Biologie cellulaire : la cellule eucaryote, ses compartiments et son cycle

Théorie cellulaire : tout être vivant est fait d'une ou plusieurs cellules ; la cellule est l'unité structurale et fonctionnelle du vivant ; toute cellule naît d'une cellule préexistante (« omnis cellula e cellula »)

Elle exclut la génération spontanée de cellules à partir de matière inerte

Ordres de grandeur : procaryote 1 à 10 µm, cellule eucaryote 10 à 100 µm

Épaisseur d'environ 7 à 8 nm ; les phospholipides sont amphiphiles : tête polaire hydrophile, deux chaînes d'acides gras hydrophobes

Lipides : glycérophospholipides (phosphatidylcholine, phosphatidyléthanolamine, phosphatidylsérine…), sphingolipides (sphingomyéline, glycolipides), cholestérol chez les animaux

Asymétrie : phosphatidylsérine et phosphatidyléthanolamine surtout dans le feuillet interne ; phosphatidylcholine, sphingomyéline et glycolipides surtout dans le feuillet externe

Glycocalyx : chaînes glucidiques des glycolipides et glycoprotéines, toujours sur la face extracellulaire

Protéines intrinsèques (transmembranaires, le plus souvent en hélices α), extrinsèques (périphériques), ou ancrées par un lipide (ancre GPI)

Fluidité : diffusion latérale rapide, passage d'un feuillet à l'autre (flip-flop) très rare sans enzyme (flippase) ; les chaînes insaturées et la chaleur augmentent la fluidité

Cholestérol : tampon de fluidité, il rigidifie à haute température et empêche la cristallisation à basse température

Pompe Na⁺/K⁺ (ATPase de type P) : pour 1 ATP, 3 Na⁺ sortent et 2 K⁺ entrent ; elle est électrogène (une charge positive nette sort par cycle) et inhibée par l'ouabaïne

Elle entretient les gradients (Na⁺ élevé dehors, K⁺ élevé dedans) que les transports secondaires utilisent

Cinétique : la diffusion simple croît linéairement avec la concentration ; un transport par transporteur est saturable (plateau Vmax), spécifique et inhibable par compétition

Endocytose : phagocytose (grosses particules), pinocytose (liquide), endocytose par récepteurs dans des vésicules à clathrine (exemple : LDL)

Exocytose : constitutive (continue) ou régulée (déclenchée par une hausse de Ca²⁺ intracellulaire, exemple : neurotransmetteurs, insuline)

Osmose : en milieu hypotonique, une hématie gonfle et éclate (hémolyse) ; en milieu hypertonique, une cellule végétale perd son eau, la membrane se décolle de la paroi : plasmolyse

Enveloppe nucléaire : deux membranes séparées par l'espace périnucléaire ; la membrane externe, couverte de ribosomes, est en continuité avec le RE rugueux

Lamina nucléaire : réseau de lamines (filaments intermédiaires) sous la membrane interne ; sa phosphorylation par CDK1 désassemble l'enveloppe en début de mitose

Pores nucléaires : grands complexes protéiques (nucléoporines) ; petites molécules libres, grosses protéines importées si elles portent un signal NLS reconnu par les importines ; les ARNm et les sous-unités ribosomiques sortent par les pores

Chromatine : ADN enroulé autour d'octamères d'histones (nucléosome : environ 147 pb) ; euchromatine lâche et active, hétérochromatine condensée et peu transcrite

Nucléole : transcription des ARN ribosomiques et assemblage des sous-unités ribosomiques

Appareil de Golgi : empilement de saccules (dictyosome) polarisé, face cis tournée vers le RE, face trans et réseau trans-golgien (TGN) vers la membrane plasmique

Il modifie les glycannes (maturation des N-glycannes, O-glycosylation sur sérine ou thréonine), ajoute le mannose-6-phosphate aux hydrolases lysosomales et trie les protéines dans le TGN

Transports vésiculaires : COPII du RE vers le Golgi (antérograde), COPI du Golgi vers le RE (rétrograde), clathrine depuis le TGN et la membrane plasmique

Lysosome : une pompe à protons (ATPase de type V) maintient le pH vers 5 ; ses hydrolases acides dégradent ce qui vient de l'endocytose ou de la phagocytose (hétérophagie) et des organites usés (autophagie)

Un déficit d'une hydrolase donne une maladie de surcharge lysosomale ; si le mannose-6-phosphate manque (mucolipidose II, maladie des cellules I), les hydrolases sont sécrétées au lieu d'atteindre les lysosomes

Peroxysome : oxydases qui produisent du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂), dégradé par la catalase ; β-oxydation des acides gras à très longue chaîne ; synthèse des plasmalogènes

Mitochondrie : membrane externe perméable (porines) ; membrane interne repliée en crêtes, riche en cardiolipine, portant la chaîne respiratoire et l'ATP synthase ; matrice siège du cycle de Krebs et de la β-oxydation

ADN mitochondrial humain : circulaire, 16 569 pb, 37 gènes (13 protéines, 22 ARNt, 2 ARNr) ; la plupart des protéines mitochondriales sont codées par le noyau ; transmission maternelle

Chloroplaste : trois systèmes membranaires (deux membranes d'enveloppe + thylakoïdes empilés en granums) ; phase photochimique dans les thylakoïdes, cycle de Calvin (RuBisCO) dans le stroma

Deux membranes, comme les bactéries à Gram négatif dont ils descendent ; la membrane interne, riche en cardiolipine, ressemble à une membrane bactérienne (l'origine de la membrane externe, vésicule de l'hôte ou membrane externe bactérienne, est encore discutée)

ADN propre, circulaire, sans histones

Ribosomes de type bactérien, sensibles à certains antibiotiques antibactériens (chloramphénicol)

Division par scission, jamais fabrication de novo par la cellule

Phylogénie moléculaire : leurs gènes sont apparentés à ceux des α-protéobactéries et des cyanobactéries

Beaucoup de gènes de l'ancien symbiote ont été transférés au noyau : l'organite est semi-autonome

Myosine : se déplace sur l'actine ; la myosine II assure la contraction musculaire et l'anneau contractile de la cytodiérèse

Kinésines : la plupart se déplacent vers l'extrémité + des microtubules (vers la périphérie)

Dynéines : vers l'extrémité − (vers le centrosome) ; la dynéine axonémale fait battre les cils

Les microtubules naissent au centrosome (anneaux de tubuline γ) ; un centriole compte 9 triplets de microtubules, l'axonème d'un cil mobile 9 doublets + 2 microtubules centraux

Les filaments intermédiaires sont propres à chaque type cellulaire : on les utilise comme marqueurs en anatomie pathologique (kératines des carcinomes, par exemple)

G1 : croissance, synthèses ; la cellule peut sortir du cycle en G0 (quiescence, la plupart des neurones)

S : réplication de l'ADN, la quantité d'ADN double ; duplication du centrosome

G2 : préparation de la mitose, vérification de la réplication

M : mitose (caryodiérèse) puis cytodiérèse ; c'est la phase la plus courte

Les CDK (kinases dépendantes des cyclines) n'agissent qu'associées à une cycline, dont la quantité oscille au cours du cycle (synthèse puis dégradation par le protéasome)

Inhibiteurs : p21 et p27, p16 ; p53, « gardien du génome », arrête le cycle ou déclenche l'apoptose quand l'ADN est lésé

Méiose : une seule réplication suivie de deux divisions ; une cellule 2n donne quatre cellules n, génétiquement différentes

Méiose I, réductionnelle : les chromosomes homologues s'apparient (bivalents), puis se séparent en anaphase I ; chaque cellule reçoit n chromosomes à 2 chromatides

Méiose II, équationnelle : sans phase S préalable, elle sépare les chromatides sœurs, comme une mitose

Prophase I : leptotène, zygotène (synapsis grâce au complexe synaptonémal), pachytène (crossing-over), diplotène (chiasmas visibles), diacinèse

Une erreur de séparation (non-disjonction) produit des gamètes aneuploïdes, à l'origine par exemple d'une trisomie 21

Brassage intrachromosomique : en prophase I, le crossing-over échange des segments entre chromatides non sœurs de deux homologues ; il crée de nouvelles combinaisons d'allèles sur un même chromosome

Brassage interchromosomique : en anaphase I, chaque paire d'homologues se sépare indépendamment des autres (orientation aléatoire des bivalents en métaphase I) : 2ⁿ combinaisons de chromosomes, soit 2²³ ≈ 8,4 millions de gamètes possibles chez l'être humain, sans compter les crossing-over

La fécondation ajoute un troisième brassage : 2²³ × 2²³ = 2⁴⁶ ≈ 7 × 10¹³ combinaisons de zygotes sans crossing-over

Caspases : protéases à cystéine, activées en cascade (initiatrices puis exécutrices comme la caspase-3)

Voie intrinsèque (mitochondriale) : stress, ADN lésé (p53) ; Bax et Bak perméabilisent la membrane externe mitochondriale, le cytochrome c sort et forme l'apoptosome avec Apaf-1, qui active la caspase-9

Voie extrinsèque : un ligand de mort (Fas ligand, TNF) active un récepteur de mort puis la caspase-8

Bcl-2 est anti-apoptotique ; un excès d'apoptose participe aux maladies neurodégénératives, un défaut aux cancers