Anat/physio cytologie 1

Chapitre 1: Cytologie - Notions Fondamentales

La cellule est l'unité de base du vivant, formant les tissus, les organes, puis les systèmes.

1. Organisation des organismes pluricellulaires

• Les cellules forment les tissus.

• Il existe 4 grands types de tissus: !

  • Tissu nerveux

  • Tissu musculaire (squelettique, cardiaque, lisse)

  • Tissu épithélial: constitue une limite entre les milieux, assure la protection et la sécrétion.

  • Tissu conjonctif: rôle de soutien, de liaison et de protection.

• Les tissus forment les organes.

• Les organes forment les systèmes (respiratoire, digestif, urinaire, etc.).

• Les systèmes forment les animaux et les humains, qui sont des êtres pluricellulaires.

2. Types de Cellules

Les cellules eucaryotes (animales, végétales) sont plus complexes que les cellules procaryotes.

3. Caractéristiques Fondamentales des Cellules Eucaryotes

• Unité de base du vivant.

• Environ 200 types cellulaires différents.

• Tailles et formes très diversifiées.

• Principalement composées de carbone, d'hydrogène, d'azote et d'oxygène.

• Présentent des structures fondamentales et des fonctions communes.

4. Les Trois Régions Principales d'une Cellule Animale

1. La membrane plasmique (ou membrane cellulaire).

2. Le cytoplasme, contenant les organites (ayant des fonctions définies).

3. Le noyau, qui régit les activités de la cellule.

La Membrane Plasmique

La membrane plasmique est la frontière entre le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire (ou liquide interstitiel).

1. Structure et Composition

• Décrite selon le modèle de la « mosaïque fluide »: une double couche de lipides parsemée de protéines qui « flottent ».

• Elle est dynamique et change constamment.

• Composants principaux:

  • Phospholipides:

    • Tête hydrophile (contient du phosphore).

    • Queue hydrophobe (acides gras).

  • Glycolipides: lipides + glucides.

  • Cholestérol: assure la stabilité de la membrane.

  • Protéines:

    • Intégrales et périphériques.

    • Peuvent être libres ou ancrées.

    • Glycoprotéines: protéines liées à de courtes chaînes de glucides.

    Une protéine est une macromolécule polymère composée de chaînes d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques.

2. Rôles et Fonctions de la Membrane Plasmique

La membrane plasmique n'est pas une enveloppe passive, elle a des rôles dynamiques essentiels:

• Transport (nécessite parfois de l'ATP).

• Réception de signaux: via des récepteurs membranaires, par exemple pour les hormones.

• Activité enzymatique: certaines protéines membranaires sont des enzymes qui catalysent des réactions chimiques.

  Une enzyme est une protéine catalysant (transformant) les réactions chimiques cellulaires. Ne pas confondre catalyse, métabolisme, catabolisme et anabolisme.

• Reconnaissance entre cellules: les glycoprotéines (c intercellulaires: maintiennent les cellules associées.

• Fixation du cytosquelette et de la matrice extracellulaire: contribue au maintien de la forme cellulaire et à la localisation des protéines.

• Frontière physique et passage sélectif des molécules pour maintenir la composition ionique du cytoplasme.

• Communication entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule (ex: endocytose et exocytose).

• Rôle dans les réactions aux hormones et neurotransmetteurs: via les récepteurs membranaires (glycocalyx).

  Exemples d'interactions: groupes sanguins, ovule et spermatozoïde, immunité, cicatrisation...

3. Jonctions Intercellulaires

La plupart des cellules sont immobiles et associées par trois facteurs:

• Le glycocalyx adhésif.

• Les membranes plasmiques ondulées (imbrications).

• Les jonctions cellulaires:

  • Jonctions serrées: imperméables (tube digestif, peau).

  • Desmosomes: jonctions d'ancrage (peau, cœur, muscles).

  • Jonctions ouvertes (ou gap junctions): permettent la communication et le passage de substances (excitation électrique, ions) d'une cellule à l'autre.

4. Transport Membranaire

La membrane plasmique est une barrière à perméabilité sélective, permettant deux formes de passage:

4.1. Transport Passif (pas de dépense d'énergie)

Tend à l'uniformité de la répartition du soluté (O, CO, vitamines, hormones, alcool).

• Diffusion simple:

  • Concerne les molécules liposolubles ou de petite taille.

  • Exemple: O, CO.

• Diffusion facilitée: pour les molécules non liposolubles (glucose, acides aminés, ions).

  • Par transporteur (protéine transmembranaire): unidirectionnel, répond au gradient de concentration.

  • Par canaux protéiques (protéines transmembranaires): bidirectionnel, sélectif en taille (ions, HO).

• Osmose: diffusion d'un solvant (l'eau) à travers une membrane semi-perméable.

  • Tend vers l'équilibre des concentrations en soluté (osmolarité).

  • Pression osmotique: force de "succion".

  • Pression hydrostatique: force d'"éjection".

  Notion de tonicité: influence le volume cellulaire en fonction de la concentration en soluté non diffusible.

  • Solution isotonique: même concentration que le milieu intracellulaire; la cellule garde sa taille normale et il y a un équilibre des mouvements d'eau.

  • Solution hypertonique: concentration de soluté plus élevée; la cellule perd de l'eau et rétrécit (crénelée).

  • Solution hypotonique: concentration de soluté plus faible; la cellule absorbe de l'eau, gonfle et peut éclater (lyse).

4.2. Transport Actif (dépense d'énergie - ATP)

• Déplace les solutés (souvent des ions) contre leur gradient de concentration.

• Nécessite des « pompes à solutés » (protéines consommant de l'ATP).

• Exemples:

  • Pompe Na, K (influx nerveux): 3 Na sortent, 2 K entrent.

  • Pompe Ca (contraction musculaire).

  • Pompe H (respiration).

  Les concentrations de K sont plus élevées intracellulairement et celles de Na extracellulairement. La pompe maintient ces gradients électrochimiques.

4.3. Transport en vrac via des vésicules (processus énergetique)

Transport de grosses particules ou macromolécules à travers la membrane dans des « sacs membraneux ».

• Endocytose (entrée dans la cellule):

  • Phagocytose: ingestion de grosses particules (bactéries, débris). Formation de pseudopodes et de phagosomes qui fusionnent avec des lysosomes. Ex: macrophages.

  • Pinocytose: absorption de gouttelettes de liquide interstitiel avec molécules dissoutes. Non spécifique.

  • Endocytose par récepteurs interposés: concentration et captation d'éléments moléculaires spécifiques (enzymes, insuline, virus). Les substances extracellulaires se lient à des récepteurs spécifiques.

• Exocytose (sortie de la cellule): libération de substances hors de la cellule.

  • Sécrétion hormonale.

  • Libération de neurotransmetteurs.

  • Sécrétion de mucus.

  • Éjection de déchets cellulaires.

5. Extensions de la Membrane Plasmique

• Cils et flagelles:

  • Cils: mouvements rythmiques pour déplacer des substances (voies respiratoires, voies génitales).

  • Flagelle: queue du spermatozoïde, assure la motilité.

• Microvillosités:

  • Prolongements de la membrane plasmique qui augmentent la surface cellulaire.

  • Rôle important dans l'absorption (tube digestif, tubules rénaux).

Le Cytoplasme

Le cytoplasme est la région entre la membrane plasmique et le noyau. Il est composé de trois éléments:

1. Le cytosol.

2. Les organites.

3. Les inclusions.

1. Le Cytosol

• Liquide visqueux et translucide composé majoritairement d'eau, de protéines, de sels, de sucres et d'autres solutés.

• Renferme le cytosquelette, un échafaudage mobile.

1.1. Le Cytosquelette

Réseau de bâtonnets traversant le cytosol, assurant le soutien et le mouvement de la cellule :

• Microfilaments (ex: actine, myosine).

• Filaments intermédiaires (ex: kératine).

• Microtubules: tubes creux formés de tubulines, essentiels pour le mouvement et le transport intracellulaire.

2. Les Organites

Ce sont des structures précises avec des fonctions définies, essentiels au maintien de la vie cellulaire.

Organites membraneux (milieu interne différent du cytosol):

• Mitochondries:

  • "Usine à énergie" de la cellule, produisant l'ATP (cycle de Krebs).

  • Nombreuses dans les cellules à forte demande énergétique (foie, rein).

  • Double membrane avec des crêtes mitochondriales sur la membrane interne.

  • La matrice mitochondriale contient de nombreuses enzymes.

  • Siège de la respiration cellulaire aérobie.

  • La glycolyse (dégradation du glucose) a lieu dans le cytosol avant que le pyruvate n'entre dans la mitochondrie.

• Réticulum Endoplasmique (RE): réseau de tubes interconnectés et de membranes parallèles.

  • RE Rugueux (RER): couvert de ribosomes.

    • Synthèse des protéines par les ribosomes.

    • Stockage des protéines avant leur transfert à l'appareil de Golgi.

  • RE Lisse (REL):

    • Synthèse des lipides et des stéroïdes.

    • Neutralisation des drogues et médicaments (détoxication).

• Appareil de Golgi (ou Complexe Golgien):

  • Empilements de sacs membraneux aplatis.

  • Communique avec le RE et forme des vésicules.

  • Modifie, concentre et prépare les protéines et lipides pour l'exportation ou d'autres destinations.

• Peroxysomes:

  • Sacs membraneux contenant des enzymes.

  • Rôle dans la détoxication (alcool, radicaux libres, peroxyde d'hydrogène). Particulièrement abondants dans le foie et les reins.

• Lysosomes:

  • Organites sphériques membraneux contenant des enzymes digestives.

  • Milieu acide (pH 5).

  • Digestion des molécules biologiques (bactéries, virus, toxines).

  • Dégradation des tissus inutiles ou du tissu osseux.

Organites non membraneux:

• Ribosomes:

  • Petites granules composées d'ARN ribosomique et de protéines.

  • Siège de la synthèse des protéines.

  • Peuvent être libres dans le cytosol ou fixés au réticulum endoplasmique rugueux.

• Centrosomes et centrioles (impliqués dans la division cellulaire).

3. Les Inclusions

Substances chimiques variables selon le type de cellule (graisses, mucus, glycogène).

Le Noyau

Le noyau est le centre de régulation de la cellule, contenant les gènes et gardien du patrimoine génétique.

Il contient les instructions nécessaires pour l'élaboration de presque toutes les protéines.

• Certaines cellules peuvent avoir plusieurs noyaux (cellules musculaires, ostéoclastes, hépatocytes).

• Les globules rouges sont un exemple de cellules qui n'ont pas de noyau.

1. Composants du Noyau

1.1. Enveloppe Nucléaire

• Double membrane (phospholipides) avec des pores nucléaires.

• En rapport étroit avec le réticulum endoplasmique.

• Possède une perméabilité sélective: les protéines entrent, l'ARN sort (processus énergivore).

1.2. Nucléoplasme

• Solution gélatineuse (90% eau, pH 7).

• Contient des sels, nutriments, solutés (enzymes).

• Les nucléoles et la chromatine y sont en suspension.

1.3. Nucléoles

• Généralement 1 ou 2 par noyau.

• Composés d'ADN, d'ARN et de protéines.

• Lieu de fabrication des ribosomes par assemblage de leurs sous-unités (ARN et protéines).

1.4. Chromatines

• Présentes partout dans le nucléoplasme.

• Composées d'ADN, d'histones (protéines) et d'ARN.

• L'unité de la chromatine est le nucléosome.

• Les chromatines condensées et enroulées forment les chromosomes dans les cellules sur le point de se diviser.

• L'humain possède 46 chromosomes (22 paires autosomiques + 1 paire de chromosomes sexuels).

• Les gènes sont des segments d'ADN qui constituent le code génétique de la cellule et de l'individu.

2. ADN et ARN

2.1. ADN (Acide Désoxyribonucléique)

• Ne quitte jamais le noyau.

• Double chaîne de nucléotides.

• Un nucléotide est composé d'un phosphate, d'un désoxyribose et d'une base (purique: adénine (A) ou guanine (G); pyrimidique: cytosine (C) ou thymine (T)).

• Les bases s'apparient spécifiquement: A-T et C-G.

• L'ADN sert de "modèle" pour la synthèse des protéines et porte les instructions pour la création de chaînes polypeptidiques.

2.2. ARN (Acide Ribonucléique)

• Une seule chaîne de nucléotides.

• Un nucléotide est composé d'un phosphate, d'un ribose et d'une base (purique: adénine (A) ou guanine (G); pyrimidique: cytosine (C) ou uracile (U)).

• Appariement des bases: A-U et C-G.

• Trois types principaux d'ARN:

  • ARNm (messager): achemine les informations de l'ADN au cytoplasme pour la synthèse des protéines.

  • ARNr (ribosomique): compose les ribosomes avec des protéines.

  • ARNt (de transfert): achemine les acides aminés aux ribosomes.

3. Synthèse des Protéines

• Transcription: l'ARNm est synthétisé à partir de l'ADN dans le noyau.

• L'ARNm quitte le noyau pour le RE et se fixe à un ribosome.

• Traduction: chaque codon (triplet de bases de l'ARNm) correspond à un anticodon de l'ARNt, qui apporte un acide aminé spécifique. Les acides aminés se lient entre eux par liaisons peptidiques, formant une protéine.

4. Cycle Cellulaire

Le cycle cellulaire comprend la croissance et la reproduction de la cellule. Il se divise en interphase et phase mitotique.

4.1. Interphase

Phase de croissance et de préparation à la division, subdivisée en:

• Phase G: croissance rapide de la cellule et poursuite de ses activités normales.

• Phase S: réplication de l'ADN.

  1. Déroulement et séparation d'une partie de l'hélice d'ADN (action enzymatique).

  2. Reconstitution progressive des brins grâce aux nucléotides du nucléoplasme.

• Phase G: croissance continue, préparation à la division, vérification de l'ADN répliqué et formation de nouveaux brins de chromatine.

4.2. Phase Mitotique (Division Cellulaire)

La mitose intervient pour la croissance et la cicatrisation. Elle est la division d'une cellule mère en deux cellules filles identiques et asexuées.

Elle se déroule en deux étapes majeures:

• Mitose: division du noyau.

• Cytocinèse: division du cytoplasme.

La mitose se divise classiquement en 4 phases:

1. Prophase:

   • Condensation de la chromatine en chromosomes.

   • Les nucléoles s'effacent, l'enveloppe nucléaire disparaît.

   • Les centrioles se séparent et forment le fuseau achromatique aux pôles.

2. Métaphase:

   • Les chromosomes s'alignent le long de la plaque équatoriale, formant la plaque métaphasique.

3. Anaphase:

   • Scission des centromères des chromosomes.

   • Les chromatides sœurs (désormais des chromosomes) se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule.

4. Télophase:

   • Reformation des membranes nucléaires et des nucléoles autour des deux groupes de chromosomes à chaque pôle.

   • Les chromosomes se décondensent et redeviennent de la chromatine.

   • La cytocinèse commence généralement en fin d'anaphase et se termine pendant la télophase, divisant le cytoplasme.

La méiose est une division d'une cellule mère en 4 gamètes (cellules sexuées) pour la reproduction. Elle ne se produit pas partout dans le corps. Ces processus (mitose et méiose) se produisent dans le noyau.

Points Clés à Retenir

• La cellule est l'unité fondamentale de la vie, organisée en tissus, organes et systèmes.

• Deux notions fondamentales en physiologie sont l'osmose et les compartiments liquidiens de l'organisme.

• La membrane plasmique est une structure dynamique gérant les échanges et la communication cellulaire.

• Les transports membranaires peuvent être passifs (diffusion simple, facilitée, osmose) ou actifs (nécessitant de l'énergie).

• Le cytoplasme contient la machinerie cellulaire, incluant le cytosquelette et les organites spécialisés.

• Le noyau est le centre de contrôle génétique, abritant l'ADN et régulant la synthèse des protéines.

• Le cycle cellulaire permet la croissance et la division des cellules (mitose).