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Psychobiologie

15.09

PLUBEL : http://moodle1.u-bourgogne-fr/campus/ Examen final : QCM moitié + moitié questions ouvertes

CHAPITRE 1 : Introduction à la biologie cellulaire I. La vie, les êtres vivants La biologie cellulaire (cytologie) c’est l'étude des cellules et de leurs constituants ainsi que des processus vitaux qui se déroulent à l'intérieur des cellules. 5 questions : •

Qu'est ce qui caractérise les êtres vivants?

On peut définir comme vivant, tout système individualisé, issu d’un événement de reproduction,, capable de se développer ou de se maintenir en l’état, jusqu’à pouvoir participer à son tour à un éventuel événement de reproduction. • •

Quels sont les plus grands groupes d'êtres vivants connus? Les eucaryotes et les procaryotes

•

Où sont situés les gênes? A quoi servent-ils?

Les gènes se situent sur la molécule d'acide désoxyribonucléique (→ dans le noyau sur les chromosomes) constituant les chromosomes présents dans le noyau d'une cellule eucaryote ou dans le cytoplasme d'une cellule procaryote, les gènes constituent l'information génétique d'un être vivant, chaque gêne comporte plusieurs allèles possibles permettant ainsi une diversité extrême des individus d'une même espèce. Ils servent à fabriquer les protéines. •

Quelle est la taille d'une cellule humaine standard? Environ 50 microns

I/ Qu'est ce qu'une cellule? C'est l'unité de base du vivant La cellule est l'unité de base du vivant. "Tous les êtres vivants sont constitués de cellule. Toutes cellules provient d'une autre cellule." - Rudolf Virchow (1881-1902) Organisation générale des cellules : Leurs caractéristiques qu’elles ont toutes en commun : - Présence d'une membrane plasmique qui définit la frontière entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule - Le cytoplasme → La membrane enveloppe une substance riche en eau - Le génome → Les informations héréditaires sont contenues dans une ou plusieurs molécules d'ADN II/ Classification des êtres vivants → l’évolution des espèces → Charles Darwin Depuis 1866, avec Haeckel, il y a une classification plus précise (végétaux, animaux, protis) Êtres vivants : - Eucaryotes : avec un noyau. L'information génétique est contenue dans les chromosomes, situé dans le noyau délimité par une double membrane : enveloppe nucéaire. Dans les êtres vivants "eucaryotes" il y a les unicellulaires ( champignons, protozoaires (organismes vivant dans un milieu humide qui provoquent des maladies comme la malaira), protophytes) et les pluricellulaires (animaux, végétaux, champignons). - Procaryotes : sans noyau. Le matériel génétique est dans la molécule d'ADN et est appelé nucléoïde. Les êtres vivants procaryotes sont tous unicellulaires, ce sont des bactéries (au sens large donc bactéries ou archéobactéries). Unicellulaire uniquement bactérie et archées ; mesure 1 à3 µm en général, pas d’organites présents, pas de vrai noyau, présence d’une paroie, ADN circulaire : le nucléoïde Diversité des bactéries : Moins de 10% des espèces existantes sont connue On en trouve dans tous les biotopes de la planète : sols, eau douce, eau de mer, air, grandes profondeurs, hautes altitudes, glaciers… 4700 espèces de bactéries découvertes sur les mains de 51 sujets pris au hasard, mais on en a 150 espèces en moyenne sur chaque main (même après lavage) -13000 espèces de bactéries identifiées dans l’intestin de 3 sujets, dont plus de 4000 jamais décrites.

-100 millions de bactéries dans un mL de salive plus de 600 espèces différentes dans la bouches dont la moitié est inconnue -10000 espèces de bactéries dans une poignée de terre NOTION ESSENTIELLE : Notion de type cellulaire (ex de types cellulaires, question partiel ex types cellulaires) Dans notre organisme les cellules souvent différentes les unes des autres. Dans les cellule animale : La cellule sécrétrices elles sont accolées les unes à cotés des autres et forme un tissus très régulier appelés épithélium. Toutes orientés ers un sens généralement. Autre caractéristique : elle sont constitués de très nombreuses vésicules de sécrétions. Les cellules sécrétrices servent à produire une quantité très importante une molécule particulière et de la stocker dans les versicules de sécrétions et ensuite cette molécule produite en quantité importante va être ensuite sécrété. Ensuite elles vont en fusionnant avec la membrane vont venir libérer leurs contenus à l’extérieur. Ex:il y en as beaucoup de cellules sécrétrice dans l’estomac avec le suc gastrique, il y en as aussi dans les glandes -Autre type cellulaire : le Phybroblaste : constitué d’un important réseau de cytosquellette qui soutient tous les prolongement membranaire. Cytosquellette : c’est le squelette de la cellules Les cellules phybroblaste servent au soutient aux tissus de soutiens ex le cartylage et l’os en particulier mais aussi d’autres -Le Myotube (ou fibre musculaire) elle est caractérisée par le fait qu’elle est très grande due à une fusions de plusieurs cellules, on y retrouve un Cytosquellette mais formés différemment car constituées de protéines particulière : lactine et myosine, elles apportent la propriété de contraction, de se contracter, grace à leurs structure particulière. -Le neurone : niveau morphologie : il a un corps cellulaire centrale : le noyau est présent dans le corps cellulaire, et il y as des organites présent dans le corps cellulaires du neurone, et il y as de très long prolongement membranaire très très long et peuvent être extrêmement ramifiés, leurs fonctions est de transmettre des informations ainsi donc c’est la communication Dans notre organisme il y a plusieurs types de neurone cela dépend des zones du cerveau des nerfs également La différenciation cellulaire : expression différentielle des gènes : toutes les cellules ont les mêmes gènes mais n’expriment pas les mêmes gènes en permanence, das l’embryon les cellules sont indifférenciés mais peu à peu les expressions différenciés des gènes s’exprime de manière différente, cela dépend des gènes

IV) Principales fonctions et organites cellulaires A) la réplication de l’ADN

Les cellules filles contiennent 6 chromosomes. Le noyau : Il est délimité et formé par une enveloppe nucléaire, formé par une double membrane qui est percé de pores nucléaires disséminé tout autour, le noyau contient des chromosomes composés d’ADN et de protéines associés appelées les histones. Le nombre de chromosome est caractéristique à l’espèce (chez l’homme:46), on les retrouvent dans les noyaux de chaque cellules. C’est dans le noyau qu’on retrouve les ARN messager : c’est la transcription et la première étape dans la transcription des gênes. Ces molécules d’ARN messager contiennent des informations (chaque molécules d’ARN messager est la copie d’un gêne) elles sont synthétiser dans le noyau, elles vont être exporté/sortir du noyau pour aller dans le cytoplasme en passant par les pores nucléaires. Tout est relaché dans le noyau, la forme de batonets des chromosomes dans la cellule d’ADN. → Dans le noyau on observe différentes zones, les zones opaque : l’hetero chromatine, les zones lus claires sont appelés la chromatine. Les deux etats de la chromatine sont associés à l’expressions des gênes, quand c’est condensé il n’ya pas voir peu d’expression car l’adn est trop compacter en revanche on voit très nettement la forme des chromosomes car ils sont en forme de batonnet spour prendre le moins de placeet inversement selon la zone donc avec la chromatine on peux voir correctement l’expression des gênes aussi on perçoit mal les chromosomes car ils sont très étirés donc difficile à reconnaître.

B. Le métabolisme l'anabolisme : synthèse des molécules de la cellule (protéines, acides gras, vitamines...) nécessite de l'énergie. réation de synthèse, de chimie, de molecule plus ou moins complexe dans la cellule

le catabolisme : dégradation des molécules de la cellule et production d'énergie. L’anabolisme : Le REG (Réticulum Endoplasmique Granuleux) est le lieu de synthèse et maturation des protéines. Les ribosomes font la deuxième étape dans l’expression des gênes : la traduction, ils consistent à prendre en charge les molécules d’ARN messages et s’associent aux ribosome et lisent les information contenu dans l’ARN messager set synthétise une protéine qui est codée par cette information, cette information se retrouvent ensuite à l’intérieur du REG dit « dans la lumière du REG » Les gênes servent à produire des protéines. Pour que les proteine arrivent à maturation, (deviennent fonctionnelles) il faut qu’elles suivent un certain nombre de modiffication chimique. Cette maturation commencent a partir de REG et vont se poursuivre dans un autre organite : l’appareil de Golgi. Il faut

donc que les protéine du REG soient transféré dans le Golgi. DONC : 1ere étape : copie des ARN messagers dans le noyau. Cette copie va sortir par des ports qui sont à la surface du noyau. 2e étape : Elle va ensuite s'associer au REG et en se collant, elle va former une protéine. Avant d'être synthétisées, elles vont devoir subir une maturation, être modifiées chimiquement, ce sont des vésivules de transition. 3e étape : Elles sont transférées à un autre organite : l'appareil de Golgi, où elles sont encore modifiées ici en transitant d'un sacule → petit sac (couche de l'appareil de Golgi) à l'autre. Deux faces de l'appareil de Golgi : face cis (du coté reg) et face trans (du coté de la membrane plasmique). C’est seulement en arrivant dans la face trans que les proteines arrivent au bout du chemin. Des granules de sécrétions sont lâchés une fois que la cellule est mature. Ces granules sortent alors par la membrane plasmique pour aller dans l'espace extracellulaire ou a rester a la membrane. Les protéines arrivés à maturation sont stockés dans les granules de sécrétions.Ces étapes pour les organites sont appelés voie de sécrétions. Certaines protéines ne passent pas par la maturation normal/ par la voie sécrétion : celles qui agissent dans le noyau ou dans le cytoplasme. Elles finissent par être pris en charge par les ribosomes libres présent dans le cytoplasme, et pareil ils vont lire l’ARN messager et seront modifié chimiquement et joueront leurs rôles dans le noyau ou ailleurs.

Elles sont constituués de deux membrane : une externe et une interne, ces deux membranes délimitent donc deux espaces différents : l’espace inter membranaire (entre les deux membranes et puis au centre la matrice mitocondriale délimité par la membrane interne Lorsque les granules de sécrétion sortent de l'appareil de Golgi, une vésicule se forme aussi : le lysosome. A l'intérieur des vésicules du lysosome, il y a pleins d'enzymes. Les enzymes sont des protéines. Dans le lysosome, il y a beaucoup d'enzymes protéolytiques, celles-ci cassent les autres cellules. Des protéines qui ont déjà servis ou sont en trop, reviennent dans l'espace intracellulaire, ainsi elles sont recyclés par le lysosome, en effet ces deux vésicules s'associent pour en faire une nouvelle molécule.

→ protéines membranaires. Lysosomes = vésicules spéciales → enzymes protéolytiques (enzyme = protéine)

Les mitochondries sont les organites responsables de la respiration cellulaire. Elles sont divisées par deux compartiments : l'espace inter-membranaire et la matrice. Une mitochondrie a une taille de l'ordre d'un micromètre. Le catabolisme : dégradation de molécules dans la cellule → s’accompagne d’une production/libération d’énergie. Les mitochondries sont les organites responsable de la respiration cellulaire et font partie du catabolisme, c’est centrale dans le catabolisme. La membrane interne forme des replies appelées crêtes mitochondriales.

C. L'homéostasie : régulation des paramètres vitaux L’homéostasie : concerne toute les cellules : c’est la régulation des paramètre vitaux : Paramètre vitaux : - la température - pH - potentiel oxydant → ont un fort potentiel oxydent cad de forte affinités pour des électrons ça veut dire qu’elles ont tendances à réagir avec n’importe quelle molécule et lui prendre des électrons → cassent les molécules. Les peroxysomes régulent le potentiel oxydant (2H2O2 → 2H2O+O2). - potentiel électrique → toutes nos cellules sont chargés électriquement et une cellule non chargé électriquement est une cellule morte. Les celules sont chargés électriquement négativemente t leurs potentiel sont chargés à -60/-70 mlvolt. Elles sont ainsi car contiennent ddes ions : des particules chargés éléctriquement positif ou negatifement ou chargé atomiquement. La cellule regule son potentiel électrique. Parmis ces proteines membranaire il y en a liées aux ions. La membrane plasmique est un isolant cependant avec certaines protéines membraneuses jouant des rôles, certaines ont des canaux ioniques, c’est a dire qu’elle laissent passer les ions, elles choisissent parfois elle ouvre parfois elle ferme ses parois pour avoir le bon nombre de potentiel. - pression osmotique→ c’est la pression exercé par l’eau dans nos cellules qui doit être étroitement réguler : osmorégulation. C’est réguler car la quantité d’eau dans nos cellules doivent être régulée car si la cellules se déshydratent les protéines ne peuvent

pus se déplacer donc : pas bien, et si il y as trop d’eau ce n’est pas bon non plus car ça fait gonfler les cellules et si il ya trop d’eau donc une trop forte pression osmotique les cellules explosent. Donc ça fonctionne de façon à ce que les molécule d’eau sont suffisamment petite pour circuler librement a travers la membrane, a cellule pour réguler la quantitée d’eau peut jouer avec le nombre d’ions se trouvant dans le cytoplasme, et faire une sorte d’équilibre des concentrations intracellulaire. Donc ce n’est non pas en agissant directement sur les molécules d’eau car elle ne peut pas mais en modifiant la quantité d’éléments dissous notamment les ions dans le cytoplasme par rapport au milieu extérieur

D. Le mouvement et le trafic A l’intérieur des cellules tout est en mouvement. Le mouvement de la cellule est facilité grâce aux pseudopodes (macrophage) les pseudopodes s’allongent pour attraper des bactéries qu’ils digèrent ensuite, aux cils (paramécie) et aux flagelles (spermatozoïde). Les trafics importants intracellulaires sont ceux des vésicules, des protéines, et des organites divers. Il y a également le mouvement des chromosomes lors des divisions cellulaires. Pour tous ces déplacements, il faut un support : ça fait parti du cytosquelette étymologiquement : le squelette de la cellule. Il est composé de trois types de filaments tous de nature protéïque : • les micro-filaments ou filaments d'actine (9 nanomètres de diamètre) car ils sont constitué de lactine, des petites protéine de orme globuleuse et ces protéines lactines peuvent s’associer en très grand nombre pour formé de très long filament : des polymères (très grande molécule formé par la liaison d’un grand nombre de (très) petite molécules). Ici on parle de polymère d’actine. Quand il s’allonge on parle de polymérisation et quand il se raccourci on pare de dépolymérisation. Ils permettent la contraction moléculaire. Très dynamique/rapide. On les retrouvent dans les muscles. • les filaments intermédiaires (10 nanomètres) les sont formés de différents typesde protéines, des protéines allongées, le neuro philament aussi présent dans les neuronnes. Ces filaments intermédiaires sont très stable ce qui diffère des filaments d’actines. Ce sont également des polymères. On en retrouve dans les cheveux. • les microtubules (25 nanomètres). Encore des polymères . Très rapide. Retrouvés dans es cils et flagelles. Composé d’alpha tubuline et de beta tubuline. Les micro tubule servent de support pour le trafic intracellulaire, ils sont un peu comme des grands axes routiers. Ils interviennent dans la division cellulaires.

E) La communication intercellulaire 1)

Rôle de la communication

– – –

Chez les unicellulaire, coordination, reproduction Au développement Sensorialités, douleur (communication neuronales)

– –

Régulation du métabolisme Système immunitaire

2)

Modalités

– – –

Contact direct (protéine de surface) Courte ou moyenne distance (synapse) Longue distance (cellule l'hypophyse)

07.10.17 Cas particulier : la cystéine ; atome de souffre avec fonction tyole. C’est le seul acide aminé qui peut être lié à un autre acide aminé par son groupement variable. On appelle ça un pont disulfure (deux atomes de souffre). Une grande chaine d’acide aminé est un plyeptide, il se replie dans l’espace pour donner une protéine mature. Les conséquences des propriétés des acides aminés sont le repliement de la protéine, une transmembrane (transmembranaire) ou une solubilité avec l’eau, une capacité d’interaction avec d’autres molécules et une fonction de la protéine. Les protéines ne sont pas seulement des unités de construction, elles exécutent presque toutes les fonctions cellulaires : - La structure (ex : collagène : protéine extracellulaire formée de trois polypeptides imbriqués) : elles fournissent un soutient mécanique aux cellules et tissus, les protéines peuvent donner des structures globulaires, des fibres ou des tubes qui peuvent s’assembler pour former des structures solides. - Mouvement et transport (ex : cytosquelette), génèrent le mouvement dans les cellules et tissus (ex : l’actine et la myosine dans les cellules musculaires), transportent des molécules dans le sang (ex : hémoglobine : transporte l’oxygène/albumine : transporte des lipides) - Le métabolisme (ex : enzymes) : ce sont des protéines qui déclenchent ou accélèrent (catalyseur) une réaction chimique particulière. Chaque enzyme est spécifique d’une réaction. (ex : synthèse et digestion du saccharose : les enzymes se confrontent a une situation de substrat (deux molécules différentes qui s’assemblent pour en sortir une autre de leur relation) amenant alors une nouvelle enzyme). - La régulation (ex : facteur de transcription : ils viennent se lier directement sur l’ADN) - La communication (ex : hormones : substance sécrétée dans le sang par une glande. Les hormones agissent sur certaines cellules du corps ayant des récepteurs spécifiques (protéines de la membrane) comme l’insuline qui est une petite protéine qui contrôle le taux de glucose dans le sang). Beaucoup de substances chimiques traversent la membrane des cellules en passant par des canaux formés par des protéines. - L’immunité : défense de l’organisme contre les agressions (infection, virus) anticorps

IV. les acides nucléiques Ce sont des molécules qui conservent l’information génétique : le stockage et l’utilisation de l’information génétique. La molécule impliquée est l’ADN. Acide désoxyribonucléique (ADN) : double brin Acide ribonucléique (ARN) : simple brin L’ARN messager, l’ARN ribosomiques et l’ARN de transfert sont tous impliqués dans la traduction. La traduction est la deuxième étape dans l’expression des gènes, elle se fait en dehors du noyau. Les acides nucléiques sont constitués d’une suite de nucléotides. Leur séquence linéaire code l’information génétique de la cellule. Ce sont des macros molécules. Les carbones de sucre sont numérotés de 1’ (base azotée), 2’ (désoxyribose), 3’ (à ce niveau, un autre nucléotide s’accroche, liaison phosphodiester), à 5’ (en dehors du cycle, accroche le groupement phosphate). La composition d’un nucléotide est un groupement phosphate, un sucre et une base azotée. Le sucre change : soit il est ADN soit il est ARN. Les cinq bases azotées rentrent dans la composition des acides nucléique. Les bases sont complémentaires et peuvent s’associer 2 à 2: -

Guanine (G) Cytosine (C)

-

Adénine (A) Thymine (T) (ADN seulement)

-

Adénine (A) Uracile (U) (ARN seulement)

Les nucléotides se lient les uns aux autres : le C 3’ du sucre se lie au groupement P d’un autre nucléotide. Un brin d’ADN a une orientation : -

Extrémité 5’ P

-

Extrémité 3’ libre

 L’ADN double brin est composé de deux brins complémentaires. Les deux brins appariés sont disposés dans des directions o...