volution et Diversit du Vivant

1
Évolution et Diversité du Vivant
En lien à Campbell, N.A Biologie Chapitre 7

• Exploration de la cellule
• AdaptationRhéo Lacroix (automne 2003)
• Source Bernadette Fery, avec permission.
• Merci beaucoup à ma collègue.

2

• Dimensions comparées des cellule

En lien à fig. 7.7
3

• Cellules procaryotes vs eucaryotes

• Rappel On reconnaît deux grands types de
  cellules
• Cellules procaryotes ( bactéries)
• Cellules eucaryotes ( toutes les autres cellules)

• 1 à 3 µm en général
• pas d'organites présents (sauf ribosomes)
• matériel génétique non enfermé dans un noyau
  délimité

En lien à fig. 7.7
4

• La taille des cellules

• Trop petites ne peuvent contenir les
  macromolécules

• Trop grandes ratio surface/volume trop faible

En lien à fig. 7.8
5

• Première partie
• Les 3 parties d'une cellule
• Les constituants de la cellule eucaryote animale
  et leurs rôles

6
Les 3 parties d'une cellule animale

• Noyau
• Centre de contrôle de la cellule
• Cytoplasme
• Lieu de la plupart des activités cellulaires
• Membrane plasmique
• (cytoplasmique)
• Contrôle le passage des substances vers la
  cellule et en dehors de la cellule

7
Le noyau d'une cellule animale

• NUCLÉOPLASME
• Liquide semi- visqueux (eau, sels, protéines
  solubles, sucres, etc.).
• Fournit un milieu favorable à l'activité du noyau
• CHROMATINE
• Matériel génétique ADN et protéines.
• Peu condensé filamenteux.
• Invisible au microscope optique.
• Apparaît au microscope optique comme des
  granulations indistinctes.
• Entre les périodes de divisions.
• Permet les activités normales de la cellules
  entre les périodes de division car l'ADN, peu
  condensé, est accessible aux enzymes.
• CHROMOSOMES
• Matériel génétique ADN et protéines.
• Condensé petits bâtonnets.
• Visibles au microscope optique.
• Apparaît au microscope optique comme des
  granulations plus épaisses.
• Lorsque la cellule se divise.
• Permet la répartition égale du matériel génétique
  dans 2 cellules filles lors de la division
  cellulaire car l'ADN est fortement condensé.

8
Noyau (cellule animale)
Figure 7.12 126
9
Le matériel génétique change d'état physique
lorsque la cellule se prépare à se diviser
La chromatine (matériel génétique à l'état
filamenteux) se transforme en chromosomes
(matériel génétique à l'état fortement
condensé). Lorsque l'on regarde le noyau de la
cellule en prophase (la première phase de la
division cellulaire), on voit des espaces clairs
autour de bâtonnets sombres parce que le matériel
génétique est plus pelotonné sur lui-même.
Figure 11.6 226
10
Les chromosomes sont issus de la condensation de
la chromatine
Figure 18.2 374
11
La chromatine et les chromosomes se
différencientdonc par l'état de leur condensation

• La chromatine (entre les périodes de division)
  permet les activités habituelles de la cellule
  car son ADN est accessible (elle est peu
  condensée).
• Elle peut facilement être recopiée en ARN (si la
  cellule a besoin de protéines).
• Elle peut facilement être recopiée en ADN (si la
  cellule se prépare à la prochaine division).
• Les chromosomes (lors de la division) permettent
  de distribuer facilement 2 lots égaux de matériel
  génétique dans 2 cellules filles (ils sont
  fortement condensés).
• Il est plus facile de séparer également des
  petits bâtonnets génétiques que des grands
  filaments tous entremêlés.

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Le cytoplasme d'une cellule animale

• CYTOSOL
• Liquide semi-visqueux (eau, ions, protéines,
  sucres)
• Fournit un milieu favorable à l'activité
  cellulaire
• ORGANITES MEMBRANEUX
• RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE GRANULEUX REG
• RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE REL
• APPAREIL DE GOLGI AG
• VACUOLES NUTRITIVES ET VÉSICULES
• LYSOSOMES
• MITOCHONDRIES
• PEROXYSOMES (Pas à l'étude)
• ORGANITES NON-MEMBRANEUX
• RIBOSOMES
• CYTOSQUELETTE
• MICROFILAMENTS (Pas à l'étude)
• FILAMENTS INTERMÉDIAIRES (Pas à l'étude)
• MICROTUBULES

13
Les organites de la cellule animale
Figure 7.10 124
14
Le réticulum endoplasmique granuleux (REG)

• Le REG est un réseau membraneux de tubules et de
  sacs applatis qui paraît granuleux car il est
  recouvert de ribosomes.
• Le REG a 2 rôles principaux
• Produire des vésicules de transition destinées à
  l'AG (assemblage des glycoprotéines et
  emballage)
• Produire des membranes internes et des vésicules
  de membrane

Figure 7.15 129
15
Un rôle du REG produire des vésicules de
transition

• Le REG capte les protéines que les ribosomes
  accrochés à sa membrane fabriquent.
• Le REG sucre ces protéines.
• Le REG emballe ces protéines sucrées
  (glycoprotéines) dans des vésicules de transition
  qui se dirigent vers l'appareil de Golgi.

Figure 16.17 332 Figure 7.20 134
16
Un rôle du REG produire des membranes

• Le REG produit de nouvelles membranes en
  synthétisant des lipides et en les jumellant aux
  protéines qu'il capte des ribosomes.
• Ces membranes s'incorporent à sa propre structure
  ce qui augmente sa propre quantité de membrane.
• Ces membranes peuvent aussi être redirigées vers
  d'autres organites membraneux via le biais de
  vésicules de membranes.

17
Le réticulum endoplasmique lisse (REL)

• Le REL est un réseau membraneux de tubules et de
  sacs applatis qui paraît lisse car il n'est pas
  recouvert de ribosomes.
• Le REL a plusieurs rôles
• Synthétiser des lipides
• Détoxiquer les médicaments et les autres drogues
• Produire des membranes internes et des vésicules
  de membranes
• Libérer le glucose vers le sang (cellules
  hépatiques)
• Accumuler des ions Ca (cellules musculaires)

Figure 7.15 129
18
L'appareil de Golgi (AG)

• L'AG est un empilement de saccules membraneux
  applatis et ronds (comme une pile de pains pita).
  Il provient de la fusion des vésicules de
  transition.
• L'AG a plusieurs rôles.

Figure 7.16 130
19

• Deux rôles de AG
• Modifier les protéines qu'il reçoit (via les
  vésicules de transition) en leur apposant une
  sorte d'étiquette moléculaire
• Trier ces protéines et les emballer dans les
  vésicules de sécrétion ou dans les lysosomes.

• Un autre rôle de AG
• Fabriquer certains polysaccharides (comme
  l'acide hyaluronique) qui sortent de la cellule
  en l'enrobant d'une couche sucrée.

Figure 7.20 134
20

• Les vésicules de sécrétion (venant de AG)
  fusionnent avec la membrane plasmique et
  déversent leur contenu à l'extérieur de la
  cellule.
• Le contenu des vésicules de sécrétion est
  précieux des hormones qui vont contrôler
  d'autres cellules, des enzymes qui digèrent les
  aliments, des molécules structurantes du tissu
  extracellulaire, etc.

Figure 8.23a 168
21
Les vacuoles nutritives (1 à 2?m)

• Relativement grosse
• 1 à 2 ?m
• Issue de la phagocytose.
• Par évagination de la membrane.
• Contient de la nourriture particulaire (grosse).
• Rôle
• Permet l'absorption de grosses particules par la
  cellule, telle une bactérie.

Figure 8.25a 169
22
Les vésicules de pinocytose (1 à 2?m)

• Relativement petite
• environ 0,1 ?m
• Issue de la pinocytose.
• Par invagination de la membrane.
• Contient des gouttelettes et des électrolytes.
• Rôle
• Permettre l'absorption de gros ions fortement
  chargés

Figure 8.25b 169
Figure 8.23b 168
23
Les lysosomes

• Vésicule remplie d'enzymes hydrolytiques qui
  provient de AG.
• Provient parfois, directement du REG.
• Rôles
• Digérer le contenu des vacuoles et des vésicules.
• Digérer les vieux organites cellulaires.

Figure 7.18 132
24

• Les lysosomes peuvent digérer 2 organites à la
  fois.

Figure 7.17 131
25
La mitochondrie

• Organite entouré de 2 membranes.
• La membrane interne se replie dans la matrice
  (substance semi-liquide) en formant des crêtes et
  des cloisons.
• Rôle
• Lieu essentiel de la respiration cellulaire, le
  processus métabolique qui permet de dégrader le
  glucose (ingéré via la nourriture) grâce à
  l'oxygène (respiré via les poumons) afin de
  produire de l'ATP (la source d'énergie principale
  de la cellule).

Figure 7.22 135
26
ATP ou adénosine triphosphate

• L'ATP est un nucléoside triphosphate d'ARN
• (donc un constituant de l'ARN).
• L'ATP est fabriqué en de multiples exemplaires
  par les mitochondries.
• Rôle de l'ATP
• Source d'énergie pour la plupart des réactions
  cellulaires qui l'exigent.

Figure 6.7 98
27
Le ribosome

• Organite non membraneux formé de 2 sous-unités
• Chaque sous-unité ARN ribosomique et protéines
• Assemblé par le nucléole
• 2 populations de ribosomes
• libre dans le cytoplasme
• liée aux membranes du REG
• Rôle
• Synthétiser la structure primaire des protéines
• (la chaîne d'acides aminés)

Figure 7.3 127
28
Le cytosquelette de la cellulefait office de
système osseux et musculaire

• Organite non membraneux
• Constitué d'un réseau de différentes fibres dans
  le cytoplasme
• Microtubules
• Microtubules
• Centrosome
• Centrioles
• Cils et flagelle
• Microfilaments
• Filaments intermédiaires
• Rôles généraux du cytosquelette
• Support mécanique de la cellule et maintien de sa
  forme.
• Maintien en place des organites et de certains
  ensembles enzymatiques.
• Changement de forme cellulaire.
• Déplacement des organites.

Tableau 7.2 138
29
Les microtubules du cytosquelette

• Tubes creux de 25nm de diamètre et mesurant
  jusqu'à 25?m de long
• Formés de nombreuses molécules de tubuline
• S'allongent et se rétractent, au besoin, par
  ajout ou retrait de tubuline
• Situés dans le cytoplasme mais aussi rayonnent du
  centrosome, un organite cellulaire
• Rôles
• Servent de poutre dans la charpente cellulaire.
• Maintiennent la forme cellulaire grâce à des
  faisceaux de microtubules placés près de la
  membrane plasmique.
• Servir de rails sur lesquels les organites
  peuvent se déplacer.

Figure 7.26 138
30

• Des granules de pigments vont et viennent le long
  des microtubules dans une cellule cutanée de
  poisson

Figure 7.27 139
31
Le centrosome du cytosquelette

• Masse dense de microtubules située près du noyau
• Situé dans les cellules animales et végétales
• Contient 2 centrioles en son centre dans la
  cellule animale (pas dans la cellule végétale)
• Rôles
• Centre organisateur des microtubules
• Se dupliquer avant la division cellulaire puis
  élaborer le fuseau de division au début de la
  division

Figure 7.27 139
32

• Centrosome d'un fibroblaste (une cellule du tissu
  conjonctif)
• (Centre organisateur des microtubules)
• Un colorant fluorescent révèle les microtubules
  en vert qui rayonnent du centrosome situé juste à
  côté du noyau

Figure 7.25 137
33
Un rôle important du centrosome se dupliquer
avant la division puis former le fuseau de
division durant celle-ci
Figure 11.1 221
34
Cette micrographie électronique montre le fuseau
de division (issu des 2 centrosomes) durant la
métaphase de la division cellulaire.Les
chromosomes sont accrochés aux fibres du fuseau
Figure 11.7a 228
35
Chaque fibre du fuseau de division est formée de
15 à 35 microtubules.Les fibres dirigent le
mouvement des chromosomes durant la division
cellulaire.
Figure 11.7b 228
36
Les centrioles du cytosquelette

• 2 centrioles
• Situés au cur du centrosome des cellules
  animales
• Formés, chacun, de 9 triplets de microtubules
• Formule 9
• Rôles
• Se dupliquer avant la division cellulaire puis
  élaborer les asters durant la division cellulaire
• Être à l'origine des cils et du flagelle d'une
  cellule

Figure 7.28 139
37

• Les 2 centrioles se dupliquent avant la division
  cellulaire ceci forme 4 centrioles.
• Durant la division cellulaire les 4 centrioles se
  séparent 2 vont vers un pôle (en même temps que
  le centrosome qui les contient) et 2 vont vers
  l'autre pôle (en même temps que l'autre
  centrosome).
• Chaque paire de centrioles élabore un aster un
  réseau de fibres de microtubules rayonnants,
  l'aster.

Figure 7.28 139
38

• Observez les 2 centrioles à chaque extrémité du
  fuseau de division.

Figure 11.7a 228
39
Les cils et le flagelle du cytosquelette

• Situés à la surface des cellules
• Sont recouverts de la membrane plasmique
• Ancrés à la cellule par un corpuscule basal
  (analogue à un centriole)
• Formés de neuf doublets de microtubules plus,
  deux au centre
• Formule 9 2
• Capables de déplacement grâce à la protéine
  motrice dynéine associée aux microtubules
• Les cils sont courts et nombreux.
• Le flagelle est long et unique.
• Rôle général
• Propulsion de la cellule
• Déplacement du milieu qui entoure la cellule

Figure 7.31 141
40

• Les cils et le flagelle bougent grâce à la
  dynéine, une protéine motrice associée aux
  microtubules

Figure 7.31 141
41

• Dans une solution contenant de l'ATP comme source
  d'énergie, la propulsion et la traction des bras
  latéraux de dynéine fait glisser l'un contre
  l'autre les doublets de microtubules du cil.

Figure 7.32 142
42
La membrane plasmique

• 2 couches de lipides dans lesquelles sont
  insérées des protéines
• Simple et non percée de pores (contrairement à la
  membrane nucléaire)
• Des sucres s'attachent à la surface externe de la
  membrane.
• Rôles généraux
• Délimite la cellule de son environnement.
• Contrôle les échanges cellulaires avec le milieu
  via les phénomènes membranaires (diffusion /
  transport actif, etc)
• Permet aux cellules de se reconnaître entre elles
  et de s'aggréger en tissus (grâce aux sucres de
  surface)
• Permet le déclenchement du processus immunitaire.
  La capacité de reconnaître les cellules "du soi"
  permet par le fait même de reconnaître "les
  cellules étrangères" et de déclencher le
  processus immunitaire.

Figure 8.7 156
43

• Deuxième partie
• Les différences entre les cellules animales et
  végétales
• Le recouvrement des cellules végétales et animales

44
Les différences entre les cellules animales et
les cellules végétales
45
Les organites de la cellule végétale
Figure 7.11 125
46
La paroi végétale

• Paroi rigide qui entoure la cellule et lui impose
  une forme rectangulaire
• Formée minimalement de 2 couches lamelle
  moyenne "sucrée" et paroi primaire de cellulose
• Parfois une troisième couche s'ajoute chez les
  plantes ligneuses.
• Rôles
• Protéger la cellule
• Empêcher son éclatement en prévenant une
  absorption excessive d'eau
• Sert de squelette aux plantes herbacées

Figure 7.34 144
47
Le recouvrement des cellules végétales et des
cellules animales
48
Cellule animale et végétale
Typique à la cellule animale (non montré ici)
cylindres de microtubules Les centrioles
Typique à la cellule végétale 3
structures Paroi cellulosique chloroplastes
vacuole