Cours-Medecine_info-Histologie-Les_caracteristiques_universelles_des_cellules_sur_terre

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					Cellules et Génomes




Œuf de grenouille Xenopus laevis
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11
12
                   La vie
• Sur terre, "choses vivantes" qui puisent
  dans leur environnement des matériaux
  pour créer des copies d'elles-mêmes
• Très varié
  – tigre / algue
  – bactérie / arbre
• Quelque chose de commun à tous
  appelé : la vie 
• Nombreuses questions (définition,
  quand, pourquoi,… )
                                         13
               La cellule
• Toutes les "choses" vivantes sont faites
  de cellules
• Toutes les cellules ont la même
  machine de base pour fonctionner
• La biologie :
  – Grande diversité externe des cellules
  – Grande similitude des mécanismes internes
    

                                             14
                Plan
I - Caractéristiques communes
  universelles à toutes les cellules
II - Diversité des cellules
III - Comprendre comment passer à tant
  de formes de vie à partir d’un code
  commun à tous les organismes vivants



                                         15
I - Caractéristiques universelles
     des cellules sur la terre
• 10 ou 100 millions d'espèces vivantes
  sur terre
• La descendance appartient à la même
  espèce
• Les parents transmettent une
  information spécifiant les
  caractéristiques de la descendance :
• C'est l'hérédité (élément clé de la
  définition de la vie)
                                          16
    Hérédité : pivot de la vie
• Différencie la vie de
  – croissance d'un cristal
  – combustion d'une bougie
  – formation des vagues sur la mer
  –  pas de relation entre parents et
    descendance
• Bien que (point commun)
  – consommation d'énergie libre pour créer et
    maintenir une organisation
                                                 17
   Être uni ou pluri cellulaire
• La plupart des organismes est uni
  cellulaire
• Nous sommes pluri cellulaires 1013
  cellules  communication
• Nous provenons d'une seule cellule
• qui est le vecteur de l'information
  génétique qui définit l'espèce

                                        18
  L'information héréditaire de l'œuf
détermine la nature de tout l'organisme




              Fig 1-1



Oursin         Souris        Algue Fucus 19
    Stockage de l'information
    héréditaire (dans toutes les
• Ordinateur
              cellules)
  – disquette 5"¼, disquette 3"½, CD-ROM, DVD…
  – La même information peut être illisible
  – Évolution des lecteurs
• Cellule
  – même support de stockage : l'ADN
  – depuis 3,5 milliards d'années
  – ATGC
• Conséquences
  – ADN humain dans une bactérie
  – ADN bactérien dans une cellule humaine       20
1 - ADN (dans toutes les
       cellules)




                           21
• (A) Le nucléotide
• (B) Un brin d'ADN
  (polarisé)
• (C) Polymérisation
  sur matrice
  AT, GC



                       Fig 1-2(A-C)


                                      22
• (D) Molécule
  d'ADN avec ses
  deux brins
  complémentaires
  liaisons
  covalentes /
  hydrogène
• (E) Double hélice
                      Fig 1-1(D-E)



                                     23
Duplication de l'information génétique par
 réplication de l'ADN : chaque brin sert de
 matrice pour la synthèse d'un nouveau
 brin complémentaire




               Fig 1-3

                                          24
2 - ARN = intermédiaire (de
      toutes les cellules)




                              25
        The Nobel Prize in Physiology or
                   Medicine 2006
             "for their discovery of RNA
          interference - gene silencing by
                double-stranded RNA"


• Andrew Z. Fire          • Craig C. Mello
  1/2 of the prize          1/2 of the prize
  USA Stanford              USA University of
  University School of      Massachusetts
  Medicine                  Medical School
  Stanford, CA, USA         Worcester, MA, USA
  b. 1959                   b. 1960


                                                 26
De l'ADN à la
 protéine


  – transcription



                    Fig 1-4
  – traduction


                              27
• L'information génétique est stockée dans
  la cellule sous forme d'"archive" d'ADN
  pour être utilisée sous forme de transcrits
  d'ARN qui sont les copies de travail




                   Fig 1-5


                                           28
• Conformation d'une
  molécule d'ARN




Fig 1-6


                       29
 3 - Protéine = catalyseur de
        toutes les cellules
• Acides aminés
• Structure 3D
• Enzymes
• L'information en action : structure,
  mouvement, signal,




                                         30
• Une enzyme : le
  lysozyme
  – présence d'un
    site catalytique
    sous forme d'une
    gorge
    déterminée par
    la séquence
    d'acides aminés
    de l'enzyme
                       Fig 1-7(A)


                                    31
• L'enzyme (le lysozyme) casse la molécule
  de polysaccharide en deux




              Fig 1-1(B)


                                        32
• La vie comme processus autocatalytique
  (comportement auto reproducteur)




                 Fig 1-8

                                           33
  4 - La traduction de l'ARN en
  protéines est la même dans
          toutes les cellules
• Alphabet à 4 lettres de polynucléotides 
  alphabet à 20 lettres des protéines
• Identique dans tout le monde vivant
• Gelé à un instant donné de l'évolution
• Codon = trois nucléotides  4X4X4 AA =
  64 acides aminés (en fait que 20)
• ARNt anticodon
• Ribosome, ARNr … synthèse des protéines  34
• ARN de transfert
  – AA à une extrémité
                          Fig   1-9(A)
  – anticodon (CCA) à l'autre


                                         35
• Structure 3D de
  l'ARNt du
  tryptophane
• Codon et
  anticodon sont
  antiparallèles
  comme les deux
  brins de la
                    Fig 1-9(B)
  molécule d'ADN



                                 36
• Un ribosome au travail




             Fig 1-10(A)


                           37
• Structure
  3D d'un
  ribosome
  bactérien
• Ribosome
  (vert pale
  et bleu)
• ARNm
  (billes
  orange)        Fig 1-10(B)
• 3 ARNt
  (jaune,vert,
  rose)                        38
   5 - Le gène (dans toutes les
            cellules)
• Segment d'ADN correspondant à une
  protéine unique (ou à une molécule
  d'ARN de structure ou catalytique)
• L'expression des gènes est régulée
• Il y a des ADN régulateurs (non codant)
  qui fixent des protéines spécifiques 
• Deux types d'ADN
  – ADN codant
  – ADN non codant
                                        39
• (A) Portion de génome de
  E. Coli contenant 4 gènes
  codant pour 4 protéines
  (lac l, lac Z, lacY, lac A)
  – segments d'ADN codant pour
    des protéines
  – segments régulateurs et non
    codant
• (B) ME de la même région
  avec une protéine (codée
  par lac l ) liée à la zone de
                                  Fig 1-11
  régulation de lac Z, lacY,
  lac A
• (C) Schéma de (B)
                                             40
                 Génome
• Totalité de l'information génétique
  contenue dans la cellule, détermine :
  – la nature des protéines de la cellule
  – où et quand elles doivent être fabriquées
• Analogie format .txt et .pdf




                                                41
Énergie libre nécessaire à la vie

• Relation entre l'énergie libre de la
  cellule
• et l'information génétique
• Une unité élémentaire d'information est
  le choix entre 2 possibilités
  équiprobables
• Exemple : insertion d'un nouveau
  nucléotide dans la nouvelle molécule
  d'ADN (nombreux essais nécessaires 
  beaucoup d'énergie)
                                            42
    Cellule = usine chimique
• Toutes les cellules utilisent les mêmes
  éléments de base pour fabriquer
  – ADN
  – ARN
  – protéines
  – sucres
• ATP


                                            43
    6 - Membrane plasmique
         (toutes les cellules)
• Contenant
• Tout passe par elle (entrées et sorties)




                                             44
• Formation
  d'une
  membrane par
  des molécules
  de
  phospholipides
  amphiphiles
                   Fig 1-12




                              45
• (A) Molécule de bactériorhodopsine provenant de
  l'archaebactérie Halobacterium halobium : utilise
  l'énergie lumineuse pour pomper des H+ hors de la
  cellule
• (B) Protéines de transport de la bactérie Thermotoga
  maritima




                     Fig 1-13


La membrane ne doit pas être imperméable à tout    46
     Mycoplasma genitalium
• Le plus petit génome connu
  – 477 gènes ( et pourtant il vit… )
  – 580 070 nucléotides
  – 145 018 unités élémentaires d'information
• Parasite des mammifères




                                                47
• Mycoplasma genitalium
  – (A) MEB (absence de paroi
    rigide)
  – (B) Microscopie e- à transm.
• Génome                                  (A)
  – 477 gènes (37+297+143)
  – 37  ARN
  – 297  protéines
    • 153  réplication, transcription,
      traduction
    • 29  membrane et surface
                                          Fig 1-14
    • 33  transport
    • 71  énergie
    • 11  division de la cellule
  – 143  inconnu                         (B)        48
   Minimum requis pour une
           cellule
• 200 - 300 gènes

                dans toutes les
• On les retrouve

 branches de l'arbre de vie

                                  49

				
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