Compartimentation

INTRODUCTION Compartimentation

Cellules et tissus

-Qu’est ce qu’un compartiment?

-Enceinte complétement close comme une salle ou une boite avec un couvercle!

-Tout les compartiments ne st pas clos (penser aux bureaux cloisonnés en plusieurs box). →Les systèmes biologiques présentent la même diversité allant d’espaces totalement clos à des compartiments fonctionnelles ss paroi ₵re visible.

– Le 1ier compartiment: la ₵ dt le liquide intra₵re est séparé du milieu extérieur par une barrière; la membrane plasmique.

– La compartimentation présente à la fois des avantages et des inconvénients pr les organismes:  L’avantage: séparer les processus biochimiques qui autrement pouraient entrer en conflit;  L’inconvénient: l’existence de barrières entre compartiments rend difficil le passage de substances indispensables d’un compartiment à un autre.

L/O/G/O

CONTENU Dans ce chapitre, nous nous proposons de toucher les thèmes suivants:.

Les compartiments fonctionnels du corps Les membranes biologiques La compartimentation cellulaire Les tissus de l’organisme

1-Compartiments fonctionnels du corps -Le corps humain constitue un compartiment complexe séparé de l’extérieur par des couches de ₵.

-Du pt de vue anatomique, le corps compend 3 grandes cavités : ♣ La cavité crânienne; ♣ La cavité thoracique; ♣ La cavité abdomino-pelvienne.

-La cavité cranienne: contient l’encéphale; -La cavité thoracique: contient le cœur et les poumons; -La cavité abdomino-pelvienne: les organes digestifs, la rate et les reins. La partie pelvienne comporte les organes reproducteurs, la vessie et la partie terminale du gros intestin.

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1.1-La lumière des organes creux ne fait pas partie de l’intérieur du corps -L’intérieur d’un organe creux s’appele la lumière et peut être rempli d’air ou de liquide.

-Pr certains organes, la lumière est fondamentalement une extension du milieu extérieur. →Le tube digestif qui semble être à l’intérieur du corps n’est en effet qu’un prolongement de l’extérieur.

Cette distinction entre extérieur et interieur s’illustre bien avec la présence ds le corps de l’homme de la bactérie E. coli.

Cette bactérie vit et se reproduit normalement ds la lumière de l’intestin qui est en continuité ac le milieu ext.: cette preésence ne cause aucun tort à l’homme.

En cas de rupture accidentelle de la paroi du T.D, E. Coli pénétre ds le mx intérieur et entrainer une infection grave.

1.2-Le corps présente trois compartiments liquidiens

-On peut diviser le corps en deux compartiments principaux: ♣ Le liquide intra₵re; ♣ Le liquide extra ₵re (LEC). →Ces deux ompartiments st séparés par la barrière de la membrane ₵re .

-Le LEC lui-même peut être divisé en deux compartiments séparés cette fois par la paroi du système circulatoire: ♣ Le plasma, la partie liquide du sang ♣ Le liquide interstitiel situé entre le sys. circulatoire et les ₵

2-Membranes biologiques Le mot membrane posséde deux sens en biologie: Avant l’invention du microscope au XVIe siècle:

Plasma, partie liquide du sang, constitue un compartiment extra₵re

Plasma

Liquide interstitiel, autre comp. extra₵re, situé entre le syst circu. et les ₵

Liquide interstitiel

Liquide intracellulaire: liquide contenu ds les ₵ de l’organisme.

Liquide intracellulaire

→Une membrane désignait un tissu bordant une cavité ou séparant deux compartiments.

Encore aujourd’hui on parle de la memb. péritonéale, de la memb. péricardique...

Avec l’avènement du microscope: On s’est intéressé à la nature de la barrière entre l’intérieur et l’extérieur de la ₵. →Ds les années 1890, les chercheurs ont conclu que la surface de la ₵, la membrane, est une fine couche de lipides qui sépare les mx int. et ext. De la ₵.

Les ₵ du corps présentent en fait une très grande varieté de formes, de tailles et de compositions.

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2.1-La memb. ₵re isole la ₵ de son environnement

2.2-Les composants de la membrane ₵re

La memb. ₵re remplit plusieurs fx: 1) Isolement physique: C’est une barrière qui sépare le liquide intra ₵re du liquide extra ₵re environnant.

2) Soutien structural: Le cytosquelette, charpente interne de la ₵, s’appuie sur les prot. Membranaires pr maintenir la forme de la ₵.

3) Régulation des échanges ac l’ext: Contrôle l’entrée des ions et des nutriments, l’élimination des déchets ₵re et la libération des produits synthétisés par la ₵.

4) Communication entre la ₵ et son environnement: Contient des prot. qui permettent à la ₵ de reconnaitre des molécules ou des changts ds son environnt et d’y répondre.

Au début du XXe siècele ont essayé de déterminer la composition de la memb. qui consiste en une combinaison de: ♣ des lipides; ♣ des protéines et ♣ un peu des glucides. ? Toutefois, une stre identique ne permet pas de rendre compte des des propiétés très variables des memb. rencontrées ds les #ts types ₵re. /exple: prquoi l’eau peut elle entrer ds les globules rouges et pas ds certaines ₵ du tubule rénal? →L’explication réside ds l’agencement moléculaire variable des lipides et des protéines selon les membranes →Le rapport prot/lipides varie en fx de l’origine de la memb.

En général + la membrane est actif , + elle est riche en prot.

-Ds les années 1920, on a proposé le modèle de la bicouche lip.

-Ds les années 1930 ce modèle a été modifié pr prendre en compte la présence des protéines.

-Ac l’arrivé du microscope e-, ds les années 1960 on a proposé le modèle de “sandwich au beurre” représenté par une tranche claire des lipides comprise entre deux couches foncées de protéines.

-En 1972 singer et Nicolson proposérent le modèle de la “mosaïque fluide” actuel.

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2.3.1-Les lipides membranaires Trois grands types de lipides ds la memb. ₵re: ♣ les phospholipides; ♣ les sphingolipides et ♣ le cholestérol.

-Les phospholipides:constitués d’un axe de glycérol portant 2 chaînes d’a. gras hydrophobes d’un côté et d’un gpt phosphate de l’autre (Figure). →Placés ds une sol. aqueuse, ils s’orientent d’eux-mêmes, la tête hydrophile vers le compartiment aqueux, les queux apolaires “se cachent” derrière les parties polaires →Arrangement retrouvé ds trois structure: la bicouche lipidique, les micelles et les liposomes (Figure).

-Les sphingolipides: sont des lipides complexes, dérivés de la molécule de sphingosine, présents entre autres dans les membs plasmiques animales. →Ils interviennent ds la transmission des signaux, et la reconnaissance des cellules.

-Le cholestérol: ses molécules hydrophobes, s’insérent entre les têtes hydrophiles des phospholipdes. →Il favorise l’impermiabilité de la membrane vis-à-vis de petites molécules hydrosolubles et permet aux membranes de conserver leur flexibilité.

2.3.2-Les protéines membranaires Représentent près d’1/3 des protéines codées par l’ADN. Selon leur position, on en distingue 3 catégories: ♣ les protéines intégrales; ♣ les protéines périphériques; ♣ les protéines ancrées sur les lipides.

-Les protéines intégrales (ou transmembranaires): -Traversent toute l’épaisseur de la m.p. →Elles st fortement liées à la m. par 20 à 25 a.a hydrophobes (disposés en hélice α) grâce à des liaisons de faible énergie.

-Ces protéines st classées en fx du nbre des segments qui traversent la m. →Les + courantes ont en 7, d’autres peuvent n’en avoir qu’un, d’autres jusqu’à 12.

-Les protéines périphériques: -Elles ne st pas entièrement incluses ds la m. →Elles établissent des liaisons lâches ac les prot TM ou ac les têtes polaires des PL. -Elles comprennent des enzymes et quelques prot de stre qui ancrent le cytosquelette sur la m.

-Les protéines ancrées aux lipides: -St des prot périphériques mais liées de façon covalente aux lipides membranaires. →beaucoup de ces protéines sont associées avec des sphingolipides membranaires au niveau des zones appelées radeaux lipidiques (Figure).

N.B: Les protéines mres pourraient glisser latéralement de place en place. Pourtant certaines prot TM st ancrées sur le cytosquelette et st dc immobiles →Ceci permet aux m. ₵res de developper une polarité, les différentes faces de la ₵ n’ayant pas les mê prot et dc des propiétés #tes.

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2.3.3-Les glucides membranaires -Les glucides membranaires st des sucres attachés soit: ♣ aux protéines → glycoprotéines. ♣ aux lipides →glycolipides.

-Ces sucres se trouvent exclusivement sur la face externe de la ₵ →ils y forment une couche protectrice dite glycocalyx.

-Les glucides de la m. jouent un rôle important ds la réponse immunitaire de l’organisme. /exple: la détermination des # groupes sanguins se fait par le nombre et la composition des sucres accrochés sur les sphingolipides de la m.

Membrane cellulaire

Cholestérol

PL, sphingolipides

Forment ensemble

Bicouche lipidique

Glucides

Protéines

Forment ensemble

Forment ensemble

Glycolipides

Glycoprotéines

Ont pour fonction

A pour rôle Barrière sélective entre l’int et l’ext de la ₵

Stabilisation des structures

Reconnaissance cellulaire

Réponse immunitaire

3-Compartimentation cellulaire

3.1-Les ₵ st divisées en compartiments

-Chez l’homme, chaque type ₵re possède ses propres caractéristiques de fx et de stre qu’il acquiert au cours de développement que les ₵ se spécialisent.

-Pd la #ciation, seuls des gènes sélectionnés st activés, faisant de la ₵ une unité spécialisée (Figure).

-Même si les ₵ adultes apparaissent très différentes les unes des autres, elles st issues d’un même modèle de départ et conservent de nombreuses caratéristiques communes.

-La ₵ est séparée de son mx ex. par la memb. plasmique -A l’intérieur, on trouve des compartiments dt cahcun à un rôle spécifique qui s’intègre ds le fonctnt global de la ₵.

-L’ADN ds le ny ₵re contrôle les activités internes de la ₵ -En gros l’int. De ₵ peut ê divisé en cytoplasme et Ny. →Le cytoplasme contient: ♣ le cytosol; ♣ des stres memres : les organites ₵re ; ♣ des particules insolubles: les inclusions.

-La figure suivante résume une vue d’ensble de la stre de la ₵

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3.2-Les cytoplasme cellulaire:

Noyau

Cytoplasme

Membrane cellulaire

3.2.1-Les inclusions st en contact direct ac le cytosol -Les inclusions n’ont pas de limite nette et st en contact ac le cytosol.

-Leur importance réside ds: ♣ Stockage d’énergie: sous forme des granules de glycogène ou de gouttlettes lipidiques. ♣ La plupart disposent de fx ds la ₵: Ribosomes: granules denses de petites taille, fixés sur la face externe des organites ou en suspension ds le cytosol →assurent la synthèse des protéines ss la direction de l’ARNm. Protéasomes:cylindres creux de protéines, avec un bouchon protéique à chaque extrémité →le site Cre pr la digradation ciblée des protéines.

-Le cytoplasme comprend l’ensemble du matériel situé à l’int de la memb ₵re excepté le Ny. Il comprend: 1-Le cytosol: Substance gélatineuse intracellulaire , contient des ntriments dissouts, des protéines , des ions et des déchets.

Les deux autres composants du cytoplasme st en suspension ds le cytosol.

2-Les inclusions: Particules insolubles; substances de reserve pr certaines, mais d’autres assurent des fx spécifiques ds les ₵.

3-Les organites: Stres memres dt chacune joue un rôle ds la ₵. /exp:la mitochondrie qui fournit l’essentiel de l’ATP de la ₵

3.2.1-Les fibres protéiques du cytoplasme -Polymères de molécules protéiques. Classées en fx de leur taille en 3 types: ♣ Les microfilaments: fibres d’actines; ♣ Les filaments intermidiaires: composés de # protéines →myosine ds le muscle, kératine ds la peau, et prot des neurofilaments ds les neurones. ♣ Les microtubules: fibres creuses formées de la tubiline forment des stres cplxes que st: le centrosome, les cils et flagelles. →Centrosome: 2 centrioles.

Interviennent lors de la division Cre où ils dirigent les mouvement des chromosomes.

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→Les cils: stres courtes faisant saillie à l’ext. de la ₵ Leur surface est le prolongement de la m. Cre et leur axe contient 9 paires de μtubules autour d’une paire centrale Leur mvt crée un courant ds le liquide extraCre →Les flagelles: ont la même que les cils mais st bq plus long Les flagelles se recontrent chez les cellules libres.

Chez l’homme seuls les spermatozoïdes présentent des flagelles. Ce flagelle pousse la ₵ ds le liquide grâce à des mvts ondulatoires.

-Les fibres protéiques insolubles ont généralement 2 fx: ♣ Structure→ cytosquelette. ♣ Mouvement.

Le cytosquelette: Assemblage (charpente) flexible et variable, de μfilaments, de filam. intermidiaires et de μtubules, qui existe ds tt le cytop.

Certains de ces fibres st permanentes. D’autres se font et se défont en fx des besoins de la ₵ (Figure).

Le cytosquelette dispose de cinq grandes fx: →Confère à la ₵ une force mécanique et joue un rôle important ds la détermination de sa forme. →Contribue au maintien de l’organisation interne de la ₵ →Participe au transport intra₵re des substances et des organites en proposant des « itinéraires » →Assemblage des ₵ en tissus en se connectant ac les prot extra₵res →Favorise le mvt des ₵ (leucocytes).

3.2.3-Les organites cellulaires Le mouvement: -Il existe trois gpes de protéines motrices associées au cytosquelettes: myosines, kinésines et dynéines. →Les myosines: se lient aux fibres d’actine et st bien connues pr leur rôle ds la contraction musculaire. →Les kinésines et dynéines st associées au mvt le long des μtubules.

Les dynéines participent aux mvts des cils et flagelles.

-Les organites st séparés du cytosol par une ou deux membranes de stre analogue à celle de la m.p.

Ces memranes isolent des compartiments contenant des substances et ayant des fx particulières. →Un organite pourrait contenir des substances dangereuses pr la ₵ comme des enzymes digestives. →Autre exple: celui des prot. synthétisées ds un organite, modifées ds un autre et stockées ds un 3ème.

-La ₵ contient quatre groupes d’organites: ♣ Mitochondries ♣ Réticulum endoplasmique ♣ Appareil de Golgi ♣ Lysosome & peroxysomes.

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Les mitochondries: -Petits organites sphériques ou elliptiques ac une dble m. particulière.

La dble memb. détermine deux compartiments: matrice mitochondriale et espace intermembranaire (Figure).

Ce st des organites exceptionels pr deux raisosns: -Leur matrice contient une copie unique de l’ADN et des molécules d’ARN, ce qui signifie que la mitochondrie peut synthétiser une partie de ses protéines.

-St capables de se reproduire même si la ₵ à laquelle elles appartiennent est en repos. →Les mitochondries st le lieu de la formation de l’essentiel de l’ATP, ce qui leur a valu le surnom de la “central énergétique” de la ₵.

Le réticulum endoplasmique (RE): -Le RE est un réseau de tubes limités par des membranes et connectées entre eux.

-Les électronographies permettent de distinguer entre: ♣ RE granuleux ou rugueux (REG/RER) ♣ RE lisse (REL) Le premier doit son aspect à l’existance de rangées de ribosomes sur la face cytosolique. Ces ribosomes manquent sur le REL (Figure). →Le REG: est le principal lieu de la syunthèse des protéines.

Les protéines st assemblées sur les ribosomes qui lui st associés, puis passent ds les cavités réticulaires où elles st modifiées. →Le REL: principal site de syn. des a. Gras, des PL, des stéroïdes le cholestérol y est modifié en hormones stéroides.

Au niveau des ₵ hépatiques, il assure l’inactivation des médicaments ds les ₵ muscul, un REL modifié stocke les ions Ca2+ utilisées ds la contraction musculaires.

L’appareil de Golgi: -La microscopie e- a montré qu’il s’agit d’un organite distinct formé de sacs creux et courbes empilés comme des bols et entourées de vésicules.

L’appareil de Golgi reçoit les protéines synthétisées au niveau du REG, les modifient et les conditionnent ds des vésicules (Figure).

Les vésicules cytoplasmiques: Deux types de vésicules: ♣ Les vésicules sécretrices ♣ Les vésicules de stockage.

Les premières contiennent des protéines qui seront exportées vers d’autres parties de l’organisme.

Par contre le contenu des vésicules de stockage ne quitte pas le cytoplasme.

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-Les vésicules de stockage les plus courantes st: ♣ Les lysosomes: Agissent comme le TD de ₵, ac des enzymes très puissantes pr détruire les bactéries et les vieux organites (comme les mito).

-Les enz lysosomiales ne deviennent actives que ds des conditions très acides (pH=4,8-5)→ce qui exige un transport actif des H+ pr les accumuler ds le lysosome.

Parfois, le contenu des lysosomes est libéré pr dissoudre le matériel extraCre comme la partie dure des carbonate de calcium des os. →Ds d’autres cas la libération inappropriée des enz lyso peut ê à la base de certaines maladies:→l’arthrose rhumatoide, caractériseé par une inflammation et destruction des tissus articulaires. ♣ Les peroxysomes: Vésicules plus petites que les lyso , doivent leur nom au fait qu’il st le siège de Rx qui libérent du peroxyde d’hydrogène (H2O2).

-Leur fx principale: dégradation des molécules étrangères toxiques et d’A. gras à longue chaîne.

-Le noyau de la cellule contient l’ADN qui contrôle tous les mécanismes cellulaires.

-Il est limité par l’enveloppe nucléaire à dble membrane qui le sépare du compartiment cytoplasmique.

-La communication entre le ny et le cytosol se fait à travers les pores nucléaires, grands cplxes présentant un canal. →Ions et petites molécules peuvent passer librement à travers ces canaux. →Le transport de molé plus grdes: protéines et ARN exige un apport d’énergie.

-Le ny est rempli d’un matériel granuleux: la chromatine =ADN+protéines.

-Le ny comporte 1 à 4 corpuscules sombres: nucléoles =siège de synthèse de l’ARN ribosomal (figure).

4-Tissus de l’organisme

4.1-Facteurs assurant la cohésion tissulaire:

-Ds l’organisme les ₵ s’assemblent en plus grandes unités=tissus.

-Les tissus st plus ou moins complexes: ♣ Certains ne présentent qu’un seul type ₵re. ♣ D’autres comprennent de nombreux types ₵re et un matériel intersticiel important.

3.3-Le noyeau cellulaire:

→La matrice extracellulaire ; →Les jonctions cellulaires.

4.1.1-Matrice extracellulaire (MEC): -La MEC: matériel interstitiel synthétisé par les ₵ d’un tissu.

Sa composition varie d’un tissu à l’autre, mais on y trouve 2 composants fondamentaux: ♣ Les protéoglycanes ♣ Les fibres protéiques: collagène, fibronectine et laminines qui conférent au tissu sa solidité.

-La consistance de la MEC varie de liquide (sang et lymphe) à régide (os).

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4.1.2-Les jonctions cellulaires: -Les ₵ établissent entre elles des zones d’adhésion qui st de 2 types: ♣ Zones d’adhésion transitoires ♣ Zones d’adhésion permanentes=jonctions cellulaires , qui se répartissent en 3 types: →Jonctions communicantes (gap junctions): Elles sont présentes sous forme de ponts cytoplasmiques dynamiques entre ₵ adjacentes.

Elles permettent le passage rapide d’un signal électrique ou chimique d’une ₵ à l’autre (figure). /:rencontrées ds le myocarde, les tissus nerveux, le foie, le pancréas, l’ovaire et la thyroïde.

→Jonctions serrées (tight junctions): Zones fermées qui empêchent les mouvements de substances entre les ₵ qu’elles relient (figure). /:dans l’encéphale: elles forment la barrière hématoencéphalique.

Ds le rein elles empêchent la plupart des substances de se déplacer librement. →Jonctions d’ancrage: Attachent les ₵ entre elles (jonction ₵-₵) ou à la MEC (jonction ₵-MEC) et font intervenir des cadhérines et intégrines respectivement.

Au niveau de ces jonctions, les protéines peuvent se lier à des molécules signales et permettent la transfert des signaux à l’intérieur des ₵ (figure). /: la disparition des jonctions d’ancrage participe à la propagation des métastases de ₵ concéreuses ds l’organisme.

4.2-Les différents types tissulaires: -Il y a quatre grands types de tissus dans le corps humain: ♣ Les épithéliums ♣ Les tissus conjonctifs ♣ Les tissus muculaires ♣ Les tissus nerveux.

4.2.1-Les épithéliums: -Formés d’une ou plusieurs couches de ₵ connectées entre elles , avec à leur base une fine couche de MEC (lame) qui les sépare des tissus sous-jacents.

-Les fx principales des épithéliums: ♣ La protéction de l’intérieur de l’organisme /: Certains comme la peau et la muqueuse buccale: protégent contre le déshydrataion et l’intusion des μorganismes.

♣ Contrôle des échanges ac le mx extérieur. /: C’est le ces épithéliums rénal et digestif qui contrôlent les mouvements des substances entre le mx ext et le mx extracellulaire.

N.B: tte substaance qui entre ds le mx int de l’organisme ou le quitte doit traverser un épithélium. ♣ Synthèse et sécrétion des composés chimiques /: C’est le cas de la thyroide, glandes salivaires...

-Différents types d’épithéliums→Tableau.

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4.2.2-Les tissus conjonctifs (TC): -Les ₵ qui baignent ds la MEC: (1) ₵ fixes: restent à la même place→assurent l’entretien des des tissus et le stockage d’énergie.

(2) ₵ mobiles: essentielement chargées de défense.

N.B: -Le suffixe: -blaste ds le nom des ₵ de TC→₵ en pleine cce ou sécrétent les constituants de la MEC. /:Fibroblaste: ₵ du TC qui secrète une MEC riche en collagène.

-Le suffixe: -claste indique des ₵ capables de détruire la MEC. /:ostéoclaste: ₵ responsables de la résorption osseuse.

-Offrent un support structural et parfois une barrière physique.

-Contribue à la défense de l’organisme ctre les envahisseurs.

Sur la plan structural: le tissu conjonctif est caractérisé par la présence d’une MEC contenant des ₵ dispersées qui secrétent et modifient cette MEC. -La MEC constitue une substance fondamentale des TC. Sa consistance est très variable selon le type de tissu. →À une extrémité, on a la matrice aqueuse du sang et, à l’autre, celle solide de l’autre.

-En + de la sécrétion de la SF de MEC, les ₵ du TC produisent des protéines fibreuses associées en fibres → 4 types: ♣ Les fibres de collagène: se trouvent ds la majorité des TC ♣ L’elastine: protéine ondulée et enroulée qui reprend sa forme initiale qd elle est étirée ♣ La fibrilline dont les filaments très fins s’associent à l’élastine pr former des fibres élastiques ♣ La fibronectine connecte les ₵ au niveau des adhésions focales et jouant un rôle important ds la cicatrisation et la coagulation.

-Le corps comporte #ts types de TC: ♣ TC lâches ♣ TC dense ♣ Sang ♣ Le cartilage et les os (Tableau).

Tissu conjonctif

Matrice

Cellules

Mobiles

Immobiles

GR

GB

Transp de O2 & CO2

MΦ

Lutte contre les intrus

Adipocytes

Fibroblastes

Stockage de l’énergie

Substance fondamentale

Minéralisée

Os

c

Gélatineuse

Visqueuse

•Tissu conjonctif lâche •Tissu conjonctif dense •Cartilage •Tissu adipeux

Fibres protéiques

Aqueuse

Fibronectine

Plasma sanguin

Conncete les ₵ à la matrice

Fibrilline

Forme filaments et feuillets

Elastine

Collagène

Elastique

Rigide mais flexible

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4.2.3-Les tissus excitables : musculaires et nerveux -Les tissus musculaires et nerveux ont une MEC très réduite -Certaines ₵ musculaires et nerveuses ont la particularité d’avoir des jonctions communicantes qui permettent une conduction rapide des signaux électriques d’une ₵ à l’autre.

-Le tissu musculaire a la capacité de se contracter et générer force et mouvement.

-Le corps comporte 3 types de tissus musculaires: ♣ Le tissu cardiaque ds le cœur ♣ Le muscle lisse de la plupart des organes internes ♣ Les muscles squelettiques attachées aux os.

-Le tissu nerveu comprend deux types ₵res : ♣ Les neurones (₵ nerveuses): concentrées ds l’encéphale et la moèlle épinière. →Transmettent l’information d’une partie du corps à l’autre sous forme de signaux électriques ou chimiques. ♣ Les ₵ gliales, ou névroglie → ₵ nourricères des neurones.

Compartimentation

Fin

L/O/G/O

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