1ère année · Cytologie générale

Au microscope électronique (technique des coupes minces avec fixation au tétroxyde d'osmium), la membrane plasmique apparaît trilamellaire, d'une épaisseur d'environ 75 Å, formée de deux feuillets sombres séparés par un feuillet clair.

Au sein de la membrane plasmique, les lipides membranaires sont représentés par 55 % de phospholipides, 25 % de cholestérol et 20 % de glycolipides.

Le cholestérol est uniquement présent dans les membranes des cellules animales ; il est absent des cellules végétales et des bactéries.

Le cholestérol renforce la solidité de la membrane car en se plaçant entre les molécules de phospholipides, il immobilise les chaînes hydrocarbonées voisines, rendant la membrane plus rigide.

La glycophorine est une protéine intrinsèque transmembranaire monotopique (effectuant un seul passage à travers la bicouche lipidique), contrairement à la bande 3 qui est polytopique.

Singer et Nicholson ont proposé en 1972 un modèle d'architecture moléculaire qui définit la membrane comme une mosaïque fluide et asymétrique.

Les cellules possèdent des enzymes appelées flippases qui déplacent activement certains phospholipides d'un feuillet vers l'autre, jouant un rôle dans l'asymétrie lipidique membranaire.

Les mitochondries possèdent deux membranes : la membrane externe et la membrane interne, qui sépare la matrice mitochondriale de l'espace intermembranaire.

La membrane interne forme des invaginations dans la matrice mitochondriale appelées crêtes, qui sont le lieu des réactions d'oxydation phosphorylantes et de la synthèse d'ATP.

La membrane interne est très riche en protéines : elle est composée de 80 % de protéines et de 20 % de lipides, et contient de nombreux transporteurs, complexes protéiques enzymatiques et translocases TIM.

L'ADN mitochondrial contient 37 gènes qui codent pour 13 protéines (sous-unités de complexes de la phosphorylation oxydative), 22 ARN de transfert et 2 ARN ribosomaux.

La membrane interne de la mitochondrie porte une famille d'enzymes transmembranaires, les cytochromes P450, dont le site actif baigne dans la matrice et qui hydroxylent le cholestérol en prégnénolone, étape initiale de la synthèse stéroïdienne.

Le cytosquelette comporte trois types de fibres : les microfilaments (actine, ~7 nm), les microtubules (~25 nm) et les filaments intermédiaires (~8-10 nm).

Les microfilaments sont de longues fibres d'un diamètre d'environ 7 nanomètres, composés de deux chaînes protéiques entrelacées d'actine globulaire.

Les microtubules sont des tubes creux d'un diamètre d'environ 25 nm, formés de 13 protofilaments protéiques disposés en couronne, chaque protofilament étant composé de dimères α et β tubuline.

La kératine est une classe de filaments intermédiaires présente dans les cellules épithéliales (cellules bordant les organes et les cavités de l'organisme) ainsi que dans les structures associées comme les cheveux et les ongles.

Chaque centriole est composé de neuf triplets de microtubules. Les centrioles se présentent en paires, généralement disposés à angle droit l'un vis-à-vis de l'autre, à proximité du noyau.

La kinectine, protéine des membranes du RE, fixe les vésicules à la protéine motrice kinésine, qui entraîne la vésicule le long des microtubules vers la périphérie de la cellule, en utilisant l'ATP comme source d'énergie.

Le REG est un ensemble de sacs aplatis communiquant entre eux, dont la face interne réticulaire est toujours lisse mais dont la face externe cytosolique est tapissée de ribosomes, jouant un rôle dans la protéosynthèse et la glycosylation.

Le REL est formé par un réseau de petites vésicules et tubules sans ribosomes ; il joue un rôle dans la synthèse des lipides et des hormones stéroïdes.

La N-glycosylation débute dans le REG par transfert d'un oligosaccharide en bloc (via le dolichol) sur l'asparagine de la protéine en cours de synthèse. Elle se poursuit et se complète dans l'appareil de Golgi.

L'étiquetage des hydrolases lysosomiales se produit dans les saccules cis de l'appareil de Golgi par phosphorylation du mannose (ajout d'un phosphate sur le 6ème carbone d'un mannose), créant le signal mannose-6-phosphate reconnu par des récepteurs spécifiques au niveau du réseau trans-golgien.

Les pores nucléaires sont des complexes protéiques organisés sous forme de canaux dont le rôle est d'assurer des échanges moléculaires entre le cytoplasme et le nucléoplasme (ARN, enzymes, nucléotides...).

Le nucléole est un compartiment nucléaire non limité par une membrane, responsable de la synthèse des ARN ribosomaux (ARNr) et de l'assemblage des sous-unités ribosomales.

L'euchromatine est la forme décondensée de la chromatine pendant l'interphase (très faiblement colorée) ; elle correspond aux zones actives d'ADN avec une forte transcription génique.

La phase S (Synthèse) est la phase au cours de laquelle se déroule la réplication de l'ADN. La quantité d'ADN nucléaire est doublée à la fin de cette phase.

Lors de la métaphase, le matériel génétique est condensé au maximum sous forme de chromosomes, alignés sur l'équateur de la cellule (partie moyenne). C'est la phase idéale pour l'étude du caryotype.

La phase G0 est une phase de « quiescence mitotique » ou de « repos mitotique » qui n'appartient pas aux phases classiques du cycle cellulaire ; la cellule entre en état de repos non prolifératif et stoppe son activité de multiplication.

La découverte de l'appareil de Golgi revient au biologiste italien Camillo Golgi, Prix Nobel 1906.

La face cis (face externe) est au voisinage du RE ; c'est à ce niveau que bourgeonnent les vésicules de transition du RE pour fusionner avec les saccules golgiens. La face trans est à l'opposé et donne naissance aux vésicules de sécrétion vers les lysosomes ou la surface cellulaire.

Le noyau est présent dans toutes les cellules de l'organisme à l'exception des hématies (globules rouges), des kératinocytes (cellules de la couche superficielle de la peau) et des thrombocytes (plaquettes).

La forme du noyau diffère selon le type cellulaire : sphérique dans les cellules épithéliales cubiques, ovoïde dans les cellules musculaires lisses, et polylobée dans les polynucléaires.

Les mitochondries sont avec le réticulum endoplasmique lisse le principal réservoir du calcium intracellulaire ; elles sont capables de capturer le calcium, de le stocker dans la matrice, puis de le libérer dans le cytosol via les canaux ioniques de la membrane interne.

Le peptide signal est un résidu hydrophobe en N-terminal qui joue le rôle de signal d'initiation de transfert : il est reconnu par la particule de reconnaissance du signal (PRS), qui dirige le ribosome vers la membrane du RE où la protéine est transloquée co-traductionnellement dans la lumière du RE.

La membrane plasmique des hématies est composée de 40 % de lipides, 52 % de protéines et 8 % de glucides.

Le génome diploïde humain comporte environ 200 copies identiques du gène codant pour les 3 ARNr nucléolaires, réparties sur les bras courts de 5 paires de chromosomes acrocentriques : les chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22. Chaque chromosome comprend 20 copies de ces gènes.

Le feuillet dense externe de la membrane plasmique est garni d'un mince film glycoprotéique (glycocalyx ou cell-coat) dont les fibrilles sont perpendiculaires à la membrane. Le cell-coat est constitué d'un feutrage de fibrilles glucidiques.

La glypiation (ancrage GPI) s'effectue sur un acide aminé en position C-terminale de la protéine intégrée ancrée par un lipide.

L'espace inter-membranaire contient des protons H+ jouant un rôle important dans la phosphorylation, des molécules de cytochrome C et des molécules généralement inférieures à 10 kDa.

Les filaments intermédiaires des cellules nerveuses sont appelés neurofilaments. La vimentine est présente dans de nombreuses cellules non épithéliales, et la kératine dans les cellules épithéliales.

A, C et D sont exactes. Les phospholipides sont amphiphiles (tête hydrophile, queue hydrophobe). Les glucides confèrent une charge négative via l'acide sialique. Les protéines membranaires ont des fonctions diverses (récepteurs, transporteurs, enzymes, molécules d'adhérence, messagers). Le cholestérol est ABSENT des bactéries (B est fausse).

A, B et C sont exactes. La mitochondrie synthétise l'ATP via la phosphorylation oxydative, coopère avec le REL pour la synthèse des hormones stéroïdes (via les cytochromes P450), et stocke le calcium intracellulaire. La synthèse des immunoglobulines (D) est assurée par les plasmocytes via les ribosomes et le REG.

A, B et C sont exactes. Le cytosquelette maintient la forme cellulaire et ancre les organites ; les microtubules servent de rails pour le transport vésiculaire ; le raccourcissement des microtubules lors de la mitose permet la migration des chromosomes. La synthèse des protéines ribosomales (D) est assurée par le noyau (transcription des gènes) et les ribosomes cytoplasmatiques.

A, B et D sont exactes. L'appareil de Golgi assure la suite de la N-glycosylation, la O-glycosylation (liaison sur sérine/thréonine dans les saccules médians et trans) et l'étiquetage des hydrolases lysosomiales par Man-6P dans les saccules cis. La réplication de l'ADN mitochondrial (C) se déroule dans la matrice mitochondriale.

A, B et D sont exactes. L'hétérochromatine est la forme condensée de la chromatine (D). Elle est subdivisée en : constitutive (ADN répétitif jamais transcrit, centromères et télomères - A) et facultative (gènes réprimés pouvant être actifs dans d'autres types cellulaires - B). La proposition C décrit l'euchromatine, non l'hétérochromatine.

A, B et C sont exactes : Hsp70 déplie la protéine, le récepteur de la membrane externe reconnaît la séquence d'adressage, et la translocation s'effectue via TOM (membrane externe) puis TIM (membrane interne). La protéine est ensuite maturée par clivage de la séquence d'adressage et repliage par Hsp60. La proposition D est fausse : ces protéines sont synthétisées dans le cytosol sous contrôle du génome nucléaire.

L'interphase regroupe les phases G1, S et G2. La phase M (mitose) est la phase de division cellulaire proprement dite et ne fait pas partie de l'interphase.

A, B et C correspondent aux modifications citées dans le cours : myristoylation, palmitylation et glypiation (GPI). L'isoprénylation (farnesyl ou géranylgéranyl) est également mentionnée. L'ubiquitination (D) est un marquage pour la dégradation par le protéasome, pas un ancrage membranaire.

A, B et C sont correctes. La PRS reconnaît le peptide signal (A), le complexe se fixe à la protéine d'ancrage membranaire du RE (B), puis un pore de translocation s'ouvre (C). La proposition D est fausse : le peptide signal est coupé par des peptidases et dégradé par des protéases du RE après la translocation.

A, B et C correspondent à la télophase : étranglement équatorial donnant deux cellules filles (cytodiérèse), décondensation de la chromatine et reformation de l'enveloppe nucléaire. La proposition D décrit la métaphase.

La réponse doit mentionner l'aspect trilamellaire au ME, les proportions des constituants et les deux catégories de protéines membranaires.

La réponse doit décrire les deux membranes, leurs caractéristiques respectives, les crêtes et le contenu de la matrice.

La réponse doit comparer les 3 types en mentionnant diamètre, protéines et fonctions distinctives pour chacun.

La réponse doit mentionner les étapes clés du trafic vésiculaire depuis le REG jusqu'à la membrane plasmique.

La réponse doit décrire les 4 phases dans l'ordre avec les événements chromosomiques précis de chacune.

La réponse doit relier la structure (crêtes, gradient de H+) à la fonction (synthèse d'ATP par l'ATP synthase).

La réponse doit distinguer les deux types de chromatine par leur condensation et activité transcriptionnelle, et subdiviser l'hétérochromatine.

La réponse doit expliquer le concept de fluidité membranaire, les types de mouvements lipidiques et le rôle des flippases.

La réponse doit décrire la phosphorylation du mannose, le rôle des récepteurs Man-6P, les vésicules à clathrine et la maturation lysosomale.

La réponse doit décrire les 3 phases de l'interphase avec leurs caractéristiques distinctives.