Biologie Cellulaire 1 - L1S1 (Université Paul Sabatier)

Ensemble complet de cartes mémoire d'entraînement pour les cours 1 à 4 de Biologie Cellulaire 1 (L1S1, Université Paul Sabatier), couvrant l'unité et la diversité cellulaires, l'organisation tissulaire, la microscopie, la synthèse et le transport des protéines, la compartimentation, l'énergétique et le cytosquelette.

Qui a formulé la première définition de la « biologie » en tant que science consacrée aux caractères communs aux végétaux et aux animaux ?

Jean-Baptiste Monet Chevalier de Lamarck ($1744-1829$).

Quels sont les trois énoncés fondamentaux de la théorie cellulaire établie à partir de 1839 ?

1. Les cellules sont les unités fondamentales de tout être vivant.
2. Les cellules sont les unités fonctionnelles de tout être vivant.
3. Toutes les cellules proviennent de cellules vivantes préexistantes (omnis cellula e cellula, Rudolf Virchow, $1858$).

Comment Francesco Redi a-t-il réfuté la théorie de la génération spontanée d'Aristote en 1688 ?

En montrant que des asticots n'apparaissent sur de la viande que si des mouches ont pu y accéder pour y pondre leurs œufs ; les bocaux fermés hermétiquement ou recouverts d'une gaze ne développent pas d'asticots.

Sur cet arbre phylogénétique issu du dernier ancêtre commun universel (LUCA), quels sont les trois grands domaines du vivant représentés ?

Les eubactéries, les archébactéries et les eucaryotes.

Quelles sont les différences majeures de taille et de compartimentation entre cellules procaryotes et eucaryotes ?

Les procaryotes mesurent 1 \text{ à } 3\text{ }\rm\textmu m, n'ont pas de noyau ni d'organites compartimentés. Les eucaryotes mesurent 10 \text{ à } 100\text{ }\rm\textmu m (10 \text{ à } 20\text{ }\rm\textmu m pour les cellules animales, 30 \text{ à } 100\text{ }\rm\textmu m pour les cellules végétales) et possèdent un noyau délimité ainsi que des organites membraneux.

Combien de cellules et de types cellulaires distincts constituent environ un organisme humain adulte ?

Environ $100\,000\text{ milliards}$ de cellules ($10^{14}$ cellules) réparties en environ $200$ types cellulaires différents.

Quelle est la définition biologique d'un tissu ?

Un ensemble coopératif de cellules et de matrice extracellulaire (MEC) formant une association territoriale et fonctionnelle.

Quelles sont les caractéristiques structurales fondamentales des cellules d'un tissu épithélial ?

Elles sont étroitement juxtaposées (jointives), associées par des jonctions, polarisées (présentant un pôle apical, latéral et basal) et séparées du tissu conjonctif sous-jacent par une lame basale.

Selon quels critères morphologiques classifie-t-on les épithéliums ?

Selon le nombre d'assises cellulaires (simple ou stratifié) et la forme des cellules de la couche superficielle (cuboïdale, cylindrique ou pavimenteuse).

Sur cette coupe histologique de peau épaisse de paume de main, quelles sont les quatre couches de l'épiderme indiquées de 1 à 4 ?

1 : Assise génératrice (couche basale) 2 : Couche épineuse 3 : Couche granuleuse 4 : Couche cornée

Quels sont les deux types cellulaires principaux composant l'épithélium simple cylindrique de la muqueuse intestinale ?

Les entérocytes (cellules majoritaires présentant des microvillosités formant une bordure en brosse) et les cellules à mucines (ou cellules caliciformes).

Quelle formule mathématique exprime la limite de résolution (pouvoir séparateur) $D$ en microscopie ?

$D = \frac{0{,}61 \times \lambda}{n \times \sin(\alpha)}$, où $\lambda$ est la longueur d'onde de la lumière incidente, $n$ l'indice de réfraction du milieu et $\alpha$ le demi-angle d'ouverture du faisceau lumineux.

Quelles sont les limites de résolution respectives de l'œil nu, du microscope optique et du microscope électronique ?

Œil nu : $0{,}2\,\text{mm}$ ; Microscope optique : $0{,}2\,\mu\text{m}$ ($200\,\text{nm}$) ; Microscope électronique : $0{,}2\,\text{nm}$.

Sur ce schéma de principe optique, quel type de microscope est représenté et quels sont ses filtres caractéristiques ?

Le microscope optique à fluorescence, caractérisé par un filtre d'excitation, un miroir dichroïque et un filtre d'émission.

Quel est le principe de la microscopie photonique à contraste de phase et son avantage majeur ?

Elle utilise un anneau de phase pour convertir les déphasages d'ondes lumineuses traversant l'échantillon en différences d'intensité lumineuse visibles, permettant d'observer des cellules vivantes transparentes sans coloration préalable.

Quelle est la différence d'observation et de principe entre la microscopie électronique à transmission (MET) et à balayage (MEB) ?

Le MET transmet un faisceau d'électrons à travers une coupe ultrafine pour révéler l'ultrastructure interne, tandis que le MEB balaie la surface d'un échantillon pour détecter les électrons réémis et restituer le relief en trois dimensions.

Quelle est la composition ribonucléoprotéique des deux sous-unités du ribosome eucaryote ?

La grande sous-unité ($60S$) est constituée de $3$ types d'ARNr et d'un assemblage de $50$ protéines ribosomiques ; la petite sous-unité ($40S$) est constituée de $1$ seul type d'ARNr et de $33$ protéines ribosomiques.

Vers quels compartiments cellulaires sont directement destinées les protéines traduites par les polyribosomes libres du cytoplasme ?

Le cytosol, le noyau, les mitochondries, les chloroplastes et les peroxysomes.

Quelles fonctions distinctes séparent le réticulum endoplasmique rugueux (RER) du réticulum endoplasmique lisse (REL) ?

Le RER assure la synthèse, la N-glycosylation (sur asparagine), la formation de ponts disulfures et le contrôle qualité des protéines de sécrétion et membranaires. Le REL assure la synthèse des lipides, le stockage du calcium et la détoxification cellulaire / métabolisme des médicaments.

Quels sont les quatre sous-compartiments polarisés de l'appareil de Golgi identifiés par des activités enzymatiques spécifiques ?

Le cis-Golgi (marqué par la réduction de l'osmium), le médian-Golgi (dépourvu de ce marquage), le trans-Golgi (marqué par la nucléoside diphosphatase) et le TGN (trans-Golgi network, marqué par la phosphatase acide).

Quelles sont les étapes de maturation de l'insuline illustrées sur ce schéma, du chromosome à l'hormone finale ?

Le gène (chromosome 11) produit un ARNm codant la pré-pro-insuline ; le peptide signal est clivé et les ponts disulfures se forment dans le RER (pro-insuline) ; enfin, des peptidases spécifiques clivent le peptide C dans les vésicules golgiennes pour libérer l'insuline mature.

Sur ce gradient de densité de saccharose après centrifugation, quelles sont les densités caractéristiques des lysosomes, des mitochondries et des peroxysomes ?

Lysosomes : $1{,}12\,\text{g/cm}^3$ ; Mitochondries : $1{,}18\,\text{g/cm}^3$ ; Peroxysomes : $1{,}23\,\text{g/cm}^3$.

Quelles sont les caractéristiques structurales fondamentales d'un lysosome ?

Une vésicule de $0{,}05\,\mu\text{m} \text{ à } 0{,}5\,\mu\text{m}$ de diamètre, délimitée par une membrane simple contenant une pompe à protons maintenant un pH acide interne de $5$, et renfermant des hydrolases acides (découvert par Christian de Duve en $1949$).

Quelle proportion des protéines mitochondriales et chloroplastiques provient de l'importation cytosolique par rapport à la synthèse locale ?

$95\%$ des protéines sont importées depuis le cytosol (codées par l'ADN nucléaire) et $5\%$ sont synthétisées directement dans l'organite (codées par l'ADN de l'organite et traduites par ses mitoribosomes ou plastoribosomes).

Quelles sont les dimensions et les deux fonctions principales du noyau eucaryote ?

Mesurant environ $5\,\mu\text{m}$ de diamètre (visible en microscopie optique), il constitue le lieu du maintien de l'information génétique (réplication de l'ADN) et de l'expression des gènes (transcription de l'ADN en ARN).

Quelle est la composition chimique pondérale moyenne de la membrane plasmique ?

Environ $50\%$ de lipides, $45\%$ de protéines et $5\%$ de glucides (en pourcentage de la masse totale).

Quelles molécules traversent spontanément une bicouche lipidique pure et lesquelles requièrent des transporteurs ou canaux transmembranaires ?

Les petites molécules hydrophobes ($O_2$, $N_2$, $CO_2$, benzène) et de petites molécules polaires non chargées ($H_2O$, urée, éthanol) la traversent librement. Les grosses molécules polaires non chargées (glucose, acides aminés) et l'ensemble des ions ($H^+$, $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Cl^-$) nécessitent des protéines membranaires.

Quelles sont les trois voies d'apport de matériel vers les lysosomes pour dégradation ?

L'endocytose (pour les petites molécules et solutés du milieu extérieur), la phagocytose (pour les grosses particules et bactéries) et l'autophagie (séquestration d'organites usagés au sein d'un autophagosome).

Quel est le bilan net en ATP de la dégradation aérobie complète d'une molécule de glucose dans une cellule eucaryote ?

$36\text{ ATP}$ au total : $2\text{ ATP}$ générés par la glycolyse cytosolique et $34\text{ ATP}$ produits par les mécanismes mitochondriaux (cycle de Krebs et phosphorylation oxydative).

Quelles sont les deux réactions enzymatiques séquentielles d'oxydation et de détoxification assurées par les peroxysomes ?

1. Production de peroxyde d'hydrogène par des oxydases : $R_1H_2 + O_2 \rightarrow R_1 + H_2O_2$
2. Neutralisation et détoxification par la catalase : $R_2H_2 + H_2O_2 \rightarrow R_2 + 2\,H_2O$.

Sur cette vue générale d'une cellule en interphase, quels sont les trois réseaux du cytosquelette et leurs localisations respectives ?

Les microtubules (en bleu, réseau assemblé à partir de tubulines $\alpha$ et $\beta$ centré sur le centrosome), les filaments intermédiaires (en vert, occupant l'espace cytoplasmique et formant la lamina sous la membrane nucléaire interne) et les microfilaments d'actine (en rose, localisés sous le cortex cellulaire).

Quels sont les diamètres et les sous-unités protéiques des trois filaments du cytosquelette ?

Microfilaments : $5 \text{ à } 9\,\text{nm}$, composés d'actine. Filaments intermédiaires : $10\,\text{nm}$, composés de kératines (dans les épithéliums). Microtubules : $25\,\text{nm}$, composés d'hétérodimères de tubulines.