cytologie
COURS DE BIOLOGIE
PALN DU COURS
OBJECTIFS
CHAPITRE 1 : STRUCTURES ET FONCTIONNEMENT DE LA CELLULE
1.1. INTRODUCTION
1.2. STRUCTURE GENERALE D’UNE CELLULE
a) Définition
b) Structure d’une cellule
1.2.1. La membrane cytoplasmique
a) Définition
b) Rôle
1.2.2. Le cytoplasme et les organes cytoplasmiques
a) le cytoplasme
b) le réticulum cytoplasmique
c) les mitochondries
d) l’appareil de Golgi
e) les lysosomes
f) le centrosome et centrioles
g) le ribosome
h) les plastes
i) les vacuoles
1.2.3. Le noyau et les organites nucléaires
a) le noyau
b) la chromatine
c) la membrane nucléaire
d) les nucléoles
e) les chromosomes
1.2.4. Différences entre cellule animale et cellule végétale
1.3. CONSTITUTION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE
CHAPITRE 2 : ACTION DES GENES
2.1. DEFINITIONS
2.2. TERMINOLOGIE
CHAPITRE 3 : LA DIVISION CELLULAIRE
3.1. SORTES DE DIVISIONS
3.1.1. L’amitose ou division directe
3.1.2. La mitose ou division indirecte
3.2. DIFFERENTES PHASES
3.2.1. La prophase
a) des phénomènes cytoplasmiques
b) phénomènes nucléaires
3.2.2. La métaphase
3.2.3. L’anaphase
3.2.4. La télophase
3.3. DIFFERENCE ENTRE AMITOSE ET MITOSE
3.4. LA REPRODUCTION
3.4.1. La reproduction asexuée
3.4.2. La reproduction sexuée
CHAPITRE 4 : METABOLISME DE BASE
4.1. DEFINITIONS
4.1.1. Le métabolisme
4.1.2. L’anabolisme
4.1.3. Le catabolisme
4.1.4. Les enzymes
4.2. LE METABOLISME DES GLUCIDES
4.2.1. Les glucides
4.2.2. La respiration
4.3. LE METABOLIMSE DES PROTIDES
4.3.1. Les protéines
4.3.2. La régénération cellulaire
4.4. LE METABOLISME DES LIPIDES
4.4.1. Les lipides simples
4.4.2. Les lipides complexes
0. OBJECTIFS
A la fin de ce cours, l’apprenant doit être capable d’expliquer la structure et le fonctionnement de la cellule.
CHAPITRE 1 : STRUCTURES ET FONCTIONNEMENT DE LA CELLULE
1.4. INTRODUCTION
Le mot biologie vient de bios = vie et logos = science ou étude.
L biologie est donc une science qui étudie la vie ou les êtres vivants (animaux et végétaux).
L’être vivant est celui qui se nourrit, qui croît, capable de se reproduire, de se déplacer, etc…
La cellule est l’unité fondamentale et profonde du monde vivant
La biologie cellulaire est l’étude de la cellule. Elle est appelée aussi la cytologie.
1.5. STRUCTURE GENERALE D’UNE CELLULE
a) Définition
La cellule se définit comme l’élément constitutif ou l’unité fondamentale de tous les êtres vivants.
Il existe des êtres vivants dont le corps est formé par une seule cellule ; ce sont des unicellulaires ou monocellulaires.
Ex : les amibes, les trypanosomes chez les animaux = protozoaires
les algues bleues et rouges chez les plantes ou végétaux
Les êtres vivants dont le corps est formé par plusieurs cellules sont appelés les pluricellulaires : les métazoaires chez les animaux et métaphytes chez les plantes ou végétaux
Ex : un homme, un chien, un manguier
La vie d’un homme est le résultat global de toutes les cellules qui le composent.
L’ensemble des cellules forme un tissu, l’ensemble des tissus forme un organe et l’ensemble des organes forme un système ou un appareil.
b) Structure d’une cellule
Généralement, une cellule se compose de 3 grandes parties :
- la membrane cellulaire
- le cytoplasme
- le noyau
1.5.1. La membrane cytoplasmique
a) Définition
C’est une enveloppe très mince et externe qui sépare le contenu cellulaire du milieu extérieur ou des cellules voisines.
Elle porte aussi le nom de membrane plasmique
b) Rôle
Elle joue un rôle de perméabilité sélective, c’est-à-dire qu’elle exerce un choix ou une sélection parmi les molécules qui entrent ou qui sortent de la cellule.
- la phagocytose : c’est l’ingestion de substances solides par la membrane cellulaire
- la pinocytose : c’est l’ingestion de substances liquides par la membrane cellulaire
1.5.2. Le cytoplasme et les organes cytoplasmiques
a) le cytoplasme
C’est une masse liquide, transparente et un peu visqueuse qui remplit la cellule.
Son rôle : tenir en suspension le noyau et les organes cellulaires.
b) le réticulum cytoplasmique ou ergastoplasme
C’est un ensemble de cavités aplaties ou de canaux qui s’encastrent, c’est-à-dire qui se communiquent les uns avec les autres.
Son rôle : constitue le véritable appareil de circulation dans la cellule
c) les mitochondries
Ce sont des organites cellulaires sous forme de graines, de bâtonnets ou de filaments sinueux.
NB : l’ensemble des mitochondries d’une cellule porte le nom de chondriome.
Leur rôle : siège de la respiration cellulaire et de la production d’énergie d’une cellule
d) l’appareil de Golgi
C’est un ensemble de petits sacs aplatis les uns sur les autres, comparables à une pile d’assiettes. Un groupe de saccules (petits sacs) porte le nom de dictyosome
Son rôle : appareil de sécrétion de la cellule.
e) les lysosomes
Ce sont des organites cellulaires sous forme de petites sphères
Leur rôle : l’estomac de la cellule, ils interviennent dans le processus de dégradation dans la cellule grâce à la présence des enzymes
f) le centrosome et centrioles
Le centrosome est une petite zone plus claire à proximité du noyau. C’est le centre cellulaire contenant deux minuscules granulations appelées centrioles.
Leur rôle : les centrioles jouent un rôle dans la formation du fuseau achromatique lors de la division cellulaire.
g) les ribosomes
Ce sont des organites cellulaires sous forme de petits grains sombres.
Leur rôle : jouent un rôle dans la synthèse des protéines.
h) les plastes
Ils ne se rencontrent que dans les cellules végétales
- les chloroplastes : contiennent la chlorophylle, pigment vert responsable de la coloration des plantes
Leur rôle : la photosynthèse, c’est-à-dire l’absorption de CO2 et rejet d’O2
- les leucoplastes : ou amyloplastes, contiennent l’amidon
Leur rôle : réserves énergétiques pour la plante dans les racines, graines et certains fruits
- les chromoplastes : organites de forme irrégulière contenant des substances colorées jaunes, oranges ou rouges, insolubles dans l’eau
Leur rôle : responsables de la coloration de certains fruits ( ex : tomate et les pétales de certaines fleurs )
i) les vacuoles
Ce sont des poches aqueuses ou hydrophiles, plus volumineuses dans les cellules végétales.
Leur rôle : chez les plantes, lieux d’accumulation ; chez les animaux, rôle d’absorption des aliments
1.5.3. Le noyau et les organites nucléaires
a. le noyau
Organite cellulaire le plus volumineux, c’est une masse transparente, sphérique ou ovoïde, visible après coloration.
Son rôle : permet la division cellulaire et dirige les synthèses ; c’est le siège de l’hérédité.
b. la chromatine
C’est une matière granuleuse qui remplit le noyau d’une cellule au repos.
Son rôle : donne naissance aux chromosomes au cours de la division cellulaire.
c. la membrane nucléaire
C’est une membrane formée de deux feuilles séparées par un espace étroit.
Son rôle : contient des trous ou orifices appelés pores nucléaires qui mettent en communication l’intérieur du noyau et le cytoplasme
d. les nucléoles
Est une masse ovoïde de structure irrégulière
Son rôle : contiennent du ARN et des protéines et jouent un rôle dans la synthèse des ribosomes
e. les chromosomes
Ce sont des éléments sous forme de bâtonnets, des filaments, riches en ADN, bien visibles au cours de la division cellulaire.
Leur rôle : les chromosomes sont les supports des matériels héréditaires ( gènes ).
1.5.4. Différences entre cellule animale et cellule végétale
Les deux cellules ont presque les mêmes éléments, mais dans la cellule végétale on trouve les plastes, importants lors de la photosynthèse.
En plus de la membrane cellulaire, la cellule végétale est recouverte par une membrane externe rigide appelée membrane cellulosique.
Et enfin les vacuoles des cellules végétales sont plus volumineuses que celles des cellules animales.
1.6. CONSTITUTION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE
C’est l’ensemble des éléments chimiques présents dans un être vivant (un homme, une cellule, etc… ).
Il existe 30 éléments chimiques dans un être vivant, ces éléments se classent en trois groupes :
- les éléments en grande quantité : C, H, O, N, forment 95 %
- les éléments en quantité appréciable : K, Fe, Ca, Na, Cl, Mg, etc…
- les éléments en petite quantité : Co, F, I, Cu, etc…
Tous ces éléments ne sont pas libres, mais ils se trouvent associés en grand nombre pour former des molécules différentes dans une cellule ou dans un être vivant.
Ex : l’hydrogène s’associe à l’oxygène pour former l’eau H2 + O H2O (eau)
Les trois principales substances sont :
o l’eau
o les sels minéraux
o les substances organiques (glucides, lipides, protides)
CHAPITRE 2 : ACTION DES GENES
2.1. DEFINITION
La génétique est une discipline biologique qui s’occupe de l’hérédité ou étude de la transmission des caractères héréditaires des ascendants aux descendants (parents aux enfants )
2.2. TERMINOLOGIE
a) les gènes : ce sont des unités héréditaires logés dans les chromosomes et responsables des caractères que nous portons
b) les gènes allèles ou allylemopes : ce sont les gènes qui se trouvent face à face sur un même locus mais dans deux chromosomes différents
c) un locus : est la position fixe d’un gène dans un chromosome
d) homozygote : un individu qui porte les allyles identiques ( race pure ; ex : l’individu AA )
e) hétérozygote : un individu qui porte les allyles différents est dit hétérozygote ( hybride ; ex : l’individu AS )
f) un gène est symbolisé par la première lettre du caractère qu’il détermine ; ex : caractère court C ou c
g) le gène écrit en majuscule est dit gène dominant ou épistatique ; ex A, C, N, L, D, ...
h) le gène en minuscule est dit gène récessif ou masqué ou dominé ou hypostatique
i) deux gènes dominants entre eux sont dits gènes codominants
j) le gène dominant impose son caractère ou se manifeste chez l’individu
k) deux gènes dominés ou récessifs se comportent comme un gène dominant
l) le génotype : c’est l’ensemble des gènes qu’on reçoit des parents ou encore c’est l’ensemble des caractères internes propres à l’individu. Le génotype n’est pas observable
m) le phénotype : c’est l’ensemble des caractères apparents (externes) propres à l’individu ou encore c’est l’ensemble des caractères qui nous permettent de reconnaître un individu ; ex : la taille, le teint…
Pour une espèce donnée, le nombre de chromosomes est toujours constant et se présente en nombre pair.
Ex : l’homme, 46 chromosomes ; la poule, 78 chromosomes ; la drosophile, 8 chromosomes
Le nombre de chromosomes est représenté par 2n
Ex : homme, 2n = 46 chromosomes ; n = 46/2 = 23
Donc, n est l’ensemble des chromosomes morphologiquement différents d’une cellule ; on l’appelle aussi le nombre haploïde, la chromosomique ou encore le génome d’une cellule.
CHAPITRE 3 : LA DIVISION CELLULAIRE
Le but de la division cellulaire est la multiplication cellulaire.
Il existe deux sortes de divisions cellulaire : la mitose
3.1. L’AMILOSE OU DIVISION DIRECTE
Elle se fait directement et de façon simple : la cellule s’étire, le noyau s’allonge, le cytoplasme s’étrangle et se sépare en deux cellules filles.
Ex : les amibes
3.2. LA MITOSE OU DIVISION INDIRECTE
3.2.1. Définition
La mitose est une division normale qui assure la transmission des caractères héréditaires par un partage égal des chromosomes dans les cellules filles.
Elle se déroule en 4 phases successives caractérisées pas des phénomènes chromosomiques très important.
NB : avant toute mitose, le nombre de chromosomes de la cellule est doublé pour permettre aux cellules filles de garder le même nombre de chromosomes que la cellule – mère. Ce phénomène appelé duplication ou réplication a lieu à la fin de l’interphase.
L’interphase est une période de repos qui sépare deux mitoses successives.
3.2.2. Les phases
a) la prophase
Phase la plus longue, elle se caractérise par :
- des phénomènes cytoplasmiques
séparation des centrioles et formation des asters
formation du fuseau achromatique
NB : on parle d’asters lorsque les centrioles se séparent et s’entourent de filaments rayonnants qui leur donnent l’aspect de petites étoiles
- les phénomènes nucléaires :
disparition de la membrane nucléaire et des nucléoles
la chromatine se transforme en long filament appelé spiréme ou chromonéma
l’épaississement et le raccourcissement du spirème donne naissance aux chromosomes fissurés longitudinalement, c’est-à-dire fissurés en longueur
formation d’une masse confuse de chromosomes au centre de la cellule, c’est-à-dire sans ordre précis. Le nombre de chromosomes est doublé à ce moment
b) la métaphase : phase d’arrangement des chromosomes
- les chromosomes deviennent distincts et on peut les dénombrer
- ils se placent sur le plan perpendiculaire à l’axe du fuseau achromatique ; c’est le plan équatorial
- formation d’une figure imaginaire en cercle par les centromères de chaque chromosome ; c’est la plaque équatoriale
c) l’anaphase : phase d’ascension polaire des chromosomes
- disjonction (séparation) des paires de chromosomes
- dédoublement des centromères et montée ou migration des chromosomes en deux groupes égaux aux pôles opposés de la cellule ; c’est la répartition numérique égale des chromosomes
d) la télophase : phase finale
Elle marque la fin de la mitose et le retour de la cellule à la structure normale :
- despiralisation des chromosomes
- la chromatine reprend sa forme habituelle achromatique
- réapparition des nucléoles
- reconstitution d’une nouvelle membrane au centre de la cellule qui sépare le cytoplasme en deux cellules filles diploïdes
La durée de la mitose est en moyenne de 1 heure 30.
Le rôle de la mitose est la croissance et la conservation de l’espèce
3.2.3. La méiose ou réduction chromatique
La méiose est une division cellulaire au cours de laquelle le nombre de chromosomes d’une cellule est réduit de moitié.
C’est l’ensemble de deux mitoses successives qui affectent une cellule germinale diploïde pour donner 4 cellules filles haploïdes ou gamètes (n).
La méiose est aussi une division
3.2.4. Différences entre amitose et mitose
• la division amitotique est une division anormale qui ne permet pas la transmission des caractères héréditaires pendant plusieurs générations
• le noyau pendant l’amitose garde la même structure que dans une cellule au repos
3.2.5. La reproduction
C’est le processus par lequel les individus existants engendrent les nouveaux
Cette reproduction peut se faire de deux façons :
a) la reproduction asexuée ou agame
C’est une reproduction qui se fait en l’absence des sexes opposés. Dans ce cas, le nouvel être se développe à partir d’un fragment d’organisme parental.
NB : - si le nouvel être vivant se développe à partir d’une cellule, on parle de la reproduction asexuée monocytogène ;
- si la reproduction se fait à partir de plusieurs cellules, on parle de la reproduction asexuée polycytogène
Ex : chez les végétaux : bouturage ( manioc ), greffage, reproduction par semis ( riz, maïs ), marcottage ; chez les animaux : bourgeonnement ( animaux aquatiques ), scissiparité ou bipartition ( amibe, trypanosome ), régénération ( ver de terre ), sporulation ( moisissure )
b) la reproduction sexuée ou gamétique
Elle est l’œuvre de cellules sexuelles appelées gamètes. Elle comprend : la formation de cellules reproductives ou gamétogenèse et la fusion des cellules reproductrices ou fécondation.
La gamétogenèse ou formation de gamètes : la gamétogenèse est la formation des gamètes mâles et femelles, c’est-à-dire les spermatozoïdes et les ovules.
Les gamètes se forment dans les glandes génitales ou gonades mâles, deux testicules, et gonades femelles, deux ovaires.
NB : les testicules, ou bourses, enveloppées dans une membrane appelée scrotum, située à l’aine, sont considérées comme une usine de fabrication des spermatozoïdes ou semences mâles.
Castrer un homme signifie lui enlever les deux testicules.
Les ovaires produisent les ovules ; elles sont situées des deux côtés de l’abdomen de la femme.
CHAPITRE 4 : METABOLISME DE BASE
4.1. DEFINITIONS
a) le métabolisme
Le métabolisme de base désigne l’ensemble des transformations de la matière et de l’énergie dont l’organisme est le siège. On trouve deux aspects du métabolisme : l’anabolisme et le catabolisme.
b) l’anabolisme
Il comprend les réactions de synthèse. L’être vivant édifie et répare sa propre substance vitale et son matériel énergétique, ou encore ses réserves
c) le catabolisme
Consistes-en des réactions de dégradation (abaissement/réduction). Elles ont pour effet soit une libération d’énergie, soit une démolition (destruction) de grosses molécules en de plus petites, utilisables par des cellules.
Les transformations chimiques de l’anabolisme et celles du catabolisme se font toujours par étapes successives : il y a de véritables chaînes de réactions chimiques. Ces transformations nécessitent l’intervention de catalyseurs spécifiques : les enzymes.
d) les enzymes
Ce sont des protéines qui permettent les réactions chimiques dans les conditions particulières de vie de chaque cellule. L’activité de l’enzyme est fonction de la température et du Ph.
Il peut se trouver dans la cellule sous une forme inactive. Son activation dépend des besoins de celles-ci.
Très souvent, on ajoute le suffixe –gène ou le préfixe pro- lorsqu’on a affaire à une forme inactive.
Ex : le fibrinogène et la prothrombine du sang
4.2. LE METABOLISME DES GLUCIDES
4.2.1. Définition
Aussi appelés sucres, les glucides sont un ensemble assez homogène de substances douées d’une structure moléculaire simple. Ils contiennent du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, associés dans la proportion Cm(H2O)m.
Certains glucides ont une saveur sucrée et sont peu solubles ou tout à fait insolubles dans l’eau.
Après digestion, les glucides, principalement sous forme de glucose, sont en partie absorbés par la veine porte et véhiculés par le sang jusqu’au foie.
Là, le glucose est transformé en glycogène hépatique, mais, suivant les besoins, le foie peut par une modification inverse céder du glucose au sang.
Cette transformation réversible du glucose en glycogène peut s’exprimer globalement comme suit : nC6H12O6 ( C6H10O5 )n + n H2O
L’anabolisme glucidique peut se faire non seulement à partir des glucides, mais aussi à partir de lipides et des protides alimentaires.
Les réserves de glycogène sont tôt ou tard remises en circulation sous forme de glucose et dégradés par les tissus.
C’est la respiration cellulaire.
4.2.2. La respiration cellulaire
La respiration est caractérisée par une absorption d’oxygène et un dégagement de gaz carbonique.
La fermentation est une oxydation incomplète des glucides, en l’absence d’oxygène.
L’oxygène absorbé ne se fixe pas directement sur les molécules organiques ; il entretient leur décomposition d’une manière indirecte
La respiration est donc l’équivalent d’une combustion.
La respiration se passe en grande partie dans les mitochondries.
L’équation globale est : C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ENERGIE
L’énergie est stockée principalement sous forme de molécules d’ATP riches en énergie (acide adénotriphosphorique ).
Le glucose est déshydrogéné : C6H12O6 2CH3 - CO - COOH + 2H2 + ENERGIE
Acide pyruvique
L’hydrogène s’associe à un accepteur DPN ( diphosphapyridure nucléotide )
Dans la mitochondrie, l’acide pyruvique, grâce à des réactions enzymatiques spécifiques ( cycle de Krebs ), se dégrade et dégage du CO2.
Chaque atome d’hydrogène libère un électron et celui-ci par une chaîne d’oxydo-réduction se fixe sur l’oxygène utilisé dans la respiration, ce qui conduit à la formation de l’eau.
L’énergie libérée au cours de toutes ces opérations s’emmagasine dans les molécules d’ATP.
L’oxygène utilisé dans la respiration empêche le milieu de devenir trop acide en fixant les ions H+ dans les molécules d‘eau.
Mitochondrie
Cytoplasme
L’organisme vivant est donc, grâce à la respiration ou à la fermentation, le siège d’une libération graduelle et continue d’énergie qui se manifeste principalement sous deux formes : l’énergie mécanique et l’énergie thermique.
4.3. LE METABOLISME DES PROTIDES
4.3.1. Définition
Les protéines sont souvent appelées les molécules de la vie. Ce sont les matériaux les plus importants pour l’édification des êtres vivants. En outre, elles dirigent les réactions chimiques qui s’y produisent parce qu’un grand nombre de protéines sont des enzymes.
En plus du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, les protéines contiennent de l’azote et, dans une proportion moindre, du soufre.
Les protéines sont de longues non ramifiées formées de petites molécules appelées acides aminés.
4.3.2. La régénération cellulaire
Les enzymes digestives décomposent les protides étrangers et libèrent des acides aminés qui seuls sont admis à franchir la barrière intestinale et pénètrent dans le sang par la veine porte.
Une autre partie des acides aminés proviennent de la dégradation des protides cellulaires sous l’action des enzymes intracellulaires spécifiques.
La régénération cellulaire et la croissance étant assurées, tout ce qui reste d’acides aminés est dégradé en urée par le foie pour fournir de l’énergie et les déchets du catabolisme azoté sont éliminés par les reins et la peau.
4.4. LE METABOLISME DES LIPIDES
Les lipides sont formés de C, H, O. Ils sont insolubles dans l’eau, mais peuvent s’y scinder en gouttelettes très fines qui demeurent en suspension. Ils forment alors une émulsion.
Ils sont solubles dans l’éther, le sulfure de carbone. Leurs molécules renferment toujours un ou plusieurs esters d’acides gras.
On distingue deux groupes de lipides : les lipides simples (graisses, beurres, huiles) et les lipides complexes (qui renferment à côté d’esters d’acides gras une base azotée et parfois de l’acide phosphorique : la lécithine du jaune d’œuf).
Les lipides simples constituent la majeure partie des réserves de graisses (dépôts adipeux).
Lors de leur dégradation, vu leur pouvoir calorifique élevé, les lipides simples ont un rôle énergétique très important.
Les lipides de constitution sont les éléments essentiels de structure de la matière vivante. Ce sont des lipides complexes qui sont présents dans toutes les cellules et qui ne peuvent jamais disparaître des tissus.
