Fiche de révision : Membrane et compartiments cellulaires

📋 Plan du Cours

1. Transports vésiculaires membranaires
2. Échanges transmembranaires et transporteurs
3. Manteau cellulaire et hyaloplasme
4. Noyau et matériel génétique
5. Réticulum endoplasmique rugueux
6. Réticulum endoplasmique lisse
7. Organisation et trafic golgiens
8. Fonctions du réticulum lisse
9. Lysosomes et digestion cellulaire
10. Mitochondries et production d’ATP
11. Cytosquelette et mouvements cellulaires

📖 1. Transports vésiculaires membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Transports cytotiques : Internalisation ou expulsion de molécules emballées dans une membrane, sans contact direct avec le cytoplasme.

★ À maîtriser

📌 La phagocytose internalise de gros complexes, comme des bactéries ou des débris cellulaires, dans des phagosomes, tandis que la pinocytose internalise de petites molécules dans des vésicules recouvertes ou non de clathrines.

📌 La pinocytose non spécifique prélève les molécules en proportion de leur concentration extérieure, tandis que la pinocytose spécifique repose sur la reconnaissance des molécules par des récepteurs protéiques.

• 🔄 L’endocytose spécifique se déroule en trois étapes :
  1. Concentration et fixation du ligand aux récepteurs dans des puits recouverts
  2. Déstabilisation et enfoncement de la membrane sous l’action des clathrines
  3. Détachement et internalisation de la vésicule avec consommation d’ATP

📌 Lors de la transcytose, les vésicules traversent la cellule, tandis que lors de l’exocytose, des vésicules issues des systèmes membranaires internes, notamment de l’appareil de Golgi, fusionnent avec la membrane plasmique.

Compléments

• Chez le macrophage, 100 % de la membrane plasmique est internalisée en 30 minutes.

• La phagocytose fait intervenir les filaments d’actine du complexe modulateur.

• Les récepteurs endocytés sont recyclés grâce à leur fusion avec une vésicule de découplage.

• Certains phagosomes et endosomes fusionnent avec des lysosomes, dont les enzymes digèrent leur contenu.

📌 L’exocytose constitutive relève du métabolisme de routine, tandis que l’exocytose contrôlée répond à un signal, souvent hormonal.

• Des protéines fusogènes de la membrane plasmique assurent la fusion des vésicules avec celle-ci, bien que les membranes tendent à se repousser.

• L’endocytose contribue à la nutrition et au stockage cellulaires ainsi qu’à la défense de l’organisme, tandis que l’exocytose permet les sécrétions cellulaires, notamment l’émission de signaux.

💡 Astuce mémo

Endocytose : entrée ; exocytose : sortie

📖 2. Échanges transmembranaires et transporteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Déplacement de l’eau à travers une membrane perméable à l’eau, des milieux les moins concentrés vers les milieux les plus concentrés.
• Diffusion : Passage passif des solutés des milieux les plus concentrés vers les milieux les moins concentrés.
• Perméation : Transport transmembranaire par lequel la membrane plasmique règle les échanges d’eau et de solutés avec le milieu extracellulaire.

★ À maîtriser

📌 Un uniport reconnaît un seul type de substrat, tandis qu’un cotransport déplace deux molécules simultanément, soit dans le même sens (synport), soit en sens inverse (antiport).

📌 La diffusion facilitée ne consomme pas d’énergie et suit un gradient électrochimique, tandis que le transport actif utilise de l’ATP.

• La pompe Na+/K+ maintient des gradients où le Na+ est fortement concentré dans le milieu extracellulaire et le K+ dans le milieu intracellulaire, gradients associés au potentiel de repos membranaire.

• Le transport actif assure : le maintien du pH et de la composition ionique, le maintien des concentrations en glucose, acides aminés et acides gras, le rejet des substances toxiques hors de la cellule

Compléments

• Selon le milieu, les cellules peuvent se trouver en plasmolyse ou en turgescence, ce qui constitue un point de vigilance pour les perfusions.

• Le CO2, l’O2, l’éthanol et l’urée traversent facilement la membrane plasmique :

  • Le CO2
  • l’O2
  • l’éthanol
  • l’urée

• Les transporteurs sont des protéines transmembranaires pouvant être des protéines tunnel ou des enzymes appelées perméases.

• Le transport par perméases atteint son taux maximal lorsque toutes les perméases sont occupées : le transport est alors saturé.

• En diffusion facilitée, le transporteur accélère le transport sans fournir lui-même d’énergie.

• Le transport actif peut mobiliser :

  • des pompes ioniques
  • des pompes à glucose
  • des pompes à acides aminés

• La pompe Na+/K+ fonctionne comme un antiport grâce à un complexe protéique membranaire contenant une ATPase, qui nécessite de l’ATP et du Mg2+.

📌 Les poisons métaboliques tels que le cyanure bloquent la synthèse d’ATP et empêchent ainsi le fonctionnement des pompes de transport actif.

💡 Astuce mémo

Diffusion selon le gradient ; transport actif avec ATP

📖 3. Manteau cellulaire et hyaloplasme

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytoplasme : Constitué de l’hyaloplasme et des organites.
• Hyaloplasme : Gel hydraté composé de 85 % d’eau, dont l’état fluide est appelé cytosol et l’état visqueux cytogel.

★ À maîtriser

• Le manteau cellulaire protège la membrane plasmique en jouant un rôle tampon contre les variations brutales du milieu extracellulaire et certaines enzymes.

• Le manteau cellulaire assure une reconnaissance cellulaire spécifique et confère une identité aux cellules.

• L’hyaloplasme est le lieu des principales réactions biochimiques de la cellule et sert de support dynamique aux organites cytoplasmiques.

Compléments

• Le manteau cellulaire contrôle la perméabilité en sélectionnant les molécules qui doivent pénétrer dans la cellule.

• La richesse du manteau cellulaire en ions Ca2+ contribue à l’adhésivité cellulaire.

• Les altérations du manteau cellulaire sont associées : à la non-reconnaissance des hormones, à la fixation de certains virus comme celui de la grippe, aux groupes sanguins et au système immunitaire (CMH–HLA), à la perte d’inhibition de contact dans le cancer, qui permet aux mitoses de continuer malgré le contact entre cellules

• Le pH de l’hyaloplasme est proche de 7 et il contient de nombreuses protéines, représentant 25 à 50 % de sa composition.

• Les microfilaments et les microtubules du cytosquelette contribuent à la forme et aux mouvements cellulaires.

📖 4. Noyau et matériel génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Diploïdie : Cellule dont les chromosomes sont rangés par paires.

★ À maîtriser

• Toutes les cellules eucaryotes possèdent un noyau, sauf les globules rouges et les fibres du cristallin, qui le perdent après différenciation.

• L’enveloppe nucléaire comprend deux membranes séparées par une citerne périnucléaire en communication avec les citernes du réticulum.

• L’enveloppe nucléaire délimite le nucléoplasme, où baignent la chromatine et les nucléoles.

📌 L’hétérochromatine est dense, tandis que l’euchromatine est diffuse ; la chromatine contient de l’ADN, de l’ARN et des protéines.

• Chaque noyau, sauf celui des gamètes, contient 23 paires de chromosomes monochromatidiens, soit 46 fibres chromatiniennes, 46 chromatides ou 46 molécules d’ADN.

• La quantité d’ADN double pendant la phase S de l’interphase, avant la division cellulaire.

Compléments

• Le noyau est généralement sphérique ou ovoïde, mais peut être bilobé chez les polynucléaires éosinophiles ou polylobé chez certains globules blancs.

• Les ostéoclastes et les cellules cancéreuses peuvent posséder plusieurs noyaux.

• La membrane externe de l’enveloppe nucléaire est associée à des ribosomes, tandis que la membrane interne est associée à la lamina.

• Les deux membranes de l’enveloppe nucléaire fusionnent au niveau des nombreux pores nucléaires.

• Les nucléoles sont constitués de chromatine dense et ne sont pas clairement isolés dans le noyau.

• Les histones représentent 30 % des protéines nucléaires et l’ADN s’enroule autour d’elles en une structure en collier de perles.

• Les protéines non histones représentent 70 % des protéines nucléaires.

💡 Astuce mémo

L’ADN s’enroule autour des histones comme un fil autour de perles

📖 5. Réticulum endoplasmique rugueux

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique : Ensemble de structures membranaires interconnectées.

★ À maîtriser

• Le RER est bordé extérieurement de ribosomes associés en polysomes, qui permettent la synthèse des protéines.

Compléments

📌 Le réticulum endoplasmique granulaire, ou REG, correspond au réticulum endoplasmique rugueux, ou RER.

• Le réticulum endoplasmique est une structure dynamique dont les connexions entre les différentes cavités ne sont pas permanentes.

📖 6. Réticulum endoplasmique lisse

★ À maîtriser

📌 Le réticulum endoplasmique lisse (REL), contrairement au REG, ne porte pas de ribosomes.

• Le REL intervient dans la synthèse des lipides et le stockage des ions Ca2+.

Compléments

• La quantité de réticulum endoplasmique granulaire (REG) dépend de l’activité cellulaire.

📖 7. Organisation et trafic golgiens

★ À maîtriser

• L’appareil de Golgi comprend l’ensemble des dictyosomes de la cellule, dont le nombre varie de 6 à 10 selon l’activité cellulaire.

📌 La face CIS du dictyosome est une face de formation, tandis que sa face TRANS est une face de maturation.

• Le trafic entre le RER et l’appareil de Golgi suit une séquence : les vésicules de transition issues du RER rejoignent les saccules par la face CIS, puis les saccules remplacés bourgeonnent à la face TRANS sous forme de vésicules de sécrétion ou de lysosomes.

• L’appareil de Golgi participe à la synthèse des protéines de sécrétion, des protéines membranaires et des enzymes lysosomales.

Compléments

• Un dictyosome est un empilement de 4 à 10 saccules.

• La mise en relation entre le RER et l’appareil de Golgi a été mise en évidence par autoradiographie.

• Les protéines de sécrétion sont synthétisées par les polysomes de la face hyaloplasmique du REG, passent dans ses citernes où elles peuvent être glycosylées, rejoignent les dictyosomes, sont rassemblées en vésicules de sécrétion puis gagnent la membrane plasmique pour être libérées par exocytose.

• La séquence signal des protéines de sécrétion est reconnue par un complexe ribonucléoprotéique cytosolique (PRS), qui se lie à un récepteur de la membrane du REG et permet l’adressage de la protéine vers le REG.

📌 Les protéines membranaires intrinsèques s’enfoncent dans le RER puis se fixent en cours de route dans sa membrane, tandis que les protéines extrinsèques et lysosomales sont synthétisées comme les protéines de sécrétion.

• Dans le Golgi, les protéines subissent une glycosylation et une maturation, qui peut comprendre le retrait de certains sucres ou l’ajout de groupes phosphate.

💡 Astuce mémo

CIS reçoit et forme ; TRANS mûrit et expédie.

📖 8. Fonctions du réticulum lisse

★ À maîtriser

• Le REL intervient dans le métabolisme des substances lipidiques, notamment leur synthèse, leur dégradation et leur transport.

Compléments

• Le REL assure la synthèse des phospholipides membranaires et du cholestérol, lequel peut servir à la synthèse des hormones stéroïdes.

• Dans les cellules intestinales, le REL transforme par pinocytose les monoglycérides et acides gras absorbés du suc intestinal en triglycérides, ensuite libérés dans la lymphe par exocytose.

• Dans les hépatocytes, le REL participe au métabolisme des drogues et des médicaments.

📖 9. Lysosomes et digestion cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome : Organite vésiculaire de petite taille, limité par une membrane et issu des saccules des dictyosomes, plus rarement directement du RER.

★ À maîtriser

• Les hydrolases lysosomales comprennent :
  • nucléases
  • phosphatases
  • protéases
  • lipases
  • glucidases

• Les lysosomes primaires contiennent des proenzymes inactives, qui deviennent fonctionnelles lors de la fusion avec une autre vésicule ; après digestion, le lysosome secondaire contient les produits non utilisables et peut devenir un corps résiduel.

• Les lysosomes dégradent les produits ingérés par endocytose ou phagocytose et participent à l’autophagie des organites vieillissants.

Compléments

• Les peroxysomes sont des organites distincts des lysosomes, contenant notamment des oxydases et de la catalase ; ils participent à la détoxification des espèces réactives de l’oxygène.

📌 L’accumulation de trop nombreux corps résiduels dans une cellule est associée à sa dégénérescence.

• Les lysosomes assurent normalement la digestion des produits nutritifs ingérés, ainsi que la dégradation ou le stockage des déchets métaboliques et la destruction des vieux organites.

• Les activités lysosomales particulières concernent les macrophages, les cellules du tube contourné du rein, les cellules des glandes endocrines et les spermatozoïdes, ainsi que l’autophagie lors de processus d’histolyse comme le développement embryonnaire, la métamorphose et les cycles sexuels.

• La rupture des membranes lysosomales est associée à la silicose pulmonaire, à la goutte articulaire et aux streptococcies par libération d’agents pathogènes.

📌 Les vitamines A, K, D et E ainsi que les hormones stéroïdes déstabilisent les membranes lysosomales, tandis que la cortisone et l’hydrocortisone les stabilisent.

💡 Astuce mémo

Primaire inactif → fusion et activation → secondaire digestif → corps résiduel.

📖 10. Mitochondries et production d’ATP

★ À maîtriser

• Les mitochondries sont le lieu de synthèse de l’ATP et assurent la transformation et le stockage de l’énergie cellulaire.

• La glycolyse se déroule dans le cytoplasme et produit, à partir du glucose, deux pyruvates et 2 ATP.

• Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice mitochondriale en milieu aérobie et produit 2 ATP.

• La chaîne respiratoire se déroule sur la membrane mitochondriale interne en milieu aérobie et produit 32 ATP.

Compléments

• L’ensemble des mitochondries d’une cellule constitue le chondriome.

• Le nombre de mitochondries et le nombre de leurs crêtes peuvent varier selon l’état d’activité cellulaire, et les mitochondries proviennent de la division d’autres mitochondries.

• Cette hypothèse est étayée par : des mécanismes de synthèse protéique similaires, l’absence de cholestérol dans la membrane interne, un ADN circulaire non lié à des histones, la localisation membranaire des enzymes de la chaîne respiratoire

📌 Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes car ils transforment le carbone minéral en carbone organique par photosynthèse grâce à l’énergie solaire, tandis que les humains sont hétérotrophes et tirent leur matière organique et leur énergie directement ou indirectement de matière organique d’origine végétale.

📌 En milieu anaérobie, les deux étapes mitochondriales de production d’ATP sont bloquées, seule la glycolyse se déroule et les transporteurs d’électrons sont recyclés par la fermentation lactique.

📖 11. Cytosquelette et mouvements cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Charpente intrahyaloplasmique formée de microstructures protéiques, solidaires de la membrane plasmique, des organites cytoplasmiques et de l’enveloppe nucléaire.

★ À maîtriser

• Les microtubules sont de petits cylindres creux assemblés en faisceaux qui rayonnent depuis le centrosome, ou centre organisateur des microtubules (MTOC), où se trouvent aussi les centrioles.

• Le cytosquelette participe aux mouvements cellulaires, aux mouvements intracellulaires des organites et aux déplacements de la cellule, tout en permettant des changements rapides de sa forme.

Compléments

• Les microtubules sont formés de protofilaments eux-mêmes constitués de tubuline et se renouvellent continuellement.

• Le cytosquelette comprend également des microfilaments d’actine et de myosine.

• En phase G1, les deux centrioles disposés perpendiculairement forment un diplosome.

• Chaque centriole est formé de 9 groupes de 3 microtubules, appelés triplets.

• Les cils et les flagelles possèdent des structures proches de celles des centrioles, et chacun est ancré à sa base par un corpuscule basal.