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LA CELLULE


La cellule est la plus petite unité capable de manifester les propriétés d’un être vivant. Elle est en mesure de synthétiser l’ensemble ou presque de ses constituants, de croître, et de se multiplier. Elle est limitée par une membrane cellulaire appelée encore membrane plasmique. Elle renferme un certain nombre d’organites. La cellule subit un cycle où alternent deux grandes phases, l’interphase et la mitose. L’interphase représente la phase d’activité fonctionnelle de la cellule et la mitose correspond à la phase de multiplication. Le corps humain est constitué de 100 000 milliards de cellules qui se groupent pour constituer les organes et il existe plusieurs centaines de types de cellules.


B.    Composition chimique de la cellule :
Elle est constituée par cinq substances principales :
1.    L’eau :
Elle représente 70 à 80 % de la masse cellulaire ; elle contient de nombreuses substances dissoutes et d’autres en suspension sous forme de particules.

2.    Les ions ou électrolytes :
Les plus importants sont le potassium (K), le magnésium (Mg), le phosphate, le sulfate, le bicarbonate et de petites quantités de sodium et de chlore. Ces ions sont dissous dans l’eau de la cellule et participent aux réactions cellulaires.

3.    Les protéines :
Elles représentent 10 à 20 % de la masse cellulaire et on en distingue deux types : les protéines structurales qui sont présentes dans toutes les membranes et les enzymes qui sont soit dissoutes dans le milieu intracellulaire, soit absorbées par la surface des membranes de la cellule. Les protéines enzymatiques contrôlent les fonctions métaboliques de la cellule, les protéines présentes dans le noyau correspondent aux gènes qui contrôlent les fonctions d’ensemble de la cellule et la transmission des caractères héréditaires d’une cellule à l’autre.
4.    Les lipides :
Ils représentent 2 à 3 % de la masse cellulaire ; ils sont dispersés à travers la cellule mais sont en concentration élevée dans toutes  les membranes. Ils sont soit insolubles, soit seulement qu’en partie soluble dans l’eau. En fonction de leur solubilité, les membranes jouent un rôle de filtre laissant passer certaines substances et en retenant d’autres.

5.    Les glucides :
Ils représentent moins d’un % de la masse cellulaire ; ils jouent un rôle structural minime mais un rôle majeur dans la nutrition. La cellule n’est pas capable de constituer des réserves importantes de glucides. C’est un nutriment majeur nécessaire à la fonction cellulaire. Des enzymes vont scinder la molécule de glucose qui va subir des transformations dans la mitochondrie. La combinaison glucose + oxygène donne du gaz carbonique et de l’eau et surtout de grandes quantités d’énergie qui sont utilisées par la cellule pour accomplir ces différentes fonctions.


C.    La membrane plasmique :
C’est une membrane dont la fonction fondamentale est de séparer le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire.

1.    Structure :
Elle est constituée de trois feuillets, un feuillet de lipides entouré par deux feuillets de protéines.  Elle comprend 40 % de lipides et 60 % de protéines. La présence de protéines rend la membrane hydrophile, la couche centrale lipidique rend la membrane imperméable aux substances insolubles dans les lipides.


2.    Fonctions :
Elle joue un rôle essentiel dans la pénétration de substances dans la cellule, dans la réception d’informations d’origine extracellulaire et dans leur transmission au milieu intracellulaire.

a)    Les transports à travers la membrane :
Ils sont de trois ordres :

(1)    Les transports passifs :
Ils sont conditionnés par la taille des molécules et par le coefficient de partition (rapport solubilité dans les lipides sur  solubilité dans l’eau).
(2)    Les transports facilités :
Ils permettent la pénétration de certaines substances grâce à une enzyme appelée perméase.
(3)    Les transports actifs :
Ils s’effectuent contre le gradient de concentration et il consomme de l’énergie d’origine cellulaire. Le cas du transport actif du sodium et du potassium : dans le milieu extracellulaire, la concentration de sodium est supérieure à la concentration de potassium et c’est l’inverse dans le milieu intracellulaire. Le transport actif du sodium et du potassium se déroule perpétuellement dans toutes les cellules. Si le transport actif  n’existait pas, il y aurait la même concentration de sodium et de potassium dans les milieux intra et extracellulaire. C’est ce que l’on appelle la pompe à sodium. Le transport actif du glucose dépend de la présence d’une perméase d’ATP (Adénosine TriPhosphate) et de sodium.

b)    Les mouvements de la membrane :
(1)    L’endocytose :
C’est un phénomène lié à la pénétration de particules solides ou liquides dans le cytoplasme par une invagination de la membrane. Nous décrivons trois mécanismes :
(2)    La macro pinocytose :
La membrane émet une émission cytoplasmique qui se rabat sur une gouttelette et qui va pénétrer dans la cellule.
(3)    La micro pinocytose :
La membrane s’invagine mais la membrane va se refermer progressivement autour de la gouttelette qui va passer dans la cellule.
(4)    La phagocytose :
C’est un phénomène aboutissant à la captation de particules solides et à leur destruction.
(5)    L’exocytose :
La membrane intervient dans les phénomènes d’excrétions, c’est-à-dire dans la libération des produits élaborés par la cellule. Le grain de sécrétion se déplace pour adhérer à la face interne de la membrane ; ce sont soit des produits endogènes comme les enzymes, les hormones, soit des produits exogènes, c’est-à-dire capturés par endocytose et rejetés après avoir traversé la cellule.



D.    Le cellcoat :
C’est une structure péri cellulaire résistante aux enzymes qui joue un rôle de protection de la membrane. Le cellcoat a un rôle stabilisateur et toute transformation de cette structure entraîne une réorganisation de la membrane agissant sur sa perméabilité et sur ses propriétés électriques. Le cellcoat possède des antigènes de surface qui permettent aux cellules de reconnaître les cellules de même origine.


E.    Le noyau :
C’est le centre vital de la cellule ; il est limité au cours de l’interphase par la membrane nucléaire. Il est indispensable à la vie de la cellule et il est le porteur du message héréditaire sous forme d’ADN. Il est capable de conserver les informations et il est responsable de la synthèse d’ARN messager. Il est limité par une enveloppe nucléaire formée de deux membranes séparées par un espace péri nucléaire.
Il existe dans toutes les cellules sauf les globules rouges ; il est fréquemment sphérique, allongé, discoïde ; sa forme est liée à l’activité cellulaire. Son volume varie d’un type cellulaire à l’autre mais il est fixe pour un même type cellulaire. Il contient la chromatine et les nucléoles.

1.    L’enveloppe nucléaire :
C’est une double membrane qui contrôle les échanges entre le noyau et le cytoplasme et sépare les chromosomes du cytoplasme. Chaque membrane est composée d’une couche lipidique entourée de deux couches protéiques avec un espace inter membranaire. Cette membrane possède des zones d’interruptions appelées pores qui interviennent dans la régulation des échanges entre le noyau et le cytoplasme.

2.    La chromatine :
Elle prend la forme soit de grosse motte irrégulière, de mottes de petite taille, de granulations très fines, soit d’un réseau de mailles. L’aspect varie non seulement avec le type de la cellule mais aussi avec le type de la cellule. En microscopie électronique, elle est constituée par des fibres très serrées, les fibres chromatiniennes qui représentent les chromosomes pendant l’interphase.

L’ADN ou acide désoxyribonucléique :
C'est une macromolécule polymère de nucléotides constitués de deux chaînes hélicoïdales indispensables à la cellule puisqu’elle contient les informations nécessaires à la synthèse des protéines. Un nucléotide est formé par l’union d’un nucléoside (désoxyribose plus une base) et d’un phosphate. Les bases azotées sont de deux ordres : ce sont les bases pyrimidiques (cytosine et thymine) et les bases puriques (adénine et quanine). Les quatre désoxyribonucléotides s’unissent les uns aux autres par des liaisons entre le phosphate et le désoxyribose de deux nucléotides voisins. Une molécule d’ADN comprend deux brins unis l’un à l’autre par des liaisons associant les bases puriques et pyrimidiques des deux chaînes. L’appariement entre les bases est exclusif, c’est-à-dire que la thymine s’apparie avec l’adénine et la cytosine avec la guanine.

3.    Le nucléole :
C’est un organisme responsable de la synthèse des acides ribonucléiques des ribosomes. C’est un granule sphérique ou ovale enroulé par un noyau de chromatine. Il est formé d’amas de granules riches en ARN ; cet ARN passe ensuite dans le cytoplasme où il dirige la synthèse des protéines. Le nucléole est indispensable au déroulement normal de la mitose.


F.    La mitochondrie :
1.    Structure :
Leur répartition dans le cytoplasme est en général uniforme ; elles sont animées de mouvements incessants ; elles sont limitées par deux membranes séparées par la chambre externe. La membrane interne s’invagine en tubes pénétrant dans la chambre interne et formant les crêtes mitochondriales. Le rôle essentiel des mitochondries est de mettre en réserve sous forme d’adénosine triphosphate (ATP) l’énergie libérée par l’oxydation enzymatique des nutriments.

2.    Fonctions :
La mitochondrie est le siège de réactions enzymatiques. Le produit final du catabolisme des nutriments est l’acide acétique qui donne l’acéthyl-coenzyme A. Il pénètre dans la mitochondrie et subit une succession de réactions et est transformé en ATP. La mitochondrie produit 95 % de l’ATP cellulaire ; c’est la source d’énergie de la cellule. L’ATP est utilisé pour assurer trois fonctions principales, le transport de substances à travers la membrane, la synthèse de composés chimiques à l’intérieur de la cellule et le travail mécanique (mouvements ciliaires de certaines cellules).


G.    Le réticulum endoplasmique :

1.    Structure :
C’est un système de saccules, de canalicules, comprenant deux compartiments :
Le réticulum endoplasmique granulaire (REG) qui est formé de saccules parallèles les uns aux autres, donnant un aspect feuilleté. Sur sa face externe sont accolées les granulations, les ribosomes.
Le réticulum endoplasmique lisse qui est formé d’un labyrinthe de fins canalicules caractérisées par l’absence de ribosomes.

2.    Fonctions :
a)    Fonction de transports :
Il assure le transport d’électrolytes, d’électrons, de substances élaborées par la cellule
b)    Fonction de synthèse :
Il synthétise les protéines par les ribosomes, les lipides et les glycoprotéines.
c)    Fonction de stockage :
Le réticulum endoplasmique emmagasine les substances d’origine extra cellulaire, les vacuoles de pinocytose et les substances élaborées par la cellule.
d)    Fonction de désintoxication :
Le réticulum endoplasmique des cellules du foie et du rein transforment les molécules toxiques en molécules atoxiques avant leur élimination par l’organisme.


H.    L’appareil de Golgi :
C’est un ensemble de citernes empilées qui jouent un rôle important dans le transfert  et l’emballage des produits élaborés par le réticulum endoplasmique. Il a un rôle de stockage pour les hormones et les enzymes.

I.    Les lysosomes :
Ce sont des corps denses, arrondis, limités par une membrane ; ils  contiennent des enzymes de dégradation et ils fonctionnent comme le système digestif de la cellule et ils éliminent des substances exogènes et endogènes.

J.    Le hyaloplasme :

C’est le milieu homogène dans lequel baignent les organites. Il contient 85 % d’eau des enzymes, des ions, du glucose.

K.    Les centrioles :
Ce sont de petits cylindres localisés près du noyau ; ils sont impliqués dans les mouvements des chromosomes au cours de la division cellulaire.

Pour la cellule, on sait dire quelque chose sur la membrane cellulaire, le noyau, les mitochondries, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et nous savons décrire une molécule d’ADN.


II.    La reproduction de la cellule et sa fonction genétique


A.    Le cycle cellulaire :
Toutes les cellules à l’exception des hématies et des cellules nerveuses sont susceptibles de se diviser, c’est-à-dire de former par mitose deux cellules filles ayant les mêmes caractères que la cellule mère.

1.    L’interphase :
C’est la période comprise entre la fin d’une division et le début de la suivante. Le noyau est alors mécaniquement inactif. Elle se décompose en trois phases :
a)    La phase G1 :
Elle succède immédiatement à une mitose ; sa durée est variable de cinq à dix heures ; il n’y a pas de synthèse d’ADN. La quantité d’ADN correspondant à 46 chromosomes reste constante durant cette phase.
b)    La phase S :
La durée est constante de l’ordre de six à huit heures. Elle est caractérisée par la réplication totale de l’ADN nucléaire qui double. Chaque chromosome contient deux brins d’ADN par réplication. Deux chromosomes identiques apparaissent à la place du chromosome parental.
c)    La phase G2 :
C’est une phase courte de quatre à cinq heures. Elle débute dès que l’a réplication de l’ADN est achevée.


B.    La mitose :
Elle distribue également l’ADN entre les deux cellules filles.

1.    La prophase :
Elle dure dix à quinze minutes ; tandis que la cellule devient sphérique, il survient une condensation chromosomique. Les chromosomes deviennent visibles en microscopie optique ; chaque chromosome est constitué par deux chromatides unies par un centromère. Chaque chromosome se rapproche de l’enveloppe nucléaire.

2.    La pré métaphase et la métaphase :
Elle débute par la rupture complète de l’enveloppe nucléaire. Les chromosomes s’alignent dans le plan équatorial du fuseau, le fuseau étant composé de tubules perpendiculaires aux chromosomes.

3.    L’anaphase :
Elle dure de cinq à huit minutes. Les chromosomes se séparent en deux lots identiques. Chaque chromatide devient autonome et se transforme en un chromosome indépendant. Chaque chromosome migre vers un des pôles de la cellule.

4.    La télophase :
Elle dure 20 minutes. Elle débute par l’arrêt de la migration des chromosomes. Ils se regroupent en éventail aux pôles cellulaires. La reconstruction du noyau commence ; une membrane se forme et sépare les deux cellules filles. Les cellules s’écartent ; la télophase est finie. 


C.    Les chromosomes :
Ce sont les éléments permanents de la cellule. Leur constituant essentiel est la chromatine, ils sont situés dans le noyau  et se répartissent en nombre égal dans les cellules filles grâce à la mitose. Ils ne sont visibles individuellement qu’au cours de la mitose et plus précisément au cours de la métaphase. Ils sont le support des caractères héréditaires déterminés par les gènes.

1.    Description :
Ils ont une forme de bâtonnet formé par deux chromatides séparées par un espace clair et unies par le centromère. Chaque chromosome est identifiable par l’emplacement du centromère qui divise chaque chromatides en deux bras égaux ou inégaux.

2.    Rôle :
Ils sont le support des gènes Les gènes sont des segments d’ADN conditionnant la synthèse d’une ou plusieurs protéines et donc la transmission d’un caractère héréditaire déterminé.


D.    Le caryotype :
Le caryotype est constitué par l’ensemble du nombre et de la forme des chromosomes. Les chromosomes sont classés selon leur taille, la position du centromère et un principe spécifique de colorations en bandes.

1.    Le caryotype normal :
Les chromosomes sont en nombre pair et constant. Il y a 22 paires de chromosomes autosomes numérotés de 1 à 22 et une paire de chromosomes sexuels, la vingt-troisième paire (XX chez la femme et XY chez l’homme).
Quand demander un caryotype :
-    Devant un état dysmorphique
-    Devant un retard mental
-    Devant une stérilité, des avortements spontanés
-    Devant une absence de puberté

Nous faisons des caryotype de manière préventives sur les amniosynthèse chez les femmes d’un âge avancé et qui sont enceintes.

2.    Les anomalies du caryotype :
Elles peuvent être des anomalies de nombre, avec un chromosome surnuméraire par exemple (trisomie 21 : 1 cas sur 700 naissances). Il existe aussi les trisomie 13 et 18.
Le syndrome de TURNER est l’absence d’un X.
Le syndrome de KLINEFELTER  : XXY

Nous pouvons aussi avoir des anomalies de structure avec perte d’un fragment de chromosome (exemple de la maladie du cri du chat ; les enfants atteints sont non viables).


Objectifs :
Décrire la mitose et ces phases, décrire un chromosome, qu’est-ce qu’un caryotype, quel est le caryotype normal d’un homme et d’une femme ?

 
 
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