Éléments de biologie cellulaire

Sommaire et contenu du livre "Éléments de biologie cellulaire"

Table des matières Première partie LA CELLULE ET SES CONSTITUANTS MOLÉCULAIRES Chapitre 1 Caractéristiques des êtres vivants .3 1. Analyse du comportement d'une culture cellulaire 3 2. Propriétés communes aux différents types cellulaires 4 2.1. Stockage et transmission des informations génétiques 4 2.2. Synthèse de macromolécules spécifiques 5 2.3. Gestion de l'énergie....................................................................................................... 5 2.4. Adaptation aux conditions extérieures 6 3. Organismes cellulaires 7 3.1. Archébactéries 7 3.2. Eubactéries: le modèle Procaryote.. 7 3.3. Modèle Eucaryote 10 3.4. Comparaison des organismes Procaryotes et Eucaryotes............................................. 13 3.5. Spécialisation cellulaire: unité et diversité en biologie................................................ 14 4. Cas des virus 14 4.1. Différents types de virus................................................................................................. 16 4.2. Cycles de développement des virus.. 17 4.3. Voies de synthèse des composants du virus 18 4.4. Origine des virus............................................................................................................ 19 Chapitre TI Composition chimique de la matière vivante . 20 1. Analyse élémentaire........................................................................................................... 20 2. L'eau...................................................................................................................................... 21 2.1. Teneur en eau des organismes...... 21 2.2. Structure de la molécule d'eau 21 2.3. Organisation tridimensionnelle. 22 2.4. Propriétés de l'eau......................................................................................................... 23 3. Sels minéraux 27 4. Espèces organiques et propriétés du carbone 27 5. Forces de liaison en biochimie 30 5.1. Liaison covalente 30 5.2. Liaisons intermoléculaires ouforces de Van der Waals 30 5.3. Liaison hydrogène 32 5.4. Liaison ionique 32 Chapitre m Les protéines. 34 1. Données de base................................................................................................................. 34 1.1. Acides aminés................................................................................................................ 34 1.2. Enchaînement des acides aminés: la liaison peptidique .. 41 1.3. Structure primaire.......................................................................................................... 43 1.4. Structure secondaire...................................................................................................... 45 1.5. Structure tertiaire 51 1.6. Structure quaternaire 58 1.7. Associations et changement de conformation des molécules protéiques....................... 61 1.8. Purification, identification et isolement des protéines.................................................... 62 2. Quelques exemples de protéines 69 2.1. a-kératine, collagène et fibroïne, protéines fibreuses à rôle structural....... 69 2.2. Enzymes, protéines globulaires à activité catalytique 72 2.3. Anticorps, protéines globulaires à rôle de défense 86 Chapitre IV Les lipides . 94 1. Acides gras........................................................................................................................... 94 1.1. Caractères généraux 94 1.2. Différents acides gras 94 1.3. Acides gras et lipides... 97 2. Glycérolipides 97 2.1. Glycérol et estérification des acides gras 97 2.2. Triglycérides 98 2.3. Phosphoglycérolipides 99 3. Sphingosides 100 4. Cérides 101 5. Stérides 101 6. Lipides isopréniques 102 TABLE DES MATIÈRES Chapitre V Les glucides . 104 1. Monosaccharides ou sucres simples .. 104 1.1. Aldoses 105 1.2. Cétoses........................................................................................................................... 108 1.3. Dérivés des aldoses et des cétoses 109 2. Disaccharides 110 3. Oligosaccharides 111 4. Polysaccharides 112 5. Détection cytochimique des polysaccharides 115 Chapitre VI Les acides nucléiques et les nucléotides 116 1. Acide désoxyribonucléique ou ADN............................................................................... 116 1.1. Hydrolyse totale de la molécule 116 1.2. Hydrolyse partielle de la molécule 118 1.3. Structure primaire de l'ADN.......................................................................................... 119 1.4. Propriétés de la molécule: nécessité d'une structure secondaire................................. 120 1.5. Double hélice, structure secondaire de l'ADN 124 1.6. Double hélice et propriétés de l'ADN............................................................................ 126 1.7. ADN dans la cellule 128 2. Acide ribonucléique ou ARN........................................................................................... 128 2.1. Structure de la molécule d'ARN 128 2.2. Différents types d'ARN 129 2.3. Mise en évidence des ARN dans la cellule 130 3. Dérivés de nucléotides 131 3.1. Nucléosides 5' polyphosphates 131 3.2. Nucléosides 3'-5' monophosphate cycliques :............................................ 132 Conclusion 132 Seconde partie LES COMPARTIMENTS CELLULAIRES ET LEURS FONCTIONS Chapitre 1 La membrane plasmique .. 135 1. Aspects morphologiques 135 2. Composition chimique 136 2.1. Techniques d'isolement 136 2.2. Analyse chimique 137 3. Architecture moléculaire................................................................................................... 138 3.1. Premiers modèles membranaires 138 3.2. Modèle en mosaïque fluide 138 4. Spécialisations de la membrane plasmique 146 4.1. Microvillosités.......................................................... ...................................................... 146 4.2. Jonctions dans les cellules animales 147 4.3. Plasmodesmes des cellules végétales 148 5. Propriétés physiologiques 149 5.1. Transport transmembranaire : généralités 149 5.2. Transport des ions et de petites molécules 150 5.3. Transport de macromolécules et de particules 153 5.4. Transfert d'informations: quelques exemples 157 5.5. Reconnaissance et adhérence cellulaire 159 Chapitre II Le territoire nucléaire. Le nucléoïde des Procaryotes et le noyau des Eucaryotes.... 162 1. N ucléoïde des cellules Procaryotes 162 1.1. Organisation in situ 162 1.2. Cartes génétiques 163 1.3. Étalements moléculaires 163 1.4. Composition et architecture macromoléculaire 167 2. Noyau des cellules Eucaryotes........................................................................................ 171 2.1. Données fournies par la microscopie photonique.. 171 2.2. Ultrastructure du noyau interphasique 172 2.3. Chromatine 174 2.4. Enveloppe nucléaire et structures associées.................................................................. 187 2.5. Disposition intranucléaire du nucléofilament 193 Conclusion 194 Chapitre ID La transcription de l'information génétique 199 1. Rôle du noyau 199 2. Nécessité d'un intermédiaire entre le noyau et le cytoplasme 201 3. Nature de l'intermédiaire entre le noyau et le cytoplasme 202 4. Modalités de la transcription 204 TABLE DES MATIÈRES 5. Transcription chez les Procaryotes 205 5.1. Notion d'unité de transcription 205 5.2. ARN polymérase et reconnaissance du site d'initiation 206 53. Progression et terminaison de la transcription 208 5.4. Localisation et visualisation des synthèses chez les Procaryotes 208 6. Transcription chez les Eucaryotes 210 6.1. ARN polymérases et unités de transcriptions 210 6.2. ARN polymérases et sites d'initiation............................................................................ 211 63. Localisation intranucléaire des synthèses..................................................................... 213 6.4. Transcription nucléolaire............................................................................................... 214 6.5. Transcription au niveau de la chromatine dispersée 222 Conclusion. 228 Chapitre IV La traduction . 230 1. Localisation de la traduction 230 2. Importance des ARN dans la synthèse protéique 232 2.1. ARN ribosomal et ribosomes 232 2.2. ARN messager (ARNm) et code génétique..................................................................... 236 23. ARN de transfert (ARNt) comme « adaptateurs» 239 3. Étapes de la traduction chez les Procaryotes................................................................ 243 3.1. Organisation de l'ARN messager et son rôle dans la traduction 243 3.2. Initiation... 244 33. Élongation et translocation 245 3.4. Terminaison de la chaîne 247 3.5. Fonctionnement des polysomes 247 4. Étapes de la traduction chez les Eucaryotes 248 5. Agents de blocage de la traduction................................................................................. 249 6. Routage des protéines dans la cellule Eucaryote......................................................... 249 6.1. Protéines synthétisées sur les polysomes libres 249 6.2. Protéines synthétisées sur des ribosomes fixés à la membrane du réticulum endoplasmique 250 Chapitre V Quelques éléments de régulation . 251 1. Régulation chez les Procaryotes 251 1.1. Concept d'opéron: l'opéron lactose 252 1.2. Différentes modalités de la régulation chez les bactéries 254 2. Régulation chez les Eucaryotes....................................................................................... 258 2.1. Régulation au niveau de l'information génétique 258 2.2. Régulation au niveau de la transcription 261 2.3. Régulation post-transcriptionnelle 267 2.4. Régulation traductionnelle et post-traductionnelle 270 3. Perturbation de la régulation cellulaire: virus et oncogènes 273 Chapitre VI Le cytosquelette et la motilité cellulaire . 278 1. Microfilaments... 279 1.1. Détection immunocytochimique des microfilaments :.......... 279 1.2. Structure de l'actine 279 1.3. Liaison de l'actine à de nombreuses autres protéines 280 1.4. Interactions actine/myosine dans les cellules musculaires 281 1.5. Rôle de l'actine dans les cellules non musculaires 283 2. Filaments intermédiaires................................................................................................... 285 3. Microtubules 286 3.1. Composition chimique et architecture moléculaire 287 3.2. Polymérisation et dépolymérisation des microtubules 287 3.3. Rôles physiologiques 288 3.4. Cas des microtubules stables 290 Conclusion 292 Chapitre VII Les compartiments intracellulaires : réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes ...... 293 1. Organisation morphologique des compartiments... 294 1.1. Aspects cytologiques 294 1.2. Méthodes d'approche et composition chimique 299 2. Rôles physiologiques......................................................................................................... 302 2.1. Biosynthèse des lipides et des glycolipides membranaires 303 2.2. Biosynthèse, transfert et concentration de (glyco)protéines.......................................... 304 2.3. Biogenèse des lysosomes: un exemple de tri et d'adressage des glycoprotéines 315 2.4. Digestion intracellulaire et détoxication.... 319 2.5. Lysosomes et pathologie 322 2.6. Vacuole des cellules végétales: un compartiment de stockage 323 Conclusion 325 Chapitre VIII La récupération de l'énergie dans la cellule 326 1. Une voie uni verseIle de production d'ATP : la glycolyse 326 J.1. Une première étape, laformation du fructose J.6 bisphosphate 326 J.2. Clivage dufructose J.6-P en deux trioses-phosphate.................................................... 327 J.3. Du phosphoglycéraldéhyde 3-P au pyruvate 328 J.4. Bilan de la glycolyse et devenir des produits formés..................................................... 329 2. Récupération de l'énergie chez les Eucaryotes............................................................ 330 2.1. Mitochondries et respiration.... 331 2.2. Chloroplastes et photosynthèse...................................................................................... 349 3. Récupération de l'énergie chez les Procaryotes 363 Conclusion 364 Chapitre IX Les divisions cellulaires...................................................................... 366 1. Cycles de développement 367 J.1. Cycle de développement à deux générations d'égale importance 367 J.2. Cycle de développement monogénétique diploïde 369 J.3. Cycle de développement monogénétique haploïde 369 2. Duplication du matériel génétique.................................................................................. 370 2.1. Hypothèse de Watson et Crick.. 370 2.2. Vérification expérimentale 371 2.3. Réplication de l'ADN........................................................................................ ............. 374 3. Partage égal des génomes fils 388 3.1. Division et cycle cellulaires chez les Procaryotes 388 3.2. Bipartition chez les Eucaryotes: mitose et cycle cellulaire 390 4. Mort cellulaire: nécrose ou mort cellulaire programmée? 416 5. Partage avec réduction chromatique: la méiose 417 5.J. Déroulement de la méiose 417 5.2. Appariement des chromosomes: le complexe synaptonémal........................................ 420 5.3. Chiasmas, crossing-over et recombinaison génétique 423 5.4. Ségrégation des chromosomes 425 5.5. Durée et déclenchement de la méiose 427 5.6. Importance de la méiose: laformation de nouvelles associations géniques 428 Conclusion............................................................................................................................... 431 Index.......................................................................................................................................... 439