La biologie cellulaire par les nombres
Ron Milo et Rob Phillips
Amsha Proag
Nigel Orme
edp sciences
Table des Estimations
11
Préface du traducteur
13
Lexique et notations
15
Préface
19
Remerciements
25
Introduction : vers l'intuition numérique en biologie29
Pourquoi nous devrions nous intéresser aux nombres ?29
La base de données BioNumbers32
Comment effectuer des calculs de coin de table33
Boîte à outils des ordres de grandeur pour la biologie35
Règles rigoureuses pour des calculs approximatifs38
La géographie de la cellule42
Chapitre 1 . La taille et la forme49
Les cellules et les virus51
Quelle taille font les virus ?51
Quelle taille fait une cellule d'E. coli et combien pèse-t-elle ?56
Quelle taille fait la levure à bourgeon ?59
Quelle taille fait une cellule humaine ?62
Quelle taille fait un photorécepteur ?65
Quelle est la gamme des tailles et des formes de cellules ?69
Quelle taille font les noyaux des cellules ?72
Quelle taille fait le réticulum endoplasmique ?75
Quelle taille font les mitochondries ?79
Quelle taille font les chloroplastes ?82
Quelle taille fait une synapse ?84
Les briques qui composent la cellule88
Quelle taille font les rouages biochimiques de la cellule ?88
Entre l'ARNm et la protéine, quelle molécule est la plus grande ?91
Quelle taille fait la protéine moyenne ?93
Quelle taille font les machines moléculaires impliquées dans le dogme central ?99
Quelle est l'épaisseur de la membrane cellulaire ?102
Quelle taille font les filaments intracellulaires ?106
Chapitre 2 . Concentrations et nombres absolus113
Comment fabriquer une cellule116
De quels éléments se compose la cellule ?116
Quelle est la densité de la cellule ?119
Quelles sont les concentrations ambiantes en O2 et en CO2 ?122
Combien de nutriments faut-il fournir dans un milieu de culture ?128
Quelle est la concentration de cellules bactériennes dans une culture saturée ?132
Le recensement cellulaire135
Quel est le pH à l'intérieur de la cellule ?135
Quelles sont les concentrations des différents ions dans la cellule ?139
Quelles sont les concentrations des métabolites libres dans la cellule ?142
Quels sont les lipides les plus abondants dans les membranes ?147
Combien de protéines y a-t-il dans une cellule ?152
Quelles sont les protéines les plus abondantes dans une cellule ?156
Dans quelle mesure l'expression protéique varie-t-elle entre les cellules ? 160 Quelles sont les concentrations des molécules du cytosquelette ?164
Combien d'ARNm y a-t-il dans une cellule ?168
Quelle est la proportion relative de protéine et d'ARNm ?172
Quelle est la composition macromoléculaire de la cellule ?177
Machines et signaux181
Quel est l'effectif des facteurs de transcription ?181
Combien y a-t-il de protéines de signalisation ?184
Combien de molécules de rhodopsine y a-t-il dans un bâtonnet ?191
Combien de ribosomes y a-t-il dans une cellule ?196
Chapitre 3 . Forces et énergies201
La biologie rencontre la physique203
Quelle est l'échelle d'énergie thermique et quelle est sa pertinence en biologie ?203
Quelle est l'échelle d'énergie d'une liaison hydrogène ?207
Quelle est l'échelle d'énergie associée à l'effet hydrophobe ?211
Combien d'énergie apportent les photons lors de la photosynthèse ?213
Comment varie l'entropie lorsque deux molécules forment un complexe ?216
Quelle force exercent les filaments du cytosquelette ?219
Quelles sont les limites physiques à la détection par les cellules ?222
Monnaie et budget énergétiques228
Combien d'énergie libère l'hydrolyse de l'ATP ?228
Quelle est l'énergie associée au transfert d'un groupe phosphate ?232
Combien d'enthalpie libre dégage la combustion du sucre ?235
Quel est le potentiel redox d'une cellule ?236
Quelle est la différence de potentiel électrique à travers les membranes ?243
Quelle est la puissance consommée par la cellule ?246
Quelle est la relation entre l'activité métabolique et la taille d'une cellule ?251
Chapitre 4 . Temps et vitesse255
Les échelles de temps pour les petites molécules257
Quelles sont les échelles de temps de la diffusion à l'intérieur d'une cellule ?257
Combien de réactions les enzymes effectuent-elles chaque seconde ?262
Quel est l'effet de la température sur les vitesses de réaction ?267
À quelle vitesse fonctionnent les transporteurs membranaires ?270
Combien d'ions traversent un canal ionique par seconde ?272
Quel est le temps de renouvellement des métabolites ?275
Les processus du dogme central278
Laquelle est la plus rapide, la transcription ou la traduction ?278
Quel est le temps de maturation des protéines fluorescentes ?284
À quelle vitesse le protéasome dégrade-t-il les protéines ?288
À quelle vitesse les molécules d'ARN et les protéines se dégradent-elles ?291
La dynamique cellulaire296
À quelle vitesse se propagent les signaux électriques dans les cellules ?296
Quelle est la vitesse des moteurs moléculaires rotatifs ?301
Quelles sont les vitesses d'assemblage et de désassemblage du cytosquelette ?305
À quelle vitesse les moteurs moléculaires se déplacent-ils le long d'un filament ?310
À quelle vitesse les cellules se déplacent-elles ?315
Le cycle cellulaire318
Combien de temps une cellule prend-elle pour copier son génome ?318
Combien de temps durent les différentes étapes du cycle cellulaire ?322
À quelle vitesse les différentes cellules du corps se renouvellent-elles ?325
Chapitre 5 . L'information et les erreurs329
Le génome331
Quelle est la taille des génomes ?331
Combien de chromosomes les différents organismes possèdent-ils ?334
Combien de gènes y a-t-il dans un génome ?339
À quel point deux personnes sont-elles génétiquement semblables ?342
Les mutations et les erreurs345
Quel est le taux de mutation au cours de la réplication du génome ?345
Quel est le taux d'erreur de la transcription et de la traduction ?352
Quel est le taux de recombinaison ?354
Chapitre 6 . Un cabinet de curiosités quantitatif359
Combien de cellules y a-t-il dans un organisme ?360
Combien de fois les chromosomes se répliquent-ils à chaque génération ?365
Combien de copies d'un gène d'ARN ribosomal y a-t-il dans le génome ?369
Quelle est la perméabilité de la membrane cellulaire ?372
Combien de photons faut-il pour fabriquer une cyanobactérie ?376
Combien de virions sont produits lors d'une infection virale ?378
Épilogue
381
Références
385
Index
407