Fiche de révision : Électrophysiologie et mécanismes cellulaires

📋 Plan du Cours

1. Analyse électrique des cardiomyocytes
2. Contraction musculaire et dystrophine
3. Protéasome et recyclage des protéines
4. Autophagie et équilibre cellulaire
5. Voies de l’autophagie
6. Structure et fonctions mitochondriales
7. Respiration cellulaire et ATP
8. Apoptose : caractéristiques et signes
9. Cascade moléculaire de l’apoptose

📖 1. Analyse électrique des cardiomyocytes

★ À maîtriser

• Le potentiel d’action des cardiomyocytes résulte de variations électriques qui se transmettent de cellule en cellule et contribuent à déclencher leur contraction.

• Les mouvements de Na+, Ca2+ et K+ à travers des canaux ioniques participent à la génération du potentiel d’action.

• Le patch-clamp mesure les courants ioniques individuellement et permet de déterminer avec précision les potentiels d’action, mais il est délicat, long et limité à une cellule isolée à la fois.

• CellOPTIQ utilise un marqueur fluorescent dont l’intensité varie avec le potentiel membranaire, permettant l’enregistrement à haut débit des variations électriques de nombreuses cellules couplées.

Compléments

• CellOPTIQ ne détermine pas avec précision les valeurs absolues du potentiel membranaire, mais seulement ses variations.

• La fluorescence de CellOPTIQ permet d’analyser les cycles de contraction et les variations électriques concomitantes, ainsi que de rechercher des anomalies électriques et de tester des médicaments.

💡 Astuce mémo

Patch-clamp mesure précisément, CellOPTIQ observe en grand nombre.

📖 2. Contraction musculaire et dystrophine

🔑 Notions clés & Définitions

• Sarcomère : La petite unité contractile des cellules musculaires, où le déplacement des filaments d’actine produit la contraction.

★ À maîtriser

• Lors d’un infarctus du myocarde, la troponine est relarguée dans la circulation sanguine et son dosage aide au diagnostic ainsi qu’à l’évaluation pronostique de la gravité de l’infarctus.

• La dystrophine relie les filaments d’actine à la membrane de la cellule musculaire.

Compléments

• La troponine est une protéine associée aux filaments d’actine et régule la contraction musculaire en réponse au calcium.

• La myopathie de Duchenne est une maladie génétique due à des anomalies de la dystrophine et caractérisée par une atrophie musculaire progressive.

💡 Astuce mémo

Atteinte de la dystrophine → atrophie musculaire progressive.

📖 3. Protéasome et recyclage des protéines

★ À maîtriser

• Le protéasome est formé d’environ 30 protéines différentes et adopte une forme de canal.

• Le protéasome reconnaît les protéines portant une chaîne d’ubiquitines, les fait passer dans son canal et détache la chaîne d’ubiquitines, qui peut être réutilisée sur une autre protéine.

Compléments

• La dégradation des protéines par le protéasome produit des peptides qui sont ensuite découpés en acides aminés par des peptidases du cytosol.

• Les protéines mal repliées dans le réticulum endoplasmique peuvent être recyclées directement en acides aminés pour fabriquer de nouvelles protéines.

📖 4. Autophagie et équilibre cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Autophagie : La dégradation d’une partie du cytoplasme, comprenant sa fraction liquide, des complexes macromoléculaires et des organites.

★ À maîtriser

• L’autophagie contribue au renouvellement cellulaire, à l’équilibre entre synthèse et dégradation et à la fourniture de carburant pour la production d’énergie.

• L’autophagie est un phénomène physiologique continu qui augmente en période de stress, notamment lors du jeûne, d’une baisse d’oxygène, d’une infection ou de lésions cellulaires.

Compléments

• L’augmentation de l’autophagie en période de stress participe à la réparation des cellules.

📖 5. Voies de l’autophagie

★ À maîtriser

📌 La macro-autophagie route des éléments du cytoplasme vers le lysosome pour y être digérés, tandis que la micro-autophagie se déroule dans le lysosome par engloutissement d’une petite partie du cytoplasme.

• Dans l’autophagie médiée par les protéines chaperonnes, des protéines chaperonnes cytoplasmiques prennent en charge des protéines destinées au recyclage et les acheminent vers les lysosomes, où elles sont transformées en acides aminés.

Compléments

• La macro-autophagie assure le renouvellement cellulaire de base et augmente notamment lors du jeûne.

• Une macro-autophagie excessive peut être liée à la mort cellulaire.

📖 6. Structure et fonctions mitochondriales

★ À maîtriser

• La mitochondrie est un organite à double membrane, composé d’une membrane externe, d’un espace intermembranaire, d’une membrane interne repliée et d’une matrice.

• La mitochondrie fournit de l’énergie à la cellule, synthétise de l’ATP et joue un rôle dans la mort cellulaire.

• Le génome mitochondrial est distinct du génome nucléaire et code pour 10 à 100 protéines, alors que la mitochondrie contient environ 1 000 protéines dont la majorité est codée par le génome nucléaire.

Compléments

• La membrane externe mitochondriale contient des porines qui forment des canaux d’échange entre le cytosol et l’espace intermembranaire.

• L’espace intermembranaire contient des enzymes et une concentration en ions H+ supérieure à celle de la matrice.

• L’ADN mitochondrial est transmis par la mère, car le spermatozoïde pénètre dans l’ovule sans transmettre ses mitochondries.

• Des anomalies du génome mitochondrial peuvent entraîner une mauvaise production d’énergie et des anomalies musculaires.

📖 7. Respiration cellulaire et ATP

★ À maîtriser

• Lors de la respiration cellulaire, les produits de digestion arrivent dans le cytosol, les acides aminés et sucres sont convertis en pyruvate, les lipides en acides gras, puis ces produits sont dégradés dans la mitochondrie pour produire des électrons qui permettent de fabriquer de l’ATP.

• La chaîne respiratoire est un ensemble de protéines complexes situé sur la membrane interne de la mitochondrie, où les électrons sont transportés et les ions H+ passent de la matrice vers l’espace intermembranaire.

• Les ions H+ retournent dans la matrice par l’ATP synthase, qui ajoute un phosphate à l’ADP pour former de l’ATP.

• La respiration cellulaire utilise de l’oxygène et des nutriments et produit de l’ATP, de l’eau et du CO2.

Compléments

• Le cycle de Krebs oxyde l’acétyl-CoA issu notamment de la dégradation du pyruvate et des acides gras et produit du CO2 tout en transférant des électrons et de l’hydrogène à des coenzymes, le NAD+ et le FAD.

• La dégradation complète d’une molécule de glucose produit 36 ATP.

💡 Astuce mémo

Nutriments → Krebs → chaîne respiratoire → ATP.

📖 8. Apoptose : caractéristiques et signes

★ À maîtriser

📌 L’apoptose est une mort cellulaire programmée qui élimine des cellules indésirables, tandis que la nécrose correspond à un éclatement cellulaire.

• L’apoptose est physiologique au cours du développement embryonnaire et de la vie adulte, mais une apoptose excessive ou insuffisante peut être pathologique.

• Une cellule en apoptose se rétracte, condense sa chromatine et forme des corps apoptotiques tout en conservant l’intégrité de sa membrane.

Compléments

• Une apoptose excessive est associée notamment aux hépatites virales aiguës et à des maladies neurodégénératives telles qu’Alzheimer ou Parkinson, tandis qu’une apoptose insuffisante est associée au cancer.

• La phosphatidylsérine, normalement située sur la face interne de la membrane plasmique, apparaît sur la face externe lors de l’apoptose et permet de détecter les cellules apoptotiques.

• L’apoptose aboutit à la digestion de la cellule par les cellules voisines sans provoquer d’inflammation ni d’arrivée de globules blancs.

💡 Astuce mémo

Apoptose : membrane maintenue et absence d’inflammation, contrairement à la nécrose.

📖 9. Cascade moléculaire de l’apoptose

★ À maîtriser

• L’apoptose suit une cascade dans laquelle des signaux extérieurs déclenchent des changements mitochondriaux irréversibles, activent les caspases qui clivent des protéines intracellulaires, puis conduisent à la digestion de la cellule par les cellules voisines.

Compléments

• Les signaux déclencheurs peuvent être : des signaux chimiques pénétrant dans la cellule, un excès d’oxydants, une hausse de température, une irradiation par les UV

• Un ligand peut se lier à un récepteur transmembranaire de mort et déclencher des changements dans la cellule.

• Les caspases sont des protéases qui clivent des protéines intracellulaires, notamment des éléments du cytosquelette, mais pas l’ADN.

💡 Astuce mémo

Signal extérieur → mitochondrie → caspases → digestion cellulaire.

📊 Tableaux de synthèse

Patch-clamp et CellOPTIQ