Fiche de révision : Cellules et trafic membranaire

📋 Plan du Cours

1. Organisation des cellules
2. Taille et observation cellulaire
3. Techniques de microscopie
4. Lyse et fractionnement cellulaire
5. Structure de la membrane plasmique
6. Protéines et asymétrie membranaires
7. Réticulum endoplasmique
8. Trafic vésiculaire
9. Appareil de Golgi
10. Sécrétion et exocytose
11. Régulation de la fusion membranaire

📖 1. Organisation des cellules

★ À maîtriser

📌 Une cellule procaryote possède un ADN libre dans le cytoplasme et aucun organite délimité par une membrane, tandis qu’une cellule eucaryote possède un ADN contenu dans un noyau et des organites membranaires.

📌 La cellule eucaryote végétale possède une paroi, un chloroplaste et des vacuoles, tandis que la cellule eucaryote animale possède des centrioles, une matrice extracellulaire et des lysosomes.

Compléments

• Les cellules eucaryotes animale et végétale possèdent notamment un noyau, un réticulum endoplasmique et un appareil de Golgi.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau, eucaryote avec noyau

📖 2. Taille et observation cellulaire

★ À maîtriser

• Une bactérie mesure environ 2 micromètres, une levure environ 5 micromètres, une cellule buccale humaine environ 40 micromètres et une cellule chlorophyllienne de feuille environ 150 micromètres.

📌 La limite de résolution de l’œil est d’environ 0,2 millimètre, alors que le microscope optique atteint environ 0,2 micromètre.

• Le microscope électronique à balayage atteint une résolution d’environ 1 à 7 nm et un grandissement d’environ 20 000 fois, tandis que le microscope électronique à transmission atteint environ 0,2 nm et 50 000 fois.

Compléments

• L’ångström correspond à $10^{-10}\ \text{m}$.

💡 Astuce mémo

Loupe → microscope optique → MEB/MET

📖 3. Techniques de microscopie

🔑 Notions clés & Définitions

• Microscopie : Ensemble des techniques d’imagerie des objets de petites dimensions.

★ À maîtriser

• La microscopie confocale à balayage laser focalise le laser sur un point d’un plan focal et excite les molécules de ce point plutôt que celles situées autour, ce qui produit une image plus nette.

• En immunocytochimie directe, l’anticorps dirigé contre la protéine spécifique est directement couplé à un fluorochrome, tandis qu’en méthode indirecte un anticorps secondaire reconnaît l’anticorps primaire et porte le fluorochrome.

📌 En MET, le faisceau d’électrons traverse l’échantillon et est davantage arrêté par les structures denses, tandis qu’en MEB le faisceau balaie la surface et révèle la morphologie externe.

Compléments

• La microscopie photonique utilise des photons, qui sont des particules non chargées.

• Le bleu de méthylène colore le noyau, tandis que l’éosine-hématoxyline colore le cytoplasme et le noyau.

• En microscopie à fluorescence, le DAPI marque le noyau en bleu, l’AC II-FITC marque les microtubules en vert et la phalloïdine-TRITC marque les filaments d’actine en rouge.

💡 Astuce mémo

MEB = surface, MET = intérieur

📖 4. Lyse et fractionnement cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Fractionnement subcellulaire : Séparation des constituants cellulaires sans les dégrader, en rompant la membrane plasmique sans altérer les organites.

★ À maîtriser

• La lyse cellulaire libère le contenu cellulaire en détruisant les membranes et les parois par broyage mécanique manuel, broyage avec un potter ou ultrasons avec un sonicateur.

• La centrifugation différentielle sépare les constituants par centrifugations successives à des vitesses croissantes, les éléments formant un culot au fond du tube et le liquide restant constituant le surnageant.

• La centrifugation sur gradient de sucrose sépare les constituants en bandes situées à différents niveaux, correspondant à leurs densités.

Compléments

📌 La lyse et l’analyse des protéines sont réalisées à froid et avec un cocktail d’inhibiteurs de protéases afin de limiter leur dégradation.

📌 L’électrophorèse à une dimension sépare les protéines selon leur taille, tandis que l’électrophorèse à deux dimensions les sépare selon leur point isoélectrique puis leur taille.

💡 Astuce mémo

Lyser → centrifuger → séparer culot et surnageant

📖 5. Structure de la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Délimite la cellule et maintient son intégrité, mais n’est pas étanche, notamment aux ions.
• Phospholipide : Molécule amphiphile constituée d’une tête polaire hydrophile et de deux chaînes d’acides gras hydrophobes.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique est constituée de deux feuillets membranaires lipidiques dont la structure en bicouche est conservée, malgré une répartition et une composition variables des phospholipides.

Compléments

• Le phosphatidate est le phospholipide le plus simple et sert de précurseur au phosphatidylinositol, à la phosphatidylsérine, à la phosphatidyléthanolamine et à la phosphatidylcholine.

• La sphingomyéline est répartie à 95 % dans le feuillet externe et à 5 % dans le feuillet interne.

• Le cholestérol est un constituant essentiel de la membrane plasmique et des endomembranes, et il ralentit le mouvement des phospholipides.

💡 Astuce mémo

Une mosaïque fluide de lipides et de protéines

📖 6. Protéines et asymétrie membranaires

★ À maîtriser

📌 Une protéine transmembranaire traverse la membrane plasmique, tandis qu’une protéine périphérique lui est associée sans la traverser.

• Les protéines canal forment un passage central permettant le passage d’ions tels que le potassium, le sodium et le calcium.

• Un transporteur fait passer des ions ou des molécules comme les acides aminés et les sucres simples en changeant de conformation après fixation de la molécule, comme le glucose.

• Un récepteur possède un ou plusieurs domaines transmembranaires et reconnaît spécifiquement un ligand sans laisser passer d’ions ni de molécules à travers la membrane plasmique.

Compléments

• Les motifs glucidiques sont présents uniquement sur le feuillet externe, où leur glycosylation contribue à l’asymétrie membranaire et à la reconnaissance cellulaire.

💡 Astuce mémo

Canal, transporteur et récepteur n’ont pas le même rôle

📖 7. Réticulum endoplasmique

★ À maîtriser

📌 Le réticulum endoplasmique rugueux porte des ribosomes assurant la traduction, tandis que le réticulum endoplasmique lisse participe notamment à la gestion du calcium.

• 🔄 La biosynthèse suit cette séquence:

  1. Traduction de l’ARNm par un ribosome
  2. Translocation cotraductionnelle
  3. Élimination du peptide signal
  4. Repliement de la protéine

• La N-glycosylation dans le réticulum endoplasmique forme une glycoprotéine par liaison d’un groupement glucidique à des résidus d’asparagine grâce à une glycosyl-transférase.

Compléments

• La membrane externe de l’enveloppe nucléaire est le prolongement de la membrane du réticulum endoplasmique.

• Un pont disulfure se forme entre deux acides aminés cystéine et est essentiel à l’activité biologique de certaines protéines.

💡 Astuce mémo

Traduire → transloquer → replier → modifier

📖 8. Trafic vésiculaire

★ À maîtriser

• 🔄 Le trafic vésiculaire suit ces étapes:
  1. Déformation de la membrane
  2. Bourgeonnement
  3. Transport de la vésicule
  4. Fusion avec le compartiment cible

📌 Le transport antérograde va du noyau vers la périphérie, tandis que le transport rétrograde va de la périphérie vers l’intérieur de la cellule.

• Les protéines du manteau et les protéines adaptatrices sélectionnent la cargaison et permettent le bourgeonnement, tandis que le cytosquelette et les protéines motrices assurent le transport et le recrutement.

• Les golgines assurent l’accostage, les SNAREs l’arrimage et la fusion, et les protéines Rab, qui sont des GTPases, régulent les protéines et les membranes.

Compléments

📌 Lors du trafic vésiculaire, les molécules membranaires restent membranaires et les molécules solubles restent solubles dans la lumière du réticulum.

💡 Astuce mémo

Bourgeonnement → transport → accostage → fusion

📖 9. Appareil de Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Appareil de Golgi : Organite membranaire formé d’un empilement de saccules appelé dictyosome.

★ À maîtriser

• L’appareil de Golgi est polarisé avec une face cis dirigée vers l’intérieur de la cellule et une face trans dirigée vers l’extérieur, cette dernière envoyant des vésicules.

• Chaque saccule golgien possède un cocktail d’enzymes particulier qui modifie les molécules et lui confère une identité propre.

Compléments

📌 Les dictyosomes sont généralement au nombre de un à deux et immobiles dans les cellules animales, tandis que les cellules végétales en possèdent des centaines, plus petits et mobiles.

• Les modifications réalisées par le Golgi comprennent:

  • O-glycosylation
  • Acétylation
  • Sulfatation
  • Clivage par les prohormone convertases
  • Amidation

• Les molécules transitent de saccule en saccule dans l’appareil de Golgi à une vitesse moyenne d’environ 30 minutes.

💡 Astuce mémo

Cis → médian → trans

📖 10. Sécrétion et exocytose

★ À maîtriser

📌 La voie de sécrétion constitutive est commune à tous les types cellulaires, tandis que la voie de sécrétion régulée est propre aux cellules sécrétrices.

• La voie d’exocytose va du réseau trans-golgien vers la membrane plasmique et permet le renouvellement de la membrane plasmique ainsi que le remodelage de la matrice extracellulaire.

• Dans une cellule sécrétrice, les vésicules formées à partir de la face trans du Golgi sont transportées par les microtubules, atteignent le cortex d’actine, puis s’accostent, s’arriment et fusionnent avec la membrane plasmique.

📌 L’exocytose partielle correspond à l’ouverture puis à la fermeture du pore de fusion, tandis que l’exocytose totale correspond à la formation d’un pore de fusion qui s’élargit et libère tout le contenu vésiculaire.

Compléments

• Les chromogranines, présentes uniquement dans la voie régulée, favorisent l’agrégation des molécules et interagissent avec la membrane golgienne.

💡 Astuce mémo

Exocytose partielle : pore refermé ; totale : pore ouvert

📖 11. Régulation de la fusion membranaire

★ À maîtriser

• Les petites GTPases cytosoliques des familles Arf, Sar et Rab alternent entre une forme liée au GDP inactive et une forme liée au GTP active.

• Les petites GTPases participent au recrutement de protéines sur les sites de bourgeonnement et de fusion.

📌 Les R-SNAREs possèdent un motif essentiel contenant une arginine, tandis que les Q-SNAREs possèdent un motif essentiel contenant une glutamine.

• Lors d’une stimulation, le calcium favorise l’exocytose et agit sur l’actine en favorisant sa dépolymérisation, ce qui diminue le nombre de filaments d’actine.

Compléments

• Les golgines sont des protéines d’accostage solubles du cytosol recrutées à la membrane golgienne par des GTPases.

💡 Astuce mémo

Signal → calcium → dépolymérisation de l’actine → exocytose

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des microscopes