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COURS de Biologie Fondamentale

COURS de Biologie Fondamentale. IFSI 2009-2010 19 heures. Stéphanie LUCAS stephanie.lucas@univ-littoral.fr. 2. 1- Des molécules aux organismes vivants Stéphanie LUCAS 2- Structures cellulaires Stéphanie LUCAS 3- Cycle cellulaire/différenciation et mort cellulaires Stéphanie LUCAS

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COURS de Biologie Fondamentale

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  1. COURS de Biologie Fondamentale IFSI 2009-2010 19 heures Stéphanie LUCAS stephanie.lucas@univ-littoral.fr

  2. 2

  3. 1- Des molécules aux organismes vivants Stéphanie LUCAS 2- Structures cellulaires Stéphanie LUCAS 3- Cycle cellulaire/différenciation et mort cellulaires Stéphanie LUCAS 4- Communications intercellulaires Stéphanie LUCAS 5- Cellules musculaires et nerveuses Damien LETERME

  4. 1- Des molécules aux organismes vivants Atomes, ions, molécules L’eau et le pH des solutions aqueuses Les composés organiques (lipides, glucides, les nucléotides, protéines) Des molécules aux organismes vivants 2- Structures cellulaires La membrane cellulaire Le noyau Le cytoplasme Les mitochondries Les membranes intracellulaires (réticulum, appareil de Golgi, lysosomes) Le cytosquelette 3- Cycle cellulaire/différenciation et mort cellulaires Cellules souches (embryonnaires et adultes) Division cellulaire Différenciation cellulaire Mort cellulaire (apoptose/nécrose) 4- Communications intercellulaires Types de communications Les molécules des communications Les récepteurs cellulaires Les réponses cellulaires 5- Cellules musculaires et nerveuses Potentiel de repos Potentiel d'action, codage de l'information Transmission synaptique Contraction musculaire

  5. LES DIFFERENTS NIVEAUX DE STRUCTURE DU CORPS

  6. 1- Des molécules aux organismes vivants Atomes, ions, molécules L’eau et le pH des solutions aqueuses Les composés organiques (lipides, glucides, les nucléotides, protéines) Des molécules aux organismes vivants

  7. Atomes, ions, molécules 26 éléments sont présents dans le corps humain 4 éléments constituent 96% de la masse corporelle

  8. Atomes, ions, molécules 26 sont présents dans le corps humain 4 constituent 96% de la masse corporelle 7 éléments autres   4% restants

  9. Atomes, ions, molécules 26 sont présents dans le corps humain 4 constituent 96% de la masse corporelle 7 autres   4% restants Oligoéléments  moins de 0.2%

  10. Atomes, ions, molécules Atomes constitués de noyaux autour desquels gravitent des électrons. Dans un atome, autant d’e- que de protons  charge nulle Eléments constitués d’atomes, désignés par 1 ou 2 lettres (H, C, Ca…) Ion est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Il est chargé positivement ou négativement. Ex: calcium Ca2+, car il a perdu 2 e-

  11. Atomes, ions, molécules Les atomes peuvent partager des e- : ils s’associent alors en molécules

  12. Atomes, ions, molécules Les atomes peuvent partager des e- : ils s’associent alors en molécules Liaisons covalentes : les atomes partagent des électrons Liaisons covalentes simples : les atomes partagent une paire d’électrons (C-C) Liaisons covalentes doubles : les atomes partagent 2 paires d’électrons (C=C) Liaisons covalentes triples : les atomes partagent 3 paires d’électrons (C≡C)

  13. Atomes, ions, molécules des ions cation Sodium Na+ anion Chlore Cl- Liaisons ioniques : les atomes ou molécules avec des charges opposées s’associent un sel Chlorure de sodium NaCl

  14. Atomes, ions, molécules Liaisons hydrogène : les hydrogènes liés à des atomes d’oxygène dans les molécules sont plutôt + Ils peuvent notamment interagir avec des oxygènes qui sont plutôt chargés - • Liaisons hydrogène sont responsables : • de l’état liquide de l’eau sur terre • de la forme en double hélice de l’ADN • de la forme des protéines

  15. Atomes, ions, molécules  Lien avec la clinique Le ionogramme est un examen qui analyse la concentration en ions d’un liquide organique (sang, urines, liquide céphalo-rachidien).  pour dépister les troubles ioniques qui surviennent dans les maladies rénales, hormonales, les troubles de l'hydratation, les troubles gastro-intestinaux (diarrhée, vomissements)... • les anions (négatifs) tels que : le chlorure Cl- • les bicarbonates HCO3- • les phosphates HPO42 - • les sulfates SO42- • les cations (positifs) tels que : le sodium Na+ • le potassium K+ • le calcium Ca2+ • le magnésium Mg2+

  16. Atomes, ions, molécules Liaisons covalentes : atomes partagent des électrons (H2O) Liaisons ioniques : des atomes chargés se « rapprochent » (NaCl) Liaisons hydrogènes : un hydrogène se rapproche d’un oxygène Récapitulatif : 4 éléments ou atomes 96% masse corporelle : O, C, H et N (eau et composés organiques) 7 éléments  4% masse corporelle oligoéléments  moins de 0.2% masse corporelle Molécules : associations d’atomes par des liaisons

  17. 1- Des molécules aux organismes vivants Atomes, ions, molécules L’eau et le pH des solutions aqueuses Les composés organiques (lipides, glucides, acides nucléiques, protéines) Des molécules aux organismes vivants

  18. L’eau 55 à 60% de la masse corporelle d’un adulte intérieur des cellules milieu extracellulaire liquides corporels (sang, lymphe…)  Milieux aqueux - véhicule de nombreuses molécules dissoutes - participe à un grand nombre de réactions chimiques - absorbe et libère la chaleur très lentement : homéostasie thermique

  19. Les notions d’acide et base De nombreux composés inorganiques et organiques sont dissouts dans l’eau Plusieurs sont des acides ou des bases. Les acides libèrent des ions H+ (protons, oxonium) dans l’eau ; les bases des ions OH- (hydroxydes) dans l’eau.

  20. Une solution est dite acide si elle contient plus d’ions H + que d’ions OH – : [H+] > [OH-] L’eau et le pH des solutions aqueuses Une solution est dite basique (ou alcaline) si elle contient plus d’ions OH - que d’ions H + : [OH-]>[H+] Une solution est dite neutresi elle contient autant d’ions OH - que d’ions H + : [OH-]=[H+] L’acidité ou l’alcalinité s’exprime par le pH (potentiel Hydrogène), qui va de 0 à 14. pH = - log [H+]

  21. L’eau et le pH des solutions aqueuses L’acidité ou l’alcalinité s’exprime par le pH (potentiel Hydrogène), qui va de 0 à 14 pH = - log [H+] Exemples: pH d’une solution avec [H+]=0,0001 moles/L = 10-4 moles/L ? [H+] = 10-3 moles/l =0,001 moles/L Concentration en [H+] d’une solution à pH 3 ? 21

  22. L’eau et le pH des solutions aqueuses Cellules  7.2 – 7.4  Substances présentes dans le corps humain

  23. L’eau et le pH des solutions aqueuses  Lien avec la clinique Limites de pH sanguin physiologiques: 7,35 à 7,45 [H+] = 4,47 10-8 à 3,54 x 10-8 mol/l Plusieurs mécanismes permettent de maintenir le sang dans ces limites de pH: 1) des mécanismes permettant une élimination des protons et des acides produits (essentiellement assurée par les systèmes rénaux. Ex: l’urine) 2) des systèmes tampons efficaces : Ex: le système acide carbonique-bicarbonate ACIDE CARBONIQUE ION BICARBONATE ION OXONIUM DIOXYDE DE CARBONE EAU Si alcalose: H2CO3H+ + HCO3- Si acidose: H+ + HCO3- H2CO3 H2O + CO2 3) La respiration : élément important du contrôle de l'équilibre acide/base du sang

  24. L’eau et le pH des solutions aqueuses  Lien avec la clinique Deux grandes origines possibles : les acidoses et alcaloses gazeuses & les acidoses et alcaloses métaboliques. diagnostic Dosage des gaz du sang dans un prélèvement de sang (artériel ou veineux): En même temps qu'on mesure la pression partielle exercée par l'O2 (PaO2) et le CO2 (PaCO2) dissout dans le sang on mesure aussi l'acidité (pH), la concentration en ionsbicarbonate ([HCO3-])

  25. L’eau et le pH des solutions aqueuses  Lien avec la clinique Respiration : élément important du contrôle de l'équilibre acide/base du sang Peut aussi en être un élément perturbateur. Hyperventilation :  de PCO2 et donc  de pH sanguin: une alcalose. Hypoventilation :  de PCO2 et donc une acidose. Les gaz du sang peuvent être dosés dans un prélèvement de sang (artériel ou veineux): Le prélèvement doit être disposé dans de la glace pour éviter la consommation de l'oxygène par les globules rouges et être adressé rapidement au laboratoire d'analyse. En même temps qu'on mesure la pression partielle exercée par l'O2 (PaO2) et le CO2 (PaCO2) dissout dans le sang on mesure aussi l'acidité (pH), la concentration en ionsbicarbonate ([HCO3-]) Il faut distinguer dans ce cadre les acidoses et alcaloses gazeuses des acidoses et alcaloses métaboliques. Les premières sont en rapport avec les variations primitives de PCO2 que peuvent induire les modifications de l'activité respiratoire. Les secondes sont, elles, en rapport avec des variations de concentrations en ions H+ et/ou HCO3-

  26. L’eau et le pH des solutions aqueuses  Lien avec la clinique

  27. L’eau et le pH des solutions aqueuses Récapitulatif : L’eau représente 55 à 60% de la masse corporelle d’un adulte - véhicule de nombreuses molécules dissoutes - participe à un grand nombre de réactions chimiques - absorbe et libère la chaleur très lentement : homéostasie thermique Les acides libèrent des ions H+ dans l’eau ; les bases des ions OH-  Notion de pH

  28. 1- Des molécules aux organismes vivants Atomes, ions, molécules L’eau et les composés inorganiques Les composés organiques (lipides, glucides, les nucléotides, protéines) Des molécules aux organismes vivants

  29. Les composés organiques Composé organique : contient au moins un carbone lié à un hydrogène Les lipides Les glucides Les nucléotides : l’ATP et les acides nucléiques : ADN et ARN Les protéines

  30. Les composés organiques – Les lipides Triglycérides: les + abondants dans les aliments et dans l’organisme 18 à 25 % de la masse corporelle totale Carbone et hydrogène, peu d’oxygène : les lipides ne sont pas solubles dans l’eau, ils sont hydrophobes. Surtout dans le tissu adipeux = réserve énergétique des acides gras Également dans le sang (lipoprotéines) = forme de transport des acides gras.

  31. Les composés organiques – Les lipides Acides gras: AG saturés (saturés d’hydrogènes) : viandes rouges, lait entier, fromage, beurre AG monoinsaturés: huile olive, huile arachide, noix, avocats AG polyinsaturés: huile de maïs, tournesol, poissons gras AGPI omega-6 (w6) Acide linoléique Sont dégradés par les cellules pour obtenir de l’énergie (dans la mitochondrie). AG essentiels : omega-3 (huiles de poissons et de noix) omega-6 (produits transformés céréales pains) AGPI omega-3 (w3) Acide a-linolénique Formation d’acide arachidonique, Synthèse de prostaglandines Rôle dans le fonctionnement cérébral et visuel; synthèse de précurseurs anti-inflammatoires

  32. Les composés organiques – Les lipides Les phospholipides Glycérol 2 AG Phosphate Sont amphiphiles: Une tête phosphate hydrophile Deux queues lipidiques hydrophobes . Les membranes cellulaires (membrane plasmique, membrane des organites) sont composées de phospholipides.

  33. Les composés organiques – Les lipides L’assemblage des membranes cellulaires se fait de façon autonome. Lipides Lipides + phospholipides Phospholipides

  34. Les composés organiques – Les lipides Les stéroïdes Cholestérol Le cholestérol entre aussi dans la composition des membranes cellulaires, sert à la synthèse des hormones stéroïdiennes, et des sels biliaires.

  35. Les composés organiques – Les glucides Principalement carbone, hydrogène et oxygène, molécules cycliques glucose : C6H12O6 Sucre simple : monosaccharide, un « ose »: hexose, pentose… Saccharides, Saccharum : sucre 2 à 3 % de la masse corporelle totale principale fonction : source d’énergie rapidement disponible pour les cellules (glucose).

  36. Les composés organiques – Les glucides Disaccharides : formés de deux monosaccharides lactose (sucre du lait) galactose et glucose saccharose (ou sucrose, sucre commercial) glucose et fructose

  37. Les composés organiques – Les glucides amidon (glucide des pates, pommes de terre) glycogène (réserve de glucose dans le foie et les muscles) cellulose (glucide des végétaux, non digeste: fibres alimentaires) Polysaccharides : sucres complexes Formés de dizaines voire centaines de molécules de glucose.

  38. Les composés organiques – Les nucléotides Phosphate sucre Base azotée ATP adénosine triphosphate Les acides nucléiques phosphate phosphate 2 chaînes de nucléotides 1 chaîne nucléotides phosphate ribose adénine ARN acide ribonucléique ADN acide désoxyribonucléique synthèse des protéines contient l’information génétique Fournit aux cellules l’énergie nécessaire aux réactions chimiques.

  39. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques Des chaînes de désoxyribose s’associent avec 4 bases pour former l’ADN Acide DésoxyriboNucléique (ADN) : support de l’information génétique Phosphate Thymine Adénine désoxyribose Base azotée désoxyribose Guanine Cytosine

  40. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques: l’ADN Les désoxyriboses se lient via des groupes phosphates (PO4).

  41. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques: l’ADN Les chaînes s’assemblent par des interactions A---T et C---G (liaisons hydrogène). Les associations entre A et T ou C et G sont exclusives. ADN : 3 milliards de nucléotides Enchaînement : information génétique

  42. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques: l’ADN L’ADN est composée d’une double hélice.

  43. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques: Des chaînes de ribose s’associent avec 4 bases pour former les ARN. Acides RiboNucléiques (ARN) : messagers de l’information génétique Phosphate ribose Base azotée Guanine Adénine Uracile (à la place de la thymine) Cytosine

  44. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques: l’ARN Contrairement à l’ADN, les ARN sont des molécules à un seul brin. Les ARN sont plus courts que l’ADN quelques centaines ou milliers de nucléotides.

  45. Les composés organiques – Les acides nucléiques Gène 1 Gène 2 Gène 3 Transcription ARN 1 ARN 2 ARN 3 Les acides nucléiques: de l’ADN à l’ARN Les ARN résultent de la transcription des parties codantes (gènes) de l’ADN. ADN codant  1.5% de l’ADN

  46. Les composés organiques – Les acides nucléiques Lors de la transcription, la séquence des nucléotides est conservée ADN A C G T ARN A C G U Les ARN formés vont guider la synthèse de protéines : ARN messagers (ARNm)

  47. Les composés organiques – Les acides nucléiques Les acides nucléiques: de l’ADN à l’ARN 1 gène: un promoteur (séquence spécifique de fixation d’une enzyme polymérase) Un site de terminaison (séquence où l’enzyme se décroche de l’ADN) L’enzyme polymérase: Fabrique des ARN à partir de l’ADN

  48. Les composés organiques – Les protéines 12 à 18 % de la masse corporelle totale Carbone, oxygène, azote, hydrogène, et un peu de soufre constituées d’enchainements d’acides aminés (plusieurs dizaines ou centaines). Groupement acide Groupement amine acide aminé Chaîne latérale

  49. Les composés organiques – Les protéines 20 chaînes latérales possibles = 20 Acides Aminés (AA) différents 8 AA essentiels = Leucine, Isoleucine, Phénylalanine, Thréonine, Tryptophane, Valine, Méthionine, Lysine.

  50. Les composés organiques – Les protéines Les AA s’associent par une liaison peptidique pour former… + Liaison peptidique Peptide : petite protéine de moins de 50-100 AA Protéine : enchaînement de plus de 50-100 AA

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