Fiche de révision : Cellule et fonctions du vivant

📋 Plan du Cours

1. Organisation et définition du vivant
2. Biomolécules et unité cellulaire
3. Unicité et diversité cellulaires
4. Prélèvements et préparation des échantillons
5. Microscopies et applications médicales
6. Fonctions et structure des membranes
7. Cytosquelette, mitochondrie, respiration et production d’ATP
8. Transformation et catalyse enzymatique
9. Transport cellulaire et motilité
10. Signalisation cellulaire
11. Noyau et information génétique
12. Trafic et maturation des protéines

📖 1. Organisation et définition du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Vivant : Ce qui possède les caractéristiques de la vie et manifeste perceptiblement ses fonctions, par opposition à l’inanimé ou à la mort.
• Vie : L’ensemble des phénomènes et fonctions essentielles qui caractérisent les êtres vivants de la naissance à la mort.

★ À maîtriser

• L’organisation du vivant est présentée à plusieurs échelles :
  • atome
  • molécule
  • organite
  • cellule
  • tissu
  • organe

Compléments

• L’étude du vivant mobilise notamment :
  • la physique
  • la chimie
  • la biologie
  • l’informatique
  • la médecine
  • la sociologie
  • la psychologie
  • la philosophie

📖 2. Biomolécules et unité cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : La plus petite unité capable de manifester de manière autonome les propriétés du vivant.

★ À maîtriser

• Les biomolécules assurent la totalité des fonctions du vivant.

Compléments

• Les acides nucléiques, dont l’ADN et l’ARN, sont fabriqués à partir de nucléotides.

• Les protéines sont fabriquées à partir d’acides aminés.

• Les glucides peuvent être simples ou complexes, tandis que les lipides sont des molécules hydrophobes.

• La cellule synthétise ses constituants à partir des éléments du milieu extracellulaire, croît, se multiplie et meurt.

📖 3. Unicité et diversité cellulaires

★ À maîtriser

📌 Les cellules eucaryotes possèdent un noyau, tandis que les cellules procaryotes n’en possèdent pas ; les bactéries sont essentiellement procaryotes.

• Les virus ne sont pas des cellules.

Compléments

• Le corps humain compte plus de 300 types cellulaires différents et environ 10¹⁴ bactéries.

• Les cellules vivent rarement seules et sont souvent regroupées en tissus.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau, eucaryote avec noyau

📖 4. Prélèvements et préparation des échantillons

★ À maîtriser

• Les prélèvements liquides cités sont :

  • le sang
  • l’urine
  • le liquide céphalorachidien (LCR)
  • le lavage bronchoalvéolaire (LBA)
  • les fèces

• 🔄 La préparation d’échantillons peut comprendre :

  1. la conservation
  2. l’étalement en frottis
  3. la fixation des tissus
  4. l’inclusion en paraffine
  5. la coupe
  6. la coloration

Compléments

• La conservation peut nécessiter des anticoagulants pour le sang et un contrôle de la température.

• Le formol est utilisé pour fixer les tissus et en conserver la morphologie.

• La préparation des prélèvements vise à obtenir des informations sur la structure, la forme et les fonctions des cellules et des tissus.

💡 Astuce mémo

Prélever, conserver, étaler ou fixer, inclure, couper, colorer

📖 5. Microscopies et applications médicales

★ À maîtriser

• La microscopie électronique à transmission (MET) observe des coupes, tandis que la microscopie électronique à balayage (MEB) observe des surfaces.

• Les outils d’étude du vivant comprennent : la biologie médicale, l’imagerie par IRM fonctionnelle, l’enregistrement d’activités électriques par ECG, l’enregistrement d’activités électriques par EEG

Compléments

• La microscopie optique peut être réalisée :

  • sans coloration
  • avec coloration
  • avec fluorescence

• L’ECG et l’EEG permettent d’étudier respectivement les activités électriques de cellules musculaires cardiaques et de cellules nerveuses.

💡 Astuce mémo

Le MET traverse une coupe ; le MEB explore une surface

📖 6. Fonctions et structure des membranes

★ À maîtriser

• Les membranes plasmiques et intracellulaires comprennent :

  • des lipides amphiphiles
  • des glucides
  • des protéines

• Les membranes assurent : la délimitation et la protection de la cellule, la reconnaissance, les transports

Compléments

• Les membranes biologiques sont asymétriques, avec un feuillet externe et un feuillet interne.

• Les lipides membranaires amphiphiles possèdent une tête polaire et une queue hydrophobe formée de deux chaînes hydrocarbonées.

• Les transports membranaires comprennent : l’exocytose, la diffusion simple, la diffusion facilitée par des canaux, les transports actifs par pompes ATP-dépendantes, les transports actifs par transporteurs ATP

📖 7. Cytosquelette, mitochondrie, respiration et production d’ATP

★ À maîtriser

• Le cytosquelette comprend trois types de filaments :

  • les microfilaments d’actine
  • les microtubules de tubuline
  • les filaments intermédiaires, notamment de kératines et de vimentine

• La mitochondrie possède :

  • une membrane externe
  • une membrane interne formant des crêtes
  • un espace intermembranaire
  • une matrice contenant l’ADN mitochondrial

• La mitochondrie est le siège principal de la respiration cellulaire.

• La respiration cellulaire oxyde complètement le glucose en consommant du glucose, de l’oxygène, de l’ADP et du phosphate inorganique et en produisant du dioxyde de carbone, de l’eau et de l’ATP.

• En présence d’oxygène, une molécule de glucose et six molécules d’oxygène permettent de régénérer 36 à 38 molécules d’ATP.

• En absence d’oxygène, une molécule de glucose permet de régénérer deux molécules d’ATP.

Compléments

• Les microfilaments participent à la dynamique membranaire, les microtubules aux transports et les filaments intermédiaires à la stabilité tissulaire.

• Les crêtes mitochondriales augmentent la surface de la membrane interne.

• La mitochondrie intervient dans le contrôle de l’apoptose et la synthèse des hormones stéroïdiennes, notamment la testostérone et les œstrogènes.

💡 Astuce mémo

Avec oxygène : 36 à 38 ATP ; sans oxygène : 2 ATP

📖 8. Transformation et catalyse enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Biosynthèse : La biosynthèse, ou anabolisme, construit des molécules à partir de substrats et d’intermédiaires métaboliques grâce à des réactions enzymatiques.
• Dégradation : La dégradation, ou catabolisme, transforme des molécules en produits plus simples par des réactions enzymatiques.
• Catalyseur : Accélère une réaction transformant un ou plusieurs substrats en produits.
• Enzyme : Les enzymes sont des protéines qui catalysent la transformation chimique d’un ou plusieurs substrats en produits.
• Lysosome : Organite spécialisé dans la dégradation des biomolécules.
• Substrat : Une molécule à transformer.
• Produit : Une molécule qui a été transformée.

★ À maîtriser

• La saccharase hydrolyse le saccharose en glucose et fructose grâce à l’eau, au niveau de son site actif.

Compléments

• Un produit peut devenir le substrat d’une autre transformation ; une succession de transformations reliées constitue une voie métabolique.

• 🔄 La dégradation d’un pathogène suit ces étapes :

  1. La bactérie est phagocytée.
  2. Le lysosome fusionne avec la vésicule contenant la bactérie pour former un phagolysosome.
  3. Le pathogène est dégradé.
  4. Les produits récupérables sont récupérés et le résidu peut être évacué par exocytose.

💡 Astuce mémo

La catalyse enzymatique accélère la transformation du substrat en produit

📖 9. Transport cellulaire et motilité

★ À maîtriser

📌 Le transport intracellulaire déplace des éléments à l’intérieur de la cellule, tandis que le déplacement cellulaire concerne le mouvement de la cellule elle-même.

📌 La dynéine transporte vers le noyau, tandis que la kinésine transporte vers la membrane.

• Le déplacement cellulaire dans les tissus et la contraction musculaire sont principalement assurés par les microfilaments et font intervenir l’interaction entre l’actine et la myosine.

📌 Les membranes biologiques sont perméables aux gaz et aux molécules lipidiques ; leur bicouche lipidique est faiblement perméable à l’eau, mais imperméable aux ions, aux protéines, aux glucides et aux acides nucléiques.

📌 Une molécule transportée dans le sens de son gradient électrochimique utilise un transport passif, par diffusion simple ou facilitée, tandis qu’un transport contre le gradient est actif et nécessite de l’énergie.

Compléments

• Les moteurs moléculaires transportent notamment des vésicules et des complexes protéiques, principalement le long des microtubules.

• La contraction musculaire implique un influx nerveux, une libération de calcium et une interaction entre l’actine et la myosine.

• Les liquides extracellulaire et intracellulaire ont respectivement un volume de 14 L et de 28 L, une osmolarité de 285 mmol·L⁻¹ chacun, et les concentrations indiquées sont de 140 mmol·L⁻¹ de Na⁺ et 4 mmol·L⁻¹ de K⁺ à l’extérieur, contre 10 mmol·L⁻¹ de Na⁺ et 150 mmol·L⁻¹ de K⁺ à l’intérieur.

💡 Astuce mémo

Transporter déplace des éléments dans la cellule ; se déplacer change la position de la cellule elle-même.

📖 10. Signalisation cellulaire

★ À maîtriser

• La signalisation cellulaire repose sur l’interaction entre un ligand et un récepteur, qui déclenche des effets cellulaires par l’intermédiaire d’effecteurs.

Compléments

• Il existe des milliers de récepteurs différents, spécifiques de chaque type de ligand.

• Les signaux entrants comprennent :

  • Les facteurs de croissance.
  • Les facteurs inhibiteurs de croissance.
  • Les facteurs de survie.
  • Les facteurs de mort.
  • Les ions.
  • Les médicaments.

• De nombreux médicaments se fixent sur des récepteurs ou des effecteurs et modifient leur comportement.

📖 11. Noyau et information génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau : Le noyau est le principal compartiment de stockage de l’ADN et le lieu de synthèse des différentes classes d’acides nucléiques, dont l’ADN, l’ARNt, l’ARNm et l’ARNr.

★ À maîtriser

• Chaque cellule contient dans son noyau environ 2,5 m d’ADN portant la totalité de l’information génétique.

• La réplication copie l’ADN en ADN, la transcription produit des ARN à partir de l’ADN, et la traduction produit des protéines à partir de l’ARN.

• La réplication de l’ADN est semi-conservative : chaque molécule d’ADN obtenue conserve un brin parental et comporte un nouveau brin.

Compléments

• L’ADN est plus ou moins compacté dans la chromatine et les chromosomes, ce qui permet de loger environ 2,5 m d’ADN dans un noyau de 5 μm de diamètre.

• Dans le noyau, l’euchromatine est fonctionnelle et peu compacte, tandis que l’hétérochromatine est compactée et non fonctionnelle.

• Le nucléole produit les ARN ribosomaux (ARNr).

• Les ARN comprennent l’ARNt, qui transporte les acides aminés, l’ARNr, qui participe à la machine de traduction, et l’ARNm, qui porte l’information.

• Les ribosomes traduisent l’information génétique en protéines, et leur sous-unité de 80S comprend des sous-unités de 60S et 40S.

💡 Astuce mémo

ADN répliqué, ADN transcrit en ARN, ARN traduit en protéines.

📖 12. Trafic et maturation des protéines

★ À maîtriser

📌 Les ribosomes liés au réticulum endoplasmique assurent la biosynthèse des protéines de la voie de sécrétion, tandis que les ribosomes libres produisent des protéines cytosoliques.

• Les protéines nouvellement synthétisées sont maturées et triées dans le trafic intracellulaire, puis transportées dans ou hors de la cellule par des vésicules.

Compléments

• Les éléments de la voie de sécrétion comprennent :
  • Le réticulum endoplasmique.
  • L’appareil de Golgi.
  • Les vésicules.
  • La membrane plasmique.