiser l’impact des “trop grands / trop petits” nombres/données). Attention! On ne représente / dessine pas quelque chose en Log, on visualise!

D Echelle du Vivant - Méthodes d’Observation Microscopie Optique / Photonique. Rappel 2/2 Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Il est difficile de dire qui a inventé le microscope composé (2 lentilles). Fin XVIème / Début XVIIème siècle (opticien Hollandais Hans Janssen, Galilée et son occhiolino) Un dessin par Francesco Stelluti de trois abeilles sur sceau papal passe pour la première image de microscopie publiée. Christian Huygens fin du XVII siècle un oculaire simple à deux lentilles corrigé des aberrations chromatiques premier pas vers le microscope. Antoni van Leeuwenhoek (1632 -1723) attiré l'attention des biologistes sur les utilisations du microscope. les systèmes à plusieurs lentilles restaient difficiles à mettre au point et il fallut pas moins de 150 ans de développement des optiques avant que le microscope composé puisse livrer une qualité d'image équivalente à celle des microscopes simples de Van Leeuwenhoek. Ce qu’il y a de sûr c’est que depuis lors la technologie « microscopique » a fortement évolué proposant de très nombreuses variantes: 1. Microscopie en champ clair (classique; inversé ou non origine de la source de lumière) 2. Microscopie en réflexion ( ≠ transmission; objet épais / opaque; info. surfaces; utilisation de miroirs/prismes) 3. Éclairage épiscopique (≠ diascopique = à travers; aussi pour info surfaces) 4. Microscopie en champ sombre: on observe la lumière diffusée. 5. Illumination oblique (angle d’illumination; contrastes) XVIIème 6. Microscopie en lumière polarisée (filtres) 7. Microscopie en fluorescence (émissions spécifiques) siècle … Microscope Electronique (MET). Un type de microscope qui utilise un faisceau de particules d'électrons pour illuminer un échantillon et en créer une image très agrandie. Les microscopes électroniques ont un plus grand pouvoir de résolution que les microscopes optiques qui utilisent des rayonnements électromagnétiques et peuvent obtenir des grossissements beaucoup plus élevés allant jusqu'à 5 millions de fois, alors que les meilleurs microscopes optiques sont limités à un grossissement de 2000 fois. Ces deux types de microscopes ont une résolution limite, imposée par la longueur d'onde du rayonnement qu'ils utilisent (la longueur d'onde d'un électron est beaucoup plus petite que celle d'un photon de lumière visible). Aussi variantes: 1. Microscope électronique en transmission 2. Microscope électronique à balayage 3. Microscope électronique par réflexion 4. Microscope électronique à balayage en transmission AJD Un système/appareil “voit” des électrons et en recrée (ordinateur) une image en photons que l’œil peut voir 1933 AJD 4

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote Introduction (1/2) La microscopie optique a révélé l’existence de 2 niveaux très différents d’organisation cellulaire. Certaines cellules mènent une vie totalement indépendante, ce sont des êtres unicellulaires. D'autres au contraire vivent en communauté, elles appartiennent à des êtres pluricellulaires constitués de cellules identiques ou a l'inverse, extrêmement diversifiées mais apparentées par leur patrimoine génétique. Sur ces bases les cellules ont été classées en deux types correspondant à deux schémas différents de leur organisation : • Un schéma simple, primitif, représentatif des premiers organismes vivants : Ce sont les procaryotes : êtres unicellulaires, comprenant toutes les bactéries et les formes voisines (exemple: algues bleues). • Un schéma plus complexe: celui des eucaryotes représentatif de tous les autres organismes vivants apparus progressivement depuis 1. 5 109 ans. Les cellules eucaryotes se différencient des cellules procaryotes notamment/principalement par un noyau limité par une enveloppe qui contient leur patrimoine génétique. Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr, www. uvp 5. univ-paris 5. fr; www. cours-pharmacie. com & wikipedia open sources 5

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote Introduction (2/2) Comme le montre le tableau 1 ci-contre reprenant l’évolution au fil du temps des systèmes de classification, l’évolution de la classification est largement liée aux développements des méthodes d’observation et technologies applicables dans le domaine scientifique (notamment Biologie Moléculaire; exemple séquençage de l’ADN – arbres génétiques / cytologiques): • Ce que nous étudierons: Les structures ultrastructures des Cellules Eucaryotes. ET plus particulièrement les cellules Végétales et Animales. • Par contre nous n’étudierons pas/peu: les structures/ultrastructures des êtres Procaryotes (unicellulaires) ou certains types de cellules eucaryotes (champignons) Pourquoi? C’est un choix. On explique le plus complexe évolutivement et ensuite on donne les simplifications / différences chez les organismes moins complexes. A noter: On désigne de façon arbitraire par structure ce que l'on observe au microscope photonique, et par ultrastructure ce que l'on observe au microscope électronique. Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr, www. uvp 5. univ-paris 5. fr; www. cours-pharmacie. com & wikipedia open sources 6

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote (animale) La taille de la cellule animale est d'environ 5 -20 μm (plus pour les ovocytes: œuf de poule…). Elle comprend: 1. La Membrane cytoplasmique 2. Le Cytosol (cytoplasme) 1 3 a. Le Noyau 9 a 3 b. Le Nucléole 4 a. Le Réticulum Endoplasmique Rugueux 3 a 4 b. Le Réticulum Endoplasmique Lisse 5. Les Ribosomes 6. L’ appareil de Golgi 7. Les Mitochondries 8. Microfilaments 9 a. Les Microtubules 3 b 9 b 11 4 b 4 a 2 8 5 9 b. Les Centrioles (Centrosome) 10. Vésicule de Sécrétion 11. Lysosome 7 Vésicule de 10 6 Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr, www. uvp 5. univ-paris 5. fr; www. cours-pharmacie. com & wikipedia open sources Sécrétion 7

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote (végétale) La taille d'une cellule végétale est de 10 -100 micromètres. Elle comprend les mêmes ultrastructures que la cellule animale: 1. La Membrane Cytoplasmique 13 2. Le Cytosol (cytoplasme) 3 a. Le Noyau 3 b. Le Nucléole 2 3 a 4 a. Le Réticulum Endoplasmique Rugueux 4 b. Le Réticulum Endoplasmique Lisse 5. Les Ribosomes 3 b 8 a 6 6. L’ appareil de Golgi 14 7. Les Mitochondries 12 a 8 a. Les Microtubules 1 5 8 b. Les Centrioles (Centrosome) 12 b 9. Microfilaments (cytosquelette) 7 4 a 4 b 10. Vésicule de Sécrétion 11. Lysosome 12 a. Paroi Extracellulaire Et en plus 12 b. Les Plasmodesmes 13. Les plastes (chloroplastes) 14. Vacuole Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr, www. uvp 5. univ-paris 5. fr; www. cours-pharmacie. com & wikipedia open sources 8

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote 1. La Membrane cytoplasmique (cyto = cellule, plasma = matière vivante) La membrane cellulaire est une frontière, un lieu d'échange entre les milieux intra- et extra- cellulaires. Au microscope électronique (x 120, 000) on distingue une structure en 2 couches noires de 2. 0 nm séparées par une bande claire d’une épaisseur de 3. 5 nm. La structure de base de la membrane est une bi-couche de (phospho)lipides relativement fluide qui présente la propriété remarquable de pouvoir se refermer ou à l’inverse de fusionner spontanément (comme les bulles de savon). Cette propriété est particulièrement adaptée au transport de grosses molécules (notamment phénomènes d’ endo et exo-cytose). Des protéines et glycoprotéines intramembranaires (ex: transporteurs d’ions) ou périphériques (ex: récepteurs de signaux chimiques) complètent avec la présence de glucides (ex: reconnaissance cellulaire) accrochés à cette structure et de cholestérol inclus dans cette structure ce schéma / modèle simplifié de la membrane plasmique. Glucides Protéine périphérique Glycoprotéines Cholestérol Membranes de deux cellules voisines (en haut et en bas de l'image). http: //cell. sio 2. be/membrane/8. php 2. Le Cytosol (contenu du cytoplasme) Protéines intramembranaires Phospholipides C’est la masse de substance fluide (hyaloplasme) comprise à l’intérieur de la membrane cytoplasmique à l’exclusion du noyau. Elle est très riche en eau et substances dissoutes (sels minéraux, protides, glucides) ou insolubles dans l’eau (les inclusions cytoplasmiques; ex. glycogène, cristaux protéiques). Dans le hyaloplasme baignent différentes structures appelées organites. A Noter: les membranes entourant ces organites ont la même composition de base que la membrane 9 cytoplasmique. Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr, www. uvp 5. univ-paris 5. fr; www. cours-pharmacie. com & Wikipedia open sources

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote 4 a. Le Réticulum Endoplasmique Rugueux (RER) On l'appelle aussi réticulum endoplasmique granuleux. Le RER est un système de cavités plus ou moins dilatées et de canalicules qui communiquent entre elles, portant des ribosomes attachés sur leurs faces externes représentant 20 à 60 % de la surface des membranes (dépend du type cellulaire). Il est plus abondant dans les cellules de sécrétion protéique importante. Il est en continuité avec l'enveloppe nucléaire et avec le réticulum endoplasmique LISSE (REL). Rôle: Synthèse et redirection des protéines membranaires et des protéines sécrétoires ayant des signaux de tri (peptide signal). http: //www. ebiologie. fr/cours/s/20/le-reticulum-endoplasmique REL Pores Nucléaires Membrane Nucléaire Lumière RER Ribosomes 4 b. Le Réticulum Endoplasmique Lisse (REL) Rôle majeur du REL : synthèse des phospholipides à partir de précurseurs hydrosolubles. Sert à l'expansion des membranes de la cellule (inclus les réactions qui incorporent les lipides dans la membrane). 5. Les Ribosomes Ce sont des complexes formés de deux sous-unités, une petite et une grande (40 et 60 S). Elles vont s’assembler (80 S). Pour les former il faut de l’ARNr qui provient de gènes ribosomiques. Large Unit Ribosome = 4 ARNr + 80 protéines ribosomiques Ils sont synthétisés et assemblés dans le noyau, dans le nucléole. Le rôle des ribosomes est de fabriquer les protéines au départ de information génétique (protéine = enchainement d’acides aminés dans un ordre précis) Small Unit Ribosome ARNm Polypeptide 100 nm 10

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote 6. L’ appareil de Golgi Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipedia open sources Organite (système) regroupant l'ensemble des dictyosomes (formations constituées de saccules ou citernes empilées les unes sur les autres; lieu de passage obligatoire des protéines synthétisées dans le RER). Il intervient dans: 1. Transfert des protéines du RER vers les vésicules de sécrétion. 2. Maturation des protéines (par modification des chaînes oligosaccharidiques). 3. La synthèse et modification des glycolipides et protéoglycannes. 4. L'expédition des produits sécrétés: Ø Tri des molécules synthétisées Ø Emballage des produits synthétisé dans des vésicules de sécrétion Ø ciblage des molécules synthétisées par marquage de protéines de la membrane des vésicules pour qu'elles atteignent leur destination finale (noyau. . . ) 5. Activation de certaines protéines. En Résumé: Les protéines traversent le golgi en 30 minutes cis -> trans en subissant au passage des modifications diverses avant leur expédition. 10. Vésicule de Sécrétion & 11. Lysosome http: //bio 1151. nicerweb. com/Locked/media/ch 06/Golgi. html Toutes 2 sont en fait des vésicules Golgiennes mais remplissent des rôles très différents. Les vésicules de sécrétion gagnent la membrane cytoplasmique et par exocytose expulsent leur contenu hors de la cellule (ex: enzymes pancréatiques: insuline/glucagon) Les Lysosomes primaires (1 μm) contiennent des enzymes de divers types mais principalement capables de décomposer des macromolécules. Elles fusionnent avec des vésicules formées par endocytose (portent alors le nom de Lysosomes secondaires) où a lieu la digestion. 11

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote 7. Les Mitochondries Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipedia open sources Les mitochondries sont les organites les plus anciennement connus et l'ensemble des mitochondries (> 1000 dans certaines cellules du foie par exemple) constitue le chondriome. Elles ont une grande taille de 1 -2 à 10 μm de long et de 0, 5 à 1 μm de large et sont délimitées par 2 membranes d'une bicouche lipidique et de protéines: externe (relativement plane et lisse) et interne (fortement plissée et formant des crêtes). Entre les deux existe un espace intermembranaire (ou chambre externe) de 6 à 8 nm d'épaisseur. L'espace circonscrit par la membrane interne constitue l'espace matriciel (ou chambre interne) renfermant la matrice. Il est semicompartimenté par des invaginations de la membrane interne. Les mitochondries sont impliquées dans les conversions énergétiques résultant de la respiration cellulaire. Au cours de ce phénomène, l'énergie libérée par l'oxydation des substrats organiques est mise en réserve sous forme d'un composé à potentiel énergétique élevé, l'ATP (cycle de KREBS…Bon amusement…) Les usines à énergie que sont les mitochondries sont donc en nombre proportionnel à la consommation énergétique de la cellule et même situées dans la zone la plus active de la cellule. On en trouve en quantité élevée dans les cellules à forte demande énergétique comme les cellules musculaires ou le flagelle d'un spermatozoïde. A l'inverse, on en trouve en nombre restreint dans les cellules végétales (certaines algues n'ont qu'une mitochondrie). 12

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote Cytosquelette : 8. Les Microfilaments 9 a. Microtubules 9 b. Les Centrioles (Centrosome) Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipedia open sources Le cytosquelette est constitué de polymères de protéines ( « fibres ou filaments » ). On les classe en trois catégories : Ø Les fins filaments d'actine (ø : 7 nm) ou microfilaments (les plus nombreux a l'intérieur de la cellule) Ø Les filaments intermédiaires (ø : 10 nm) Ø Microtubules (ø : 25 nm) Cette charpente va interagir avec les autres composants de la cellule, comme la membrane plasmique mais aussi les organites (y compris la structure du noyau). Ce cytosquelette confère la FORME de la cellule, sa MOBILITE, et son ORGANISATION INTERNE (une répartition particulière de certaines structures). Parmi ces structures particulières le centrosome formé d’une paire de centrioles disposés perpendiculairement et d’un Aster joue un rôle essentiel lors de la division cellulaire car il permet une répartition équitable des substances du noyau entre les 2 cellules filles en formation. Chaque centriole souvent représenté comme un cylindre de 0. 15 μm de diamètre et de 0. 4 μm de long, est formé de 9 groupes de 3 microtubules associés (triplets). L’Aster désigne un ensemble de filaments rayonnant autour des centrioles visible uniquement lors de la division cellulaire. http: //www. ebiologie. fr/cours/s/16/le-cytosquelette 13

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote (végétale) Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipédia open sources Les cellules végétales possèdent toutes les caractéristiques énoncées pour les cellules animales mais en outre: 12 a. Paroi Extracellulaire 12 b. Les Plasmodesmes Les cellules végétales possèdent à l’extérieur de la membrane cytoplasmique une paroi pecto-cellulosique très rigide et composée de fibres de cellulose (= charpente) enrobées dans un ciment constitué de protéines et de pectine (= polysaccharide spécial). Elle est percée d’orifices, les plasmodesmes mettant en communication 2 cellules contiguës. Cette paroi contribue à la rigidité des végétaux. http: //www. snv. jussieu. fr/bmedia/protoplastes/3 -protoplaste-paroi. htm 14. Vacuoles Les cellules végétales développent de grosses poches contenant des solutions aqueuses: les vacuoles. Au cours du vieillissement de la cellule elles finissent par occuper la quasi-totalité du volume cytoplasmique repoussant noyaux et organites vers la membrane cytoplasmique. Ces vacuoles permettent une croissance économique de la cellule et contribuent à la rigidité du tissu. Elles peuvent servir au stockage de substances de réserve (exemple: saccharose de la betterave sucrière, huiles et protides dans les graines) ou de colorants comme les anthocyanes (rouge/bleu; chez le chou rouge, la cerise, la myrtille, …) Paroi Cellulaire Noyau Vacuole Chloroplastes www. lifesci. sussex. ac. uk 14

D Structure(s)/Ultrastructure(s) de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote Végétale 13. Plastes. Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com www. snv. jussieu. fr Wikipédia open sources Les plastes sont des espaces délimités par une double membrane qui remplissent des fonctions bien définies. On distingue 3 types de plastes sur base de leurs fonctions: A. Les amyloplastes. Incolores (sauf si l’on utilise un produit contrastant en MET) ils sont riches en amidon et sont présents dans diverses cellules de fruits (exemple banane), de graines (céréales) et de tubercules (p. d. t. ) Ce sont généralement des réserves de source d’énergie. Voir Figure A. Cellule végétale méristématique au MET (contrastant acétate d'Uranyle); amyloplastes apparaissent en blanc B. Les chromoplastes. Ces organites sont riches en pigments non chlorophylliens, comme les xanthophylles, les carotènes, etc. Le changement de couleur lors du mûrissement des fruits de tomates et de poivrons résulte d'une transformation des chloroplastes en chromoplastes dans les cellules du péricarpe du fruit. Les chromoplastes n'ont apparemment aucun rôle métabolique. On parle de coévolution entre la plante et l'insecte: la couleur de la plante (due aux chromoplastes) attire l'insecte qui se nourrit de nectar le plus souvent, et en retour l’insecte pollinise la plante. Voir Figure B. C. Les chloroplastes. Verts car ils contiennent la chlorophylle ils sont présents dans les cellules de feuilles ( +/- 100 par cellule). Sacs allongés de 5 μm ils présentent une structure interne formée de lamelles: les thylakoïdes qui portent la chlorophylle. Ceux-ci s’empilent pour former des grana et tout le système lamellaire baigne dans une matrice appelée stroma. C’est au niveau des thylakoïdes que s’effectue la photosynthèse qui récupère le carbone du CO 2 pour fabriquer au final diverses molécules polycarbonées tout en relâchant le dioxygène O 2 nécessaire à la respiration et donc à la survie des organismes vivants. Voir Figures C 1 et C 2. Amyloplastes Thylakoïdes Chloroplastes Chromoplastes Figure A. Figure B. Grana Figure C 1. Figure C 2. 15

D Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote 3 a. Le Noyau & 3 b. Le Nucléole (description en interphase = entre 2 divisions cellulaires) Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipedia open sources Le rôle du noyau est principalement de contenir le patrimoine héréditaire spécifique et individuel (espèce /individu). Il dirige la synthèse de toutes les protéines, qui a lieu au niveau d'organites cytoplasmiques spécialisés: les ribosomes. L'examen du noyau (taille de 3 à 10 μm) au microscope optique ou au microscope électronique à faible grossissement révèle la structure suivante : • un nucléoplasme, masse liquide analogue pour le noyau au cytoplasme pour la cellule tout entière, apparaissant translucide ou clair et peu colorable. • une enveloppe nucléaire ou nucléique délimitant le noyau et contrôlant le transit des molécules; elle est faite de très fins sacs membraneux projetant des expansions dans le cytoplasme; l'enveloppe nucléaire. L'enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes séparées par un espace périnucléaire de 10 -15(-30) nm de large et est percée de pores de 25 à 100 nm, ce qui permet de nombreux échanges entre le noyau et le cytoplasme. D’autre part l'espace périnucléaire communique par endroit avec les citernes du réticulum endoplasmique. Les différents rôles de l'enveloppe nucléaire sont: Ø contrôler le passage des molécules qui la traverse: ions, petites molécules comme les acides aminés, mono- et disaccharides et certaines macromolécules; Ø circonscrire tous les composants du noyau; • un ou parfois plusieurs exemplaires d'un corpuscule sphérique très dense et très colorable, le nucléole qui est constitué d’ARN et de protéines et intervient dans la synthèse des Ribosomes. • des amas aisément colorables de chromatine, une substance fibrillaire se présentant sous une forme condensée « passive » principalement située en périphérie nucléaire et à proximité du nucléole, l'hétérochromatine, et sous une forme plus dispersée, « active » et répartie dans tout le noyau, l'euchromatine; les cellules Nucléole peu actives ont donc un petit noyau dans lequel prédomine la Réticulum chromatine sous sa forme condensée et où le nucléole est petit voire Endoplasmique absent, les cellules très actives au contraire présentent peu Euchromatine d'hétérochromatine et éventuellement plusieurs nucléoles. Hétérochromatine Enveloppe Nucléaire Nucléoplasme 16

M Les slides qui suivent sont des slides de synthèse destinés à l’impression papier Info. pour Prof. Attention! 1. Faites des impressions recto-verso. 2. Si vous devez vous passer de l’impression couleur, vérifiez l’aspect avant impression. 3. Pour des raisons de lisibilité certains « slides » de synthèse sont repris dans une version A 4 portrait! Ne les oubliez pas! 17

8 3 1 11 9 4 6 7 1. Atomes [Physique, Chimie] 2. Molécules (eau mais aussi lipides, protéines, glucides, …) [Biochimie, Biologie Moléculaire] 3. Virus [Virologie] 4. a. Procaryotes (sans noyau ni organites limité par une paroi) [Bactériologie] 4. b. Organites/Structures Cellulaires (internes, Eucaryotes) [Biologie Cellulaire] 5. Cellules & Tissus: Ensemble de cellules de structures et fonctions semblables [histologie] 6. Organes / Systèmes associés à une/des fonction(s) précise(s) [anatomie] 7. Organismes (ensemble d’organes / systèmes qui coopèrent / interagissent) 8. Populations / Sociétés [sociologie, démographie, écologie, …] 10 2 12 Petit Grand 1. 101 m = 10 m 1. 100 m = 1 m 1. 10 -1 m = 10 cm 1. 10 -2 m = 1 cm 1. 10 -3 m = 1 mm 1. 10 -4 m = 0, 1 mm 1. 10 -5 m = 10 μm 1. 10 -6 m = 1 μm 1. 10 -7 m = 0, 1 μm 1. 10 -8 m = 10 nm 1. 10 -9 m = 1 nm 1. 10 -10 m = 0, 1 nm S Synthèse Echelle du Vivant, Méthodes d’Observation & Ultrastructure de la Cellule Eucaryote (1/8) 5 Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Wikipedia open sources Moyens / Méthodes d’observation (quelques) Œil: jusqu’à 0. 2 mm Loupe / Microscope “photonique”: jusqu’à 0, 2 μm Microscope « électronique » jusqu’à 2 nm Cristallographie jusqu’à 0. 2 nm Echelle Logarithmique (en base 10) partielle de Longueur (unité de base du Système International = mètre) Pour représenter ensemble en longueurs réelles Crevette et Rorqual il faudrait aligner en mode “paysage” 100 feuilles de papier A 4 (+Intérêt statistiques: pour 18 minimiser l’impact des “trop grands / trop petits” nombres/données). Attention! On ne représente / dessine pas quelque chose en Log, on visualise!

S Synthèse Echelle du Vivant, Méthodes d’Observation & Ultrastructure de la Cellule Eucaryote (2/8) Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com Microscopie Optique / Photonique. Il est difficile de dire qui a inventé le microscope composé (2 lentilles). Fin XVIème / Début XVIIème siècle (opticien Hollandais Hans Janssen, Galilée et son occhiolino) Un dessin par Francesco Stelluti de trois abeilles sur sceau papal passe pour la première image de microscopie publiée. Christian Huygens fin du XVII siècle un oculaire simple à deux lentilles corrigé des aberrations chromatiques premier pas vers le microscope. Antoni van Leeuwenhoek (1632 -1723) attiré l'attention des biologistes sur les utilisations du microscope. les systèmes à plusieurs lentilles restaient difficiles à mettre au point et il fallut pas moins de 150 ans de développement des optiques avant que le microscope composé puisse livrer une qualité d'image équivalente à celle des microscopes simples de Van Leeuwenhoek. Ce qu’il y a de sûr c’est que depuis lors la technologie « microscopique » a fortement évolué proposant de très nombreuses variantes: 1. Microscopie en champ clair (classique; inversé ou non origine de la source de lumière) 2. Microscopie en réflexion ( ≠ transmission; objet épais / opaque; info. surfaces; utilisation de miroirs/prismes) 3. Éclairage épiscopique (≠ diascopique = à travers; aussi pour info surfaces) 4. Microscopie en champ sombre: on observe la lumière diffusée. 5. Illumination oblique (angle d’illumination; contrastes) XVIIème 6. Microscopie en lumière polarisée (filtres) 7. Microscopie en fluorescence (émissions spécifiques) siècle … Microscope Electronique (MET). Un type de microscope qui utilise un faisceau de particules d'électrons pour illuminer un échantillon et en créer une image très agrandie. Les microscopes électroniques ont un plus grand pouvoir de résolution que les microscopes optiques qui utilisent des rayonnements électromagnétiques et peuvent obtenir des grossissements beaucoup plus élevés allant jusqu'à 5 millions de fois, alors que les meilleurs microscopes optiques sont limités à un grossissement de 2000 fois. Ces deux types de microscopes ont une résolution limite, imposée par la longueur d'onde du rayonnement qu'ils utilisent (la longueur d'onde d'un électron est beaucoup plus petite que celle d'un photon de lumière visible). Aussi variantes: 1. Microscope électronique en transmission 2. Microscope électronique à balayage 3. Microscope électronique par réflexion 4. Microscope électronique à balayage en transmission AJD Un système/appareil “voit” des électrons et en recrée (ordinateur) une image en photons que l’œil peut voir 1933 AJD 19

S Synthèse Echelle du Vivant, Méthodes d’Observation & Ultrastructure de la Cellule Eucaryote (3/8) La microscopie optique a révélé l’existence de 2 niveaux très différents d’organisation cellulaire. Certaines cellules mènent une vie totalement indépendante, ce sont des êtres unicellulaires. D'autres au contraire vivent en communauté, elles appartiennent à des êtres pluricellulaires constitués de cellules identiques ou a l'inverse, extrêmement diversifiées mais apparentées par leur patrimoine génétique. Sur ces bases les cellules ont été classées en deux types correspondant à deux schémas différents de leur organisation : • Un schéma simple, primitif, représentatif des premiers organismes vivants : Ce sont les procaryotes : êtres unicellulaires, comprenant toutes les bactéries et les formes voisines (exemple: algues bleues). • Un schéma plus complexe: celui des eucaryotes représentatif de tous les autres organismes vivants apparus progressivement depuis 1. 5 109 ans. Les cellules eucaryotes se différencient des cellules procaryotes notamment /principalement par un noyau limité par une enveloppe qui contient leur patrimoine génétique. Comme le montre le tableau 1 ci-contre reprenant l’évolution au fil du temps des systèmes de classification, l’évolution de la classification est largement liée aux développements des méthodes d’observation et technologies applicables dans le domaine scientifique (notamment Biologie Moléculaire; exemple séquençage de l’ADN – arbres génétiques / cytologiques): A noter: On désigne de façon arbitraire par structure ce que l'on observe au microscope photonique, et par ultrastructure ce que l'on observe au microscope électronique. Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr, www. uvp 5. univ-paris 5. fr; www. cours-pharmacie. com & wikipedia open sources 20

S Synthèse Echelle du Vivant, Méthodes d’Observation & Ultrastructure de la Cellule Eucaryote (4/8) Cellule Animale Cellule Végétale On désigne de façon arbitraire par structure ce que l'on observe au microscope optique (photonique) et par ultrastructure ce que l'on observe au microscope électronique. Ribosomes Vésicule de sécrétion Source(s): www. ulysse. u-bordeaux. fr www. uvp 5. univ-paris 5. fr www. cours-pharmacie. com La taille de la cellule animale est d'environ 5 -20 micromètres (plus pour les ovocytes: œuf de poule…). La taille d'une cellule végétale est de 10 -100 micromètres. 1. Une membrane cellulaire ou plasmique qui est une frontière, un lieu d'échange entre les milieux intra- et extra- cellulaires 2. Un noyau d'une taille de 3 à 10 micromètres généralement sphérique délimité par une enveloppe nucléaire contenant des pores (échanges). Dans le noyau nous trouvons des nucléoles, de la chromatine plus ou moins condensée ou dispersée (matériel génétique) 3. Le cytoplasme constitué d'une substance fondamentale, le cytosol et de différents organites : a) Le réticulum endoplasmique constitué de cavités aplaties, celui-ci peut-être associé à des ribosomes et l'ensemble forme alors des RE Rugueux (vs. RE Lisse) b) Les ribosomes (usine à fabriquer des protéines) c) L’ appareil de Golgi : système très organisé formé d'empilement stables (les dictyosomes) = Centre de distribution d) Le cytosquelette constitué de différentes protéines associées en microfilaments / microtubules dont certains se rassemblent de manière structurée au voisinage du noyau pour former les centrioles. Il intervient dans la mise en forme de la cellule et lors d’évènements spécifiques (division cellulaire) e) Les mitochondries. Champignons Petite note sur les f) Les lysosomes : vésicules stables qui contiennent des enzymes. champignons g) Les vésicules de sécrétion. Et en outre chez les cellules végétales on distingue: 4. La paroi pectocellulosique (extracellulaire) qui donne à la cellule sa forme et ces propriétés mécaniques. Dans cette paroi, les communications intercellulaires sont assurées par des plasmodesmes. 5. Certains organites cytoplasmiques spécifiques (en plus de ceux de la cellule animale): h) Les plastes, en particulier les chloroplastes qui sont responsables de la photosynthèse et contiennent de la chlorophylle. 21 i) La vacuole.