Fiche de révision : Biologie et homéostasie cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Généralités sur la membrane plasmique
2. Domaines membranaires spécialisés
3. Échanges et transports membranaires
4. Communication et signalisation cellulaire
5. Structure et fonctions du noyau
6. Organisation et expression génétique
7. Cytoplasme et cytosquelette
8. Mitochondries et production énergétique
9. Réticulum endoplasmique
10. Réseau endomembranaire et flux vésiculaires
11. Réticulum endoplasmique et calcium
12. Réseau endomembranaire et flux
13. Organisation et fonctions du Golgi
14. Sécrétions constitutive et contrôlée
15. Lysosome et dégradation cellulaire
16. Endocytose et tri endosomal
17. Bourgeonnement et lait maternel

📖 1. Généralités sur la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Isolant le cytoplasme de l’environnement extracellulaire afin de maintenir l’homéostasie cellulaire, tout en constituant une barrière sélective et dynamique.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique mesure environ 7,5 nm d’épaisseur et présente en microscopie électronique en transmission une structure trilamellaire composée de deux feuillets sombres séparés par un feuillet clair.

• La membrane plasmique est un site d’activités biochimiques, de transport moléculaire, de reconnaissance spécifique, de signalisation intercellulaire, de mouvements cellulaires et d’échanges avec le réseau endomembranaire.

Compléments

• Les hématies sont un modèle expérimental privilégié pour étudier les membranes car elles sont dépourvues d’organites, faciles à prélever et présentes à environ 5 millions par microlitre de sang.

💡 Astuce mémo

Barrière sélective, jamais barrière étanche

📖 2. Domaines membranaires spécialisés

★ À maîtriser

📌 Les cellules polarisées possèdent des domaines apical, basal et latéraux, dont la composition moléculaire et la fonction diffèrent.

• La déformation des stéréocils des cellules sensorielles de la cochlée ouvre des canaux ioniques et transforme une vibration sonore en information électrique.

• Les microvillosités situées au pôle apical des entérocytes augmentent la surface membranaire et facilitent l’absorption du glucose grâce à des transporteurs.

📌 Les jonctions serrées assurent l’étanchéité entre les cellules et maintiennent leur polarité, tandis que les desmosomes constituent des points d’ancrage entre cellules ou entre cellules et supports.

Compléments

• Les cils vibratiles des voies aériennes supérieures et des bronches battent de manière coordonnée pour évacuer les particules inhalées.

• Les flagelles ont la même organisation générale que les cils mais sont beaucoup plus longs et assurent la mobilité de cellules isolées comme les spermatozoïdes.

💡 Astuce mémo

Une cellule polarisée avec un pôle apical, un pôle basal et des faces latérales spécialisées

📖 3. Échanges et transports membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Mouvement de l’eau à travers une membrane semi-perméable, d’un milieu peu concentré en solutés vers un milieu très concentré, afin d’équilibrer les concentrations.
• Gradient électrochimique : Le gradient électrochimique combine le gradient chimique, correspondant à une différence de concentration, et le gradient électrique, correspondant à l’attraction des charges opposées.
• Canal ionique : Protéine transmembranaire formant un pore sélectif par lequel les ions diffusent rapidement selon leur gradient électrochimique, sans consommation d’ATP.

📝 Points essentiels

📌 Les petites molécules non chargées et hydrophobes comme O₂ et CO₂ traversent directement la bicouche lipidique par diffusion simple, tandis que les ions et le glucose utilisent des protéines transmembranaires.

📌 Les transports passifs ne consomment pas d’ATP et déplacent les molécules selon leur gradient, tandis que les transports actifs consomment de l’énergie et déplacent les molécules contre leur gradient.

• La pompe Na⁺/K⁺ ATPase expulse trois ions Na⁺ de la cellule et fait entrer deux ions K⁺ à chaque cycle, maintenant une concentration élevée de Na⁺ dans le milieu extracellulaire et de K⁺ dans le milieu intracellulaire.

• Le symport SGLT utilise l’entrée du sodium selon son gradient pour fournir l’énergie nécessaire à l’entrée simultanée du glucose contre son gradient dans les entérocytes.

💡 Astuce mémo

Passif selon le gradient, actif contre le gradient

📖 4. Communication et signalisation cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur-canal : Protéine membranaire dont l’ouverture est contrôlée par la fixation d’un ligand et qui permet alors l’entrée ou la sortie d’ions.

★ À maîtriser

• La signalisation juxtacrine implique deux cellules directement en contact, la signalisation paracrine agit localement sur les cellules voisines et la signalisation endocrine utilise le sang pour agir à distance.

• La transduction débute par la fixation d’un ligand sur un récepteur membranaire, provoque un changement de conformation, active éventuellement une cascade intracellulaire et aboutit à une réponse cellulaire.

• Les récepteurs couplés aux protéines G possèdent sept domaines transmembranaires et un même ligand peut produire des effets différents selon le récepteur et la protéine G impliqués.

Compléments

• La fixation de l’acétylcholine sur le récepteur nicotinique ionotrope provoque une dépolarisation pouvant déclencher un potentiel d’action neuronal ou une contraction musculaire.

💡 Astuce mémo

Ligand → récepteur → cascade → réponse cellulaire

📖 5. Structure et fonctions du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau : Plus grand organite des cellules eucaryotes contenant la quasi-totalité de leur matériel génétique, qu’il protège, conserve, permet d’utiliser et transmet aux cellules filles.
• ADN : Longue molécule en double hélice constituée de nucléotides comprenant un désoxyribose, un groupement phosphate et une base azotée A, T, C ou G, dont l’ordre porte l’information génétique.

📝 Points essentiels

• L’enveloppe nucléaire est une double membrane percée de pores nucléaires qui contrôlent les échanges entre le noyau et le cytoplasme, notamment la sortie des ARNm et l’entrée de protéines.

💡 Astuce mémo

Compaction de l’ADN → stockage et utilisation contrôlée de l’information génétique

📖 6. Organisation et expression génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène : Portion d’ADN contenant une information permettant la production d’une molécule fonctionnelle, comme une protéine.

★ À maîtriser

📌 L’euchromatine est peu condensée, accessible et généralement transcrite, tandis que l’hétérochromatine est fortement condensée, peu accessible et généralement peu exprimée.

• Avant chaque division cellulaire, durant la phase S de l’interphase, l’ADN est dupliqué afin que chaque cellule fille reçoive une copie complète du génome.

• La transcription copie un gène en ARN messager dans le noyau, puis l’ARN messager rejoint le cytoplasme où les ribosomes réalisent la traduction en protéine.

Compléments

• Chez l’Homme, chaque cellule contient 23 paires de chromosomes et environ 2 mètres d’ADN compactés dans un noyau de 5 à 10 μm de diamètre.

💡 Astuce mémo

ADN → transcription → ARNm → traduction → protéine

📖 7. Cytoplasme et cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytoplasme : Ensemble du contenu cellulaire situé entre la membrane plasmique et le noyau, comprenant le cytosol, les organites et les inclusions cytoplasmiques.
• Traduction : La traduction convertit la séquence de nucléotides de l’ARN messager en séquence d’acides aminés pour synthétiser une protéine, le ribosome lisant l’ARNm trois nucléotides à la fois.

★ À maîtriser

📌 Les ribosomes libres synthétisent notamment des protéines destinées au cytosol ou à certains compartiments intracellulaires, tandis que les ribosomes liés au RE synthétisent des protéines sécrétées ou membranaires.

• La glycolyse est une succession de réactions enzymatiques cytoplasmiques qui dégrade une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate et produit de l’ATP et du NADH,H⁺.

• Le cytosquelette comprend:

  • microfilaments d’actine
  • microtubules
  • filaments intermédiaires

Compléments

• Le cytosol est une phase aqueuse complexe contenant notamment de l’eau, des ions, des protéines, des acides aminés, des métabolites et des gaz dissous, où se déroulent de nombreuses réactions chimiques.

📖 8. Mitochondries et production énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite délimité par une membrane externe et une membrane interne, qui délimitent l’espace intermembranaire et la matrice mitochondriale.
• Phosphorylation oxydative : Production d’ATP à partir d’ADP et de phosphate grâce au flux de protons à travers l’ATP synthase suivant leur gradient.

★ À maîtriser

• Les crêtes mitochondriales sont des replis de la membrane interne qui augmentent la surface disponible pour la chaîne respiratoire et l’ATP synthase.

• La mitochondrie convertit l’énergie des glucides, lipides et protéines en ATP, notamment après leur convergence métabolique vers l’acétyl-CoA qui alimente le cycle de Krebs dans la matrice.

• La chaîne respiratoire transfère les électrons du NADH,H⁺ et du FADH₂, pompe des protons vers l’espace intermembranaire et crée un gradient de protons utilisé par l’ATP synthase.

Compléments

• La mitochondrie possède un ADN mitochondrial circulaire distinct du génome nucléaire, codant notamment certaines protéines mitochondriales.

💡 Astuce mémo

Acétyl-CoA → Krebs → chaîne respiratoire → ATP

📖 9. Réticulum endoplasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique : Réseau de citernes et de tubules membranaires interconnectés, en continuité avec la membrane externe de l’enveloppe nucléaire.
• N-glycosylation : Transfert d’une chaîne glucidique sur un résidu d’asparagine d’une protéine lors de son passage dans le réticulum endoplasmique.

📝 Points essentiels

📌 Le REL est dépourvu de ribosomes visibles, tandis que le RER porte des ribosomes sur sa face cytosolique, mais les deux formes appartiennent au même réseau membranaire continu.

• Le REL synthétise et insère les lipides dans la membrane du RE, où ils sont répartis dans la bicouche notamment par des scramblases et des translocases.

• Une séquence signal est reconnue par une particule de reconnaissance du signal, qui dirige le ribosome vers le RE et permet le passage du polypeptide dans un canal de translocation pendant sa synthèse.

• Le RE constitue un réservoir intracellulaire de Ca²⁺ impliqué dans la signalisation, la sécrétion, les transports vésiculaires, l’activité enzymatique, le fonctionnement protéique et la contraction musculaire.

💡 Astuce mémo

REL pour les lipides, RER pour les protéines

📖 10. Réseau endomembranaire et flux vésiculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Système endomembranaire : Réseau dynamique d’échanges comprenant notamment le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les endosomes, les lysosomes et la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Flux centrifuge vers l’extérieur, flux centripète vers l’intérieur

📖 11. Réticulum endoplasmique et calcium

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum sarcoplasmique : le nom particulier pris par le réticulum endoplasmique dans les cellules musculaires, où il constitue une réserve de Ca²⁺ indispensable au déclenchement de la contraction musculaire

📝 Points essentiels

• Le réticulum endoplasmique constitue un important réservoir intracellulaire de Ca²⁺, maintenu à forte concentration dans sa lumière.

• Le calcium participe notamment à:

  • la signalisation cellulaire
  • la sécrétion
  • les transports vésiculaires
  • l’activité de certaines enzymes
  • le fonctionnement de nombreuses protéines
  • la contraction musculaire

💡 Astuce mémo

Ca²⁺ stocké dans le RE → signalisation, sécrétion et contraction musculaire

📖 12. Réseau endomembranaire et flux

★ À maîtriser

📌 Le flux centrifuge transporte les protéines, les lipides, les membranes ou les molécules à sécréter du réticulum endoplasmique vers l’appareil de Golgi, puis vers la membrane plasmique ou le milieu extracellulaire par exocytose, tandis que le flux centripète transporte les molécules de la membrane plasmique vers les endosomes, l’appareil de Golgi ou les lysosomes, essentiellement par endocytose.

Compléments

• Les compartiments du système endomembranaire communiquent grâce à des flux membranaires.

💡 Astuce mémo

Centrifuge : RE → périphérie ; centripète : périphérie → intérieur

📖 13. Organisation et fonctions du Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Appareil de Golgi : un organite situé entre le réticulum endoplasmique et les différentes destinations des protéines, formé d’un empilement de sacs membranaires aplatis appelés citernes golgiennes ou saccules

📝 Points essentiels

📌 L’appareil de Golgi est polarisé avec une face CIS orientée vers le réticulum endoplasmique et une face TRANS orientée vers la périphérie cellulaire.

• Dans l’appareil de Golgi, les protéines subissent des modifications, reçoivent des étiquettes moléculaires puis sont triées vers le lysosome, le réticulum endoplasmique, la membrane plasmique ou le milieu extracellulaire.

💡 Astuce mémo

Un empilement de citernes avec une face CIS côté RE et une face TRANS côté périphérie

📖 14. Sécrétions constitutive et contrôlée

★ À maîtriser

📌 La sécrétion constitutive est une voie par défaut dans laquelle les molécules sont continuellement acheminées vers la membrane plasmique sans signal spécifique, tandis que la sécrétion contrôlée stocke les molécules dans des vésicules jusqu’à l’émission d’un signal déclenchant l’exocytose.

• 🔄 La sécrétion contrôlée d’insuline suit cette chaîne:

  1. augmentation de la glycémie après un repas
  2. entrée et métabolisme du glucose
  3. augmentation de l’ATP
  4. modification des canaux ioniques
  5. augmentation du calcium cytoplasmique
  6. exocytose de l’insuline

• Lorsqu’une cellule tueuse reconnaît une cellule cible, elle polarise son appareil de sécrétion vers la zone de contact, puis libère des perforines et des granzymes par exocytose, entraînant l’apoptose de la cellule cible.

Compléments

• La sécrétion constitutive permet: de renouveler la membrane plasmique, d’apporter continuellement de nouveaux constituants membranaires, de sécréter en permanence certaines molécules

💡 Astuce mémo

Constitutive = libération continue ; contrôlée = stockage puis libération sur signal

📖 15. Lysosome et dégradation cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome : un compartiment cellulaire spécialisé dans la dégradation intracellulaire, caractérisé par un pH acide d’environ 5 et contenant une quarantaine d’enzymes de dégradation appelées hydrolases

★ À maîtriser

📌 Les hydrolases lysosomales ne fonctionnent qu’en milieu acide et restent inactives dans le cytoplasme, dont le pH est d’environ 7, ce qui limite la destruction accidentelle des composants cellulaires en cas de rupture lysosomale.

• Les enzymes lysosomales sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique, passent par l’appareil de Golgi, reçoivent le marqueur mannose-6-phosphate puis sont reconnues par des récepteurs qui les orientent vers le lysosome.

📌 L’endocytose permet au lysosome de dégrader du matériel extracellulaire, la phagocytose de digérer de grosses particules comme les microorganismes et les débris cellulaires, et l’autophagie d’éliminer des composants intracellulaires endommagés ou devenus inutiles.

📌 Un défaut du système d’adressage par le M6P peut empêcher l’arrivée des enzymes lysosomales dans le lysosome et provoquer l’accumulation de substrats.

Compléments

• La maladie de Tay-Sachs résulte de l’absence d’hexosaminidase, provoquant un défaut de dégradation du ganglioside et, à terme, un dysfonctionnement neuronal.

• La maladie de Gaucher résulte d’un déficit en glucocérébrosidase, entraînant une accumulation de glucocérébroside, notamment dans les macrophages.

• Dans la goutte, les phagocytes internalisent des cristaux d’urates issus d’un excès d’acide urique, mais les lysosomes ne peuvent pas les dégrader, ce qui provoque une inflammation importante.

💡 Astuce mémo

pH acide → hydrolases actives → dégradation intracellulaire

📖 16. Endocytose et tri endosomal

🔑 Notions clés & Définitions

• Endocytose : l’entrée de matériel extracellulaire dans la cellule par déformation de la membrane plasmique et formation d’une vésicule intracellulaire

★ À maîtriser

📌 La pinocytose internalise de petites quantités de liquide et forme des vésicules de moins de 250 nm, l’endocytose médiée par récepteur internalise un ligand lié à un récepteur dans une vésicule d’environ 250 nm, et la phagocytose internalise des particules de plus de 250 nm dans un phagosome.

📌 À partir de l’endosome précoce, une molécule peut être recyclée vers la membrane plasmique, dirigée vers le lysosome pour être dégradée ou transportée à travers la cellule par transcytose avant une exocytose à l’autre pôle.

• Lors de la capture des LDL, le complexe LDL-récepteur recrute un manteau de clathrine, forme une vésicule, fusionne avec l’endosome précoce, puis l’acidification dissocie les LDL de leurs récepteurs.

• Les récepteurs aux LDL sont recyclés vers la membrane plasmique, tandis que les LDL sont dirigées vers l’endosome tardif puis le lysosome, où leurs constituants sont dégradés et où le cholestérol peut être utilisé par la cellule.

Compléments

• Un défaut des récepteurs aux LDL peut provoquer une hypercholestérolémie familiale, caractérisée par une augmentation chronique des LDL circulantes, un risque cardiovasculaire majoré et la formation de plaques d’athérome.

💡 Astuce mémo

Endosome précoce → recyclage, dégradation ou transcytose

📖 17. Bourgeonnement et lait maternel

🔑 Notions clés & Définitions

• Bourgeonnement membranaire : la déformation puis le détachement d’une portion de membrane, formant une structure entourée d’une membrane

★ À maîtriser

📌 Les gouttelettes lipidiques contenant notamment des triglycérides sont libérées dans la lumière de la glande par bourgeonnement apocrine, entourées d’une portion de membrane plasmique.

• Les anticorps maternels sont captés par endocytose au pôle basal des cellules mammaires, traversent la cellule dans des vésicules puis sont libérés par exocytose au pôle apical dans le lait.

Compléments

• Les principales protéines citées sont:

  • la lactalbumine
  • la lactoglobuline
  • la lactoferrine
  • la transferrine

• Chez le nouveau-né, les anticorps présents dans le lait sont captés au pôle apical des entérocytes, traversent la cellule puis sont libérés au pôle basal vers la circulation sanguine.

💡 Astuce mémo

Protéines par exocytose, lipides par bourgeonnement apocrine, anticorps par transcytose

📊 Tableaux de synthèse

Principaux transports membranaires

Flux et devenirs des molécules