Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote - ngyx.eungyx.eu/onewebmedia/UltrastructuresEucaryotiquesEchelleduVivant_5... · La taille d'une cellule végétale est de 10-100

Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote

5-ième Générale / Transition Sciences de Base (3P/Sem.) Biologie FWB

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Important:

= Le contenu sera distribué sur support papier (« syllabus »; parfois sous un autre format)

= Non distribué (mais accessible via ppt et/ou pdf sur www.NGYX.eu section AESS)

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1

S = Slide de Synthèse distribué intégralement sur support papier

E = Slide à distribuer sur support papier dans le cadre d’un exercice ou d’une évaluation

http://www.ngyx.eu/


La microscopie optique a révélé l’existence de 2 niveaux très différents d’organisation cellulaire. Certaines cellules mènent une vie totalement indépendante, ce sont des êtres unicellulaires. D'autres au contraire vivent en communauté, elles appartiennent à des êtres pluricellulaires constitués de cellules identiques ou a l'inverse, extrêmement diversifiées mais apparentées par leur patrimoine génétique.

Introduction (1/2)

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Sur ces bases les cellules ont été classées en deux types correspondant à deux schémas différents de leur organisation : • Un schéma simple, primitif, représentatif des premiers organismes vivants : Ce sont les procaryotes : êtres unicellulaires, comprenant toutes les bactéries et les formes voisines (exemple: algues bleues). • Un schéma plus complexe: celui des eucaryotes représentatif de tous les autres organismes vivants apparus progressivement depuis 1.5 109 ans. Les cellules eucaryotes se différencient des cellules procaryotes notamment/principalement par un noyau limité par une enveloppe qui contient leur patrimoine génétique.


Comme le montre le tableau 1 ci-contre reprenant l’évolution au fil du temps des systèmes de classification, l’évolution de la classification est largement liée aux développements des méthodes d’observation et technologies applicables dans le domaine scientifique (notamment Biologie Moléculaire; exemple séquençage de l’ADN – arbres génétiques / cytologiques):

Introduction (2/2)

A noter: On désigne de façon arbitraire par structure ce que l'on observe au microscope photonique, et par ultrastructure ce que l'on observe au microscope électronique.

• Ce que nous étudierons: Les structures ultrastructures des Cellules Eucaryotes. ET plus particulièrement les cellules Végétales et Animales.

• Par contre nous n’étudierons pas/peu: les structures/ultrastructures des êtres Procaryotes (unicellulaires) ou certains types de cellules eucaryotes (champignons)

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Pourquoi? C’est un choix. On explique le plus complexe évolutivement et ensuite on donne les simplifications / différences chez les organismes moins complexes.

Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote (animale) La taille de la cellule animale est d'environ 5-20 μm (plus pour les ovocytes: œuf de poule…). Elle comprend:

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1. La Membrane cytoplasmique

3a

2. Le Cytosol (cytoplasme)

3a. Le Noyau

2

4a. Le Réticulum Endoplasmique Rugueux

5. Les Ribosomes

4a

4b

4b. Le Réticulum Endoplasmique Lisse

5

6. L’ appareil de Golgi

6

3b. Le Nucléole

3b

9a. Les Microtubules

9b. Les Centrioles (Centrosome)

9b

7. Les Mitochondries

10. Vésicule de Sécrétion

11. Lysosome

Vésicule de Sécrétion

8

7

8. Microfilaments

9a

11

10

4 Source(s): www.ulysse.u-bordeaux.fr, www.uvp5.univ-paris5.fr; www.cours-pharmacie.com & wikipedia open sources

Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote (végétale) La taille d'une cellule végétale est de 10-100 micromètres. Elle comprend les mêmes ultrastructures que la cellule animale:

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1

1. La Membrane Cytoplasmique

3a

2. Le Cytosol (cytoplasme)

3a. Le Noyau

4a. Le Réticulum Endoplasmique Rugueux

5. Les Ribosomes

4a

4b

4b. Le Réticulum Endoplasmique Lisse

5

6. L’ appareil de Golgi

6

3b. Le Nucléole

3b

8a. Les Microtubules

8b. Les Centrioles (Centrosome)


10. Vésicule de Sécrétion

11. Lysosome

12a

7

9. Microfilaments (cytosquelette)

8a

12b

12a. Paroi Extracellulaire

12b. Les Plasmodesmes

14. Vacuole

13. Les plastes (chloroplastes)

2

14

13

Et en plus

5 Source(s): www.ulysse.u-bordeaux.fr, www.uvp5.univ-paris5.fr; www.cours-pharmacie.com & wikipedia open sources

Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote D

1. La Membrane cytoplasmique (cyto = cellule, plasma = matière vivante)

La membrane cellulaire est une frontière, un lieu d'échange entre les milieux intra- et extra- cellulaires. Au microscope électronique (x 120,000) on distingue une structure en 2 couches noires de 2.0 nm séparées par une bande claire d’une épaisseur de 3.5 nm.

Membranes de deux cellules voisines (en haut et en bas de l'image). http://cell.sio2.be/membrane/8.php

6

2. Le Cytosol (contenu du cytoplasme)

C’est la masse de substance fluide (hyaloplasme) comprise à l’intérieur de la membrane cytoplasmique à l’exclusion du noyau. Elle est très riche en eau et substances dissoutes (sels minéraux, protides, glucides) ou insolubles dans l’eau (les inclusions cytoplasmiques; ex. glycogène, cristaux protéiques). Dans le hyaloplasme baignent différentes structures appelées organites. A Noter: les membranes entourant ces organites ont la même composition de base que la membrane cytoplasmique.

Phospholipides Protéines intramembranaires

Glycoprotéines Glucides Protéine

périphérique

Cholestérol

La structure de base de la membrane est une bi-couche de (phospho)lipides relativement fluide qui présente la propriété remarquable de pouvoir se refermer ou à l’inverse de fusionner spontanément (comme les bulles de savon). Cette propriété est particulièrement adaptée au transport de grosses molécules (notamment phénomènes d’ endo et exo-cytose). Des protéines et glycoprotéines intramembranaires (ex: transporteurs d’ions) ou périphériques (ex: récepteurs de signaux chimiques) complètent avec la présence de glucides (ex: reconnaissance cellulaire) accrochés à cette structure et de cholestérol inclus dans cette structure ce schéma / modèle simplifié de la membrane plasmique.

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4b. Le Réticulum Endoplasmique Lisse (REL)

Rôle majeur du REL : synthèse des phospholipides à partir de précurseurs

hydrosolubles. Sert à l'expansion des membranes de la cellule (inclus les

réactions qui incorporent les lipides dans la membrane).

4a. Le Réticulum Endoplasmique Rugueux (RER)

On l'appelle aussi réticulum endoplasmique granuleux. Le RER est un

système de cavités plus ou moins dilatées et de canalicules qui

communiquent entre elles, portant des ribosomes attachés sur leurs faces

externes représentant 20 à 60 % de la surface des membranes (dépend du

type cellulaire). Il est plus abondant dans les cellules de sécrétion protéique

importante. Il est en continuité avec l'enveloppe nucléaire et avec le

réticulum endoplasmique LISSE (REL). Rôle: Synthèse et redirection des

protéines membranaires et des protéines sécrétoires ayant des signaux de tri (peptide signal).

http://www.ebiologie.fr/cours/s/20/le-reticulum-endoplasmique

RER

Lumière RER

Ribosomes

Pores Nucléaires Membrane Nucléaire

REL

5. Les Ribosomes

Ce sont des complexes formés de deux sous-unités, une petite et une

grande (40 et 60S). Elles vont s’assembler (80S). Pour les former il faut

de l’ARNr qui provient de gènes ribosomiques.

Ribosome = 4 ARNr + 80 protéines ribosomiques

Ribosome ARNm

Polypeptide

100 nm

Ils sont synthétisés et assemblés dans le

noyau, dans le nucléole. Le rôle des ribosomes

est de fabriquer les protéines au départ de

information génétique (protéine = enchainement

d’acides aminés dans un ordre précis) Small Unit

Large Unit


8

6. L’ appareil de Golgi Organite (système) regroupant l'ensemble des dictyosomes (formations constituées de saccules ou citernes empilées les unes sur les

autres; lieu de passage obligatoire des protéines synthétisées dans le RER). Il intervient dans:

1. Transfert des protéines du RER vers les vésicules de sécrétion.

2. Maturation des protéines (par modification des chaînes oligosaccharidiques).

3. La synthèse et modification des glycolipides et protéoglycannes.

4. L'expédition des produits sécrétés:

Tri des molécules synthétisées

Emballage des produits synthétisé dans des vésicules de sécrétion

ciblage des molécules synthétisées par marquage de protéines de la membrane des vésicules pour qu'elles atteignent leur

destination finale (noyau.....)

5. Activation de certaines protéines.

En Résumé: Les protéines traversent le golgi en 30 minutes cis -> trans en subissant au passage des modifications diverses avant

leur expédition.

http://bio1151.nicerweb.com/Locked/media/ch06/Golgi.html 10. Vésicule de Sécrétion & 11. Lysosome

Toutes 2 sont en fait des vésicules Golgiennes mais

remplissent des rôles très différents.

Les vésicules de sécrétion gagnent la membrane

cytoplasmique et par exocytose expulsent leur contenu

hors de la cellule (ex: enzymes pancréatiques:

insuline/glucagon)

Les Lysosomes primaires (1 μm) contiennent des

enzymes de divers types mais principalement capables

de décomposer des macromolécules. Elles fusionnent

avec des vésicules formées par endocytose (portent

alors le nom de Lysosomes secondaires) où a lieu la

digestion.

Source(s): www.ulysse.u-bordeaux.fr www.uvp5.univ-paris5.fr www.cours-pharmacie.com Wikipedia open sources


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Les mitochondries sont impliquées dans les conversions énergétiques résultant de la respiration cellulaire. Au cours de ce

phénomène, l'énergie libérée par l'oxydation des substrats organiques est mise en réserve sous forme d'un composé à

potentiel énergétique élevé, l'ATP (cycle de KREBS…Bon amusement…)

Les usines à énergie que sont les mitochondries sont donc en nombre proportionnel à la consommation énergétique de la

cellule et même situées dans la zone la plus active de la cellule. On en trouve en quantité élevée dans les cellules à forte

demande énergétique comme les cellules musculaires ou le flagelle d'un spermatozoïde. A l'inverse, on en trouve en

nombre restreint dans les cellules végétales (certaines algues n'ont qu'une mitochondrie).


Les mitochondries sont les organites les plus anciennement connus et l'ensemble des mitochondries (> 1000 dans

certaines cellules du foie par exemple) constitue le chondriome.

Elles ont une grande taille de 1-2 à 10 μm de long et de 0,5 à 1 μm de large et sont délimitées par 2 membranes d'une

bicouche lipidique et de protéines: externe (relativement plane et lisse) et interne (fortement plissée et formant des

crêtes). Entre les deux existe un espace intermembranaire (ou chambre externe) de 6 à 8 nm d'épaisseur. L'espace

circonscrit par la membrane interne constitue l'espace matriciel (ou chambre interne) renfermant la matrice. Il est semi-

compartimenté par des invaginations de la membrane interne.



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Cytosquelette : 8. Les Microfilaments 9b. Les Centrioles (Centrosome) 9a. Microtubules

Le cytosquelette est constitué de polymères de protéines (« fibres ou filaments ») . On les classe en trois catégories :

Les fins filaments d'actine (ø : 7nm) ou microfilaments (les plus nombreux a l'intérieur de la cellule)

Les filaments intermédiaires (ø : 10 nm)

Microtubules (ø : 25 nm)

Cette charpente va interagir avec les autres composants de la cellule, comme la membrane plasmique mais aussi les

organites (y compris la structure du noyau). Ce cytosquelette confère la FORME de la cellule, sa MOBILITE, et son

ORGANISATION INTERNE (une répartition particulière de certaines structures).


Parmi ces structures particulières le centrosome formé d’une paire de centrioles disposés perpendiculairement et d’un

Aster joue un rôle essentiel lors de la division cellulaire car il permet une répartition équitable des substances du noyau

entre les 2 cellules filles en formation.

Chaque centriole souvent représenté

comme un cylindre de 0.15 μm de

diamètre et de 0.4 μm de long, est

formé de 9 groupes de 3

microtubules associés (triplets).

L’Aster désigne un ensemble de

filaments rayonnant autour des

centrioles visible uniquement lors de

la division cellulaire. http://www.ebiologie.fr/cours/s/16/le-cytosquelette

Structures/Ultrastructures de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote (végétale)

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Les cellules végétales possèdent toutes les caractéristiques énoncées pour les cellules animales mais en outre:

12a. Paroi Extracellulaire 12b. Les Plasmodesmes

Les cellules végétales possèdent à l’extérieur de la membrane cytoplasmique une paroi pecto-cellulosique très rigide et composée de fibres de cellulose (= charpente) enrobées dans un ciment constitué de protéines et de pectine (= polysaccharide spécial). Elle est percée d’orifices, les plasmodesmes mettant en communication 2 cellules contiguës. Cette paroi contribue à la rigidité des végétaux.

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/protoplastes/3-protoplaste-paroi.htm

Source(s): www.ulysse.u-bordeaux.fr www.uvp5.univ-paris5.fr www.cours-pharmacie.com Wikipédia open sources

14. Vacuoles

Les cellules végétales développent de grosses poches contenant des solutions aqueuses: les vacuoles. Au cours du vieillissement de la cellule elles finissent par occuper la quasi-totalité du volume cytoplasmique repoussant noyaux et organites vers la membrane cytoplasmique. Ces vacuoles permettent une croissance économique de la cellule et contribuent à la rigidité du tissu. Elles peuvent servir au stockage de substances de réserve (exemple: saccharose de la betterave sucrière, huiles et protides dans les graines) ou de colorants comme les anthocyanes (rouge/bleu; chez le chou rouge, la cerise, la myrtille,…)

Vacuole

Chloroplastes

Noyau

Paroi Cellulaire

www.lifesci.sussex.ac.uk

Structure(s)/Ultrastructure(s) de la Cellule Eucaryote La Cellule Eucaryote Végétale

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13. Plastes.

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Les plastes sont des espaces délimités par une double membrane qui remplissent des fonctions bien définies. On distingue 3 types de plastes sur base de leurs fonctions:

Source(s): www.ulysse.u-bordeaux.fr www.uvp5.univ-paris5.fr www.cours-pharmacie.com www.snv.jussieu.fr Wikipédia open sources

C. Les chloroplastes. Verts car ils contiennent la chlorophylle ils sont présents dans les cellules de feuilles ( +/- 100 par cellule). Sacs allongés de 5 μm ils présentent une structure interne formée de lamelles: les thylakoïdes qui portent la chlorophylle. Ceux-ci s’empilent pour former des grana et tout le système lamellaire baigne dans une matrice appelée stroma. C’est au niveau des

thylakoïdes que s’effectue la photosynthèse qui récupère le carbone du CO2 pour fabriquer au final diverses molécules polycarbonées tout en relâchant le dioxygène O2 nécessaire à la respiration et donc à la survie des organismes vivants. Voir Figures C1 et C2.

Figure C1. Figure C2.

Thylakoïdes

Grana

Chloroplastes

B. Les chromoplastes. Ces organites sont riches en pigments non chlorophylliens, comme les xanthophylles, les carotènes, etc. Le changement de couleur lors du mûrissement des fruits de tomates et de poivrons résulte d'une transformation des chloroplastes en chromoplastes dans les cellules du péricarpe du fruit. Les chromoplastes n'ont apparemment aucun rôle métabolique. On parle de coévolution entre la plante et l'insecte: la couleur de la plante (due aux chromoplastes) attire l'insecte qui se nourrit de nectar le plus souvent, et en retour l’insecte pollinise la plante. Voir Figure B.

Figure B.

Chromoplastes

A. Les amyloplastes. Incolores (sauf si l’on utilise un produit contrastant en MET) ils sont riches en amidon et sont présents dans diverses cellules de fruits (exemple banane), de graines (céréales) et de tubercules (p.d.t.) Ce sont généralement des réserves de source d’énergie. Voir Figure A. Cellule végétale méristématique au MET (contrastant acétate d'Uranyle); amyloplastes apparaissent en blanc

Figure A.

Amyloplastes


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•un nucléoplasme, masse liquide analogue pour le noyau au cytoplasme pour la cellule tout entière, apparaissant translucide ou clair

et peu colorable.

•une enveloppe nucléaire ou nucléique délimitant le noyau et contrôlant le transit des molécules; elle est faite de très fins sacs

membraneux projetant des expansions dans le cytoplasme; l'enveloppe nucléaire. L'enveloppe nucléaire est constituée de deux

membranes séparées par un espace périnucléaire de 10-15(-30) nm de large et est percée de pores de 25 à 100 nm, ce qui permet de

nombreux échanges entre le noyau et le cytoplasme. D’autre part l'espace périnucléaire communique par endroit avec les citernes du

réticulum endoplasmique. Les différents rôles de l'enveloppe nucléaire sont:

contrôler le passage des molécules qui la traverse: ions, petites molécules comme les acides aminés, mono- et

disaccharides et certaines macromolécules;

circonscrire tous les composants du noyau;

Enveloppe Nucléaire

Réticulum Endoplasmique

Nucléoplasme

Nucléole

Hétérochromatine

Euchromatine

•un ou parfois plusieurs exemplaires d'un corpuscule sphérique très

dense et très colorable, le nucléole qui est constitué d’ARN et de

protéines et intervient dans la synthèse des Ribosomes.

•des amas aisément colorables de chromatine, une substance

fibrillaire se présentant sous une forme condensée « passive »

principalement située en périphérie nucléaire et à proximité du

nucléole, l'hétérochromatine, et sous une forme plus dispersée,

« active » et répartie dans tout le noyau, l'euchromatine; les cellules

peu actives ont donc un petit noyau dans lequel prédomine la

chromatine sous sa forme condensée et où le nucléole est petit voire

absent, les cellules très actives au contraire présentent peu

d'hétérochromatine et éventuellement plusieurs nucléoles.

(description en interphase = entre 2 divisions cellulaires) 3b. Le Nucléole 3a. Le Noyau &

Le rôle du noyau est principalement de contenir le patrimoine héréditaire spécifique et individuel (espèce /individu).

Il dirige la synthèse de toutes les protéines, qui a lieu au niveau d'organites cytoplasmiques spécialisés: les ribosomes. L'examen du noyau (taille de 3 à 10 μm) au microscope optique ou au microscope électronique à faible grossissement révèle la

structure suivante :


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