Fiche de révision : Biologie cellulaire et animale

📋 Plan du Cours

1. Objectifs de la biologie cellulaire
2. Organisation du polycopié
3. Organisation et classification bactériennes
4. Structure de la cellule bactérienne
5. Métabolisme et transmission bactérienne
6. Archées et rôles biologiques
7. Structure et cycles viraux
8. Protozoaires et fonctions essentielles
9. Paramécie et conjugaison
10. Organisation générale des métazoaires
11. Structures et fonctions animales
12. Structure de la membrane plasmique
13. Propriétés et transports membranaires
14. Organisation du noyau interphasique
15. Ribosome et traduction
16. Réticulum et appareil de Golgi
17. Structure et fonctions mitochondriales
18. Organisation du cytosquelette

📖 1. Objectifs de la biologie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Biologie cellulaire : Étude de l’organisation et du fonctionnement de la cellule, unité de base de tous les êtres vivants.

📝 Points essentiels

• Le polycopié vise à aider les étudiants à acquérir les connaissances essentielles en biologie cellulaire et à comprendre les mécanismes biologiques assurant le fonctionnement de la cellule.

💡 Astuce mémo

Étudier l’organisation et le fonctionnement cellulaire → comprendre les mécanismes biologiques

📖 2. Organisation du polycopié

★ À maîtriser

• Le cours aborde des micro-organismes tels que les bactéries, les virus et les protozoaires, ainsi que des organismes comme la paramécie et les métazoaires.

• Le cours traite notamment de la membrane plasmique, du noyau, des ribosomes, du réticulum endoplasmique, de l’appareil de Golgi, de la matrice extracellulaire et du cytosquelette.

Compléments

• Le polycopié est destiné principalement aux étudiants de première année de pharmacie dans le cadre du Programme National du Docteur en Pharmacie.

📖 3. Organisation et classification bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Bactéries : Micro-organismes unicellulaires procaryotes, généralement dépourvus de noyau et d'organites membranaires, mesurant typiquement entre 0,2 et 5 micromètres de diamètre.
• Biologie cellulaire : Étude de la structure, de la fonction, des processus et des interactions des cellules au sein des organismes vivants.

★ À maîtriser

📌 Les procaryotes, qui comprennent les bactéries et les archées, sont dépourvus de noyau et d'organites délimités par une membrane, tandis que les eucaryotes possèdent un noyau et des organites membranaires.

• La classification morphologique distingue:
  • les cocci sphériques
  • les bacilles en bâtonnet
  • les spirilles spiralés
  • les vibrions en forme de virgule

Compléments

• Les quatre principaux phylums bactériens cités sont:
  • Proteobacteria
  • Firmicutes
  • Actinobacteria
  • Bacteroidetes

💡 Astuce mémo

Procaryotes sans noyau, eucaryotes avec noyau

📖 4. Structure de la cellule bactérienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Paroi cellulaire : Réseau de peptidoglycane formé d'unités répétées de N-acétylglucosamine et d'acide N-acétylmuramique reliées par des chaînes peptidiques.

★ À maîtriser

📌 Les bactéries Gram positif possèdent une couche de peptidoglycane de 20 à 80 nm et apparaissent violettes, tandis que les bactéries Gram négatif possèdent une couche de 2 à 7 nm entre deux membranes et apparaissent roses. — Christian Gram, 1884

• La membrane plasmique bactérienne est une bicouche de phospholipides contenant des protéines intégrées et périphériques, qui assure la barrière cellulaire, le transport et la production d'énergie par la chaîne de transport des électrons.

• Le chromosome bactérien est généralement constitué d'une seule molécule d'ADN circulaire à double brin contenant les gènes nécessaires aux fonctions cellulaires, à la réplication et aux voies métaboliques.

• Les ribosomes bactériens sont formés de sous-unités 30S et 50S qui s'associent en ribosomes 70S et assurent la synthèse des protéines.

Compléments

• 🔄 La sporulation et la germination de Bacillus comprennent: la croissance végétative, le déclenchement par un stress, la réplication de l'ADN et la division asymétrique, la formation et la maturation d'une forespore, la dormance, la germination, le retour à la fission binaire

💡 Astuce mémo

Une cellule protégée par une paroi, animée par un flagelle et portant son ADN dans un nucléoïde

📖 5. Métabolisme et transmission bactérienne

★ À maîtriser

• Les bactéries se classent selon trois sources:

  • phototrophes ou chimiotrophes selon leur source d'énergie
  • lithotrophes ou organotrophes selon leur source d'électrons
  • autotrophes ou hétérotrophes selon leur source de carbone

• La fission binaire est une reproduction asexuée au cours de laquelle une cellule bactérienne se divise en deux cellules nouvelles identiques.

📌 La conjugaison transfère directement de l'ADN par un pilus, la transformation intègre de l'ADN libre de l'environnement et la transduction transfère de l'ADN par l'intermédiaire d'un bactériophage.

• Les plasmides sont de petites molécules d'ADN circulaire extrachromosomique capables de se répliquer indépendamment et portant souvent des gènes avantageux, notamment de résistance aux antibiotiques.

Compléments

• Staphylococcus aureus peut provoquer des infections cutanées et systémiques, tandis que certaines souches d'Escherichia coli provoquent des maladies d'origine alimentaire.

💡 Astuce mémo

Nourrir → respirer → se diviser → échanger des gènes

📖 6. Archées et rôles biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Archées : Organismes procaryotes proches des bactéries mais présentant notamment une séquence d'ARN ribosomal 16S distincte, une paroi pouvant contenir de la pseudomuréine et, chez certaines espèces, des protéines de type histone.

★ À maîtriser

📌 La membrane des archées contient des lipides particuliers et leur paroi ne contient pas de peptidoglycane, pouvant être composée de pseudomuréine ou de protéines.

• Les archées extrémophiles citées sont:
  • les thermophiles
  • les halophiles
  • les méthanogènes

Compléments

• Les archées possèdent un ADN circulaire organisé comme celui des bactéries, mais certains de leurs gènes, processus et ribosomes présentent davantage de similitudes avec ceux des eucaryotes.

• Les archées se reproduisent principalement de manière asexuée par fission binaire, comme les bactéries.

• Les archées participent au cycle des nutriments, notamment par la fixation de l'azote et la production de méthane, et sont utilisées pour produire du biogaz et des enzymes industrielles.

💡 Astuce mémo

Bactéries à peptidoglycane, archées à pseudomuréine et lipides particuliers

📖 7. Structure et cycles viraux

★ À maîtriser

📌 Les virus hélicoïdaux ont une structure en bâtonnet ou en filament, les virus icosaédriques possèdent 20 faces triangulaires et 12 sommets, tandis que les virus complexes présentent une organisation irrégulière à double symétrie, comme le phage T4.

📌 Les virus non enveloppés sont constitués d’une capside formée de capsomères répétées et résistent davantage à la chaleur et aux détergents, tandis que les virus enveloppés possèdent une enveloppe lipidique et glycoprotéique dérivée en partie de la cellule hôte et sont plus sensibles aux conditions environnementales.

• 🔄 Le cycle lytique se déroule selon les étapes suivantes:
  1. Attachement aux récepteurs
  2. Pénétration par endocytose ou fusion
  3. Réplication du génome et des protéines virales
  4. Assemblage des virions
  5. Libération par lyse ou bourgeonnement

📌 Dans le cycle lysogène, l’acide nucléique du phage s’intègre au génome de la cellule hôte sous forme de prophage et se réplique avec lui sans détruire immédiatement la cellule, alors que le cycle lytique conduit à la production de virions et à la lyse cellulaire.

Compléments

• La multiplication virale peut produire plus de 100 000 particules virales par cellule infectée.

💡 Astuce mémo

Attachement → pénétration → réplication → assemblage → libération

📖 8. Protozoaires et fonctions essentielles

🔑 Notions clés & Définitions

• Protozoaires : Organismes eucaryotes unicellulaires, généralement microscopiques, mobiles, dépourvus de tissus spécialisés et se nourrissant notamment par phagocytose.

★ À maîtriser

📌 Les amoebozoaires se déplacent grâce aux pseudopodes, les flagellés grâce aux flagelles, les ciliés grâce aux cils, tandis que les sporozoaires sont parasitaires et dépourvus de structures locomotrices à l’âge adulte.

• Plasmodium spp. est un sporozoaire responsable du paludisme, transmis par des moustiques du genre Anopheles, et alterne une reproduction sexuée chez le moustique avec des divisions asexuées dans le foie et les globules rouges humains.

📌 Les protozoaires hétérotrophes obtiennent leur matière organique par ingestion, phagocytose ou pinocytose, tandis que les protozoaires autotrophes utilisent le CO2 et l’énergie lumineuse pour synthétiser leur matière organique, comme Euglena.

Compléments

• Les principaux modes de reproduction des protozoaires sont:
  • Fission binaire
  • Bourgeonnement
  • Schizogonie
  • Conjugaison
  • Formation de gamètes

💡 Astuce mémo

Hétérotrophes : ingestion ; autotrophes : photosynthèse

📖 9. Paramécie et conjugaison

🔑 Notions clés & Définitions

• Paramecium : Genre de protozoaires ciliés unicellulaires d’eau douce, généralement allongés en forme de pantoufle, mesurant environ 100 à 300 micromètres de long.

📝 Points essentiels

📌 Chez le Paramecium, le macronoyau contrôle les activités métaboliques et intervient dans la reproduction asexuée, tandis que le micronoyau intervient dans la reproduction sexuée et l’échange génétique.

• 🔄 La fission binaire comprend:

  1. Mitose du noyau
  2. Allongement de la cellule
  3. Cytocinèse
  4. Formation de deux cellules filles identiques

• Lors de la conjugaison, deux paramécies compatibles échangent leurs pronoyaux mâles après méiose du micronoyau, puis la fusion des pronoyaux forme un noyau zygotique et aboutit finalement à quatre paramécies filles par exconjuguant, soit huit au total.

💡 Astuce mémo

Macronoyau : métabolisme ; micronoyau : reproduction sexuée

📖 10. Organisation générale des métazoaires

★ À maîtriser

• Les parazoaires possèdent des cellules peu organisées qui ne forment ni tissus ni organes, tandis que les eumétazoaires ont des cellules organisées en tissus, organes et systèmes d’organes.

• Dans le plan en sac aveugle, la cavité digestive possède une seule ouverture, tandis que dans le plan tube dans un tube, le tube digestif possède une bouche et un anus distincts.

• Les protostomiens forment d’abord la bouche embryonnaire puis l’anus, tandis que les deutérostomiens forment d’abord l’anus puis la bouche.

• Les animaux diploblastiques possèdent deux feuillets embryonnaires, l’ectoderme et l’endoderme, tandis que les animaux triploblastiques possèdent en plus un mésoderme.

• Les acoelomates ne possèdent pas de cœlome, les pseudocoelomates possèdent une cavité issue du blastocœle non entièrement tapissée de mésoderme, tandis que les cœlomates possèdent une cavité entièrement tapissée de mésoderme.

Compléments

📌 L’exosquelette est une structure de soutien externe, comme la chitine des arthropodes, tandis que l’endosquelette est un squelette interne constitué d’os et de cartilage chez les vertébrés.

💡 Astuce mémo

Diploblastiques : deux feuillets ; triploblastiques : trois feuillets

📖 11. Structures et fonctions animales

🔑 Notions clés & Définitions

• Exosquelette : Structure formée par le dépôt de matériaux durs à la surface du corps.
• Nutrition hétérotrophe : Mode de nutrition des animaux qui se nourrissent d’autres êtres vivants.

★ À maîtriser

• Tous les arthropodes possèdent un exosquelette de chitine imperméable à l’eau, ce qui facilite leur vie en milieu terrestre sec et leurs mouvements.

• L’endosquelette protège les organes vitaux, maintient la forme du corps, sert de support à l’attache des muscles et des membres et participe à la locomotion.

📌 Les animaux monoïques possèdent les organes reproducteurs mâles et femelles chez un même individu, tandis que les animaux dioïques ont des sexes séparés chez des individus différents.

Compléments

• Les mollusques possèdent généralement une coquille calcaire externe, tandis que les échinodermes possèdent des plaques calcaires sous la peau.

• Les catégories d’hétérotrophes sont:

  • herbivores
  • carnivores
  • omnivores
  • parasites

💡 Astuce mémo

Exosquelette externe versus endosquelette interne

📖 12. Structure de la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Bicouche de phospholipides contenant des protéines, des glucides et du cholestérol qui sépare et protège les espaces intra- et extracellulaires.
• Glycocalyx : Manteau cellulaire situé sur la surface extérieure des cellules, composé notamment de glycoprotéines, de protéoglycanes et de glycolipides.

📝 Points essentiels

• En poids sec, la membrane plasmique contient 49 % de lipides, 43 % de protéines et 8 % de glucides.

• Les lipides membranaires comprennent 55 % de phospholipides, 25 % de cholestérol et 20 % de glycolipides, et ils sont tous amphiphiles.

📌 Les protéines membranaires intégrales traversent ou pénètrent la bicouche lipidique, tandis que les protéines périphériques sont attachées à sa surface par des interactions avec des lipides ou des protéines intégrales.

• Le cholestérol stabilise la membrane en limitant les mouvements des phospholipides à température élevée et en empêchant leur compaction excessive à basse température.

💡 Astuce mémo

Une bicouche de phospholipides portant protéines et glycocalyx

📖 13. Propriétés et transports membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Exocytose : Déchargement de matériel à la surface de la cellule par des vésicules et inverse de l’endocytose.

📝 Points essentiels

📌 Le transport passif se fait sans consommation d’ATP selon un gradient de concentration, tandis que le transport actif utilise de l’énergie pour déplacer des substances contre leur gradient.

📌 La diffusion simple fait traverser directement la bicouche aux petites molécules non polaires, tandis que la diffusion facilitée utilise des canaux ou des protéines porteuses sans consommer d’énergie.

• La pompe Na⁺/K⁺ ATPase hydrolyse une molécule d’ATP à chaque cycle pour expulser 3 ions Na⁺ et faire entrer 2 ions K⁺.

📌 Dans un symport, deux solutés sont transportés dans le même sens, tandis que dans un antiport ils sont transportés dans des directions opposées.

📌 La phagocytose internalise des particules, tandis que la pinocytose internalise des substances dissoutes ou des fluides.

💡 Astuce mémo

Gradient → transport → vésicule

📖 14. Organisation du noyau interphasique

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau interphasique : Organite volumineux limité par une enveloppe nucléaire à deux membranes et contenant presque toute l’information génétique nucléaire des cellules eucaryotes.
• Nucléole : Organite nucléaire non limité par une membrane, qui synthétise et mature les ARN ribosomiques puis les associe à des protéines pour former les sous-unités ribosomiques.
• Nucléosome : Constitué de 146 paires de bases d’ADN enroulées autour d’un octamère d’histones formé de deux tétramères.

📝 Points essentiels

• Les constituants du noyau sont:

  • l’enveloppe nucléaire
  • le nucléole
  • le nucléoplasme
  • l’ADN

• L’enveloppe nucléaire possède deux membranes séparées par un espace périnucléaire de 10 à 15 nm et comporte des pores permettant les échanges entre le noyau et le cytoplasme.

📌 L’euchromatine est décondensée et permet la transcription, tandis que l’hétérochromatine est condensée et ne permet pas la transcription pendant l’interphase.

• Chez l’être humain, les cellules somatiques sont diploïdes et contiennent 46 chromosomes, tandis que les cellules germinales sont haploïdes et contiennent 23 chromosomes.

💡 Astuce mémo

Euchromatine transcrite versus hétérochromatine condensée

📖 15. Ribosome et traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• ARNt : Adopte une structure secondaire en trèfle et une structure tertiaire en forme de L, avec un site accepteur 3’ se terminant toujours par CCA et une boucle anticodon complémentaire du codon de l’ARNm.

📝 Points essentiels

• Le chargement de l’ARNt consiste à fixer un acide aminé spécifique sur l’ARNt correspondant grâce à une aminoacyl-ARNt synthétase, avec consommation d’ATP, pour former un aminoacyl-ARNt.

📌 La petite sous-unité ribosomale fixe l’ARNm, tandis que la grande sous-unité possède les sites A, P et E de liaison aux ARNt.

• La traduction commence par la fixation de l’ARNm et de l’ARNt initiateur sur le codon AUG, se poursuit par l’association de la grande sous-unité, l’appariement successif des ARNt, la formation des liaisons peptidiques et la translocation, puis s’achève sur un codon STOP avec libération de la protéine et dissociation du ribosome.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📖 16. Réticulum et appareil de Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique : Réseau de canalicules et de vésicules en continuité avec l’enveloppe nucléaire, dont la membrane porte ou non des ribosomes, permettant de distinguer le REG du REL.

★ À maîtriser

📌 Le REG synthétise, transloque et mature principalement les protéines, tandis que le REL intervient surtout dans la synthèse lipidique, la détoxification et le stockage du calcium.

• Au REG, le peptide signal est reconnu par la SRP, qui bloque temporairement la traduction et dirige le complexe ribosome-protéine vers le translocon, puis la protéine traverse ce canal et subit un repliement et une glycosylation dans la lumière du REG.

• L’appareil de Golgi est constitué de dictyosomes formés de citernes aplaties, polarisés entre une face cis tournée vers le REG et une face trans tournée vers la membrane plasmique.

• L’appareil de Golgi reçoit les protéines du REG par des vésicules de transition, les fait progresser de citerne en citerne, les concentre dans des vacuoles condensantes et les expédie par des granules de sécrétion depuis le réseau trans-golgien.

Compléments

• Le REG contrôle le repliement des protéines grâce à des chaperonnes, retient les protéines mal repliées et les dirige vers un système de dégradation, tandis que les protéines matures sont transportées vers l’appareil de Golgi dans des vésicules de transition.

📌 Les vésicules recouvertes de clathrine sont destinées aux lysosomes et à la sécrétion régulée, tandis que les vésicules recouvertes de coatomères transportent le matériel de la sécrétion constitutive.

💡 Astuce mémo

REG avec ribosomes, REL sans ribosomes

📖 17. Structure et fonctions mitochondriales

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite cytoplasmique clos des cellules eucaryotes, généralement ellipsoïdal, qui possède son propre génome et produit une grande partie de l’énergie cellulaire.
• Apoptose : Mort cellulaire induite et génétiquement programmée, déclenchée notamment par la libération du cytochrome C dans le cytosol après altération de la membrane mitochondriale externe.

📝 Points essentiels

📌 La membrane mitochondriale externe contient des porines et est perméable aux ions et métabolites hydrosolubles de masse inférieure à 5 kDa, tandis que la membrane interne est presque imperméable et dépend de protéines de transport.

• La membrane interne mitochondriale contient les complexes I à IV de la chaîne respiratoire et l’ATP synthase, qui produit de l’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique.

• La matrice mitochondriale est le siège de la β-oxydation des acides gras, de la décarboxylation du pyruvate et du cycle de Krebs, et contient un ADN circulaire d’environ 16 500 paires de bases.

📌 Les mutations de l’ADN mitochondrial se transmettent exclusivement par voie maternelle et dépendent de l’hétéroplasmie, tandis que les mutations de l’ADN nucléaire suivent une transmission mendélienne.

💡 Astuce mémo

Chaîne respiratoire → gradient de protons → ATP

📖 18. Organisation du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Ensemble de polymères fibreux associés à d’autres protéines qui structure et organise l’intérieur des cellules eucaryotes.
• Matrice extracellulaire : Ensemble structuré de macromolécules, notamment des protéines et des polysaccharides, synthétisées par les cellules dans leur environnement immédiat.
• Glycosaminoglycanes : Polymères linéaires non ramifiés d’unités disaccharidiques répétées, portant de nombreuses charges négatives et formant un gel hydraté résistant aux forces de compression.

📝 Points essentiels

• Les trois éléments du cytosquelette sont:

  • Les microfilaments d’actine de 8 nm
  • Les filaments intermédiaires de 10 nm
  • Les microtubules de 25 nm

• Le cytosquelette des cellules eucaryotes est un réseau tridimensionnel de polymères protéiques organisé dans le cytosol, le nucléoplasme et le cortex cellulaire sous la membrane plasmique.

• Le cytosquelette contribue: au maintien de la forme cellulaire, à la division cellulaire, aux déplacements intracellulaires, aux mouvements cellulaires comme la contraction musculaire

📌 Les monomères globulaires, généralement solubles, constituent les microfilaments d’actine et les microtubules, tandis que les monomères fibreux, insolubles et allongés, constituent les filaments intermédiaires.

• L’actine G liée à l’ATP se polymérise en filament d’actine F polaire, dont l’extrémité + croît rapidement et l’extrémité − croît lentement.

• Les microfilaments d’actine se trouvent dans:

  • le cortex cellulaire
  • les microvillosités
  • les jonctions cellulaires
  • les sarcomères

• Les filaments intermédiaires ont un diamètre d’environ 10 nm, sont inextensibles, dépourvus de polarité et assurent un soutien passif ainsi qu’une résistance aux contraintes mécaniques.

• Les filaments intermédiaires se forment par association de monomères en dimères parallèles, puis en tétramères antiparallèles, en protofilaments et enfin en un filament composé de 8 protofilaments.

• Les microtubules sont des cylindres creux de 25 nm formés de dimères de tubuline α et β, dont l’assemblage latéral de 13 protofilaments produit un tube rigide.

📌 Le GTP stabilise les microtubules, tandis que son hydrolyse en GDP rend la tubuline instable et favorise la dépolymérisation.

• Les microtubules assurent le transport intracellulaire par la kinésine vers la membrane et par la dynéine vers le noyau, participent à la division cellulaire et structurent les cils et les flagelles.

• La matrice extracellulaire comprend: les glycosaminoglycanes et protéoglycanes, les fibres de collagène et les fibres élastiques, les glycoprotéines d’adhésion comme la fibronectine et la laminine

• 🔄 La synthèse des protéoglycanes suit cette séquence: synthèse de la protéine centrale dans le REG, transfert de la protéine centrale vers l’appareil de Golgi, fixation des tétrasaccharides de liaison sur les sérines, allongement des chaînes répétées de disaccharides, modification de certains glucides, exocytose

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des bactéries et des archées

Comparaison des structures animales