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LA CELLULE et les ORGANISMES PLURICELLULAIRES
2
Rappel sur lévolution Soupe prébiotique 6
éléments essentiels C H O N S P ? 1ères
molécules ARN - Acides aminés acides gras
sucres ADN énergie, membranes et
métabolisme ? Double couche phospholipidique séle
ction de chaînons membrane cellulaire métaboliqu
es efficaces ?plus dénergie ? Adaptation
à lenvironnement par symbiose de 2 systèmes
différents ? Respiration aérobie et
anaérobie ? Evolution spécifique et fonctionnelle
des cellules ? Organisation pluricellulaire
3
Production des molécules essentielles dans les
conditions de latmosphère primordiale
4
(No Transcript)
5
(No Transcript)
6
(No Transcript)
7
(No Transcript)
8
(No Transcript)
9
Tailles et formes des cellules
Réception de signaux issus de 100.000 autres
cellules
Cils vibratiles
Différents exemples de cellules A cellule
nerveuse humaine B paramécie C cellules de
jeune plante (tige) D bactérie minuscule E
neutrophile englobant un globule rouge
lignine
cellulose
Globule blanc polynucléaire neutrophile
Globule rouge
10
Assortiment de protozoaires
Echelle 10mm
11
Caractéristiques comparées des procaryotes et des
eucaryotes
12
la cellule structure et organisation
13
Cellules procaryotes 1 à 10 µm
Plus petits procaryotes 0,1 à 1 µm
Cellules eucaryotes 10 à 100 µm
Plus petite cellule humaine spermatozoïde ( 3
µm) Plus grande cellule humaine ovule ( 100 µm)
14
Si une cellule animale avait la taille d'un
immeuble de six logements
1 µm 1/1000 mm 1 nm 1/1000 µm
15
La taille des cellules est limitée par leur
rapport surface / volume
Les échanges entre la cellule et son milieu se
font par la surface de la membrane
cellulaire. Ces échanges sont proportionnels au
volume de la cellule.

• Si on augmente le diamètre d'une cellule
• La surface augmente au carré
• Le volume augmente au cube

Plus la taille augmente, plus le volume devient
important par rapport à la surface. Le rapport
surface / volume diminue.
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Structure générale d'une cellule animale eucaryote
17
(No Transcript)
18
Les éléments de la cellule
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Le noyau
Nucléole
Structure de synthèse de lARN ribosomal (transcri
ption des gènes assemblage ARNr puis exportation
vers le cytosol)
20
Réticulum endoplasmique
21
Réticulum endoplasmique

• Constitution
• Le réticulum endoplasmique est fait d'une seule
  membrane enroulée sur elle-même.
• Elle est formé de tubes qui sont interconnecté
  entre eux.
• Types
• Réticulum endoplasmique rugueux
• Réticulum endoplasmique lisse
• Toutes les cellules eucaryotes possèdent un
  réticulum endoplasmique.

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Réticulum endoplasmique rugueux

• Propriété
• Sa membrane porte de très nombreux ribosomes.
• Fonctions
• Joue un rôle capital dans la synthèse et la
  transformation des protéines.
• Fabrique toutes les protéines qui sont sécrétées
  par la cellule.
• Est utilisé pour fabriquer soigneusement la
  membrane cellulaire et plus spécifiquement des
  phospholipides et du cholestérol.
• Il est le support physique aux ribosomes qui
  effectuent l'assemblage des acides aminés en
  protéines.

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Ribosomes
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Réticulum endoplasmique lisse

• Propriété
• C'est le prolongement du rugueux.
• Fonctions
• Il est nécessaire dans la formation des corps
  gras et dans celle des lipoprotéines ( lipides
  protéine ).
• Il s'occupe de l'absorption,la fabrication et le
  transport des lipides comme dans les cellules
  intestinales.

• Contient les enzymes qui rentre dans la
  formation des corps gras, dans celle du
  cholestérol et celle des lipoprotéines.

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Les ribosomes

• Propriété
• petite structure cellulaire responsable de la
  synthèse des protéines.
• Certains ribosomes sont libres dans le
  cytoplasme.
• Certains autres sont associés au réticulum
  endoplasmique, formant le réticulum endoplasmique
  rugueux.
• Structure
• Constitué de molécules dun type particulier
  dARN.
• Porte des sites de fixation
• lun lui permettant de saccrocher aux ARN
  messagers (ARNm), les deux autres donnant la
  possibilité à des ARN de transfert (ARNt) de se
  fixer sur le ribosome.
• Fonctions
• Jouent un rôle essentiel dans la synthèse des
  protéines.
• Parcourent les ARN messagers (ARNm) et ajoutent
  les nouveaux acides aminés.
• Sert de catalyseurs de la synthèse protéique.

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L'appareil de Golgi
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Appareil de Golgi

• Description Organite des cellules eucaryotes
  constitué d'un empilement de saccules, petits
  sacs, aplatis sajoutant continuellement.
• Utilité L'appareil de Golgi reçoit lipides et
  protéines du réticulum endoplasmique et les
  réexpédie, après transformation et tri, vers un
  certain nombre de destinations internes ou
  externes à la cellule.

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Structure générale d'une cellule animale eucaryote
29
Mitochondrie
30
Mitochondrie (suite)
Les mitochondrie qui sont en grande quantité dans
les cellules sont considérés comme les moteurs de
celles-ci. Elles transforment la nourriture en
ATP (Adénosine triphosphate). Elles produisent
donc l'énergie nécessaire aux fonctions vitales
par le biais du processus de respiration
cellulaire.
31
Mitochondrie

1. Crête
2. Espace intermembranaire (renferme des enzymes,
   des transporteurs d'hydrogène, de l'ADP, de
   l'ATP)
3. Membrane externe (composition voisine de la
   membrane plasmique)
4. Membrane interne (protéines chargées du transfert
   de l'hydrogène et des électrons ATP)

32
Chloroplaste (136)
33
Chloroplaste

1. Membrane interne (composition voisine de la
   membrane plasmique)
2. Membrane externe (composition voisine de la
   membrane plasmique)
3. Espace intermembranaire (contient des enzymes,
   des transporteurs d'hydrogène, de lADP et de
   lATP
4. Thylakoïdes (renferment des pigments
   photorécepteurs protéines ATP)
5. Granum (empilement de thylakoïdes)
6. Lamelle

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Chloroplaste (suite)
Toute une chaîne de réactions d'oxydoréduction
(déclenchée par lénergie lumineuse) se déroule
dans les thylakoïdes pour produire de l'énergie
que la cellule emmagasine. Réalisée au niveau des
pigments chlorophylliens, cette oxydation libère
des électrons et des protons qui permettront de
produire de l'ATP. Grâce à cet énergie, la
cellule végétale fabrique toutes sortes de
substances nutritives (principalement des sucres)
à partir d'éléments minéraux.
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Lysosome (132)
36
Les lysosomes
37
Lysosome (suite)

• Les lysosomes sont les  poubelles  de la
  cellules.
• Ils ont 2 fonctions principales
• l'hétérophagie la digestion des matériaux
  provenant de lextérieur de la cellule (substance
  alimentaire ou bactéries)
• l'autophagie digestion de certaines parties de
  la cellule qui sont inutiles (prévention de la
  formation de substances toxiques)
• Ils proviennent de lappareil de Golgi et sont
  surtout constitué denzymes digestifs

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Péroxysome
39
Les peroxysomes
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Peroxysomes (suite)

• Cest un petit organite qui a pour rôle
  loxydation des acides gras à longue chaîne, la
  décomposition de loxyde dhydrogène (toxique
  cellulaire), la dégradation des prostaglandines
  (substances semblables aux hormones).
• Ils sont plus nombreux dans les cellules
  hépatiques (foie).

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Vacuoles
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Cytosquelette

• Rôle
• Maintien de la forme des cellules
• Surtout dans le cas des cellules animales qui
  sont dépourvues, au contraire des cellules
  végétales, de paroi rigide.
• Intervient dans les mouvements des cellules
• Chez les unicellulaires comme les amibes, mais
  également chez les pluricellulaires, notamment
  avec les globules blancs
• Sert de rails pour le transport de certaines
  molécules au sein de la cellule.
• Est très important pour la croissance de la paroi
  cellulaire, car l'orientation des microfibrilles
  de cellulose qui sont associées à la paroi est
  déterminée par l'orientation des microtubules du
  cytosquelette.

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Cytosquelette
Vimentine, kératine, desmine.. famille
hétérogène fibres en forme de cordage
(10nm) lamina nucléaire, résistance mécanique
Actine polymères hélicoïdaux Structure flexibles
(7nm) responsables des mouvements
cellulaires (dans le cortex cellulaire)
Tubuline longs cylindres creux (25nm) rigides,rect
ilignes attachés au centrosome
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Cytosquelette (suite)

• Constitution
• Microfilaments
• Les microfilaments constituent un réseau
  principalement localisé sous la surface
  cellulaire.
• Filaments intermédiaires
• Les filaments intermédiaires constituent un
  réseau qui occupe tout l'espace cytoplasmique.
  Sous la membrane nucléaire interne ils
  constituent la lamina.
• Microtubules
• Les microtubules constituent un "réseau" dont le
  centre est situé au niveau du centrosome.

45
(No Transcript)
46
Les tissus
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Deux exemples de mécanismes dassemblage des
cellules en tissus
Feuillet épithélial membrane basale
et formation de jonctions intercellulaires
Évolution dun être unicellulaire en organisme
pluricellulaire
migration des cellules de la crête
neurale ganglions et cellules satellites
48
Formation dun tube ou dune vésicule par
incurvation dun feuillet épithélial
A shéma de la formation dun tube ou dune
vésicule B formation du tube neural (embryon de
poussin de 2 jours) C formation du cristallin
(coupe dun œil)
49
Les stades de développement dun embryon de
poisson zèbre
50
bourgeon de membre de poussin
duplication du modèle des doigts
Des conséquence danomalies dexpression des
gènes (mutation dans le gène de sélecteur
homéotiques)
antennes converties en jambes
51
Vue schématique de lorganisation dune hydre
animal diploblastique ordre des cnidaires
52
Le corps humain contient plus de 200 types de
cellules Celles-ci sont réunis en de nombreux
types de tissus Épithéliums Tissu
conjonctif Muscle Tissus nerveux . . . La
plupart des tissus contiennent un mélange de
types cellulaires
53
(No Transcript)
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(No Transcript)
55
(No Transcript)
56
(No Transcript)
57
(No Transcript)
58
Le cycle cellulaire et La division cellulaire
59
Vie état et ensemble dactions et de réactions
qui animent pendant un temps limité des
systèmes naturels hautement structurés à toutes
les échelles d observation les êtres
vivants. Cellules unité morphologique et
physiologique de tous les êtres vivants, capable
de se reproduire à lidentique. La vie de la
cellule est en constant mouvement, de sa
formation à la mort cellulaire. La durée de
vie de la cellule est extrêmement
variable. Chaque type de cellules est compétent
pour un nombre donné de cycles cellulaires. Des
évènements de diverses origines peuvent
interférer sur cette durée de vie (apoptose).
60
Les étapes du cycle cellulaire La synthèse de
DNA ou phase S La durée de cette phase est
variable, de quelques minutes pour les cellules
embryonnaires à plusieurs heures pour la plupart
des cellules somatiques. Pour celles-ci, en
effet, pendant cette phase, la cellule continue
à transcrire activement les gènes des protéines
nécessaires à leur survie et au maintien des
fonctions spécialisées. Pendant la phase S, la
cellule dédouble aussi le centrosome, nécessaire
à la migration des chromosomes. Les deux
centrosomes migrent autour du noyau et se
positionnent de façon diamétralement opposée. La
phase M La phase M, ou mitose, est la période de
division cellulaire les chromosomes, le
matériel nucléaire et cytoplasmique sont divisés
entre les deux cellules filles. Le contenu en DNA
passe ainsi de 4N à 2N. Au cours de cette phase,
le rôle des microtubules du fuseau est
particulièrement important. La durée de la phase
M est en général très court, inférieure à une
heure.
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Les étapes du cycle cellulaire Phase G2 C'est la
phase séparant la synthèse d'une copie du DNA
nucléaire de la séparation physique des deux
cellules. Sa durée est extrêmement constante et
le plus souvent courte (quelques heures au
maximum). Il s'agit d'une phase automatique les
cellules entrées dans la phase S aboutissent
toujours à la phase M. C'est une phase de
contrôle de la bonne transcription du matériel
génétique, impliquant des gènes et des protéines
importants pour le bon déroulement de la
mitose. Phase G1 C'est la phase du cycle
cellulaire dont la durée est la plus longue, et
la plus variable selon le type cellulaire. Le
temps passé en G1 est inversement proportionnel
au taux de prolifération. Lorsque les conditions
extérieures ne sont pas favorables à la
prolifération, les cellules s'arrêtent en G1
les cellules déjà impliquées dans une division
(phase S, G2 ou M) la complètent pour arriver en
phase G1. Pendant cette phase, la cellule croît
en taille, et fabrique les protéines
cytoplasmiques qui seront ensuite divisées pour
les cellules filles. Phase G0 On appelle ainsi
une période, plus ou moins longue, pendant
laquelle la cellule est dans un état de repos,
non prolifératif. Ces cellules contiennent un
matériel nucléaire 2N, et ressemblent, au
microscope, aux cellules en G1. Cependant, elles
n'ont pas le même métabolisme protéique ou du
RNA. Certaines cellules terminales sont dans un
état G0 définitif, comme les polynucléaires ou
les neurones. D'autres peuvent, sous l'effet de
facteurs externes, passer de létat de repos G0 à
létat actif G1 (ainsi les hépatocytes après
hépatectomie partielle, ou les lymphocytes avant
la stimulation antigénique)
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La division cellulaire
Mitose ? nécessaire à la survie de lindividu
unicellulaire compense la mort cellulaire
permanente des individus pluricellulaires fab
rique un individu diploïde Méiose ? nécessaire
à la survie de lespèce (pluricellulaire) fabri
que 4 cellules haploïdes ? cellule
diploïde ? reproduction sexuée crée des
occasions particulières pour une innovation
génétique est le fait de la quasi-totalité
des organismes complexes
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La mitose
Un organisme eucaryote est formé de cellules.
Chacune de ses cellules provient de la
multiplication d'une cellule préexistante. La
mitose ou division cellulaire permet de
multiplier le nombre de cellules en conservant la
quantité et la qualité des informations contenues
dans les chromosomes. Le déroulement de la
mitose dépend de mécanismes très précis. Ces
mécanismes sont universels, c'est à dire communs,
à quelques détails près, à tous les organismes
eucaryotes, animaux et végétaux.
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Les chromosomes ne sont pas individualisés.
Le
matériel génétique est sous la forme de
chromatine.
Le centrosome (MTOC, Centre Organisateur
de
Microtubules) est composé de deux centrioles

perpendiculaires entourés de matériel
péricentriolaire. PROPHASE début
Les
chromosomes s'individualisent (les couleurs
rouge et
vert symbolisent l'origine paternelle ou
maternelle
des chromosomes). Le centrosome a été
dupliqué en fin
d'interphase. PROPHASE suite
Les chromosomes
s'épaississent et se
raccourcissent. Nous avons choisi
un nombre de
chromosomes 2N4. Deux sont d'origine
maternelle
et deux d'origine paternelle. Chaque
chromosome est
constitué de deux chromatides qui
restent liées entre
elles au niveau des centomères
kinétochores (en
violet).
65
PROPHASE suite
Les chromosomes sont maintenant très courts
et épais. Les deux centrosomes vont se séparer.


Les deux centrosomes accompagnés de
microtubules rayonnants constituent des asters
qui migrent vers les deux pôles de la cellule en
se repoussant l'un l'autre grâce à des moteurs
agissant sur les microtubules chevauchants.
Les deux asters sont aux deux pôles opposés.
Les microtubules émis par chacun d'eux les
maintiennent en place et constituent le fuseau
(des microtubules de même type existent
évidemment dans les autres plans de l'espace).
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PROPHASE fin La membrane nucléaire disparait. Les
chromosomes ne sont plus dans un noyau, mais sont
emprisonnés dans la cage constituée par les
fibres tutoriales.

PROMETAPHASE début La
membrane nucléaire a complètement disparu.
De nombreux microtubules dynamiques sont
polymérisés à partir des deux pôles.

PROMETAPHASE suite Ces microtubules s'allongent
en direction des chromosomes. Lorsque l'un
d'entre eux rencontre un centromère kinétochore
d'un chromosome, il le capture (attachement
unipolaire). Les autres microtubules continuent à
"chercher".
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PROMETAPHASE suite Le chromosome est capturé par
un autre microtubule venant de l'autre aster.
L'attachement du chromosome au fuseau est
maintenant bipolaire.

Par le jeu de la
polymérisation et de la dépolymérisation des
microtubules et grâce à des moteurs, le
chromosome capturé est placé à l'équateur du
fuseau. Pour simplifier, un seul microtubule a
été utilisé pour capturer un chromosome. En
réalité 15 à 40 microtubules s'attachent au
kinétochore d'un chromosome de mammifère.
PROMETAPHASE suite Un autre chromosome est
capturé.
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Il est à son tour placé à l'équateur du fuseau.


Le dernier chromosome vient d'être capturé
de manière unipolaire.Les autres
chromosomes positionnés à l'équateur vont
l'attendre. La séparation des chromatides
(anaphase) est bloquée tant que TOUS les
chromosomes ne sont pas alignés et reliés aux
deux pôles. Tout chromosome mal attaché envoie un
signal inhibiteur. METAPHASE Tous les
chromosomes sont maintenant placés à l'équateur
du fuseau et constituent la plaque équatoriale.
Les signaux inhibiteurs venant des chromosomes
n'existent plus. L'ensemble du système est
vérifié par un "checkpoint" et attend le feu vert
pour déclencher l'anaphase.
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ANAPHASE début D'un seul coup, tous les
kinétochores se séparent. Les microtubules
attachés aux kinétochores se dépolymérisent et
les chromosomes montent vers les pôles grâce à
leurs moteurs.

ANAPHASE suite Les deux lots de
chromatides, qui, maintenant individualisées,
sont des chromosomes, gagnent les pôles du fuseau
en remontant le long des microtubules. Les
deux lots de chromosomes sont rassemblés
aux pôles car ils sont guidés par la cage formée
par le fuseau lui-même. Un cercle de fibres
contractiles (acto-myosine) apparait autour de
la cellule dans le plan de l'équateur.
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TELOPHASE début Ces fibres se contractent.
Elles réalisent un sphincter qui resserre le
diamètre de la cellule au niveau de l'équateur.
TELOPHASE suite Le processus se poursuit.
La cellule se partage en deux progressivement.
La cellule est presque entièrement
partagée. La membrane nucléaire se reconstitue
autour de chaque lot de chromosomes.
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TELOPHASE fin les chromosomes se décondensent
progressivement. DEUX CELLULES Les
chromosomes poursuivent leur décondensation. Remar
quons que chaque chromosome fils est constitué
d'une seule chromatide alors qu'au début de la
mitose chaque chromosome était constitué de
deux chromatides. Ces cellules vont
poursuivre leur cycle et éventuellement, après la
duplication de leur ADN, entrer à leur tour dans
une phase mitotique suivante.

72
(No Transcript)
73
(No Transcript)
74
La meiose
La méiose est une division cellulaire
réductionelle. Les cellules humaines ont 46
chromosomes par cellules. C'est le nombre
diploïde de chromosomes (2n46). Les gamètes par
contre contiennent la moitié de ce nombre de
chromosomes et sont dits haploïdes (n23). C'est
lors de la production des gamètes par le
processus de méiose que le nombre de chromosomes
est réduit. La méiose, bien qu'elle ressemble à
la mitose, a donc la fonction de produire
des cellules haploides. Il est essentiel de
réduire par la moitié le nombre de chromosomes
dans les gamètes puisque deux gamètes se
fusionnent pour produire le zygote qui deviendra
l'embryon qui se développera en adulte. Quand les
deux gamètes se fusionnent le nombre de
chromosomes total doit être égal au nombre de
chromosomes d'une cellule diploïde. La méiose
se fait en deux étapes, la méiose I qui est la
phase réductionnelle, et la méiose II qui est
une phase équationnelle. C'est durant la méiose I
que les chromosomes homologues sont séparés pour
produire deux cellules filles ayant la moitié
des chromosomes. Ces chromosomes sont par contre
dédoublés (deux chromatides soeurs) et la méiose
II sépare ces chromatides soeurs pour produire 4
cellules filles haploïdes.
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Méiose réductionnelle 2n ? n chromosomes
Méiose Équationnelle Mitose normale avec n
chromosomes