volution et Diversit du Vivant 101 NYA05 Cours

Évolution et Diversité du Vivant (101 -NYA-05) Cours 1 (Deuxième partie) Les constituants de la cellule animale Bernadette Féry Hiver 2007 Des globules rouges sanguins

I- Le noyau • Nucléole (s) • Nucléoplasme • Chromatine ou chromosomes • Membrane nucléaire II- Le cytoplasme • Les organites (petits organes de la cellule ayant une fonction précise) membraneux (délimités par une membrane). • Les organites non membraneux • Les inclusions • Le cytosol (ou hyaloplasme) III- La membrane plasmique (ou cytoplasmique)

I- Le noyau Le plus gros des organites membraneux de la cellule Situé à peu près au centre de la cellule Nucléole (1 ou ++) Matériel génétique ADN + Protéines Membrane nucléaire Nucléoplasme (Liquide semivisqueux : sels, protéines solubles, sucres. . . Fournit un milieu favorable à l'activité Campbell (2 eéd. Française) — Figure

Noyaux de cellules d’oignon Son noyau Une cellule Coupe d’une racine d’oignon vue au microscope optique

Noyaux de cellules d’oignon et leurs nucléoles Noyau avec 3 nucléoles 2 nucléoles Son noyau Une cellule Coupe d’une racine d’oignon vue au microscope optique

Les (2) états du matériel génétique dans le noyau des cellules = CHROMATINE (ADN + protéines) = État filamenteux = Granulations indistinctes au microscope optique À quel moment de la vie cellulaire ? Quand la cellule ne se divise pas. Rôle de cet état : Être accessible aux enzymes cellulaires qui recopient l’ADN pour répondre = CHROMOSOMES (ADN + protéines) = État de petits bâtonnets = Granulations distinctes au microscope optique À quel moment de la vie cellulaire ? Quand la cellule se divise. Rôle de cet état : Faciliter la séparation du matériel génétique vers les deux cellules qui seront issues de la division

Une question ! État du matériel génétique ? Chromatine État du matériel génétique ? Chromosomes Cellules d’une racine d’oignon vues au microscope optique

Le noyau vu au microscope électronique (la cellule n’est pas en train de se diviser) Chromatine ADN et protéines Source Nucléole ADN nucléolaire + protéines Rôle : Fabrique les ribosomes (des organites Membrane nucléaire Double, séparée par un espace et percée de pores nucléaires. Rôle : Contrôle les échanges noyau/cytoplasme Pores nucléaire

II- Le cytoplasme Zone située entre le noyau et la membrane plasmique a) Les organites membrane ux b) Les organites non membrane ux c) Les inclusions d) Le cytosol Campbell (2 eéd. Française) — Figure

II- Le cytoplasme. Les organites membraneux ü Le réticulum endoplasmique granuleux (REG) REL ü Le réticulum endoplasmique lisse (REL) ü L’appareil de Golgi ü Les vacuoles nutritives ü Les vésicules de pinocytose ü Les lysosomes ü Les peroxysomes Lysosomes ü Les mitochondries REG AG Mitochondrie Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 7. 7 : 118

Le REG, un organite membraneux du cytoplasme Description • Réseau membraneux de tubules et de sacs aplatis • Paraît rugueux au microscope électronique car il est recouvert de ribosomes (organites ressemblant à de petits points) • Les compartiments sont des citernes • La membrane du REG est en REG au microscope électronique. NOYAU continuité avec la REG

Le REG, un organite membraneux du cytoplasme Rôles du REG 1. Le REG incorpore les protéines fabriquées par les ribosomes liés à sa membrane, les sucre puis, les emballe dans des vésicules de transition destinées à un autre organite cellulaire : l’appareil de 2. Le REG produit des membranes pour luimême en intégrant les nouvelles protéines à 3. Le REG produit des membranes pour les

Le REL, un organite membraneux du cytoplasme REL Description • Réseau membraneux de tubules et de sacs aplatis • Paraît lisse au microscope électronique car il n’est pas recouvert de ribosomes • Les compartiments sont des citernes Citernes REL au microscope électronique REL

Le REL, un organite membraneux du cytoplasme Rôles du REL 1. Synthétiser des lipides. 2. Le REL dans le foie détoxique les médicaments et les autres drogues. Le REL dans le foie des personnes prenant des médicaments, des drogues ou de l’alcool est très abondant. 3. Le REL dans les cellules hépatiques libère le glucose vers le sang. 4. Le REL dans les cellules musculaires accumule les ions Ca+ nécessaires à la contractions des muscles.

L’appareil de Golgi, un organite membraneux du cytoplasme Description • Formé de plusieurs dictyosomes, des empilements de sacs membraneux, aplatis et ronds • Chaque sac est un saccule. • Dérive de la fusion des vésicules de transition venant de REG. • Émet divers vésicules. Dictyosomes Un dictyosome de AG au microscope

L’appareil de Golgi, un organite membraneux du cytoplasme Rôles de AG 1. Modifie les protéines qu'il reçoit du REG (via les vésicules de transition) en leur apposant une sorte d'étiquette moléculaire. 2. Trie ces protéines selon leur destination et les emballe dans des vésicules de sécrétion ou dans des lysosomes. Vésicule de sécrétion Vésicule contenant une substance chimique « utile » pour l’usage d’autres cellules. Fusionne avec la membrane et déverse son contenu à l’extérieur. Produits de sécrétion : hormones, enzymes digestifs, acide hyaluronique, collagène Lysosome Organite contenant des enzymes hydrolytiques.

EM 08. Ultrastructure of the Cell fibroblast, fibroblast organelles Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 8. 8 : 149 Déversement des produits de sécrétion d’une vésicule de

Les vacuoles nutritives, des organites membraneux du cytoplasme Description 1. Rondelles de membrane autour de particules. 2. Formées par évagination membranaire (phagocytose). 3. Mesurent de 1 à 2 m. Rôle Permettent l’absorption de grosses particules par la cellule Une amibe se nourrit : elle phagocyte une paramécie. Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 8. 19 a : 159 Une autre bactérie déjà absorbée Une bactérie en train de se faire phagocyter par un globule blanc.

Les vésicules de pinocytose, des organites membraneux du cytoplasme Description 1. Rondelles de membrane autour de gouttelettes d’électrolytes. 2. Formées par invagination membranaire (pinocytose). 3. Mesurent environ 0, 1 m. Rôle Permettent l’absorption de gros ions fortement chargés Animation sur l’endocytose (phagocytose / pinocytose / endocytose par récepteur interposé) Vésicules en formation dans une cellule épithéliale d’un capillaire Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 8. 19 b :

Les lysosomes, des organites membraneux du cytoplasme Description 1. Organites sphériques délimités par une membrane. 2. Contiennent une cinquantaine d’enzymes hydrolytiques, actifs en milieu acide. 3. Dérivent de AG Rôles • Digèrent le contenu des vacuoles. • Digèrent les vieux organites cellulaires. Campbell (2 eéd. Française) — Figure 7. 14 : 125 Animation sur la formation des lysosomes et leur rôle

La forme et la taille des lysosomes varient considérablement selon les matériaux qui ont été capturés puis détruits. Lysosomes Source Vieille mitochondrie Vieux peroxysome Campbell (2 eéd. Française) — Figure

Les peroxysomes, des organites membraneux du cytoplasme Description 1. Organites sphériques délimités par une membrane. 2. Contiennent des enzymes. PAS À L’ÉTUD Peroxysome Mitochondrie Enzymes du peroxysome Rôles Les peroxysomes des cellules hépatiques détoxiquent l’alcool et d’autres composés nocifs en transférant l’hydrogène de ces substances à du dioxygène ce qui produit du peroxyde d’hydrogène H 2 O 2, un composé nocif, qui est Chloroplaste Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 7. 19 : 129 Source

Les mitochondries, des organites membraneux du cytoplasme Description 1. Organites délimités par deux membranes séparées par un espace. 2. La membrane interne se replie pour former des crêtes et des cloisons. Rôles • Fabriquent les molécules d’ATP (énergie de réserve pour la cellule). • Via la respiration cellulaire (un processus Coupe d’une mitochondrie ATP (Adénosine triphosphate) Adénine (3) Groupes phosphate Campbell (2 eéd. Fr) — Figure 6. 8 : Ribose

Lieu ultime de la respiration cellulaire : les membranes internes de la mitochondrie ! Une mitochondrie vue au microscope électronique Crédits : www. sciences. fundp. ac. be Respiration cellulaire Processus métabolique qui dégrade le glucose (ingéré via la nourriture) grâce à l'oxygène (respiré via les poumons) tout en récupérant son énergie pour produire l'ATP.

II- Le cytoplasme. Les organites non membraneux ü Les ribosomes ü Le cytosquelette § Les filaments du cytosquelette § Le centrosome et ses deux centrioles § Les cils et le flagelle Les cils Les filaments du cytosquelette Le flagelle Les ribosomes liés au REG Le centrosome et ses deux centrioles Les ribosomes libres du cytoplasme (dans le cytosol) Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 7. 7 : 118

Les ribosomes, des organites non membraneux du cytoplasme Description 1. Deux sous-unités (une grosse et une petite) formées, chacune, d’un mélange d’ARN ribosomique et de protéines 2. Assemblés en sousunités ribosomiques par le nucléole 3. Deux populations de ribosomes : • Libre dans le cytosol • Liée aux membranes du REG Grande sous-unité du ribosome Petite sous-unité du ribosome Campbell : 121 (2 eéd. Fr. ) — Figure 7. 10 Rôle Synthétise des Région du REG au microscope électronique

Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules Description 1. Filaments protéiques qui s'entrecroisent dans la cellule. 2. De trois types : • Microfilaments (les < ) • Filaments intermédiaires • Microtubules du cytoplasme (les > ) Rôle général des filaments Ancrage des organites, soutien de la forme cellulaire et mouvements cellulaires. Un système osseux et musculaire au niveau Filaments du cytosquelette

Ancrage des organites dans les filaments du cytosquelette

Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules Pas à l’étud Description Réseau de fibres d’actine surtout localisé sous la surface cellulaire. Source Rôles variés et complexes Des info ? En savoir plus ? Tobin/Dusheck, Asking About Life 2/e Figure 4. 16

Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules Pas à l’étud Description 1. Réseau de fibres de diverses protéines. 2. Sillonnent généralement tout le cytoplasme, mais aussi se regroupent en faisceaux ou bien restent isolés, selon la cellule. 3. Plusieurs espèces biochimiques de filaments intermédiaires : les kératines épithéliales, les neurofilaments de la plupart des neurones, les filaments gliaux des cellules gliales, etc. Rôles variés et complexes Des info ? En savoir plus ? Source Tobin/Dusheck, Asking About Life 2/e Figure 4. 16

Les filaments du cytosquelette (organite non membraneux du cytoplasme) : microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules À l’étude Description des microtubules 1. Réseau de fibres de tubuline irradiant du centrosome Centrosome Source Fibres de tubuline Tobin/Dusheck, Asking About Life 2/e Source

Description des microtubules (suite) 2. Un microtubule est un tube creux formé de dimères de tubuline. 3. S'allonge et se rétracte, au besoin, par ajout ou retrait de tubuline « une protéine formée de (2) sous-unités » . Rôles des microtubules du cytoplasme 1. Mouvement des organites grâce à des protéines motrices. 2. Maintien de la forme cellulaire (charpente résistant à la compression). En savoir plus ? Structure du microtubule

Microtubule permettant le déplacement d’une vésicule du cytoplasme via des protéines motrices. ATP Mouvemen t de la vésicule Vésicule transportée Récepteur Campbell (2 eéd. ) — Figure 7. 21 : 130 Microtubule Protéine motrice arrimée, d’une part au microtubule et d’autre part, à un récepteur de la vésicule Une animation montrant la «marche» de la protéine motrice Deux familles de protéines motrices interagissent avec les microtubule (pas à l’étude) • les kinésines se déplacent vers l'extrémité + du microtubule.

Vésicules de transition le long des microtubules. Microtubul es en coupe transversal e Source Microtubul es en coupe longitudina le

Deux éléments du cytosquelette relevant des microtubules : le centrosome (centre organisateur des microtubules ) et les deux centrioles Description du centrosome 1. Une masse dense finement granulaire, près du noyau, à partir de laquelle rayonnent les microtubules. 2. Contient deux centrioles en son centre (cellule animale seulement). CENTROSOME CENTRIOLE NOYAU Source

Vue du centrosome au microscope électronique

Rôles du centrosome 1. Organiser le réseau de microtubules dans le cytoplasme. Campbell (1 e éd. Fr. ) — Figure 7. 27 : 139

2. Se répliquer en vue de la prochaine division cellulaire. Réplication du centrosome et de ses centrioles vu au ME 1 centrosom e 2 centrosome s Matrice du centroso me Microtubu le Deux centriole s

3. Les centrosomes élaborent les fibres du fuseau de division au moment où la cellule se divise. Les fibres du fuseau s’accrochent aux chromosomes et dirigent leur mouvement. Chromosome Fuseau de division Chaque fibre est formée de nombreux de microtubule s. Centrosomes Élaboration du fuseau de division par les deux centrosomes Animation montrant les chromosomes tirés par les fibres d

Pas à l’étud Les kinésines se déplacent vers l'extrémité + des microtubules donc les allongent tandis que les dynéines se déplacent vers l'extrémité - (vers le centrosome) des

Deux éléments du cytosquelette relevant des microtubules : le centrosome (centre organisateur des microtubules ) et les deux centrioles Description des centrioles 1. Deux cylindres de microtubules, perpendiculaires l’un à l’autre. 2. Chaque cylindre (centriole) est formé de neuf triplets de microtubules. 3. Situés au cœur du centrosome animal. CENTRIOLES NOYAU CENTROSOME Campbell (1 eéd. Fr. ) — Figure 7. 28 : 139

Centriole en coupe transversale Centriole en coupe longitudinale Les deux centrioles vus au microscope électronique

Rôles des centrioles 1. Organiser le réseau de microtubules des corpuscules basaux, des structures analogues aux centrioles. Les corpuscules basaux ancrent les cils et le flagelle à la cellule. Corpuscules basaux à la base de cils 2. Se répliquer en vue de la prochaine division cellulaire. 2 centrioles 4 centrioles Réplication du centrosome et de ses centrioles vu au ME

3. Les centrioles élaborent les fibres « rayonnantes » des aster au moment de la division cellulaire. Les fibres astériennes ne semblent jouer aucuns rôles durant la division. Aster Deux centrioles (non visibles ici) au cœur de chaque centrosme. Fuseau de division et asters d’une cellule en division

Deux autres éléments du cytosquelette : les cils (courts et nombreux) et le flagelle (long et unique) Description 1. Projections de microtubules à la surface cellulaire 2. Recouvertes par la membrane plasmique 3. Ancrées à la cellule par un corpuscule basal Cil / flagelle Protéine motrice « dynéine » Coupe cil / flagelle Arrangement : 9 doublets + 2 au centre Base du cil / flagelle Coupe corpuscule basal Arrangement : 9 triplets Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 7. 24 : 133

Les rôles des cils et du flagelle 1. Propulsion de la cellule dans le milieu (spermatozoïdes dans les voies génitales, paramécie dans son milieu). 2. Déplacement du milieu autour de la cellule (cils de la trachée-artère faisant remonter les mucosités). « Bouger » Grâce à la dynéine associée aux microtubule s Avec dépense de l’énergie de l’ATP Campbell (2 eéd. Fr. ) — Figure 7. 25 : 134

II- Le cytoplasme. Les inclusions Des granules contenant les produits d’accumulation de la cellule. Des granules de glycogène Des gouttelettes lipidiques II- Le cytoplasme. Le cytosol ou hyaloplasme Le cytosol (hyaloplasme), un liquide semivisqueux formé d’eau, de sels, de protéines solubles, de sucres, etc. Le cytosol fournit un milieu favorable à l'activité

III- La membrane plasmique (ou cytoplasmique) Description 1. Membrane simple délimitant la cellule. 2. Non percée de pores contrairement à la membrane nucléaire. 3. Formée essentiellement de deux couches de lipides. 4. Traversée de protéines. 5. Recouverte de Le contour de la cellule Structure de la membrane plasmique

Rôles de la membrane plasmique 1. Grâce aux protéines, la membrane contrôle les échanges cellulaires (perméabilité sélective). Elle choisit les substances qui traversent dans un sens ou l’autre. 2. Grâce aux lipides insolubles, la membrane permet l’intégrité du compartiment cellulaire. La cellule ne se défait pas dans son milieu liquide. 3. Grâce aux sucres de surface (antigènes spécifiques à chaque individu), la membrane permet aux cellules de se reconnaître entre elles et de s'agréger en tissus et aussi de rejeter les cellules étrangères (immunité).

FIN DE LA DEUXIÈME PARTIE