Biochimie et Biologie Cellulaire : Fondamentaux du Corps Humain

Flashcards complètes couvrant les cours de biochimie fondamentale et de biologie cellulaire (niveaux d'organisation, biomolécules, organites, métabolisme énergétique, transports membranaires et division cellulaire).

Quels sont les trois principes fondamentaux de la théorie cellulaire ?

1. Tous les êtres vivants sont constitués d’une ou plusieurs cellules (Schleiden et Schwann, 1838–1839) ;
2. La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle du vivant ;
3. Toute cellule provient d’une autre cellule par division (Virchow, 1855).

Pourquoi les virus et les prions ne sont-ils pas considérés comme des êtres vivants à part entière ?

Parce qu'ils ne peuvent pas se reproduire seuls et ont impérativement besoin d'une cellule hôte vivante (eucaryote ou procaryote) pour le faire.

Quel type de pathogène d'une taille de $50\text{ à }300\,\text{nm}$ est représenté sur ce schéma structural ?

Un bactériophage (tel que le phage T4).

Quels sont les rôles respectifs des 4 grands types de tissus composant la paroi de l'estomac ?

Le tissu musculaire assure le brassage des aliments, le tissu conjonctif permet à l'estomac de conserver sa forme, le tissu nerveux contrôle ses activités et le tissu épithélial sécrète les sucs gastriques.

Quelle distinction quantitative sépare les macro-éléments des oligo-éléments dans l'organisme ?

Les macro-éléments représentent plus de $1\,\%$ de la masse corporelle (11 éléments), tandis que les oligo-éléments représentent moins de $0{,}1\,\%$ de la masse corporelle ou moins de $1\,\text{mg/kg}$ (15 éléments).

Quels sont les six éléments majeurs de structure et quelle proportion de la masse corporelle représentent-ils ?

L'oxygène ($O$), le carbone ($C$), l'hydrogène ($H$), l'azote ($N$), le phosphore ($P$) et le soufre ($S$). Ils constituent $96{,}3\,\%$ de la masse corporelle.

Qu'est-ce qu'un isotope et quelle est la différence entre le numéro atomique $Z$ et le nombre de masse $A$ chez deux isotopes ?

C'est une variante d'un élément chimique possédant le même nombre de protons ($Z$ constant) mais un nombre différent de neutrons ($A$ variable).

Quelles sont les indications médicales respectives du Technétium-99m ($^{99m}\text{Tc}$) et du Fluor-18 ($^{18}\text{F}$) ?

Le $^{99m}\text{Tc}$ (émetteur $\gamma$, demi-vie de $6\,\text{h}$) sert au diagnostic par scintigraphie d'organes (cœur, reins, os), tandis que le $^{18}\text{F}$ (émetteur $\beta^+$, demi-vie de $110\,\text{min}$) est utilisé en diagnostic TEP comme traceur FDG du métabolisme du glucose.

Quelles sont les longueurs caractéristiques associées à la liaison hydrogène entre deux molécules d'eau montrées sur cette figure ?

La liaison covalente $O-H$ mesure $0{,}10\,\text{nm}$, la liaison hydrogène mesure $0{,}18\,\text{nm}$ et la distance séparant les deux atomes d'oxygène est de $0{,}28\,\text{nm}$.

Comment se répartit l'eau totale de l'organisme entre les compartiments intracellulaire et extracellulaire ?

Elle se répartit pour deux tiers ($2/3$) dans le compartiment intracellulaire et pour un tiers ($1/3$) dans le compartiment extracellulaire (dont $15\,\%$ de la masse corporelle pour le liquide interstitiel et $5\,\%$ pour le plasma sanguin).

Quels sont les pourcentages de perte d'eau correspondant aux stades de déshydratation légère, modérée et sévère ?

Déshydratation légère : $3\,\%$ de perte du poids corporel (soif, fatigue) ; déshydratation modérée : $6\,\%$ (tachycardie) ; déshydratation sévère : $8\text{ à }10\,\%$ (hypotension, confusion, marbrures). Une perte de $10\text{ à }15\,\%$ constitue un danger vital majeur.

Quels sont les rôles respectifs de l'ADH et de l'aldostérone dans la régulation hydrique ?

L'ADH (sécrétée par l'hypophyse postérieure) augmente la réabsorption d'eau dans les reins pour réduire le volume urinaire ; l'aldostérone (sécrétée par le cortex surrénalien) réabsorbe le $Na^+$ dans le néphron distal, ce qui entraîne passivement l'eau et soutient la volémie.

Quelles sont les valeurs plasmatiques normales de référence de la natrémie et de la kaliémie ?

Natrémie : $135\text{ à }145\,\text{mmol/L}$. Kaliémie : $3{,}5\text{ à }5{,}0\,\text{mmol/L}$.

Comment s'organise l'équation du système tampon bicarbonate dans le sang ?

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$, où l'ion bicarbonate capte l'excès de protons $H^+$ en cas d'acidose et libère des protons via le $CO_2$ en cas d'alcalose.

Quel ose cétotriose est représenté par cette formule développée ?

La dihydroxyacétone (DHA).

Quels sont les oses constitutifs et le type de liaison du maltose, du saccharose et du lactose ?

Maltose : 2 glucoses unis par une liaison $\alpha\text{-1,4}$-glycosidique ; Saccharose : glucose + fructose unis par une liaison $\alpha\text{-1,}\beta\text{-2}$-glycosidique ; Lactose : galactose + glucose unis par une liaison $\beta\text{-1,4}$-glycosidique.

Quelle classe de lipide membranaire amphiphile est schématisée ici ?

Un phospholipide (ou glycérophospholipide), formé d'un squelette de glycérol estérifié par 2 acides gras hydrophobes et lié à un groupement phosphate couplé à un alcool hydrophile.

Quels sont les rôles des transporteurs LDL et HDL dans le métabolisme du cholestérol et leurs valeurs recommandées ?

Les LDL transportent le cholestérol du foie vers les tissus (seuil $< 1{,}6\,\text{g/L}$, risque de plaques d'athérome en excès) ; les HDL transportent le cholestérol des tissus vers le foie pour son élimination biliaire (valeur protectrice désirée $> 0{,}35\,\text{g/L}$).

Quelles sont les caractéristiques des 4 niveaux structuraux d'une protéine ?

Primaire : séquence linéaire des acides aminés ; Secondaire : hélices $\alpha$ et feuillets $\beta$ stabilisés par liaisons hydrogène ; Tertiaire : conformation 3D stabilisée par interactions hydrophobes et ponts disulfures ; Quaternaire : assemblage de plusieurs chaînes polypeptidiques (ex. hémoglobine).

Quelles sont les différences de distribution cellulaire et de fonction entre les molécules HLA de classe I et de classe II ?

Les molécules HLA de classe I sont présentes sur toutes les cellules nucléées et présentent des peptides endogènes aux lymphocytes T CD8+ ; les molécules HLA de classe II sont présentes sur les cellules immunitaires et présentent des peptides exogènes aux lymphocytes T CD4+.

Quels résidus glucidiques définissent spécifiquement les antigènes des groupes sanguins A, B et O ?

Antigène A : N-acétylgalactosamine ; Antigène B : galactose ; Antigène O : chaîne glucidique de base (substance H) sans sucre additionnel.

Quelles sont les trois familles d'éléments du cytosquelette et leurs diamètres respectifs présentés sur ce document ?

Les microfilaments d'actine ($8\,\text{nm}$), les filaments intermédiaires ($10\,\text{nm}$) et les microtubules ($25\,\text{nm}$).

Quelle est l'organisation moléculaire interne de l'axonème des cils et des flagelles montrée sur cette coupe transversale ?

Une disposition dite « $9+2$ » formée de 9 doublets de microtubules périphériques reliés par la nexine et munis de bras de dynéine motrice, entourant une paire centrale de microtubules.

Quels rôles distincts assurent le réticulum endoplasmique rugueux (REG) et le réticulum endoplasmique lisse (REL) ?

Le REG (parsemé de ribosomes) assure la synthèse des protéines et leurs modifications post-traductionnelles ; le REL assure la synthèse des lipides, le stockage du calcium intracellulaire et la détoxification de substances toxiques.

Quelles sont les fonctions cellulaires respectives des lysosomes et des peroxysomes ?

Les lysosomes assurent la dégradation des déchets et des macromolécules par des hydrolases acides à pH $5{,}5$ ; les peroxysomes neutralisent les radicaux libres et le peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$) par la catalase, participent à la détoxification (alcool) et à la $\beta$-oxydation des acides gras à très longue chaîne.

Comment la pompe $Na^+/K^+\text{-ATPase}$ maintient-elle l'asymétrie ionique transmembranaire et le potentiel de repos ?

Elle consomme une molécule d'ATP pour transporter de façon active et électrogénique $3\,\text{Na}^+$ vers le milieu extracellulaire et $2\,\text{K}^+$ vers le cytosol, maintenant le potentiel de membrane de repos à environ $-70\,\text{mV}$.

Quelles sont les 3 grandes étapes de la respiration cellulaire aérobie et leur localisation dans la cellule eucaryote ?

1. La glycolyse (dans le cytosol / hyaloplasme) ;
2. Le cycle de Krebs (dans la matrice mitochondriale) ;
3. La chaîne de transport d'électrons et la phosphorylation oxydative (au niveau de la membrane mitochondriale interne).

Quel est le bilan net total de molécules d'ATP produites par l'oxydation complète d'une molécule de glucose ?

Environ $36\,\text{ATP}$ (2 ATP par la glycolyse, 2 ATP par le cycle de Krebs et 32 ATP par la chaîne respiratoire mitochondriale).

Quels sont les 4 modes de communication cellulaire selon la distance de diffusion du messager ?

1. Paracrine : action locale sur les cellules voisines par diffusion interstitielle ;
2. Endocrine : transport de l'hormone par la circulation sanguine à longue distance ;
3. Autocrine : la molécule sécrétée agit sur la cellule émettrice elle-même ;
4. Juxtacrine : transmission par contact direct membrane-membrane ou par jonctions communicantes.

Quels mouvements ioniques successifs sous-tendent la dépolarisation et la repolarisation lors d'un potentiel d'action nerveux ?

La stimulation déclenche l'ouverture des canaux $Na^+$ voltage-dépendants : l'entrée massive de $Na^+$ dépolarise la membrane de $-70\,\text{mV}$ à environ $+50\,\text{mV}$. Puis les canaux $Na^+$ s'inactivent et les canaux $K^+$ s'ouvrent : la sortie de $K^+$ permet la repolarisation de la membrane.

Comment varie la quantité de matériel génétique ($Q$) au cours des phases du cycle cellulaire ?

La quantité est de $1Q$ en phase G0 et G1, passe à $2Q$ lors de la réplication en phase S, reste à $2Q$ en G2, prophase, métaphase et anaphase, puis redevient $1Q$ après la cytodiérèse en télophase dans chacune des deux cellules filles.

Quels sont, dans l'ordre croissant de complexité, les huit niveaux d'organisation structurale du corps humain ?

1. Atomes
2. Molécules
3. Organites
4. Cellules
5. Tissus
6. Organes
7. Systèmes
8. Organisme

Quel est l'ordre de grandeur de la taille d'un atome selon le cours ?

De $0,106\,\text{nm}$ à $0,35\,\text{nm}$.

Quelles sont les dimensions caractéristiques de la molécule d'ADN (diamètre, pas d'hélice, espacement entre bases) ?

L'hélice d'ADN présente un diamètre de $2\,\text{nm}$, un tour complet d'hélice mesurant $3,4\,\text{nm}$ (soit $10$ paires de bases) et une distance entre deux nucléotides consécutifs de $0,34\,\text{nm}$.

Quels rôles respectifs jouent les quatre grands types de tissus dans le fonctionnement de l'estomac ?

• Tissu musculaire : permet le mouvement de brassage des aliments.
• Tissu conjonctif : permet à l'estomac de conserver sa forme.
• Tissu nerveux : contrôle toutes les activités de l'estomac.
• Tissu épithélial : sécrète les sucs gastriques.

Quels critères définissent un élément chimique comme étant essentiel à l'organisme ?

• Sa concentration dans l'organisme est relativement constante.
• Une carence en cet élément provoque une anomalie physiologique.
• Un apport de cet élément corrige les troubles (un excès pouvant toutefois devenir toxique).

Quels sont les six macro-éléments structuraux majeurs qui constituent $96,3\,\%$ de la masse corporelle ?

L'oxygène ($65\,\%$), le carbone ($18,5\,\%$), l'hydrogène ($9,5\,\%$), l'azote ($3,3\,\%$), le calcium ($1,5\,\%$) et le phosphore ($1\,\%$).

Quels sont les principaux rôles biologiques du fer ($Fe$) et de l'iode ($I$) en tant qu'oligoéléments ?

• Fer ($Fe$, $0,006\,\%$) : composant de l'hémoglobine et de la myoglobine.
• Iode ($I$, $0,00002\,\%$) : participe à la structure des hormones thyroïdiennes.

Quels sont le radio-isotope et le type de rayonnement utilisés comme traceur métabolique au $^{18}\text{FDG}$ en tomographie par émission de positons (TEP) ?

Le Fluor-18 ($^{18}\text{F}$), émetteur de rayonnement $\beta^+$ avec une demi-vie de $110\,\text{min}$.

Quel type d'interaction intermoléculaire est illustré en jaune entre ces deux molécules d'eau ?

Une liaison hydrogène, mesurant ici $0,18\,\text{nm}$, reliant un hydrogène polarisé positivement à un oxygène électronégatif voisin.

Quelle est la répartition moyenne de l'eau entre les compartiments liquidiens de l'organisme humain ?

• Compartiment intracellulaire (IC) : $\frac{2}{3}$ de l'eau corporelle.
• Compartiment extracellulaire (EC) : $\frac{1}{3}$ de l'eau corporelle (comprenant le liquide interstitiel qui représente $15\,\%$ du poids corporel, et le plasma sanguin qui en représente $5\,\%$).

Quelles hormones majeures interviennent dans la régulation de l'équilibre hydrique rénal ?

• L'ADH (vasopressine) : sécrétée par la posthypophyse, augmente la réabsorption d'eau au niveau des canaux collecteurs rénaux et réduit le volume urinaire.
• L'aldostérone : sécrétée par la corticosurrénale, augmente la réabsorption de sodium ($Na^+$) dans le néphron distal, entraînant passivement l'eau.

Quelles sont les valeurs normales de la natrémie et de la kaliémie dans le sang ?

• Natrémie ($Na^+$) : $135$ à $145\,\text{mmol/L}$.
• Kaliémie ($K^+$) : $3,5$ à $5,0\,\text{mmol/L}$.

Comment s'écrit l'équation du système tampon bicarbonate régulant le pH sanguin entre $7,35$ et $7,45$ ?

$$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$$

Quelle est cette molécule glucidique représentée ici ?

La dihydroxyacétone (DHA), qui est un cétotriose.

En quoi le galactose diffère-t-il structuralement du glucose ?

Le glucose et le galactose sont des aldohexoses épimères en $C4$, différant uniquement par la disposition spatiale de leur groupe hydroxyle sur le carbone 4.

Quel type de liaison osidique relie les résidus de glucose représentés sur cette figure ?

Une liaison glycosidique $\alpha(1\rightarrow 4)$, caractéristique de l'amidon et du glycogène.

Quelle est la composition en oses et la liaison osidique du saccharose et du lactose ?

• Saccharose : glucose et fructose reliés par une liaison $\alpha 1,\beta 2$-glycosidique.
• Lactose : galactose et glucose reliés par une liaison $\beta 1,4$-glycosidique.

Quelle est la structure générale de biomolécule illustrée par ce schéma ?

Un phospholipide (glycérophospholipide), formé d'un squelette de glycérol estérifié par deux acides gras, lié à un groupement phosphate lui-même relié à un alcool.

Quels sont les rôles des lipoprotéines LDL et HDL dans le transport du cholestérol et leurs valeurs cibles ?

• LDL : transportent le cholestérol du foie vers les tissus (athérogènes en excès) ; valeur cible : $< 1,6\,\text{g/L}$.
• HDL : ramènent le cholestérol circulant vers le foie pour son élimination biliaire (protecteurs) ; valeur souhaitable : $> 0,35\,\text{g/L}$.

Quels sont les quatre niveaux de repliement structural des protéines ?

• Primaire : séquence linéaire d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.
• Secondaire : repliements locaux en hélice $\alpha$ ou feuillet $\beta$ stabilisés par liaisons hydrogène.
• Tertiaire : conformation tridimensionnelle globale stabilisée par des interactions et ponts disulfures.
• Quaternaire : association de plusieurs chaînes polypeptidiques (ex. : tétramère d'hémoglobine).

Quels sont les trois principes fondamentaux de la théorie cellulaire ?

1. Tous les êtres vivants sont constitués d'une ou plusieurs cellules (Schleiden et Schwann, 1838–1839).
2. La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle du vivant.
3. Toute cellule provient d'une cellule préexistante par division cellulaire (Virchow, 1855).

Pourquoi les virus et les prions ne sont-ils pas considérés comme des êtres vivants à part entière ?

Parce qu'ils sont acellulaires et qu'ils sont dépendants d'un hôte vivant (cellule eucaryote ou procaryote) pour assurer leur reproduction et leur multiplication.

Quelle est l'épaisseur moyenne de la membrane plasmique et pourquoi est-elle dite asymétrique ?

Elle mesure environ $7\,\text{nm}$. Elle est asymétrique car les glucides (glycocalyx) se situent exclusivement sur le feuillet extracellulaire, la répartition des phospholipides est inégale, et le feuillet interne porte des charges négatives (notamment via la phosphatidyl-sérine).

Quelles molécules de surface présentatrices d'antigènes sont illustrées sur ce schéma comparatif ?

Les molécules du CMH : HLA de classe II (à gauche, formée de chaînes $\alpha_1\alpha_2$ et $\beta_1\beta_2$) et HLA de classe I (à droite, formée de chaînes $\alpha_1\alpha_2\alpha_3$ et de la $\beta 2\text{m}$).

Quelles différences fonctionnelles distinguent les molécules HLA de classe I des molécules HLA de classe II ?

• HLA de classe I : présentes sur toutes les cellules nucléées, présentent des peptides endogènes aux lymphocytes T $CD8^+$.
• HLA de classe II : restreintes aux cellules immunitaires présentatrices d'antigène, présentent des peptides exogènes aux lymphocytes T $CD4^+$.

Quel organite cellulaire délimité par des membranes et tapissé de ribosomes est visible sur cette micrographie électronique ?

Le réticulum endoplasmique rugueux (RER ou REG), montrant ses saccules (ou citernes) et ses ribosomes fixés.

Quelles sont les fonctions principales respectives du réticulum endoplasmique lisse (REL) et rugueux (REG) ?

• REL : synthèse des lipides (phospholipides, stéroïdes), stockage intracellulaire du calcium ($Ca^{2+}$) et détoxification de substances exogènes (ex. : phénobarbital).
• REG : synthèse des protéines membranaires ou sécrétées, et modifications post-traductionnelles/repliement.

Quelle est la composition moléculaire du ribosome eucaryote $80\text{S}$ ?

Il est composé d'une petite sous-unité ($40\text{S}$, $33$ protéines et $1$ ARNr) et d'une grande sous-unité ($60\text{S}$, $49$ protéines et $3$ ARNr), synthétisées et assemblées au niveau du nucléole.

Quelles fonctions spécifiques assurent respectivement les lysosomes et les peroxysomes ?

• Lysosomes : organites acides contenant des hydrolases digestives pour dégrader protéines, lipides, acides nucléiques, déchets et cellules endommagées.
• Peroxysomes : détoxification cellulaire (oxydases, catalase), $\beta$-oxydation des acides gras à très longue chaîne et décomposition du peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$).

Quels sont les trois filaments majeurs du cytosquelette présentés de gauche à droite sur ces micrographies ?

1. Les microfilaments d'actine (diamètre d'environ $8\,\text{nm}$, à localisation corticale)
2. Les microtubules (diamètre d'environ $25\,\text{nm}$, polymères de tubuline)
3. Les filaments intermédiaires (diamètre d'environ $10\,\text{nm}$, spécifiques des types cellulaires)

Quelle ultrastructure motrice est représentée en coupe transversale sur ce schéma ?

L'axonème d'un cil vibratile (ou d'un flagelle), caractérisé par son arrangement en $9+2$ doublets de microtubules reliés par de la nexine, des protéines rayonnantes et des bras moteurs de dynéine.

Quel est le bilan global net en ATP de la respiration cellulaire complète d'une molécule de glucose selon le cours ?

$36\text{ ATP}$ au total :

• Glycolyse (cytosol) : $2\text{ ATP}$
• Cycle de Krebs (matrice mitochondriale) : $2\text{ ATP}$
• Chaîne respiratoire / phosphorylation oxydative : $32\text{ ATP}$.

Quel cycle moléculaire de régénération énergétique est illustré par ce schéma biochimique ?

Le cycle d'hydrolyse de l'adénosine triphosphate ($\text{ATP}$) en $\text{ADP} + P_i$ libérant de l'énergie, et sa phosphorylation régénératrice inverse nécessitant de l'énergie.

Quelle est la stœchiométrie ionique et le mécanisme électrogénique de la pompe $Na^+/K^+$-ATPase ?

Pour chaque molécule d'$\text{ATP}$ hydrolysée, la pompe expulse $3\,Na^+$ hors de la cellule et fait entrer $2\,K^+$ dans le cytosol contre leurs gradients électrochimiques respectifs.

Quelles sont les quatre modalités fondamentales de communication intercellulaire selon la distance de transmission ?

1. Paracrine : signal local diffusant dans le liquide interstitiel vers des cellules cibles voisines ($\mu\text{m}$).
2. Endocrine : sécrétion d'hormones dans la circulation sanguine vers des cibles éloignées dans tout l'organisme.
3. Autocrine : la cellule émettrice répond à un signal qu'elle a elle-même produit (ex. : IL-2 des lymphocytes T).
4. Juxtacrine : communication par contact physique direct membrane-membrane ou passage d'ions via des jonctions gap.

Quels événements ioniques membranaires expliquent les phases du potentiel d'action nerveux ?

• Au repos : membrane polarisée à $-70\,\text{mV}$.
• Dépolarisation : ouverture des canaux $Na^+$ voltage-dépendants et entrée massive de $Na^+$ jusqu'à $+50\,\text{mV}$.
• Repolarisation : fermeture des canaux $Na^+$ et ouverture des canaux $K^+$ entraînant la sortie de $K^+$ pour restaurer le potentiel de repos.

Comment s'effectue la libération du neurotransmetteur au niveau de la fente synaptique lors de l'arrivée du potentiel d'action ?

L'arrivée du potentiel d'action entraîne une entrée massive de calcium ($Ca^{2+}$) dans l'élément présynaptique, ce qui provoque l'exocytose des vésicules de neurotransmetteur dans la fente synaptique ($40$ à $50\,\text{nm}$) et leur liaison sur les récepteurs post-synaptiques.

Quelle est l'évolution de la quantité de matériel génétique ($Q$) au cours des phases du cycle cellulaire ?

• Phase $G_0$ et $G_1$ : $1Q$
• Phase $S$ : réplication de l'ADN
• Phase $G_2$, prophase, métaphase, anaphase : $2Q$
• Télophase : retour à $1Q$ par cellule fille.