Fiche de révision : Biologie cellulaire et membrane plasmique

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la biologie cellulaire
2. Cellules eucaryotes et procaryotes
3. Organisation et composition membranaires
4. Protéines et asymétrie membranaires
5. Dynamique et domaines de la membrane
6. Fonctions et communication membranaires
7. Transports passifs et canaux ioniques
8. Canaux ioniques et signaux membranaires
9. Transport actif et gradients électrochimiques
10. Propriétés des transporteurs membranaires
11. Endocytose et devenir vésiculaire
12. Exocytose et sécrétion cellulaire
13. Déclenchement calcique de l’exocytose
14. Exocytose régulée et exemples
15. Mécanismes communs et rôles cellulaires
16. Biosynthèse membranaire et adressage

📖 1. Fondements de la biologie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Biologie cellulaire : A.Thomas — La biologie cellulaire est la science des lois qui régissent les phénomènes communs aux diverses unités élémentaires d’organisation de la matière à l’état vivant.
• Théorie cellulaire : La théorie cellulaire affirme que les êtres vivants sont constitués d’une ou plusieurs cellules, que toute cellule provient d’une cellule antérieure, que la cellule est l’unité de base du vivant, qu’elle possède une individualité délimitée par la membrane plasmique et qu’elle contient l’information génétique nécessaire à son fonctionnement et à sa reproduction.
• Cellule : La cellule est l’unité structurale, fonctionnelle et reproductrice d’un organisme.

★ À maîtriser

• En 1838, Theodor Schwann et Matthias Schleiden proposent que la cellule soit l’unité structurale et fonctionnelle commune des plantes et des animaux.

Compléments

• En 1665, Robert Hooke utilise un microscope pour observer une coupe de liège et propose le terme de cellule.

💡 Astuce mémo

Hooke (1665) → noyau (1833) → théorie cellulaire (1838) → enrichissement (1858)

📖 2. Cellules eucaryotes et procaryotes

★ À maîtriser

📌 Les cellules eucaryotes possèdent un vrai noyau et des organites membranaires, tandis que les cellules procaryotes sont dépourvues de noyau et de système endomembranaire.

• Dans le noyau, l’ADN est transcrit en ARNm, l’ARNm mature sort vers le cytoplasme, puis il est traduit en protéine.

• Une cellule procaryote contient généralement un chromosome unique d’ADN circulaire et peut posséder des plasmides portant notamment des gènes de résistance aux antibiotiques.

• 🔄 La formation d’un biofilm comprend:

  1. L’attachement de la bactérie à une surface
  2. La division dans une matrice polysaccharidique
  3. La formation d’une microcolonie
  4. La maturation du biofilm

Compléments

• Chez l’être humain, le noyau contient 46 chromosomes d’ADN.

💡 Astuce mémo

Eucaryote = noyau et organites ; procaryote = ADN dans le cytoplasme

📖 3. Organisation et composition membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Enveloppe continue qui délimite la cellule et constitue une zone d’échange entre les milieux intracellulaire et extracellulaire.
• Phospholipide : Un phospholipide est une molécule amphiphile composée d’une tête hydrophile et d’une ou plusieurs parties hydrophobes, organisée en bicouche dans la membrane plasmique.

★ À maîtriser

• Le modèle de la mosaïque fluide décrit la membrane plasmique comme une bicouche lipidique contenant des protéines et des glucides, modèle proposé par Singer et Nicolson en 1972. — Science

• Les glycolipides sont exclusivement présents sur le feuillet externe de la membrane plasmique, avec leur groupement oligosaccharidique orienté vers l’extérieur.

• Le cholestérol est abondant dans les membranes plasmatiques eucaryotes mais absent chez les procaryotes, et 90 % du cholestérol se trouve dans des radeaux lipidiques.

Compléments

• Les phospholipides représentent 35 % des lipides de la membrane plasmique des hépatocytes.

💡 Astuce mémo

Une mosaïque de lipides dans laquelle flottent protéines et glucides

📖 4. Protéines et asymétrie membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Asymétrie membranaire : L’asymétrie membranaire correspond à la répartition différente des lipides, des protéines et des glucides entre les feuillets interne et externe de la membrane plasmique.

★ À maîtriser

📌 Les protéines transmembranaires traversent la bicouche, les protéines ancrées sont liées à des chaînes lipidiques et les protéines périphériques sont associées à l’une des faces membranaires.

• Les glucides membranaires sont covalemment liés à des protéines ou à des lipides uniquement sur la face extracellulaire de la membrane plasmique.

Compléments

• Les protéines transmembranaires sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique granulaire puis transportées vers la membrane plasmique par le système RE-Golgi.

💡 Astuce mémo

Face externe glycosylée ; face interne reliée au cytosquelette

📖 5. Dynamique et domaines de la membrane

★ À maîtriser

• La fluidité de la membrane plasmique dépend de la température, de la nature des phospholipides et du cholestérol.

📌 Les scramblases déplacent aléatoirement les phospholipides entre les feuillets, tandis que les flippases et les floppases déplacent spécifiquement certains phospholipides grâce à l’hydrolyse de l’ATP.

• Lors de l’apoptose, la perte du flip-flop ATP-dépendant entraîne l’externalisation de la phosphatidylsérine, qui permet la reconnaissance de la cellule par les macrophages.

Compléments

• La diffusion latérale des lipides dans un même feuillet atteint environ 1 μm/s à 37 °C.

💡 Astuce mémo

Insaturations → fluidité ; cholestérol → stabilisation

📖 6. Fonctions et communication membranaires

★ À maîtriser

• Les principales fonctions de la membrane plasmique sont:

  • La communication intercellulaire
  • L’adhérence
  • La motilité cellulaire
  • Le transport de molécules

• Lors d’une hypoxie, le rein produit de l’EPO, qui stimule la production de globules rouges dans la moelle osseuse, puis la production d’EPO diminue lorsque l’oxygénation redevient normale.

• Les microvillosités sont des expansions cytoplasmiques contenant des microfilaments d’actine et augmentant la surface d’échange, qui atteint 200 m² dans l’intestin grêle adulte.

Compléments

• 🔄 La séquence moléculaire de la diapédèse est:
  1. Sélectine
  2. ICAM-1
  3. VLA-4
  4. PECAM

💡 Astuce mémo

Signal → adhérence → motilité → transport

📖 7. Transports passifs et canaux ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Aquaporine : Peter Agre, 1990 — Une aquaporine est une protéine transmembranaire sélective qui accélère le passage de l’eau à travers la membrane plasmique.

📝 Points essentiels

📌 La diffusion simple ne nécessite ni énergie ni protéine de transport, tandis que la diffusion facilitée nécessite une protéine transmembranaire mais reste passive.

• La diffusion simple concerne notamment:
  • O2
  • CO2
  • N2
  • H2O
  • L’urée
  • L’éthanol

📌 La diffusion passive déplace une substance du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré, selon son gradient de concentration.

• Dans un milieu hypertonique l’eau sort de l’hématie, dans un milieu isotonique les concentrations relatives sont équivalentes, et dans un milieu hypotonique l’eau entre et peut provoquer l’hémolyse.

• Lors du potentiel d’action, la dépolarisation ouvre les canaux sodiques et ferme les canaux potassiques, puis la repolarisation ferme les canaux sodiques et ouvre les canaux potassiques.

💡 Astuce mémo

Diffusion simple sans protéine ; diffusion facilitée avec perméase

📖 8. Canaux ioniques et signaux membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Canaux ligand-dépendants : s’ouvrent après la fixation d’un ligand sur leur face extracellulaire ou intracellulaire, permettant le passage d’ions.

★ À maîtriser

📌 Les canaux voltage-dépendants s’ouvrent ou se ferment lorsque le potentiel de membrane atteint une valeur seuil spécifique.

• Lors d’une dépolarisation, les canaux Na+ s’ouvrent et les canaux K+ se ferment, puis lors de la repolarisation les canaux Na+ se ferment et les canaux K+ s’ouvrent.

• À la jonction neuromusculaire, l’acétylcholine libérée par le neurone se fixe au récepteur nicotinique de la cellule musculaire, ouvre un canal cationique, fait entrer Na+ et provoque une dépolarisation qui participe à la contraction.

Compléments

• Dans les photorécepteurs, un photon active la rhodopsine puis une protéine G, déclenchant une cascade qui hydrolyse le GMP cyclique, ferme les canaux cationiques et provoque une hyperpolarisation membranaire.

💡 Astuce mémo

Dépolarisation → ouverture Na+ puis repolarisation → ouverture K+

📖 9. Transport actif et gradients électrochimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport actif : déplace une molécule contre son gradient de concentration ou son gradient électrochimique, grâce à un transporteur et à une source d’énergie.

★ À maîtriser

📌 Le transport actif primaire consomme directement de l’ATP grâce à une perméase ayant une activité ATPase, tandis que le transport actif secondaire utilise l’énergie du gradient d’un ion cotransporté.

• La pompe Na+/K+ expulse 3 Na+ hors de la cellule et fait entrer 2 K+ contre leurs gradients électrochimiques, contribuant ainsi au potentiel transmembranaire.

📌 Dans un symport, la molécule d’intérêt et l’ion se déplacent dans le même sens, tandis que dans un antiport ils se déplacent dans des sens opposés.

• Dans les entérocytes, le symport Na+/glucose fait entrer le glucose avec le Na+ au pôle apical, puis le glucose sort au pôle basolatéral par diffusion facilitée via GLUT, tandis que la pompe Na+/K+ expulse le Na+.

• L’antiport Na+/H+ fait entrer le Na+ et sortir les protons, ce qui contribue à la régulation du pH intracellulaire grâce à la dissipation du gradient de Na+.

Compléments

• La pompe Na+/K+ utilise environ 25 % de l’ATP produit par la mitochondrie, soit environ 8 000 molécules d’ATP par minute.

• La pompe Na+/K+ a été découverte par Jens Skou, de l’université d’Aarhus au Danemark, qui a reçu le prix Nobel de chimie en 1997.

• Dans le cytosol, le K+ est l’ion le plus abondant avec 139 mM, tandis que dans le milieu extracellulaire le Na+ est l’ion le plus abondant avec 145 mM.

💡 Astuce mémo

Pompe ATPase contre gradient, cotransport grâce au gradient ionique

📖 10. Propriétés des transporteurs membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Km : la concentration en soluté pour laquelle la vitesse de transport atteint 50 % de la Vmax.

📝 Points essentiels

• Lorsque tous les sites de liaison d’un transporteur sont occupés, la vitesse de transport atteint une valeur maximale appelée Vmax.

📌 L’inhibition compétitive résulte de la fixation d’un inhibiteur proche du soluté sur son site de liaison, tandis que l’inhibition non compétitive résulte de la fixation d’un inhibiteur sur un autre site qui modifie la structure du transporteur.

💡 Astuce mémo

Km faible = forte affinité ; Vmax = sites saturés

📖 11. Endocytose et devenir vésiculaire

★ À maîtriser

📌 L’endocytose internalise du matériel extracellulaire dans une vésicule, tandis que l’exocytose exporte du matériel intracellulaire vers le milieu extracellulaire.

• Les cinq types d’endocytose sont:

  • Vésicules recouvertes de clathrine dépendantes de la dynamine
  • Vésicules recouvertes de cavéoline dépendantes de la dynamine
  • Vésicules sans revêtement identifiée dépendantes de la dynamine
  • Vésicules sans revêtement identifiée indépendantes de la dynamine
  • Phagocytose

• La dynamine hydrolyse le GTP en GDP, forme des polymères au col des vésicules et permet leur séparation de la membrane plasmique.

• L’endocytose par clathrine comprend la fixation du cargo à son récepteur, l’assemblage de la clathrine par les protéines adaptatrices AP2, l’invagination, le détachement par la dynamine, la perte du manteau et le recyclage de la machinerie.

• Dans l’endocytose des LDL, l’acidification de l’endosome fait passer son pH de 7,4 à 6,5, ce qui dissocie les LDL de leurs récepteurs, puis les LDL sont dégradées dans un lysosome de pH 5.

📌 La phagocytose internalise de grandes particules comme des bactéries ou des débris cellulaires dans des phagosomes, principalement grâce à des cellules spécialisées de l’immunité telles que les macrophages et les polynucléaires.

• La phagocytose comprend la fixation de la particule, la déformation de la membrane par l’actine, la formation de pseudopodes, la constitution du phagosome, sa fusion avec des lysosomes en phagolysosome et la dégradation du cargo.

Compléments

• L’endocytose peut représenter jusqu’à 25 % du volume cellulaire par heure chez certains macrophages.

💡 Astuce mémo

Fixation → invagination → détachement → fusion ou recyclage

📖 12. Exocytose et sécrétion cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• SNARE : des protéines transmembranaires qui rapprochent une vésicule et une membrane cible pour permettre leur fusion par docking.

★ À maîtriser

• La fusion médiée par les protéines SNARE dépend du calcium et libère le contenu vésiculaire dans le milieu extracellulaire.

📌 L’exocytose constitutive est un flux continu de vésicules provenant de la face trans de l’appareil de Golgi sans signal déclencheur, tandis que l’exocytose régulée nécessite un signal activateur et stocke les vésicules jusqu’à leur stimulation.

• L’exocytose régulée est généralement déclenchée par une augmentation locale du Ca2+ cytosolique, qui favorise le transport des vésicules et l’activation des protéines SNARE.

Compléments

• 🔄 Le trajet des protéines de l’exocytose constitutive est:

  1. Synthèse dans le réticulum endoplasmique
  2. Maturation dans l’appareil de Golgi
  3. Transport dans des vésicules
  4. Fusion avec la membrane plasmique

• Lors de l’exocytose régulée des protéines, les vésicules immatures maturent par protéolyse acide, se concentrent près de la membrane plasmique, puis fusionnent après l’augmentation locale du Ca2+ cytosolique.

💡 Astuce mémo

Constitutive sans signal, régulée après augmentation du Ca2+

📖 13. Déclenchement calcique de l’exocytose

🔑 Notions clés & Définitions

• Exocytose régulée : Déclenchée par une augmentation locale de la concentration cytosolique en Ca2+, libéré notamment par le réticulum endoplasmique, l’enveloppe nucléaire ou l’appareil de Golgi.

📝 Points essentiels

• Lors de l’exocytose régulée, le Ca2+ réorganise localement le cytosquelette de myosine pour transporter les vésicules, puis active les protéines SNARE responsables de la fusion membranaire.

💡 Astuce mémo

Libération du Ca2+ → réorganisation de la myosine, activation des SNARE → fusion membranaire

📖 14. Exocytose régulée et exemples

★ À maîtriser

• L’exocytose régulée des protéines suit une maturation des vésicules : les protéines produites sous forme inactive traversent l’appareil de Golgi, entrent dans des vésicules immatures, subissent une protéolyse acide, se concentrent près de la membrane plasmique, puis sont libérées après l’entrée locale de Ca2+ et la fusion membranaire.

• Dans les cellules β pancréatiques, l’entrée du glucose par GLUT2 augmente le métabolisme mitochondrial et le rapport ATP/ADP, ferme des canaux potassiques, dépolarise la membrane, active les canaux calciques voltage-dépendants de type L et déclenche l’exocytose de l’insuline par docking et SNARE.

• Dans une synapse, une pompe à H+ acidifie la lumière des vésicules synaptiques et crée un gradient permettant à un antiport neurotransmetteur/H+ d’y faire entrer les neurotransmetteurs non peptidiques.

Compléments

• Le CCL5 est libéré par exocytose régulée après la reconnaissance de l’interféron γ par un récepteur de surface activé.

💡 Astuce mémo

Glucose → ATP → dépolarisation → Ca2+ → insuline

📖 15. Mécanismes communs et rôles cellulaires

★ À maîtriser

📌 L’endocytose et l’exocytose utilisent le cytosquelette de microtubules, des protéines de fusion comme les SNARE et certaines protéines G monomériques, mais l’endocytose internalise de la membrane tandis que l’exocytose y ajoute la surface vésiculaire.

• L’endocytose et l’exocytose participent à la capture de molécules peu concentrées dans le milieu extracellulaire, à la régulation de la densité des récepteurs, au transfert transcellulaire, à la migration cellulaire et à l’infection cellulaire.

• La demi-vie des constituants de la membrane plasmique est de 2 à 3 jours pour les glycoprotéines et de 3 à 5 jours pour les lipides.

Compléments

• Lors de la transition épithélio-mésenchymateuse, les cellules perdent leur polarité et leurs jonctions intercellulaires par endocytose, puis acquièrent une motilité par expression de protéines membranaires grâce à l’exocytose.

💡 Astuce mémo

Endocytose retire, exocytose apporte : leur équilibre renouvelle la membrane

📖 16. Biosynthèse membranaire et adressage

🔑 Notions clés & Définitions

• Signaux d’adressage : Séquences qui orientent les protéines néosynthétisées vers leur compartiment cellulaire spécifique; l’orientation des protéines transmembranaires de la membrane plasmique est déterminée dès la traduction.

★ À maîtriser

• La biosynthèse des constituants membranaires fait intervenir le cytosol et le réticulum endoplasmique, tandis que le système endomembranaire assure notamment la synthèse et la maturation des phospholipides.

• Les phospholipides sont insérés dans la membrane du réticulum endoplasmique, puis transportés vers l’appareil de Golgi et la membrane plasmique par l’exocytose.

Compléments

• Les sphingolipides sont synthétisés et maturés dans l’appareil de Golgi, puis transportés vers la membrane plasmique par des vésicules recouvertes de cavéoline avec d’autres constituants des radeaux lipidiques.

💡 Astuce mémo

Signal d’adressage → compartiment cellulaire spécifique → fonction correcte

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des cellules eucaryotes et procaryotes

Comparaison des transports membranaires