Fiche de révision : Glycocalyx et organites cellulaires

📋 Plan du Cours

1. Diversité et organisation cellulaire
2. Origine et spécialisation des cellules
3. Structure de la membrane plasmique
4. Protéines et glycocalyx membranaires
5. Échanges à travers la membrane
6. Glycocalyx et transports membranaires
7. Organisation générale du noyau
8. Chromatine et empaquetage de l’ADN
9. Nucléole et synthèse ribosomale
10. Pores et échanges nucléaires
11. Mitochondries et énergie cellulaire
12. Peroxysomes et cytosquelette
13. Actine et dynamique des microfilaments
14. Protéines associées à l’actine
15. Organisation cellulaire de l’actine
16. Microtubules et dynamique de la tubuline
17. Organisation et moteurs des microtubules
18. Filaments intermédiaires et fonctions

📖 1. Diversité et organisation cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité fonctionnelle de l’organisme et pouvant, in vitro, vivre isolée et se reproduire.
• Organite : Compartiment cellulaire limité par une membrane, possédant une structure, une composition moléculaire et une fonction particulières.

★ À maîtriser

📌 Les cellules procaryotes ne possèdent pas de structure interne organisée ni de noyau individualisé, tandis que les cellules eucaryotes possèdent un noyau entouré d’une double membrane et des organites cytoplasmiques.

• Les bactéries procaryotes possèdent généralement un ADN circulaire lié à la membrane plasmique et se multiplient rapidement par scissiparité.

📌 Les virus ou cellules acaryotes possèdent un seul type d’acide nucléique, ADN ou ARN, et ne disposent pas de métabolisme propre, de sorte qu’ils ne se multiplient que dans un organisme hôte.

• 🔄 Le cycle cellulaire comprend successivement:
  1. Phase G1 de croissance
  2. Phase S de duplication des chromosomes
  3. Phase G2 de croissance
  4. Phase M comprenant la mitose et la cytokinésie

Compléments

• Dans de bonnes conditions de survie, une bactérie peut se diviser toutes les 20 minutes.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau, eucaryote avec noyau

📖 2. Origine et spécialisation des cellules

★ À maîtriser

📌 Chez les cellules eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme, tandis que chez les procaryotes la traduction commence dès la transcription de l’ARN.

• Les trois types de tissus musculaires sont:
  • Les tissus striés associés au squelette
  • Les tissus lisses localisés dans les viscères et les vaisseaux
  • Le tissu cardiaque présent dans le myocarde

Compléments

• Le passage des procaryotes aux eucaryotes pourrait avoir eu lieu il y a 1,5 milliard d’années à partir d’un procaryote ancestral.

• Les cellules pluricellulaires humaines comprennent plus de 200 types cellulaires, organisés notamment en épithéliums, tissus nerveux, musculaires et sanguins.

💡 Astuce mémo

Intégration de bactéries aérobies → apparition des mitochondries eucaryotes

📖 3. Structure de la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Barrière de protection qui entoure toutes les cellules, maintient leur forme, régule les échanges et reçoit puis transmet des informations provenant de l’environnement.

★ À maîtriser

• Les membranes biologiques sont constituées de lipides organisés en une double couche fluide et contiennent des macromolécules protéiques ou glycoprotéiques essentielles aux échanges avec le milieu extérieur.

📌 Les phospholipides, les glycolipides et le cholestérol sont des molécules amphiphiles possédant une extrémité hydrophile et une extrémité hydrophobe.

• Les cinq phospholipides majeurs sont:
  • La phosphatidylcholine
  • La phosphatidyléthanolamine
  • La phosphatidylsérine
  • Le phosphatidylinositol
  • La sphingomyéline

📌 Dans une bicouche lipidique, les chaînes courtes et les doubles liaisons augmentent la fluidité, l’élévation de la température augmente la fluidité, tandis que le cholestérol diminue la fluidité et la perméabilité aux petites molécules hydrosolubles.

Compléments

• Les lipides constituent environ 50% de la masse de la plupart des membranes des cellules animales, tandis que le cholestérol représente environ 20% des membranes plasmiques animales.

💡 Astuce mémo

Une bicouche lipidique comme un sandwich fluide, avec les têtes vers l’eau

📖 4. Protéines et glycocalyx membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycocalyx : Zone périphérique riche en glucides, formée de chaînes saccharidiques liées à des protéines ou à des lipides membranaires sur la surface externe des cellules eucaryotes.

★ À maîtriser

📌 Les protéines intrinsèques sont fortement ancrées dans la membrane et ne peuvent être détachées que par des détergents ou des solvants organiques, tandis que les protéines extrinsèques sont fixées à la surface par des liaisons ioniques et se dissocient avec des solutions salines.

• La majorité des protéines membranaires sont glycosylées et leurs chaînes oligosaccharidiques sont toujours situées sur la face extracellulaire de la membrane plasmique.

📌 Les protéines membranaires diffusent latéralement et tournent autour d’un axe perpendiculaire au plan de la membrane, mais ne basculent pas spontanément d’une monocouche à l’autre.

📌 Le glycocalyx protège la cellule contre les agressions mécaniques et chimiques et peut participer à l’adhésion intercellulaire.

Compléments

• La membrane du globule rouge contient 15 protéines majeures, dont la spectrine, la glycophorine et la bande 3 représentent 60% en poids des protéines membranaires.

💡 Astuce mémo

Intrinsèques ancrées dans la membrane, extrinsèques fixées à sa surface

📖 5. Échanges à travers la membrane

📝 Points essentiels

📌 Les bicouches lipidiques sont imperméables aux molécules chargées, y compris les ions, mais l’eau diffuse rapidement car elle est petite et non chargée.

📌 La vitesse de diffusion d’une molécule à travers une bicouche lipidique dépend notamment de sa taille, de sa solubilité dans les graisses et de l’existence d’une charge.

📖 6. Glycocalyx et transports membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycocalyx : Zone périphérique riche en glucides, dont les chaînes saccharidiques sont liées covalemment aux protéines membranaires ou aux lipides, formant respectivement des glycoprotéines et des glycolipides.

★ À maîtriser

📌 Le glycocalyx protège la cellule contre les agressions mécaniques et chimiques, notamment les protéines membranaires contre la dégradation protéolytique par les protéases environnantes.

📌 La pinocytose concerne tous les types cellulaires pour l’internalisation de macromolécules, tandis que la phagocytose est limitée à certains types cellulaires et concerne de grosses particules.

• 🔄 L’endocytose consiste à: invaginer la membrane plasmique, pincer cette invagination, former une vésicule intracellulaire contenant les macromolécules

• L’exocytose exporte des macromolécules lorsque la membrane d’une vésicule fusionne avec la membrane plasmique et libère son contenu dans le milieu extracellulaire.

Compléments

• La présence des glucides membranaires peut être mise en évidence par des lectines, notamment la concanavaline A qui reconnaît l’α-D-glucose et l’α-D-mannose, ainsi que la lectine de germe de blé qui reconnaît la N-acétylglucosamine.

💡 Astuce mémo

Endocytose : extérieur → intérieur ; exocytose : intérieur → extérieur

📖 7. Organisation générale du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Enveloppe nucléaire : Délimite le noyau et est interrompue par des pores nucléaires qui permettent les échanges nucléo-cytoplasmiques.

★ À maîtriser

• Le noyau est le centre organisateur de la cellule et contient plus de 99 % de l’ADN cellulaire.

• La réplication de l’ADN a lieu pendant la phase S de l’interphase, tandis que la transcription, la réparation de l’ADN et les échanges nucléo-cytoplasmiques cessent après le début de la mitose.

• Le nucléole est une région nucléaire spécialisée dans laquelle sont synthétisées les sous-unités ribosomales et qui n’est pas limitée par une membrane.

Compléments

• Le noyau mesure environ 5 à 6 μm de diamètre, mais sa taille dépend du stade de différenciation et il est plus volumineux dans les cellules immatures telles que les myéloblastes et les neuroblastes.

💡 Astuce mémo

Un noyau enveloppé, percé de pores, contenant nucléoplasme et nucléole

📖 8. Chromatine et empaquetage de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatine : Complexe formé par l’ADN et les protéines histones et non histones qui lui sont associées.
• Nucléosome : Unité d’empaquetage de l’ADN constituée de deux tours d’ADN, soit 147 paires de nucléotides, enroulés autour d’un octamère d’histones nucléosomiques, avec une histone H1 qui verrouille l’ensemble.

★ À maîtriser

• Une cellule humaine diploïde contient 6 milliards de paires de nucléotides réparties sur 46 chromosomes, dont 44 autosomes et 2 chromosomes sexuels.

• L’ADN est compacté environ 10 000 fois dans le noyau grâce aux histones et aux protéines chromosomiques non histones.

📌 L’hétérochromatine est très condensée, préférentiellement périphérique et peu ou pas transcriptionnellement active, tandis que l’euchromatine est moins condensée et peut être transcriptionnellement active.

Compléments

• Une cellule humaine haploïde contient 3 milliards de paires de nucléotides réparties sur 23 chromosomes, comme les ovules et les spermatozoïdes.

💡 Astuce mémo

ADN → nucléosome → fibre de 30 nm → boucles chromatiniennes

📖 9. Nucléole et synthèse ribosomale

🔑 Notions clés & Définitions

• Ribosome : Le ribosome est l’outil de traduction des ARNm en protéines et comprend une grande sous-unité 60S et une petite sous-unité 40S.

★ À maîtriser

• Dans le nucléole, l’ARNr 45S est transcrit par l’ARN polymérase I puis modifié et clivé en ARNr 28S, 5,8S et 18S.

Compléments

• Chez l’être humain, le gène de l’ARNr 45S possède 200 copies par génome haploïde, réparties sur les chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22.

• L’ARNr 5S est codé par environ 2000 copies de gènes disposés en tandem sur le chromosome 1, transcrits par l’ARN polymérase III hors du nucléole.

💡 Astuce mémo

45S → 28S + 5,8S + 18S → sous-unités ribosomales

📖 10. Pores et échanges nucléaires

★ À maîtriser

• Un noyau de cellule eucaryote possède environ 3000 à 4000 pores nucléaires, qui assurent une circulation bidirectionnelle continue entre le cytosol et le noyau.

📌 Les ions, métabolites et protéines de moins de 60 000 daltons traversent passivement le pore nucléaire, tandis que les macromolécules et particules plus grandes utilisent un transport actif et saturable.

• Lors de l’importation nucléaire, l’importine reconnaît le signal NLS, accompagne la cargaison à travers le pore, puis Ran-GTP libère la cargaison dans le noyau et est hydrolysée en Ran-GDP dans le cytoplasme.

• Lors de l’exportation nucléaire, l’exportine et Ran-GTP reconnaissent la cargaison portant un signal NES, puis l’hydrolyse de Ran-GTP dans le cytoplasme libère la protéine et permet le recyclage du récepteur.

Compléments

• Le complexe du pore nucléaire possède une symétrie octogonale, un diamètre externe de 120 nm, une épaisseur de 100 nm et un canal ajustable de 40 à 60 nm de diamètre.

💡 Astuce mémo

NLS/NES reconnus → Ran dirige l’import ou l’export

📖 11. Mitochondries et énergie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite des cellules eucaryotes dont la fonction essentielle est de produire de l’ATP par phosphorylation oxydative en utilisant l’oxygène pour oxyder des glucides et des lipides.

★ À maîtriser

• Une molécule de glucose produit 36 molécules d’ATP dans la mitochondrie, tandis que la glycolyse cytosolique produit 2 ATP par molécule de glucose sans consommer d’oxygène.

• La mitochondrie comprend:

  • une membrane externe
  • une membrane interne formant des crêtes
  • un espace intermembranaire
  • une matrice
  • des ribosomes
  • un génome propre

• La chaîne respiratoire crée un gradient de protons entre l’espace intermembranaire et la matrice, puis le passage des protons à travers l’ATP synthase permet la phosphorylation de l’ADP en ATP.

• Le génome mitochondrial humain est un ADN double brin circulaire de 16 500 paires de bases, transmis uniquement par la mère.

📌 L’apoptose est une mort cellulaire physiologique qui nécessite de l’ATP, tandis que la nécrose est une mort cellulaire accidentelle qui n’en nécessite pas.

Compléments

• Les mitochondries mesurent en moyenne 0,5 à 1,5 μm de diamètre et sont présentes à environ 1000 à 2000 exemplaires par cellule, sauf dans les globules rouges.

💡 Astuce mémo

Gradient de protons → rotation de l’ATP synthase → ATP

📖 12. Peroxysomes et cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Peroxysome : Organite eucaryote à membrane simple qui oxyde des métabolites et élimine le peroxyde d’hydrogène et les espèces réactives de l’oxygène.
• Cytosquelette : Réseau dynamique de filaments protéiques qui détermine la forme, la résistance mécanique et la polarité cellulaires, répartit les organites et permet les mouvements cellulaires.

★ À maîtriser

• Les oxydases assurent notamment: la β-oxydation des acides gras à très longues chaînes supérieures à C22, la synthèse du cholestérol, la synthèse des acides biliaires

📌 La catalase, enzyme peroxysomale abondante, dégrade le H₂O₂ et participe notamment à la transformation de l’éthanol en acétaldéhyde.

• Les trois types de filaments sont:
  • les filaments intermédiaires
  • les microtubules
  • les filaments d’actine

Compléments

• Les peroxysomes mesurent 0,1 à 1 μm de diamètre, représentent environ 1 % du volume cellulaire et ne contiennent ni ADN ni ribosomes.

• Les protéines peroxysomales sont synthétisées sur des polysomes cytosoliques libres puis adressées aux peroxysomes directement ou en transitant par le réticulum endoplasmique.

💡 Astuce mémo

Peroxysome : oxyde et élimine H₂O₂ ; cytosquelette : organise et mobilise la cellule

📖 13. Actine et dynamique des microfilaments

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine F : ou microfilament, est un polymère d’actine G formé de deux protofilaments associés en double hélice et mesurant 5 à 10 nm de diamètre.

★ À maîtriser

• L’actine G est une protéine globulaire d’environ 42 kDa qui fixe l’ATP et possède des sites de liaison à d’autres molécules d’actine et à d’autres protéines.

📌 Les filaments d’actine sont polarisés avec une extrémité (+), dite barbed, et une extrémité (-), l’actine G s’ajoutant beaucoup plus rapidement à l’extrémité (+).

• L’ATP fixé à l’actine est progressivement hydrolysé en ADP après l’incorporation au filament, ce qui diminue l’affinité entre actines et favorise la libération d’actine-ADP à l’extrémité (-), puis l’ADP est échangé contre de l’ATP avant une nouvelle incorporation à l’extrémité (+).

Compléments

• Chez les mammifères, il existe au moins six isoformes d’actine G réparties en actines α majoritaires dans les cellules musculaires et actines β et γ majoritaires dans les cellules non musculaires.

💡 Astuce mémo

Actine G libre versus actine F polymérisée, avec croissance préférentielle au pôle +

📖 14. Protéines associées à l’actine

★ À maîtriser

📌 La thymosine inhibe la polymérisation en se liant aux monomères d’actine-ATP, tandis que la profiline favorise l’échange de l’ADP contre l’ATP et stimule la polymérisation.

• Les formines nucléent les filaments d’actine en se fixant à deux monomères d’actine G puis restent attachées à l’extrémité (+) sans empêcher l’ajout de nouvelles actines.

• Le complexe Arp2/3 comprend sept sous-unités, reconnaît l’actine G et initie latéralement une nouvelle branche d’actine F à un angle de 70°.

📌 La fimbrine forme des faisceaux serrés où la myosine ne peut pas s’insérer, tandis que l’α-actinine forme des faisceaux larges permettant l’insertion de la myosine et la contraction.

Compléments

• La gelsoline fragmente les filaments d’actine lorsque le calcium cytosolique augmente, puis bloque l’extrémité (+) nouvellement exposée.

• La tropomyosine stabilise l’actine en se fixant à sept monomères adjacents et en empêchant l’interaction avec d’autres protéines.

💡 Astuce mémo

Thymosine bloque, profiline recharge, formines et Arp2/3 nucléent

📖 15. Organisation cellulaire de l’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Cortex cellulaire : réseau dense de filaments d’actine situé sous la membrane plasmique des cellules animales non musculaires.
• Microvillosités : expansions stables et non contractiles de la membrane plasmique en forme de doigt de gant qui augmentent la surface d’échange avec le milieu extracellulaire.

★ À maîtriser

• Le cortex cellulaire soutient la membrane, peut se contracter grâce à la myosine II et peut se dissoudre grâce à la gelsoline, ce qui permet localement aux vésicules d’approcher la membrane lors de l’exocytose.

• Les lamellipodes génèrent des points d’adhésion au support puis tirent le reste de la cellule vers ces points en créant une tension du cortex, ce qui contribue au mouvement cellulaire.

📌 Les fibres de stress sont des faisceaux temporaires de filaments d’actine de polarités opposées, reliés par l’α-actinine et ancrés aux plaques d’adhésion ou au réseau périnucléaire.

• L’anneau contractile se forme pendant la mitose sous la membrane plasmique et sa contraction provoque la constriction médiane séparant la cellule en deux cellules filles.

Compléments

• Dans l’épithélium intestinal, les microvillosités mesurent environ 1 μm de longueur et 0,1 μm de diamètre.

• Les filopodes contiennent 15 à 20 filaments d’actine orientés avec leur extrémité (+) vers l’extérieur et mesurent 5 à 200 μm de long pour 0,1 μm de diamètre.

💡 Astuce mémo

Cortex, microvillosités, protrusions, fibres de stress, anneau contractile

📖 16. Microtubules et dynamique de la tubuline

🔑 Notions clés & Définitions

• Microtubules : cylindres creux de 25 nm de diamètre extérieur formés de 13 protofilaments de tubuline αβ orientés dans la même direction.

📝 Points essentiels

• La tubuline existe sous forme d’hétérodimère αβ et la tubuline α fixe du GTP, tandis que la tubuline β fixe du GTP ou du GDP et possède une activité GTPasique.

• Un hétérodimère αβ associé au GTP s’ajoute préférentiellement à l’extrémité (+) sans hydrolyse préalable, puis le GTP de la tubuline β est progressivement hydrolysé en GDP.

• La nucléation et la stabilisation des microtubules sont facilitées par l’interaction de leur extrémité (-) avec le centrosome, tandis que leur dynamique cellulaire dépend principalement de l’extrémité (+).

📌 Le Taxol se fixe latéralement aux microtubules et fige leur structure, tandis que la colchicine, la vinblastine, la vincristine et le nocodazole neutralisent la tubuline libre et provoquent une dépolymérisation.

💡 Astuce mémo

Tubuline α-GTP stable dans l’hétérodimère, tubuline β-GTP puis β-GDP dynamique

📖 17. Organisation et moteurs des microtubules

🔑 Notions clés & Définitions

• Centrosome : centre organisateur des microtubules contenant une paire de centrioles perpendiculaires plongés dans un matériel protéique péricentriolaire où s’ancrent les microtubules.

★ À maîtriser

• Pendant la phase S, un centriole fille apparaît à la base de chaque centriole mère et s’allonge à angle droit, puis les deux centrosomes maturent et forment les pôles du fuseau mitotique.

📌 Les kinésines se déplacent généralement vers l’extrémité (+) des microtubules, tandis que les dynéines cytoplasmiques transportent les organites de la périphérie vers le centre, vers l’extrémité (-).

📌 Les cils déplacent les éléments présents dans la cavité bordée par une cellule, tandis que les flagelles, plus longs et d’organisation comparable, propulsent notamment les spermatozoïdes.

Compléments

• Un centriole est une structure cylindrique d’environ 0,2 μm de diamètre et 0,4 μm de longueur constituée de neuf triplets de microtubules.

• Les dynéines axonémales permettent le glissement des microtubules dans les cils et les flagelles.

💡 Astuce mémo

Centrosome → microtubules → moteurs → transport ou fuseau

📖 18. Filaments intermédiaires et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Filaments intermédiaires : filaments ubiquitaires et non polarisés qui fournissent principalement une force mécanique à la cellule et à son noyau.

★ À maîtriser

• Les sous-unités des filaments intermédiaires forment des dimères, puis des tétramères tête-bêche non polarisés qui s’associent en structures organisées comme une corde.

📌 Les cytokératines forment toujours des hétéropolymères associant en nombre égal des sous-unités acides de type I et neutres ou basiques de type II.

📌 Les desmosomes relient les cellules épithéliales adjacentes par leurs filaments intermédiaires, tandis que les hémi-desmosomes fixent le pôle basal de l’épithélium à la lame basale.

• Les lamines A/C et B forment une lamina nucléaire de 20 à 50 nm d’épaisseur qui détermine la forme du noyau interphasique et interagit avec la chromatine.

• La phosphorylation des lamines provoque la désintégration de la lamina nucléaire lors de l’entrée en mitose.

Compléments

• Chez l’homme, les cellules épithéliales expriment 17 cytokératines de type I et 20 cytokératines de type II.

• Les neurofilaments NF-L, NF-M et NF-H polymérisent entre eux dans les axones et contribuent au maintien de leur diamètre.

• Les laminopathies citées comprennent: dystrophies musculaires, neuropathie de Charcot-Marie-Tooth, lipodystrophies, syndromes de vieillissement précoce comme la progéria

💡 Astuce mémo

Une corde résistante relie le noyau, les jonctions et la membrane

📊 Tableaux de synthèse

Types de cellules

Comparaison des transports cellulaires