Fiche de révision : Biologie et homéostasie cellulaire II

📋 Plan du Cours

1. Généralités sur la membrane plasmique
2. Domaines membranaires spécialisés
3. Échanges et transports membranaires
4. Communication et signalisation cellulaire
5. Noyau et information génétique
6. Cytoplasme et cytosquelette
7. Mitochondries et production énergétique
8. Réticulum endoplasmique
9. Réseau endomembranaire
10. Réticulum endoplasmique et calcium
11. Réseau endomembranaire et flux
12. Appareil de Golgi et sécrétion
13. Lysosome et dégradation cellulaire
14. Endocytose et tri endosomal
15. Bourgeonnement et lait maternel

📖 1. Généralités sur la membrane plasmique

★ À maîtriser

📌 La membrane plasmique sépare le cytoplasme de l’environnement extracellulaire et maintient ainsi l’homéostasie cellulaire grâce à une barrière sélective et dynamique.

• Les membranes assurent plusieurs fonctions:
  • activités biochimiques
  • transport de molécules
  • reconnaissances spécifiques
  • signalisation et communication cellulaires
  • mouvements liés au cytosquelette
  • continuité avec le réseau endomembranaire

Compléments

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

• Les hématies constituent 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.

• La membrane plasmique contient environ 50 % de protéines en masse, mais son rapport moléculaire est d’environ une protéine pour 50 lipides.

💡 Astuce mémo

Barrière sélective, jamais barrière étanche

📖 2. Domaines membranaires spécialisés

★ À maîtriser

• Les cils vibratiles battent de manière coordonnée dans les voies aériennes supérieures et les bronches afin d’évacuer les particules inhalées.

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

• Les microvillosités apicales des entérocytes augmentent la surface membranaire et facilitent l’absorption du glucose, qui entre par le pôle apical puis ressort par le pôle basal vers le sang.

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

Compléments

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

• Lors de la diapédèse, des interactions transitoires et réversibles permettent aux leucocytes de quitter les vaisseaux sanguins pour rejoindre un tissu lésé ou infecté.

📖 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 en solutés, jusqu’à l’équilibre des concentrations.
• Gradient électrochimique : Le gradient électrochimique résulte de la combinaison du gradient chimique, fondé sur la différence de concentration, et du gradient électrique, fondé sur l’attraction des charges opposées.
• Canal ionique : Protéine transmembranaire formant un pore sélectif par lequel les ions diffusent rapidement et passivement selon leur gradient électrochimique, sans consommation d’ATP.

★ À maîtriser

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

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

• La pompe Na⁺/K⁺ ATPase expulse trois Na⁺ de la cellule et fait entrer deux 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 favorable du Na⁺ selon son gradient pour permettre simultanément l’entrée du glucose contre son propre gradient dans les entérocytes.

Compléments

• La concentration en NaCl du plasma est d’environ 0,9 g pour 100 mL d’eau, soit 9 g/L, et cette solution est appelée sérum physiologique.

💡 Astuce mémo

Gradient → transporteur → réponse cellulaire

📖 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 nécessite un contact direct entre deux cellules, la signalisation paracrine agit localement sur les cellules voisines, la signalisation endocrine utilise le sang pour agir à distance et la communication neuronale transmet rapidement un signal sur de longues distances.

• La fixation d’un ligand sur un récepteur membranaire modifie sa conformation et déclenche soit une réponse immédiate, soit une cascade intracellulaire pouvant amplifier le signal et produire des seconds messagers avant la réponse cellulaire.

📌 Les agonistes comme la nicotine imitent le ligand et ouvrent le canal, tandis que les antagonistes comme les curares bloquent le récepteur sans l’activer et empêchent la neurotransmission.

• Dans la voie des MAP kinases, un facteur de croissance active un RTK par dimérisation, puis RAS et une succession de MAP kinases jusqu’au noyau, où des gènes de prolifération cellulaire sont activés.

• Les récepteurs couplés aux protéines G possèdent sept domaines transmembranaires, et un même ligand peut provoquer 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

📖 5. Noyau et information génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau : Plus grand organite des cellules eucaryotes qui contient la quasi-totalité du matériel génétique, qu’il protège, conserve, permet d’utiliser et transmet aux cellules filles.

★ À maîtriser

• 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 ARN messagers et l’entrée de protéines comme les facteurs de transcription.

• L’ADN est une double hélice constituée de nucléotides comprenant un désoxyribose, un groupement phosphate et une base azotée A, T, C ou G; le génome humain contient 3,4 milliards de paires de nucléotides.

📌 La chromatine est constituée d’ADN associé à des histones et peut être diffuse ou dense : l’euchromatine est peu condensée et accessible à la transcription, tandis que l’hétérochromatine est fortement condensée et généralement peu exprimée.

• Avant chaque division cellulaire, l’ADN est dupliqué durant la phase S de l’interphase afin que chaque cellule fille reçoive une copie complète du génome; la mitose comprend la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase.

• La transcription copie un gène d’ADN en ARN messager dans le noyau grâce à l’ARN polymérase, puis la traduction réalisée par les ribosomes convertit cet ARN en protéine dans le cytoplasme.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

ADN → ARN → protéine

📖 6. Cytoplasme et cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytoplasme : Ensemble du contenu cellulaire situé entre la membrane plasmique et le noyau; il comprend le cytosol, les organites et les inclusions cytoplasmiques.
• Cytosquelette : Le cytosquelette est un réseau dynamique de protéines filamenteuses qui maintient la forme cellulaire, organise les organites, déplace des molécules et vésicules, permet certains mouvements et participe à la division cellulaire.

📝 Points essentiels

• Lors de la traduction, le ribosome lit l’ARN messager trois nucléotides à la fois; chaque groupe de trois nucléotides, appelé codon, correspond à un acide aminé ou à un signal de début ou de fin.

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

• 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⁺.

📖 7. Mitochondries et production énergétique

★ À maîtriser

• Une mitochondrie possède une membrane externe, une membrane interne formant des crêtes, un espace intermembranaire et une matrice mitochondriale contenant un ADN circulaire distinct du génome nucléaire.

• Les nutriments sont dégradés en intermédiaires communs comme l’acétyl-CoA, qui alimente le cycle de Krebs dans la matrice mitochondriale.

• Le cycle de Krebs produit des coenzymes réduits tels que NADH,H⁺ et FADH₂, qui transfèrent leurs électrons à la chaîne respiratoire située dans la membrane interne mitochondriale.

• La chaîne respiratoire pompe des protons H⁺ de la matrice vers l’espace intermembranaire, puis leur retour à travers l’ATP synthase fournit l’énergie nécessaire à la phosphorylation oxydative de l’ADP en ATP.

Compléments

📌 Les crêtes mitochondriales augmentent la surface de membrane interne disponible pour les complexes de la chaîne respiratoire et l’ATP synthase.

💡 Astuce mémo

Électrons → gradient de protons → ATP

📖 8. Réticulum endoplasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique : Réseau de citernes et de tubules membranaires interconnectés, en continuité avec l’enveloppe nucléaire et particulièrement développé dans les cellules à forte activité de synthèse.
• N-glycosylation : La N-glycosylation est le transfert d’une chaîne glucidique sur un résidu d’asparagine d’une protéine dans le RE, puis cette chaîne peut être modifiée dans le système endomembranaire et participer à l’identification de la protéine.

★ À maîtriser

📌 Le REL est dépourvu de ribosomes visibles à sa surface, tandis que le RER possède des ribosomes associés à sa membrane; ils constituent deux domaines continus du même réseau membranaire.

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

• Le RE constitue un réservoir intracellulaire de Ca²⁺ impliqué notamment dans la signalisation, la sécrétion, les transports vésiculaires, l’activité enzymatique et la contraction musculaire; dans les cellules musculaires, il est appelé réticulum sarcoplasmique.

Compléments

• Le REL synthétise et insère les lipides dans sa membrane, puis des scramblases et des translocases les répartissent dans la bicouche.

💡 Astuce mémo

REL : lipides ; RER : protéines

📖 9. Réseau endomembranaire

🔑 Notions clés & Définitions

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

📝 Points essentiels

• Le flux centrifuge transporte des protéines, des lipides, des membranes ou des molécules destinées à être sécrétées du réticulum endoplasmique vers l’appareil de Golgi, puis vers la membrane plasmique ou le milieu extracellulaire par exocytose.

• Le flux centripète est une voie de transport vésiculaire allant de la membrane plasmique vers les endosomes, l’appareil de Golgi ou les lysosomes et correspondant essentiellement à l’endocytose.

💡 Astuce mémo

Centrifuge vers l’extérieur, centripète vers l’intérieur

📖 10. 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

★ À maîtriser

• Le Ca²⁺ intervient notamment dans:
  • la signalisation cellulaire
  • la sécrétion
  • les transports vésiculaires
  • l’activité de certaines enzymes
  • le fonctionnement de nombreuses protéines
  • la contraction musculaire

Compléments

• Les chaînes glucidiques des protéines participent à leur reconnaissance et à leur orientation vers leur destination finale.

💡 Astuce mémo

Calcium stocké dans le RE → contraction musculaire déclenchée

📖 11. 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

Flux centrifuge : RE vers périphérie ; flux centripète : périphérie vers intérieur

📖 12. Appareil de Golgi et sécrétion

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

📌 L’appareil de Golgi est polarisé avec une face cis orientée vers le réticulum endoplasmique et une face trans orientée vers la périphérie de la cellule.

• 🔄 Dans le Golgi, les protéines:
  1. subissent différentes modifications
  2. reçoivent des étiquettes moléculaires
  3. sont triées vers leur destination

📌 La sécrétion constitutive achemine continuellement des molécules vers la membrane plasmique sans signal spécifique, tandis que la sécrétion contrôlée stocke les molécules dans des vésicules et ne les libère qu’après réception d’un signal adéquat.

• Après un repas, l’augmentation de la glycémie entraîne l’entrée et le métabolisme du glucose dans les cellules β pancréatiques, une augmentation de l’ATP, une modification des canaux ioniques, une hausse du Ca²⁺ cytoplasmique et l’exocytose de l’insuline.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

RE → face cis → citernes golgiennes → face trans → destination

📖 13. 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 à pH neutre, ce qui limite la destruction accidentelle des composants cellulaires en cas de rupture lysosomale.

• Les enzymes lysosomales sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique, passent dans l’appareil de Golgi, y reçoivent le marqueur mannose-6-phosphate, puis sont orientées vers le lysosome par des récepteurs du M6P.

📌 L’endocytose permet au lysosome de dégrader du matériel extracellulaire, la phagocytose des particules volumineuses comme les microorganismes et les débris cellulaires, et l’autophagie des constituants intracellulaires endommagés ou inutiles.

📌 Un défaut du système d’adressage par le M6P peut empêcher l’arrivée des enzymes lysosomales dans le lysosome, entraînant une accumulation de substrats et une pathologie malgré la capacité intrinsèque du lysosome à les dégrader.

Compléments

📌 Le lysosome reçoit les enzymes par le flux centrifuge et les éléments à dégrader par le flux centripète, ce qui le place à la convergence de ces deux flux.

• Dans la maladie de Tay-Sachs, l’absence d’hexosaminidase provoque un défaut de dégradation du ganglioside et finit par entraîner un dysfonctionnement des neurones.

• Dans la maladie de Gaucher, un déficit en glucocérébrosidase entraîne une accumulation de glucocérébroside, notamment dans les macrophages.

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

💡 Astuce mémo

pH acide dans le lysosome, pH neutre dans le cytoplasme

📖 14. 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 extracellulaire dans des vésicules inférieures à 250 nm, l’endocytose médiée par récepteur internalise un ligand lié à son récepteur dans une vésicule d’environ 250 nm, et la phagocytose internalise des particules supérieures à 250 nm dans un phagosome.

📌 Après leur entrée dans l’endosome précoce, les molécules peuvent être recyclées vers la membrane plasmique, dégradées après passage par l’endosome tardif et le lysosome, ou transférées à travers la cellule par transcytose avant exocytose.

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

• Les récepteurs aux LDL sont recyclés vers la membrane plasmique, tandis que les LDL passent de l’endosome précoce à l’endosome tardif puis au lysosome, où leurs constituants sont dégradés et où le cholestérol devient utilisable 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

Les trois voies : boire, sélectionner, manger

📖 15. Bourgeonnement et lait maternel

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

• Les cellules épithéliales mammaires sécrètent notamment la lactalbumine, la lactoglobuline, la lactoferrine et la transferrine par exocytose au pôle apical vers la lumière de l’alvéole mammaire.

📌 Les gouttelettes lipidiques contenant notamment des triglycérides sont libérées dans la lumière de la glande par un mécanisme apocrine, au cours duquel elles sont entourées d’une portion de membrane plasmique apicale.

• 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

• Certains virus enveloppés utilisent les compartiments endosomaux pour libérer leur génome, puis bourgeonnent à la membrane plasmique en acquérant une enveloppe lipidique provenant de la membrane de la cellule hôte.

• 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 avant de rejoindre la circulation sanguine.

💡 Astuce mémo

Protéines par exocytose, lipides par sécrétion apocrine

📊 Tableaux de synthèse

Flux et devenirs des molécules