Fiche de révision : Cellules et trafic intracellulaire

📋 Plan du Cours

1. Définition et fonctions cellulaires
2. Observation microscopique des cellules
3. Cellules procaryotes et eucaryotes
4. Noyau et organisation cellulaire
5. ADN et organisation de la chromatine
6. Transcription et traduction des protéines
7. Réticulum endoplasmique et maturation
8. Transport vésiculaire et appareil de Golgi
9. Lysosomes et dégradation cellulaire
10. Mitochondries et coopération des organites

📖 1. Définition et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité structurale et fonctionnelle du vivant, et plus petite unité capable d’assurer les fonctions du vivant.

★ À maîtriser

• Les cellules eucaryotes se reproduisent par mitose pour les cellules somatiques et par méiose pour la formation des gamètes, tandis que les procaryotes se divisent par scissiparité ou fission binaire.

Compléments

📌 Les virus sont acellulaires et dépourvus de métabolisme propre ; ils dépendent entièrement d’une cellule hôte pour se répliquer.

📌 Chez les eucaryotes, l’apoptose est une mort cellulaire programmée, tandis que la nécrose est une mort non programmée généralement consécutive à une agression.

📖 2. Observation microscopique des cellules

★ À maîtriser

• Le microscope optique utilise la lumière visible et des lentilles en verre, atteint un grossissement d’environ ×1 000 à ×2 000 et une résolution d’environ 0,2 μm.

• Le microscope électronique à transmission (MET) fait traverser un échantillon très fin par un faisceau d’électrons, atteint ×1 000 000 à ×2 000 000 de grossissement et une résolution d’environ 0,1 à 0,2 nm.

• Le microscope électronique à balayage (MEB) balaie la surface avec un faisceau d’électrons, atteint ×100 000 à ×500 000 de grossissement et une résolution d’environ 1 à 10 nm.

Compléments

• Le microscope optique permet l’observation de cellules vivantes, tandis que les microscopes électroniques fournissent des images généralement en noir et blanc après une préparation complexe.

💡 Astuce mémo

Le MET traverse l’échantillon ; le MEB balaie sa surface.

📖 3. Cellules procaryotes et eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule procaryote : Cellule unicellulaire sans noyau ni compartiments intracellulaires délimités par une membrane.

★ À maîtriser

• Le matériel génétique procaryote comprend un chromosome circulaire d’ADN, situé dans une région appelée nucléoïde, et des plasmides.

📌 Les cellules d’un organisme possèdent le même génome, mais se différencient en exprimant des gènes différents, ce qui contribue à leur spécialisation fonctionnelle.

Compléments

• La bactérie E. coli est un exemple de cellule procaryote mesurant environ 2 μm de longueur et 1 μm de largeur.

• Les ribosomes procaryotes sont de type 70S et sont constitués de protéines et d’ARN ribosomique.

• Chez l’être humain, on distingue quatre tissus principaux :
  • tissu épithélial
  • tissu conjonctif
  • tissu musculaire
  • tissu nerveux

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau ni organites membranaires ; eucaryote compartimentée.

📖 4. Noyau et organisation cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule eucaryote : Cellule compartimentée qui possède un noyau et des organites délimités par des membranes.

★ À maîtriser

• Le noyau est entouré d’une enveloppe à deux membranes, percée de complexes de pores nucléaires qui assurent les échanges bidirectionnels entre noyau et cytoplasme.

Compléments

• Les cellules eucaryotes mesurent généralement 10 à 100 μm de diamètre, et les cellules animales mesurent généralement 10 à 30 μm.

• La membrane nucléaire externe est en continuité avec le réticulum endoplasmique granuleux et la lamina tapisse la membrane nucléaire interne.

• Le nucléole est le site de synthèse des ARN ribosomiques et des particules pré-ribosomales.

📖 5. ADN et organisation de la chromatine

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatine : Association de l’ADN avec des protéines nucléaires, principalement les histones, qui permet la compaction de l’ADN dans le noyau.

★ À maîtriser

• L’ADN est une double hélice composée de deux brins de nucléotides complémentaires et antiparallèles.

• Dans l’ADN, l’adénine s’apparie avec la thymine par deux liaisons hydrogène, tandis que la guanine s’apparie avec la cytosine par trois liaisons hydrogène.

• Les ADN polymérases synthétisent un brin d’ADN uniquement dans le sens 5’ → 3’.

📌 L’euchromatine est moins condensée et plus active transcriptionnellement que l’hétérochromatine, qui est condensée et moins active.

Compléments

• Un nucléotide comprend trois éléments :

  • une base azotée A, C, G ou T
  • un sucre désoxyribose
  • un groupement phosphate chargé négativement

• Les nucléotides d’un brin d’ADN sont reliés par une liaison phosphodiester entre le 3’-OH d’un nucléotide et le phosphate porté en 5’ par le suivant.

📖 6. Transcription et traduction des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Synthèse d’un ARN à partir d’une matrice d’ADN, catalysée par les ARN polymérases.
• Polysome : Ensemble de plusieurs ribosomes qui traduisent simultanément un même ARNm.

★ À maîtriser

• Chez les eucaryotes, la transcription se déroule principalement dans le noyau ; l’ARN polymérase lit le brin matrice d’ADN en 3’ → 5’ et synthétise un ARN complémentaire en 5’ → 3’.

• Après maturation chez les eucaryotes, l’ARNm est exporté du noyau vers le cytoplasme par les pores nucléaires, puis pris en charge par les ribosomes pour la traduction.

• Le ribosome lit l’ARNm en codons de trois nucléotides, chacun correspondant à un acide aminé ou à un signal d’arrêt.

• La chaîne polypeptidique est assemblée par des liaisons peptidiques dans le sens N-terminal vers C-terminal pendant que le ribosome lit l’ARNm en 5’ → 3’.

• Un peptide signal généralement situé à l’extrémité N-terminale et riche en acides aminés hydrophobes est reconnu par la SRP, qui dirige le ribosome vers le REG ; le ribosome s’associe au translocon et la chaîne naissante entre dans la lumière du REG ou s’insère dans sa membrane.

Compléments

📌 L’ARN contient du ribose avec un groupement OH en position 2’ et de l’uracile, tandis que l’ADN contient du désoxyribose et de la thymine.

• Les ARNt apportent les acides aminés au ribosome et leur anticodon s’apparie au codon complémentaire de l’ARNm.

• Les protéines produites par les polysomes liés peuvent être destinées :

  • au REG
  • à l’appareil de Golgi
  • à la membrane plasmique
  • au milieu extracellulaire
  • aux lysosomes

• Les protéines produites par les polysomes libres peuvent être destinées : au cytosol, au noyau grâce à une séquence de localisation nucléaire, aux mitochondries grâce à une pré-séquence d’adressage mitochondrial, aux faces cytosoliques des membranes

• Après sa synthèse, une protéine peut acquérir des structures secondaire, tertiaire et quaternaire et subir des modifications post-traductionnelles telles que la glycosylation, la formation de ponts disulfure ou le clivage.

💡 Astuce mémo

ADN → ARN → protéine.

📖 7. Réticulum endoplasmique et maturation

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique granuleux : Empilement de saccules aplatis recouverts de ribosomes, dont la lumière est en continuité avec la citerne périnucléaire.
• Réticulum endoplasmique lisse : Réseau de tubules et de citernes membranaires dépourvus de ribosomes et en continuité avec le REG.

★ À maîtriser

• Le REG est le principal site de synthèse, de maturation et de contrôle qualité des protéines destinées à la sécrétion ou aux membranes du système endomembranaire.

• La N-glycosylation est amorcée dans le REG par l’ajout d’un oligosaccharide sur l’azote du groupement amide d’une asparagine appartenant au motif Asn–X–Ser/Thr, où X est tout acide aminé sauf la proline.

• Les protéines correctement repliées quittent le REG et sont transportées vers le Golgi, tandis que les protéines mal repliées y sont retenues puis, si elles ne peuvent être corrigées, rétrotransloquées, ubiquitinées et dégradées par le protéasome via le système ERAD.

Compléments

• La calnexine membranaire et la calréticuline soluble du REG contribuent au repliement des glycoprotéines et limitent leur agrégation.

• Dans la lumière oxydante du REG, la protéine disulfure isomérase forme, rompt et réarrange les ponts disulfure entre les résidus de cystéine.

• Les protéines acquièrent trois topologies dans le REG :

  • les protéines solubles sont entièrement transloquées dans la lumière
  • les protéines à ancre GPI sont transloquées dans la lumière puis fixées à la membrane par une ancre GPI
  • les protéines transmembranaires s’insèrent dans la membrane grâce à des séquences hydrophobes

• Le REL synthétise notamment :

  • des phospholipides
  • du cholestérol
  • certains lipides spécifiques

• Le REL stocke et régule le calcium intracellulaire, une fonction particulièrement importante dans les cellules musculaires où il constitue le réticulum sarcoplasmique.

• Dans les cellules du foie, les enzymes de la famille des cytochromes P450 du REL participent à la détoxification de molécules hydrophobes comme les médicaments et les toxines.

💡 Astuce mémo

REG : ribosomes et protéines ; REL : lipides et calcium.

📖 8. Transport vésiculaire et appareil de Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Appareil de Golgi : Empilement asymétrique de saccules recourbés comportant une face cis d’entrée tournée vers le réticulum endoplasmique et une face trans de sortie tournée vers la membrane plasmique.

★ À maîtriser

📌 COPII assure le transport antérograde du REG vers le Golgi, tandis que COPI assure le transport rétrograde du Golgi vers le REG et le transport intra-Golgi.

• Le transport vésiculaire comprend le bourgeonnement, la scission de la vésicule, son guidage sur les microtubules, son arrimage spécifique à la membrane cible et la fusion des membranes.

• Lors de la fusion, les v-SNARE de la vésicule s’associent aux t-SNARE de la membrane cible pour rapprocher puis fusionner les bicouches.

• Le réseau trans du Golgi trie les protéines vers :

  • la membrane plasmique
  • les lysosomes via le mannose-6-phosphate
  • d’autres compartiments

Compléments

• La GTPase Sar1 recrute COPII, tandis que la GTPase ARF recrute COPI.

• Les kinésines déplacent généralement les vésicules vers l’extrémité + des microtubules et la périphérie cellulaire, tandis que les dynéines les déplacent vers l’extrémité − et le centre cellulaire.

• Les GTPases Rab et leurs effecteurs participent à la spécificité de l’arrimage des vésicules à leur compartiment cible.

• Après la fusion, NSF et SNAP utilisent l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour désassembler les complexes SNARE et permettre leur recyclage.

• Du cis au trans, le Golgi comprend :

  • le réseau cis (GCN)
  • les saccules cis
  • les saccules médians
  • les saccules trans
  • le réseau trans (TGN)

• Dans le modèle de maturation des citernes, les saccules mûrissent et se déplacent du cis vers le trans, tandis que des vésicules recyclent les enzymes vers l’amont.

• L’appareil de Golgi réalise notamment :

  • la glycosylation
  • la sulfatation
  • la phosphorylation
  • le clivage protéolytique

💡 Astuce mémo

Bourgeonnement → scission → guidage → arrimage → fusion.

📖 9. Lysosomes et dégradation cellulaire

★ À maîtriser

• Les enzymes lysosomales sont synthétisées dans le REG, marquées par un résidu de mannose-6-phosphate dans le Golgi, triées dans des vésicules vers les endosomes, puis accumulées lors de la maturation des endosomes en lysosomes.

• Les lysosomes sont des vésicules de taille et de contenu hétérogènes, délimitées par une membrane unique résistante aux hydrolases et enrichie en pompes à protons ATP-dépendantes.

• La lumière lysosomale est acide, avec un pH voisin de 4,8, et les lysosomes matures peuvent atteindre un pH d’environ 4,5 à 5,0.

• Les hydrolases lysosomales dégradent :

  • les acides nucléiques par des nucléases
  • les protéines par des protéases
  • les glucides par des glycosidases
  • les lipides par des lipases

• Les lysosomes dégradent des macromolécules extra- ou intracellulaires usées, vieillies, abîmées ou toxiques, puis leurs produits de dégradation retournent au cytoplasme pour être réutilisés.

Compléments

• Dans les endosomes acides, les enzymes se dissocient de leurs récepteurs M6P, qui sont recyclés vers l’appareil de Golgi tandis que les enzymes restent dans l’endosome.

💡 Astuce mémo

L’acidification active les hydrolases → les molécules sont dégradées et recyclées.

📖 10. Mitochondries et coopération des organites

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite à double membrane comprenant une matrice et un ADN circulaire propre.

★ À maîtriser

• La membrane externe mitochondriale est riche en porines et relativement perméable aux petites molécules, tandis que la membrane interne, riche en cardiolipines, est imperméable notamment aux protons et forme des crêtes.

• La mitochondrie est le principal site de production d’énergie par respiration cellulaire et synthétise de l’ATP par phosphorylation oxydative.

• Le réseau endomembranaire relie fonctionnellement le noyau, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et la membrane, et les vésicules transportent des protéines et des lipides entre ses compartiments.

Compléments

• La mitochondrie participe notamment : au cycle de Krebs, à la β-oxydation, à la régulation de l’homéostasie calcique intracellulaire, à l’initiation de l’apoptose

• La mitochondrie est semi-autonome et synthétise 13 protéines essentielles, tandis que les autres protéines mitochondriales sont codées par l’ADN nucléaire.

• Le Golgi trie et modifie les molécules dans deux voies principales : la sécrétion vers l’extérieur de la cellule et la formation d’organites tels que les lysosomes.