Éléments de biologie cellulaire
Daniel Robert
Brigitte Vian
doin
Première partie
La cellule et ses constituants moléculaires
Chapitre I Caractéristiques des êtres vivants3
1. Analyse du comportement d'une culture cellulaire3
2. Propriétés communes aux différents types cellulaires4
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 cellulaires7
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 virus14
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 II Composition chimique de la matière vivante20
1. Analyse élémentaire20
2. L'eau21
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 minéraux27
4. Espèces organiques et propriétés du carbone27
5. Forces de liaison en biochimie30
5.1. Liaison covalente
30
5.2. Liaisons intermoléculaires ou forces de Van der Waals
30
5.3. Liaison hydrogène
32
5.4. Liaison ionique
32
Chapitre III Les protéines34
1. Données de base34
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 protéines69
2.1. alpha-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 lipides94
1. Acides gras94
1.1. Caractères généraux
94
1.2. Différents acides gras
94
1.3. Acides gras et lipides
97
2. Glycérolipides97
2.1. Glycérol et estérification des acides gras
97
2.2. Triglycérides
98
2.3. Phosphoglycérolipides
99
3. Sphingosides100
4. Cérides101
5. Stérides101
6. Lipides isopréniques102
Chapitre V Les glucides104
1. Monosaccharides ou sucres simples104
1.1. Aldoses
105
1.2. Cétoses
108
1.3. Dérivés des aldoses et des cétoses
109
2. Disaccharides110
3. Oligosaccharides111
4. Polysaccharides112
5. Détection cytochimique des polysaccharides115
Chapitre VI Les acides nucléiques et les nucléotides116
1. Acide désoxyribonucléique ou ADN116
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 ARN128
2.1. Structure de la moléculaire d'ARN
128
2.2. Différents types d'ARN
129
2.3. Mise en évidence des ARN dans la cellule
130
3. Dérivés de nucléotides131
3.1. Nucléosides 5' polyphosphates
131
3.2. Nucléosides 3'-5' monophosphate cycliques
132
Conclusion132
Seconde partie
Les compartiments cellulaires et leurs fonctions
Chapitre I La membrane plasmique135
1. Aspects morphologiques135
2. Composition chimique136
2.1. Techniques d'isolement
136
2.2. Analyse chimique
137
3. Architecture moléculaire138
3.1. Premiers modèles membranaires
138
3.2. Modèle en mosaïque fluide
138
4. Spécialisations de la membrane plasmique146
4.1. Microvillosités
146
4.2. Jonctions dans les cellules animales
147
4.3. Plasmodesmes des cellules végétales
148
5. Propriétés physiologiques149
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 Eucaryotes162
1. Nucléoïde des cellules Procaryotes162
1.1. Organisation in situ162
1.2. Cartes génétiques
163
1.3. Étalements moléculaires
163
1.4. Composition et architecture macromoléculaire
167
2. Noyau des cellules Eucaryotes171
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
Conclusion194
Chapitre III La transcription de l'information génétique199
1. Rôle du noyau199
2. Nécessité d'un intermédiaire entre le noyau et le cytoplasme201
3. Nature de l'intermédiaire entre le noyau et le cytoplasme202
4. Modalités de la transcription204
5. Transcription chez les Procaryotes205
5.1. Notion d'unité de transcription
205
5.2. ARN polymérase et reconnaissance du site d'initiation
206
5.3. Progression et terminaison de la transcription
208
5.4. Localisation et visualisation des synthèses chez les Procaryotes
208
6. Transcription chez les Eucaryotes210
6.1. ARN polymérases et unités de transcriptions
210
6.2. ARN polymérases et sites d'initiation
211
6.3. Localisation intranucléaire des synthèses
213
6.4. Transcription nucléolaire
214
6.5. Transcription au niveau de la chromatine dispersée
222
Conclusion228
Chapitre IV La traduction230
1. Localisation de la traduction230
2. Importance des ARN dans la synthèse protéique232
2.1. ARN ribosomal et ribosomes
232
2.2. ARN messager (ARNm) et code génétique
236
2.3. ARN de transfert (ARNt) comme « adaptateurs »
239
3. Étapes de la traduction chez les Procaryotes243
3.1. Organisation de l'ARN messager et son rôle dans la traduction
243
3.2. Initiation
244
3.3. Élongation et translocation
245
3.4. Terminaison de la chaîne
247
3.5. Fonctionnement des polysomes
247
4. Étapes de la traduction chez les Eucaryotes248
5. Agents de blocage de la traduction249
6. Routage des protéines dans la cellule Eucaryote249
6.1. Protéines synthétisées sur les polysomes libres
249
6.2. Protéines synthétisées sur les ribosomes fixés à la membrane du réticulum endoplasmique
250
Chapitre V Quelques éléments de régulation251
1. Régulation chez les Procaryotes251
1.1. Concept d'opéron : l'opéron lactose
252
1.2. Différentes modalités de la régulation chez les bactéries
254
2. Régulation chez les Eucaryotes258
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 oncogènes273
Chapitre VI Le cytosquelette et la motilité cellulaire278
1. Microfilaments279
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 intermédiaires285
3. Microtubules286
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
Conclusion292
Chapitre VII Les compartiments intracellulaires : réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes293
1. Organisation morphologique des compartiments294
1.1. Aspects cytologiques
294
1.2. Méthodes d'approche et composition chimique
299
2. Rôles physiologiques302
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
Conclusion325
Chapitre VIII La récupération de l'énergie dans la cellule326
1. Une voie universelle de production d'ATP : la glycolyse326
1.1. Une première étape, la formation du fructose 1,6 bisphosphate
326
1.2. Clivage du fructose, 1,6-P en deux trioses-phosphate
327
1.3. Du phosphoglycéraldéhyde 3-P au pyruvate
328
1.4. 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 Procaryotes363
Conclusion364
Chapitre IX Les divisions cellulaires366
1. Cycles de développement367
1.1. Cycle de développement à deux générations d'égale importance
367
1.2. Cycle de développement monogénétique diploïde
369
1.3. Cycle de développement monogénétique haploïde
369
2. Duplication du matériel génétique370
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 fils388
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 méiose417
5.1. Déroulement de la méiose
417
5.2. Appariement des chromosomes : le complexe synaptonémal
420
5.3. Chiasmas, crossing-over et recombinaison génétique423
5.4. Ségrégation des chromosomes
425
5.5. Durée et déclenchement de la méiose
427
5.6. Importance de la méiose : la formation de nouvelles associations géniques
428
Conclusion431
Index439