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Comprendre et s'entraînerfacilement

Jean-Claude Callen

Biologie

cellulaire en 30 ficheswww.biblio-scientifique.net www.biblio-scientifique.net

Biologie cellulaireen 30 fiches

Jean-Claude Callenwww.biblio-scientifique.net

© Dunod, Paris, 2009

ISBn 978-2-10-054193-5www.biblio-scientifique.net

© Dunod Ð La photocopie non autorisŽe est un dŽlit.

FICHe Ð

1

Avant-propos

cet ouvrage est destinŽ aux Žtudiants en Biologie (L1 et L2 sV). comme tous les volu- mes de cette collection, il vise ˆ leur faire acquŽrir les bases d

Õune vŽritable dŽmarche

expŽrimentale en Biologie cellulaire. Longtemps rŽduite ˆ la se ule description des structures cellulaires : la cytologie, cette discipline sÕest enrichie, au cours du temps, des mŽthodes de la Biochimie, de la Biophysique, de la physiologie ce llulaire et plus rŽcemment de la Biologie MolŽculaire. il suffit simplement de feui lleter un journal scientifique dŽdiŽ ˆ la Biologie cellulaire moderne pour se con vaincre de la multiplicitŽ des approches qui caractŽrisent cette discipline.

Õenseignement universitaire se

doit donc de former les Žtudiants aux dŽmarches et aux outils les plus rŽcents ; il est bien loin le temps o les sŽances de Travaux DirigŽs consistaient ˆ ment possible des clichŽs de Microscopie ƒlectronique ! Actuelleme nt, il est indispen- sable quÕun Žtudiant en Biologie cellulaire connaisse un grand nom bre de techniques, de plus en plus sophistiquŽes. Et si le fractionnement cellulaire et doivent plus avoir de secrets pour lui, il lui faut aussi ma"triser l es bases de lÕimmuno- cytochimie et de lÕhybridation in situ, conna"tre le principe dÕun microscope confocal et dÕun trieur de cellules, mais aussi savoir construire un protocole de traduction in vitro ou la GFp. cÕest dans cet esprit et avec cet objectif que cet ouvrage est constr uit. il est divisŽ en 30 e cellulaire. cha- cune dÕelles inclut une page de rappels de notions indispensables et une page dŽcrivant une technique prŽcise, en rapport (dans la mesure du possible) avec le sujet de la fiche ; trois pages sont donc consacrŽes ˆ des exercices semblables ˆ c eux effectuŽs dans des iŽ consistent en des ana- lyses dÕauthentiques expŽriences de laboratoire (mme si certa ines sont nŽcessairement simplifiŽes !), avec leurs techniques et leur dŽmarche hypothŽtico-dŽducti ve caractŽris- tique. DÕautres exercices, reflŽtant la diversitŽ des outils pŽ dagogiques ˆ notre disposi-

tion, sont proposŽs ˆ part sensiblement Žgale : calculs ˆ effectuer, figures ˆ lŽgender,

sŽries de propositions vraies ou fausses ˆ identifier. Tant il est vrai que, sÕil faut savoir

raisonner (ce qui est donnŽ ˆ une majoritŽ dՎtudiants !) et exercer son esprit critique

pour rŽussir en Biologie, il faut Žgalement disposer dÕune somm e toujours plus impor- tante de connaissances sur lesquelles sÕappuyer, et sans lesquelles i l nÕest hŽlas pas pos- sible de progresser.

J.-c. callen

Biologie cellulaire en 30 fiches

2

Table des matières

Partie 1 : les cellules ; le monde vivant

Fiche 1les plans dÕorganisation cellulaire 4

Fiche 2

la diversitŽ du monde vivant 9

Partie 2 : Structure et fonctions des membranes

Fiche 3les membranes biologiques 14

Fiche 4

les transports membranaires 19

Fiche 5

lÕendocytose, lÕexocytose et le bourgeonnement 24

Fiche 6

les jonctions membranaires des cellules animales 29 Partie 3 : Structure et fonctions du cytosquelette Fiche 7le r™le architectural du cytosquelette 34

Fiche 8

les r™les dynamiques du cytosquelette 39

Partie 4 : Structure et fonctions du noyau

Fiche 9lÕorganisation du noyau ; la chromatine 44

Fiche 10

la cytologie de la transcription ; le nuclŽole 49

Fiche 11

la cytologie de la rŽplication de lÕaDn 54

Partie 5 : les divisions et le cycle cellulaire

Fiche 12les chromosomes ; les divisions cellulaires 59

Fiche 13

Fiche 14

le cycle cellulaire et son contr™le 69www.biblio-scientifique.net © Dunod Ð La photocopie non autorisŽe est un dŽlit. 3 Partie 6 : la voie de sécrétion des protéines

Fiche 15Le rŽticulum endoplasmique 74

Fiche 16

LÕadressage des protŽines vers le RER 79

Fiche 17

La voie de sŽcrŽtion des protŽines 84

Fiche 18

LÕappareil de Golgi89

Fiche 19

Les lysosomes : les vacuoles vŽgŽtales 94

Partie 7 : les organites convertisseurs dénergie Fiche 20Les mitochondries ; morphologie et organisation 99

Fiche 21

Les fonctions des mitochondries 104

Fiche 22

Les plastes : organisation et diversitŽ 109

Fiche 23

Les fonctions des chloroplastes 114

Fiche 24

Les peroxysomes et organites apparentŽs 119

Partie 8 : la biogénèse des organites

Fiche 26

LÕadressage des protŽines vers le noyau 129

Partie 9 : les cellules dans leur environnement

Fiche 27Les matrices extracellulaires 134

Fiche 28

La signalisation cellulaire 139

Fiche 29

La diffŽrenciation cellulaire 144

Partie 10 : les virus

Fiche 30Les virus 149

Liste des exercices 154

Liste des techniques dŽcrites 156

Bibliographie, Illustrations, Remerciements157

Index 158www.biblio-scientifique.net

Biologie cellulaire en 30 fiches

FICHe 4 1 les plans dorganisation cellulaire

I la cellule, unité structurale et

fonctionnelle du vivant Tous les tres vivants sont constituŽs dÕunitŽs invisibles ˆ notion est relativement rŽcente par rapport ˆ lÕhistoire de la

Biologie, car elle repose sur

la mise au point dÕoutils dÕobservation performants : les microscopes (la thŽorie cellu- laire a ŽtŽ ŽnoncŽe en 1838). les organismes unicellulaires ne sont donc pas directe- ment accessibles ˆ notre conscience, bien quÕils reprŽsentent l e plus grand nombre partie de la biodiversitŽ rande taille, font partie de notre monde visible et familier. ¥ Plans dÕorganisation des cellules : au plan strictement structural, lÕensemble des tres vivants actuels se rŽpartit en deux grands groupes seulement te taille : ordre de grandeur = 1 µm, avec quelques exceptions, ne prŽsentant pas ou peu de compartimentation au sein de leur cytoplasme (absence dÕorganites limitŽs par des membranes), Ð les Eucaryotes, dont les cellules, de taille comprise entre 10 et 100 µm, en gŽnŽral, sont beaucoup plus volumineuses et prŽsentent un cytop lasme haute- ment structurŽ, contenant une grande diversitŽ dÕorganites tels que : le noyau, les mitochondries, le rŽticulum endoplasmiqueÉ ¥ Unicellulaires et pluricellulaires : les Procaryotes sont en gŽnŽral unicellulaires il nu), tandis que les eucaryo- tes sont ˆ la fois reprŽsentŽs par des organismes unicellulaire

au plan phylogŽnŽtique), et des tres multicellulaires (les animaux, les VŽgŽtaux verts

et les Champignons ; cf. fiche 2). Chez ces derniers, ˆ lÕexception des Champignons, la pluricellular itŽ sÕaccompagne toujours dÕune diffŽrenciation morphologique et fonctionnelle des cellules, qui se regroupent en tissus, formant des organes, eux-mmes organisŽs en appareils, dont lÕensemble constitue un organisme.www.biblio-scientifique.net © Dunod Ð La photocopie non autorisŽe est un dŽlit. FICHe 1 Ð les plans dÕorganisation cellulaire 1 5 ii Outils et méthodes de la cytologie Les biologistes disposent de deux types principaux dÕoutils pour lÕ observation des cellules : le microscope photonique et le microscope électronique. Bien que basŽs sur un principe identique, ˆ savoir la dŽviation dÕun flux de parti cules traversant lÕobjet ˆ observer, ces instruments utilisent des particules diffŽrentes, respe ctivement les pho- tons et les Žlectrons. verre appelŽs Ç objectifs È et Ç oculaires È, avant de former une image agrandie sur appareil (la plus petite distance entre deux points de lÕobjet vus d e faon distincte) est au mieux de 0,25 µm, ce qui permet de distinguer ˆ peine la plupart des bactŽrie s ; on

• Le microscope électronique à transmission : le flux dՎlectrons, accŽlŽrŽ par une

tiques au sein dÕune enceinte est indispensable pour que les Žlec- trons ne soient ni ralentis ni dŽviŽs par des particules gazeuses quence est que, ˆ la diffŽrence du microscope photonique, des objets vivants ne infŽrieure ˆ celle du microscope photonique, ce qui explique son i ntŽrt. • La réalisation de coupes fines : les objets ˆ observer sont le plus souvent massifs, de s, ce qui implique la rŽali- sation de coupes fines (0,5-5 µm) ou ultrafines (50-80 nm) selon le type de microscope utilisŽ. Cette technique nŽcessite que le matŽriel biologique s oit fixé (tuŽ par un mŽlange de composŽs chimiques ne modifiant pas les structures cell ulaires), puis imprégné dÕune substance durcissant lՎchantillon (Žtape dÕinclus ion en paraffine ou

en rŽsine), afin dՐtre débité en tranches les plus fines possibles (Žtape de micro- ou

colorants pour la microscopie photonique, ou par des composŽs renforant les contras tes en microscopie Žlectronique) doit tre rŽalisŽe avant toute observation. • D'autres types de microscopes et d'autres protocoles d'observat ion existent, tant dans le domaine de la microscopie photonique que dans celui de la m icroscopie Žlectronique ; ils seront prŽsentŽs dans les chapitres suivants. Il sÕagit, en particulier, du microscope photonique ˆ fluorescence (cf. fiche 8) et du microscope

Žlectronique ˆ

balayage (cf. fiche 5) ; les protocoles de cryofracture, dÕimmunocytochimie et de colo- ration nŽgative seront Žgalement dŽcrits dans les fiches 6, 7 e t 11.www.biblio-scientifique.net

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6

Cellules procaryotiqueset eucaryotiques

Solution

blement non ou peu compartimentŽes ; il sÕagit de Procaryotes. les cellules 2 et 3 sont une paroi Žpaisse, est une cellule vŽgŽtale ; la cellule 3 est donc de ty pe animal.

Volumes cellulaires comparŽs

Voici des schŽmas et des photos de diffŽrents types de cellules. a vec lÕaide des barresquotesdbs_dbs50.pdfusesText_50

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