Livret TD Bio Cell 1 - Corrigé PDF

Preview

Summary

Download Livret TD Bio Cell 1 - Corrigé PDF

Description

BIOLOGIE CELLULAIRE 1 Licence de Sciences, Technologies et Santé Mention Sciences de la Vie et de la Terre Semestre 1 TREC 5 Semestre 3 TREC 7

PACES_0 Semestre 1

FASCICULE D’EXERCICES

Yvon CAVALOC [email protected]

TD Biologie Cellulaire 1

Ce fascicule d’exercices sera votre compagnon pour les Travaux Dirigés (TD) de Biologie Cellulaire 1 tout au long de ce semestre. Merci de l’apporter avec vous le jour de votre TD. Les TD viennent en appui aux Cours Magistraux (CM) et permettent de vous amener à vous interroger sur les grandes fonctions cellulaires tout en affinant vos connaissances. Ces TD ne sont pas uniquement une mise en application du cours, mais également le lieu où certaines notions peuvent être approfondies. Il est très important pour la suite de votre cursus que vous assimiliez bien la structure de la cellule et de ses constituants, ainsi que les relations qui unissent les éléments moléculaires que vous aurez l’occasion de voir en détail en biochimie. Les TD sont obligatoires et doivent être préparés avant la séance. Nous n’excluons pas la possibilité d’un contrôle noté en début de séance pour nous assurer que le travail a bien été effectué en amont. Beaucoup des exercices traités sont des exercices extraits des évaluations des années précédentes. Il y a des exercices de divers types : -

-

Questions de cours : Ces questions permettent de vérifier votre niveau de connaissance du cours QCM : Les Questions à Choix Multiples s’intéressent à des aspects précis du cours. Elles permettent de mesurer si vous avez une connaissance suffisamment précise et claire des notions essentielles. Il n’y a pas de piège dans les QCM, mais un bon niveau de compréhension est nécessaire pour pouvoir s’en sortir. Exercices de réflexion : Pour aborder ces exercices, vous devrez montrer que vous maîtrisez les mécanismes cellulaires. Il s’agit de faire des analyses de cas précis, en répondant clairement et de manière concise aux questions posées.

Yvon Cavaloc [email protected]

-2-

TD Biologie Cellulaire 1

Première partie – Généralités sur la cellule - Membrane Question 1 Annoter le schéma ci-dessous, représentant un fibroblaste en déplacement

Quelle est la taille de cette cellule ? Quel est l’agrandissement appliqué ?

Question 2

Observez cette image d’une cellule et entourez les lettres correspondant aux réponses justes : 1/ Concernant les éléments 3 A. Ils sont composés de 4 types de fibres : les microfilaments, les filaments intermédiaires, les microtubules et les filaments de kératine B. Certaines fibres de l’élément 3 sont très stables et d’autres sont beaucoup plus dynamiques C. Toutes les fibres de l’élément 3 prennent leur origine au niveau de l’élément 2 D. Les fibres les plus épaisses sont les fibres de kératine 2/ Concernant les organites cellulaires A. L’élément 8 contient l’intégralité de l’ADN cellulaire B. L’élément 10 est impliqué dans la maturation et le tri de protéines

-3-

TD Biologie Cellulaire 1 C. Les éléments 11 et 12 sont en continuité et ont la même fonction D. L’élément 9 peut être libre dans le cytosol ou associé aux éléments 11 et 12 3/ Généralités sur la cellule A. L’élément 1 est bordé par une double membrane B. L’élément 1 est le producteur majeur d’énergie pour la cellule C. L’élément 2 se duplique avant la mitose D. L’élément 4 peut être un lysosome ou un peroxysome 4/ Concernant l’élément 14 A. Tous les lipides qui composent l’élément 14 sont construits à partir d’un alcool commun, le glycérol B. Le cholestérol est présent dans l’élément 14 et est un composé très abondant des membranes procaryotes C. Tous les éléments 14 sont composés de 2 feuillets présentant exactement la même composition moléculaire D. Les lipides qui composent l’élément 14 sont amphipathiques

Question 3 Observez cette image d’une cellule et répondez aux questions posées :

Identifiez, en donnant le nom et le numéro correspondant, l’organite ou l’élément cellulaire défini ci-dessous : Définition

Nom

N°

Organite responsable de la production d’énergie, sous forme d’ATP, dans la cellule Composé d’un empilement de saccules, cet organite est impliqué dans la maturation, le tri et la concentration des protéines sécrétées Cet organite est aussi appelé centre organisateur des microtubules. Il est le point d’origine de tous les microtubules cellulaires. Elément cellulaire dépourvu de membrane impliqué dans l’assemblage et le stockage des sous unités des ribosomes. Réseau tubulaire, dépourvu de ribosomes impliqué dans la biosynthèse des phospholipides membranaires. Vésicule contenant des hydrolases acides nécessaire à la digestion des produits de l’endocytose.

-4-

TD Biologie Cellulaire 1

Question 4 - Exercice - Cytométrie de flux (trieur compteur de cellules) Le cisplatine est un sel de platine utilisé pour lutter contre la prolifération tumorale. Afin d’étudier le mode d’action de ce complexe, on a traité des cellules cancéreuses en culture avec des quantités croissantes de cisplatine. Puis, on a incubé ces cellules avec de l’annexine V fluorescente et de l’iodure de propidium. L’annexine V est une protéine qui se fixe sur les phosphatidyl sérines membranaires lorsque les cellules débutent une réaction d’apoptose (l’apoptose est le nom donné à une forme de suicide de la cellule). En effet, les phosphatidyl sérines habituellement sur la face interne de la membrane subissent un retournement au début de l’apoptose et ont ainsi accessibles sur la face externe. L’iodure de propidium est une molécule également fluorescente qui se fixe sur l’ADN lorsqu’il est accessible, ce qui est le cas lors des phases terminales de l’apoptose. Les cellules ainsi marquées sont analysées par cytométrie de flux grâce à un trieur-compteur de cellules et les résultats sont donnés ci-dessous. L’axe des ordonnées donne la quantité de fluorescence mesurée pour l’iodure de propidium et l’axe des abscisses donne la mesure de la fluorescence liée à l’annexine V.

1/ D’après ces résultats : A. Chaque point de ce graphique représente une cellule B. En absence de cisplatine, les cellules sont fortement marquées par l’iodure de propidium et l’annexine V C. Le cisplatine est une molécule fluorescente D. Le traitement par le cisplatine augmente la fixation d’annexine V sur les cellules traitées E. Le cisplatine entraine la mort des cellules cancéreuses par apoptose 2/ La cytométrie en flux A. Est une technique utilisant de la radioactivité B. Est une technique utilisant la fluorescence C. Utilise un ou plusieurs lasers D. Permet notamment de détecter des molécules présentes à la surface des cellules grâce à des anticorps E. Permet de compter le nombre de cellules

Question 5 Identifiez les éléments de 1 à 12 7 4 3 5 6 9 10

[ 12 [ 11

1 2

8

-5-

TD Biologie Cellulaire 1 Quels milieux ont permis d’obtenir les 3 images A, B et C respectivement ? Justifiez votre réponse.

Question 6 - QCM 1/ Les lipides membranaires A. Tous les phospholipides membranaires sont construits à partir d’un alcool commun : le glycérol B. Deux acides gras seulement estérifient deux fonctions alcool du glycérol dans les glycérophospholipides C. Les propriétés de charge électrique des phospholipides dépendent de la nature du groupement qui estérifie l’acide phosphatidique. D. Le cholestérol est un composé lipidique abondant des membranes bactériennes E. Les phospholipides membranaires sont synthétisés sur la face luminale du réticulum endoplasmique lisse 2/ Chez les eucaryotes, la membrane plasmique comporte A. 2 couches (ou hémimembranes) ayant exactement la même composition moléculaire B. Autant de molécules de cholestérol que de molécules de phospholipides C. Des protéines qui sont toutes transmembranaires D. Un glycocalyx du côté cytoplasmique qui permet des relations étroites avec les éléments du cytosquelette E. Plus de molécules de lipides que de molécules de protéines 3/ Les transports transmembranaires A. Les transports passifs s’effectuent toujours dans le sens du gradient électrochimique B. Le transport facilité est un mécanisme saturable C. Les canaux ioniques permettent aux ions de traverser les membranes contre leur gradient électrochimique D. Les transporteurs actifs secondaires utilisent l’ATP comme source d’énergie E. La pompe Na/K fait entrer 3 ions Na+ dans la cellule et expulse 2 ions K+ 4/ La diffusion facilitée du glucose à travers la membrane des hépatocytes A. S’effectue contre le gradient de concentration B. Est spécifique C. Nécessite de l’énergie métabolique sous forme d'ATP D. Présente un phénomène de saturation E. Cesse dès que l’égalité de concentration est atteinte de part et d’autre de la membrane 5/ Les protéines membranaires A. Sont toujours transmembranaires B. Peuvent-être plusieurs fois transmembranaires C. Peuvent-être fixées à la membrane par un ancrage lipidique D. Sont fortement glycosylées du côté intracellulaire E. Assurent le transport sélectif à travers la membrane 6/ Parmi les molécules suivantes, quelles sont celles qui sont des composants normaux des membranes cellulaires eucaryotes A. Protéines B. Glycogène C. Phospholipides D. Cholestérol E. ARN de transfert 7/ Les membranes plasmiques A. Sont composées par un assemblage de lipides amphiphiles et de protéines B. Sont, par leur composition essentiellement lipidique, des barrières étanches pour les molécules d’eau (en absence de protéines) C. Tous les lipides membranaires présentent une distribution symétrique au sein de la membrane D. Le cholestérol est présent principalement sur la face externe de la membrane plasmique E. Les protéines membranaires ne peuvent pas se retourner au sein de la membrane plasmique 8/ Concernant la membrane plasmique A. Le contenu protéique des membranes plasmiques chez les mammifères est très conservé et proche de 25% du poids sec B. Les glycérophospholipides sont des lipides membranaires qui portent des groupements glucidiques C. Dans un milieu aqueux, les phospholipides s’arrangent naturellement en bicouche, les groupements hydrophiles tournés vers l’extérieur

-6-

TD Biologie Cellulaire 1 D. Les perméases sont des protéines membranaires transportant les molécules polaires du milieu où elles sont le moins concentrées vers le milieu où elles sont le plus concentrées E. La membrane plasmique joue un rôle de barrière sélective grâce à ses nombreuses protéines assurant un transport orienté et sélectif 9/ FRAP

Deux lignées cellulaires (A et B - figure ci-contre) ont été rendues fluorescentes. Elle ont subi une décoloration au laser sur une région de la membrane (carré noir sur la 2e colonne), puis une photo de ces mêmes cellules a été prise 5 minutes après l’arrêt du laser (3e colonne). D’après ces résultats, on peut dire que:

La membrane de la cellule A est moins fluide que celle de la cellule B Cette expérience met en évidence la fluidité membranaire Le marquage fluorescent peut être réalisé par un anticorps qui reconnait des protéines membranaires Le laser a modifié la fluidité de la membrane de la cellule B Aucune de ces réponses n’est correcte.

Question 7 On réalise, au temps tO, un marquage fluorescent des protéines membranaires d’une cellule. 1. Expliquez comment on effectue ce type de marquage. Expérience 1 Au temps t1, on décolore rapidement au laser une zone de la cellule, et on mesure dans cette même zone la fluorescence émise. Expérience 2 A partir du temps t1, on applique en continu un laser pour décolorer une région de la cellule. On mesure la fluorescence émise dans une région adjacente. Expérience 3 A partir d’un temps t1, on applique en continu un laser pour décolorer une région de la cellule. On mesure la fluorescence émise dans cette même région. 2. 3. 4. 5.

Comment s’appelle ce type d’expérience ? Donnez l’aspect des courbes mettant en évidence l’évolution de l’émission de fluorescence au cours du temps. Que pouvez-vous en déduire ? Que dire de l’expérience 3 ?

Question 8 Le thymus est un organe important pour la maturation des lymphocytes T. Le thymus d'une souris normale de 4 semaines est prélevé, dilacéré et les cellules ainsi récupérées sont lavées. Ces cellules sont incubées avec deux anticorps reconnaissant chacun une protéine transmembranaire exprimée par les lymphocytes T (1) un anticorps anti-CD4 couplé à un fluorochrome, la phycoérythrine (PE), et (2) un anticorps anti-CD8 couplé à un autre fluorochrome, l'allophycocyanine (APC). L'analyse par cytométrie de flux des cellules ainsi marquées est représentée sur la figure suivante :

-7-

TD Biologie Cellulaire 1

67

Anti-CD8 couplé à l’allophycocyanine

6

17

Anti-CD4 couplé à la phycoérythrine 1. Rappeler le principe de la cytométrie de flux 2. Sur la figure ci-dessus, à quoi correspondent : a. Chaque point b. Les lignes horizontale et verticale c. Les nombres 6, 67 et 17 3. Que pourrions-nous conclure, d’après ce graphe, sur les lymphocytes T présents dans le thymus de la souris de 4 semaines ?

Question 9 On étudie in vitro l'entrée d'un acide aminé, la leucine, dans un œuf d'oursin après fécondation. Dans toutes les expériences, le milieu extracellulaire reste isotonique et la leucine est électriquement neutre. Le milieu extra cellulaire dans lequel est plongé l’œuf contient du NaCI 440 mM, du KCI 12 mM, et du MgCl2 10 mM. On ajoute à ce milieu de la leucine. On mesure simultanément un flux entrant de leucine et une brève dépolarisation de la membrane (- 80 mV à - 70 mV). Comment expliquez-vous cette dépolarisation ? Proposez un mécanisme d'entrée de la leucine.

Question 10 On mesure la perméabilité de la membrane d'une fibre musculaire au déoxyglucose en mesurant le flux entrant de cette molécule (le déoxyglucose est une molécule qui est transportée comme le glucose, mais qui n’est pas métabolisée). Si on effectue la même mesure, sur une bicouche lipidique artificielle composée exclusivement de lipides, dans les mêmes conditions expérimentales, on s'aperçoit que la perméabilité est 100 fois inférieure. Comment pouvez-vous expliquer cette différence?

-8-

TD Biologie Cellulaire 1

Question 11 Un segment d’intestin retourné est maintenu en survie in vitro dans un milieu nutritif. Le retournement de la paroi permet de mettre la face séreuse (S), normalement en relation avec le sang circulant, vers l’intérieur et la face muqueuse (M) orientée vers l’extérieur. Les 2 extrémités du segment d’intestin sont ligaturées pour séparer les 2 compartiments (S) et (M). La préparation est placée dans un milieu correctement oxygéné. Dans le compartiment (S) (interne), la concentration en NaCl est fixée à 150 mM et la concentration en glucose à 0,9 g/L durant toute la durée de l’expérience, sauf lorsque des concentrations différentes sont appliquées.

En réalisant diverses expériences, on a pu montrer : 1. Si en (M), [Glucose] = 3 g/L et [NaCl] = 0 mM, aucun flux de glucose n’est observé. 2. Si la concentration en NaCl augmente, aucun flux de glucose n’est observé de (M) vers (S) tant que, en (M), [NaCl] < 9,5 mM 3. Lorsque l’on remplace le NaCl par du chlorure de choline, aucun flux de glucose n’est observé, même avec des concentrations élevées en chlorure de choline 4. On fixe en (M), [NaCl] = 20 mM. On observe un flux de glucose de (M) vers (S). Si on supprime l’oxygénation, on constate que le flux de glucose diminue considérablement 5. Lorsque l’oxygénation est rétablie, le transport de glucose reprend. D’après ces résultats, on peut dire que: L’absorption du glucose nécessite du Na + L’absorption du glucose nécessite du Cl  Ces expériences montrent que le transport du glucose est un transport secondairement actif Le transport du glucose se fait grâce à une pompe la concentration en NaCl dans les cellules de la muqueuse est inférieure à 9,5 mM Aucune de ces réponses n’est correcte.

Question 12 (Session 2 - 2013) (d’après Koivisto et al. (1991) J. Biol. Chem.) Le glucose est une source importante d’apport énergétique pour la cellule. L’absorption de ce sucre par la cellule s’effectue par l’intermédiaire de transporteurs transmembranaires, parmi lesquels les transporteurs GLUT sont les plus étudiés. En 1991, une équipe de chercheurs s’est intéressé au rôle de l’insuline, hormone hypoglycémiante, dans l’absorption cellulaire du glucose. En travaillant sur des cellules musculaires en culture, ils ont mesuré la présence du transporteur GLUT-4, protéine de 45 kDa, sur les membranes plasmiques (PM) et les membranes intracellulaires (IM) de cellules ayant subi différents traitements : 1 G = cellules incubées en présence de glucose (25 mM) 2 GI = cellules incubées en présence de glucose (25 mM) et d’insuline 3 X = incubées en absence de glucose (xylose à 25 mM) Rq : Le xylose n’utilise pas le transporteur GLUT-4 pour pénétrer dans la cellule.

-9-

TD Biologie Cellulaire 1 Après 24 heures d’incubation, les membranes sont isolées, les protéines membranaires sont extraites, séparées par électrophorèse et la protéine GLUT-4 est visualisée par western blot. On obtient les résultats suivants :

À partir de ces observations et de vos connaissances : A. Les protéines GLUT ont pu être détachées des membranes en effectuant un traitement salin B. Une incubation avec le glucose diminue fortement la présence de GLUT-4 sur les membranes plasmiques C. GLUT-4 n’est présente que sur les membranes plasmiques D. L’insuline augmente l’expression membranaire de GLUT-4 E. L’insuline augmente l’absorption cellulaire du glucose

Question 13 (1e session 2011) Des globules rouges humains ont subi une hémolyse par choc osmotique. Dans les conditions utilisées, les membranes plasmiques se sont refermées en vésicules homogènes appelées fantômes, de taille comparable à celle de l'hématie. Après centrifugation, un culot de ces fantômes est récupéré puis lavé de nombreuses fois. 1/ Dans quel type de milieu a-t-on placé les hématies pour obtenir les fantômes (justifiez)? Afin de déterminer la masse moléculaire des protéines de la membrane plasmique des hématies, ainsi que leur position visà-vis de la bicouche lipidique, la suspension de fantômes est partagée en 2 lots dont l'un subit un traitement salin à forte concentration ionique et l'autre non (lot témoin). Dans les 2 cas les fantômes sont ouverts par rupture des membranes. Les 2 lots sont centrifugés afin de sédimenter les structures membranaires. Les surnageants (S) et les culots (C) sont traités par un détergent, le dodécyl sulfate de sodium (SDS) puis subissent une électrophorèse en gel de polyacrylamide contenant du SDS. D'après vos connaissances : 2/ Nommez les 2 catégories de protéines membranaires définies selon leur localisation par rapport à la bicouche lipidique? 3/ Quel est l’effet d'un traitement salin sur la structure membranaire ? 4/ Quel est l’effet du SDS sur la membrane ? Après l’électrophorèse, on obtient l’image suivante :

5/ Que pouvez-vous dire des protéines correspondant aux bandes 1 à 6 (justifiez) ? On soumet la protéine de la bande 3 à différentes enzymes. Les produits de réactions sont analysés par électrophorèse. On obtient les résultats suivants :

- 10 -

TD Biologie Cellulaire 1

6/ Que pouvez-vous dire de cette protéine (justifiez) ?

- 11 -

TD Biologie Cellulaire 1

Deuxième partie – Cytosquelette, jonctions cellulaires QUESTIONS DE COURS Question 1 (2e Session 2009) De manière simple, vous présenterez, en vous aidant de schéma(s), les mécanismes permettant à la cellule de se déplacer sur la matrice extracellulaire. Vous décrirez notamment l’implication du cytosquelette et des jonctions cellulaires. Cf cours

Question 2 (Contrôle Continu 2007) Complétez la légende

Microvillosité

Jonction serrée Ceinture d’adhérence

Filaments intermédiaires

Desmosome ponctuel Joncti...