Fiche de révision : Biologie cellulaire et moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Cellule et théorie cellulaire
2. Éléments chimiques du vivant
3. Glucides et organisation moléculaire
4. Lipides et membranes biologiques
5. Protéines et acides aminés
6. Acides nucléiques et information génétique
7. Compartiments de la cellule eucaryote
8. Cytosquelette et adhérence cellulaire
9. Membrane et transports cellulaires
10. Potentiel d’action et synapses
11. Muscle et couplage excitation-contraction

📖 1. Cellule et théorie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité fonctionnelle à l’échelle microscopique et unité de base des organismes vivants.

★ À maîtriser

📌 La théorie cellulaire affirme que tout organisme vivant est constitué de cellules et que toute cellule est issue d’une autre cellule.

Compléments

• Schwann affirme que tout animal est formé de cellules, Schleiden que tout végétal est formé de cellules et Virchow que toute cellule est issue d’une cellule.

💡 Astuce mémo

O-C-C : organismes cellulaires, cellules issues de cellules

📖 2. Éléments chimiques du vivant

★ À maîtriser

• L’eau est le principal constituant des êtres vivants.

• Les principaux éléments chimiques sont:
  • l’hydrogène
  • l’oxygène
  • le carbone
  • l’azote

Compléments

• Les éléments minéraux sont:

  • le calcium
  • le phosphore
  • le potassium
  • le soufre
  • le sodium
  • le chlore
  • le magnésium

• Les oligo-éléments cités sont:

  • le fer
  • l’iode
  • le cuivre
  • le zinc
  • le manganèse
  • le cobalt
  • le chrome
  • le sélénium
  • le molybdène
  • le fluor

📖 3. Glucides et organisation moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Composés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, généralement de formule $\left(CH_2O\right)^n$ avec $n \geq 3$, qui servent de source d’énergie, de matériaux de construction et de médiateurs de reconnaissance cellulaire.

★ À maîtriser

📌 Les monosaccharides sont des oses, les oligosaccharides contiennent de 2 à 10 monosaccharides et les polysaccharides plus de 10 monosaccharides.

📌 Un aldose possède un groupement aldéhyde, tandis qu’un cétose possède un groupement cétone.

Compléments

• Les unités monosaccharidiques des oligosaccharides et des polysaccharides sont reliées par des liaisons glycosidiques.

💡 Astuce mémo

Oses → oligosaccharides → polysaccharides

📖 4. Lipides et membranes biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipides : Molécules où le carbone et l’hydrogène prédominent, insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques.
• Phosphoglycérides : Lipides complexes composés d’un diglycéride, d’un groupement phosphate et d’une molécule polaire, et constituant des éléments essentiels des membranes en bicouche.

★ À maîtriser

📌 Un acide gras possède une longue chaîne carbonée hydrophobe et un groupement carboxylique hydrophile, et il est saturé sans double liaison ou insaturé avec une ou plusieurs doubles liaisons.

• Les acides gras sont amphipathiques et peuvent former des micelles ou des films grâce à leur tête hydrophile et leur queue hydrophobe.

Compléments

📌 Les monoglycérides, diglycérides et triglycérides comportent respectivement une, deux et trois fonctions alcool du glycérol estérifiées, les triglycérides constituant une forme majeure de stockage des acides gras.

💡 Astuce mémo

Tête hydrophile, queue hydrophobe

📖 5. Protéines et acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéines : Polymères d’acides aminés qui assurent notamment des rôles structuraux, enzymatiques, de communication, de transport et d’immunité.
• Acide aminé : Un acide aminé possède une fonction carboxylique, une fonction amine portée par le carbone α et une chaîne latérale R, à l’exception de la proline pour la fonction amine.

★ À maîtriser

• Il existe 20 acides aminés, dont 9 acides aminés essentiels apportés par l’alimentation.

• La polymérisation des acides aminés forme une liaison peptidique entre le groupement carboxylique d’un acide aminé et le groupement amine du suivant, avec élimination d’une molécule d’eau.

• La séquence d’acides aminés détermine la configuration native tridimensionnelle d’une protéine, qui conditionne sa fonction.

Compléments

• La structure quaternaire résulte de l’association de plusieurs polypeptides, comme l’hémoglobine composée de quatre monomères, deux α et deux β.

📌 La dénaturation provoquée par la chaleur, un pH inadéquat ou une mauvaise concentration en sels minéraux entraîne une perte de la conformation native et de la fonction protéique, parfois réversible dans certaines limites.

💡 Astuce mémo

Séquence → repliement → fonction

📖 6. Acides nucléiques et information génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides nucléiques : Polymères de nucléotides contenant du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote et du phosphore.

★ À maîtriser

📌 L’ADN stocke l’information génétique dans le noyau, tandis que les ARN permettent l’expression de cette information dans le noyau et le cytoplasme.

📌 L’ARN contient du ribose et peut utiliser l’uracile, tandis que l’ADN contient du désoxyribose et utilise la thymine.

• L’ADN est un polymère bicaténaire de A, T, G et C dont les bases A et T sont reliées par deux ponts hydrogène et les bases G et C par trois ponts hydrogène.

• Un codon est un groupe de trois nucléotides de l’ARNm, lu dans le sens 5’ vers 3’, et l’anticodon est un groupe de trois nucléotides porté par un ARNt.

• Le code génétique comprend 64 codons, dont le codon d’initiation AUG et trois codons stop UAA, UAG et UGA, tandis que 61 codons désignent 20 acides aminés.

Compléments

• L’ARN est généralement un polymère monocaténaire de A, U, G et C, dans lequel A et U peuvent s’apparier par deux ponts hydrogène et G et C par trois ponts hydrogène.

💡 Astuce mémo

ADN stocke, ARN exprime

📖 7. Compartiments de la cellule eucaryote

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule eucaryote : Cellule compartimentée en cytosol, noyau et organites délimités par des membranes, séparant le compartiment intracellulaire du compartiment extracellulaire.

★ À maîtriser

• Dans une cellule eucaryote, l’expression d’un gène comprend la transcription de l’ADN en ARN puis la traduction de l’ARN en protéine, avec une maturation intermédiaire.

Compléments

• Les pores nucléaires assurent les transports entre le noyau et le cytosol.

• Le réticulum endoplasmique rugueux, l’appareil de Golgi, les mitochondries, les lysosomes et les ribosomes participent respectivement à la synthèse ou maturation, au tri, à la respiration, à la digestion cellulaire et à la synthèse protéique.

📖 8. Cytosquelette et adhérence cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Réseau de filaments qui assure la charpente de la cellule, l’organisation des organites, les mouvements intracellulaires, la division et l’adhérence cellulaire.

★ À maîtriser

📌 Les microfilaments sont constitués d’actine et mesurent 7 nm, les microtubules sont constitués de tubulines α et β et mesurent 25 nm, tandis que les filaments intermédiaires mesurent 8 à 12 nm et sont peu dynamiques.

Compléments

• Les groupes de filaments intermédiaires comprennent:

  • les kératines des groupes I et II
  • la vimentine et la desmine du groupe III
  • les neurofilaments du groupe IV
  • les lamines du groupe V

• Les microtubules participent à la division cellulaire, au transport axonal et au déplacement des cils, tandis que les microfilaments participent aux mouvements cellulaires, à la division, à l’adhérence et au travail mécanique musculaire.

📖 9. Membrane et transports cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Bicouche lipidique contenant des protéines membranaires mobiles qui sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire.

📝 Points essentiels

📐 Formule - Le flux unidirectionnel d’un soluté M du compartiment 1 vers le compartiment 2 vérifie $M_{1\to2}=p\cdot S\cdot[M]_1$, et le flux inverse vérifie $M_{2\to1}=p\cdot S\cdot[M]_2$.

📐 Formule - Le flux net d’un soluté M à travers une membrane vérifie $M_{net}=p\cdot S\cdot\left([M]_1-[M]_2\right)$.

📌 Les déplacements passifs suivent le gradient de concentration sans apport direct d’énergie, tandis que les déplacements actifs nécessitent un transport contre le gradient et une dépense énergétique.

📌 L’endocytose fait entrer du matériel dans la cellule par invagination membranaire, tandis que l’exocytose en fait sortir par fusion d’une vésicule avec la membrane.

💡 Astuce mémo

Gradient → flux membranaire

📖 10. Potentiel d’action et synapses

🔑 Notions clés & Définitions

• Potentiel de repos : Différence de potentiel électrique transmembranaire observée au repos dans une cellule excitable.

★ À maîtriser

• La pompe Na-K ATPase expulse trois ions Na+ et fait entrer deux ions K+ à chaque cycle.

• 🔄 Le potentiel d’action suit cette séquence: ouverture des canaux sodiques voltage-dépendants, dépolarisation, ouverture des canaux potassiques voltage-dépendants, repolarisation

📌 Les synapses électriques transmettent rapidement et sont peu modulables, tandis que les synapses chimiques sont plus lentes mais modulables grâce à un neurotransmetteur.

Compléments

• Les potentiels post-synaptiques excitateurs et inhibiteurs sont décrémentiels et peuvent être combinés par sommation temporelle et spatiale.

💡 Astuce mémo

Dépolarisation → repolarisation → hyperpolarisation

📖 11. Muscle et couplage excitation-contraction

🔑 Notions clés & Définitions

• Sarcomère : Unité contractile de la cellule musculaire squelettique, dont le raccourcissement résulte du glissement des myofilaments.

📝 Points essentiels

📌 Le muscle lisse se trouve dans la paroi des organes creux, le muscle cardiaque dans le cœur et le muscle squelettique sur le squelette et certains organes mous.

• À la jonction neuromusculaire, le potentiel d’action musculaire déclenche le couplage excitation-contraction et conduit au raccourcissement des sarcomères.

• En réponse au potentiel d’action musculaire, le récepteur à la dihydropyridine change de conformation, le récepteur à la ryanodine s’ouvre et le calcium du réticulum sarcoplasmique passe dans le cytosol selon son gradient électrochimique.

💡 Astuce mémo

Potentiel d’action → Ca²⁺ → raccourcissement

📊 Tableaux de synthèse

Principales familles de biomolécules

Cytosquelette cellulaire