Introduction à la biologie cellulaire

Combien y’a t-il d’espèces vivantes à notre connaissance et quel est la proportion de celles découvertes par l’Homme jusqu’aujourd’hui

Il existe entre 10 et 100 millions d’espèces vivantes dont 10 % ont été découvertes par l’Homme

Que peut on dire de la disparition des espèces

La disparition des espèces est un phénomène naturelle mais cependant elle a été fortement accélérée par l’activité humaine

Quelles sont les conséquences de la disparition accélérée des espèces causée par les activités humaines

Les activités humaines ont un impact sur les écosystèmes car toutes les espèces ont des relations entre elles, vivent ensemble. L’Homme faisant partie de ces écosystèmes, leur perturbation pourrait provoquer le fait que l’homme ne puisse plus vivre sur Terre

A quand remonte l’origine de la vie

L’origine de la vie est estimée à environ -3,5 et 4 miiliards d’années

Quelles sont les deux catégories d’être vivants que l’on retrouve sur Terrre et laquelle représente la plus grande partie des organismes

Les deux catégories d’êtres vivants que l’on retrouve sur Terre sont les organismes pluricellulaires et unicellulaires, qui représentent la plus grande partie des organismes contrairement a ce que l’on pourrait penser

Lors de la réplication de l’ADN comment est-ce possible que le génome complet soit recrée dans la cellule fille

La réplication de l’ADN repose sur le mécanisme de réplication semi-conservative qui est extrêmement précise et fidèle ← Role de conservation : 1 seul brin transmis à la cellule fille puis néosynthèse du brin complémentaire

L’ADN est-elle une molécule instable

Non au contraire l’ADN est une molécule très stable car il y a peu de mutations

Comment les échanges d’ADN se font entre espèces

Les échanges d’ADN entre espèces peuvent se faire soit naturellement grâce à des virus soit artificiellement par des bactéries

Expliquer comment l’ADN est echangée naturellement par les virus entre espèces

Ces échanges d’ADN se font grâce a l’infection d’une cellule par un virus à ADN ← Insertion de l’ADN viral dans l’ADN cellulaire / Traduction des protéines virales/ Synthèse des particules virales allant infecter d’autres cellules

Expliquer comment l’ADN est echangée artificiellement par les bactéries entre espèces

Ces échanges se font par transfection cellulaire ← Introduction articielle d’ADN plasmidique bactérien codant pour un gène d’intérêt

Le génome humain est-il constitué de génome viral

Oui, le génome humain est constitué à 10% de génome viral

Comment les virus sont-ils utilisés dans le cas de certaines maladies

On utilise des virus modifiées en thérapie génique dans le cas de certaines maladies ← on injecte un virus modifié dans le corps humain pour appoter un gène “fonctionnel” chez un patient ayant un gène défectueux

Quelles sont les constituants utilisées par toutes les cellules

Toutes les cellules utilisent des sucres, des nucléotides, des acides aminés, des lipides, de l’eau, des ions, …

La complexité d’une cellule dépend de quel paramètre

Elle dépend du nombre de gènes

Combien y’a t-il de gène dans une bactérie simple et donc de nucléotides

Il y a 480 gènes doit 600 000 nucléotides dans une bactérie simple

Combien y’a t-il de gènes dans une bactérie simple et donc de nucléotides

Il y a entre 20 000 et 30 000 gènes soit 3,2 milliards de nucléotides

Quels sont les 3 domaines du vivants et quelle est leur origine

Les 3 domaines du vivant sont :

• Bactéries

• Archébactéries

• Eucaryotes

On considère qu’ils ont pour origine la 1re cellule universelle = LUCA

Les Procaryotes peuvent-ils être pluricellulaires

Non, les Procaryotes sont uniquement unicellulaires

A partir de quoi peut-on dire qu’un organisme est un être vivant ou pas

Un organisme est un être vivant à partir du moment où l’organisme peut s’auto-répliquer = développement autonome ainsi s’il est incapables de s’autoreproduire c’est un assemblage de molécules vivantes

Quel organisme est à l’origine de la vache folle

Il s’agit du prion, qui n’est pas un être vivant

Quelle est la taille d’un virus

Un virus mesure en moyenne 100 nm 10^-7

Que peut-on observer en microscopie optique

Observation jusqu’à la bactérie mais impossible pour des virus

Que peut-on observer en microscopie électronique

Observation depuis l’echelle cellulaire jusqu’aux protéines

Que peut-on observer grâce aux rayons X

Détermination des structures des éléments moléculaires ← Détermination de la structure des protéines voire de structures plus petites jusqu’à l’atome

Expliquer la différence entre procaryotes et eucaryotes

• Procaryotes ← Cellule primitive : absence de compartimentation / Unique chromosome

• Eucaryotes ← Composés d’une ou plusieurs cellules / Noyau séparé du reste de la cellule par une enveloppe nucléiare : présence d’un nucléole, mécanisme d’épissage de l’ARN, présence de plusieurs chromosomes différents / présences des histones au sein de l’DN / Présence de cytomembranes / Présence d’un cytosquelette / Présence du cholestérol

Quelles sont les différents organites que l’on retrouve chez un eucaryote et leurs fonctions

• Noyau ← Renferme l’ADN

• Mitochondries ← Energie

• Chloroplastes ← Photosynthèse chez la cellule végétale

• Réticulum endoplasmique ← Synthèse des protéines et des lipides

• Appareil de Golgi ← Modification des protéines

• Lyosomes ← Compartiment de dégradation

• Perosysomes ← Dégradation d’acides gras et production de chaleur

Quelles sont les fonctions des systèmes de membrane internes ( éléments du cytosquellette)

• Isolement des différentes fonctions de la cellule ← Compartiment structure-fonction / Isolement des réactions biochimiques de la cellule

• Augmentation de la surface de membrane ← Nombreuses enzymes cellulaires ont besoin d’un ancrage sur une membrane

• Création de gradients électrochimiques au sein des membranes

Comme communiquent les compartiments entre eux

Développement des systèmes de transports complexes entre compartiemnts cellulaires

Quelles conséquences ont eu les mutations sur l’evolution

• Peu d’évolutions : gènes conservés au coursde l’évolutions = gènes essentiels

• Fortes évolutions : gènes tolérants aux mutations et différence importante entre le gène humain et le gène de la levure

Qu’est-ce qu’une famille de gènes

Il s’agit d’une famille de plusieurs gènes identiques créée à partir d’un gène ancestral

Quel est sont les conséquences de ces familles de gènes

• Evolution indépendante de chaque copie de gène

• Aboutissemnt à plusieurs gènes apparentés ayant des fonction similaires

Exemple de la famille de l’actine : actine, Arp2, Arp3

De quand date le premier MO

Il date des années 1600

Date de naissance de la biochimie

Fin du 18e siècle

De quand date le MET

1930

Quand a eu lieu l’essor de la biologie moléculaire

1960-1970

En quoi consiste la biologie moléculaire

Elle consiste en l’étude des constituants de la celllule et son fonctionnement donc:

• ADN ← Génome = ensemble des gènes

• ARN ← Transcriptome = ensemble des ARNs messagers

• Protéine ← Protéome = ensemble des protéines (étude plus difficile)

Quel est le principe du séquençage de l’ADN

Le séquençage de l’ADN fait suite à l’amplification de la séquence d’intérêt par PCR. On marque chaque base avec une molécule fluorescente qui lui est spécifique. Ensuite la fluorescence est lu avec un séquenceur

Comment le séquençage d’ADN permet de détécter un cancer

L’analyse de la mutation mise en cause dans le cancer donne des informations sur le pronostic mais également la resistance à certains traitements

Exemple de l’analyse d’une cellule tumorale : séquençage d’un proto-oncogène

Quel codon est un codon d’initiation

Le codon ATG est un codon d’initiation qui code pour la Méthionine Q

Quels sont les codons STOP

Les codons STOP sont TAA, TAG, TGA

Quels sont les différents types de mutations et leurs conséquences

• Mutations silencieuse ← Pas de changement dans la composition des acides aminés

• Faux sens = Remplacement par un mauvais acide aminé ← Changement dans la composition de la protéine

• Non sens = Introduction prématurée d’un codon STOP ← Synthèse d’un protéine plus courte

Quel est l’objectif de l’analyse quantitative de l’ADN = Q-PCR

Son onjectif est la quantification de l’ADN présent avant la PCR par différentes formules mathématiques. A chaque réaction de PCR, on double la quantité d’ADN ← n cycles = 2^n copies

Comment on détecte la fluorescence pour une Q-PCR

Après chaque cycle, ajout d’un agent fluorescent comme le bromure qui ne fluoresce qu’une fois complexé à un double brin d’ADN ← Proportionnalité directe entre le nombre de copies de la séquence étudiée et le niveau de fluorescence

Comment est utilisé le Q-PCR dans le suivi d’un patient chroniquement infecté avec le virus de l’hépatite B (VHB, virus à ADN)

• Necessité d’une prise de sang mensuelle chez le âtient chronique pour le suivi du traitement

• Réalisation d’un Q-PCR sur le génome viral : détermination du nombre de particules virales par mL de sang chez le patient en fonction de la quantité d’ADN ← 1 copie = 1 virus infectieux et détermination de la charge virale

• Evaluation de l’éfficacité du traitement lors de sa mise en place

Quels sont les différents cas lors de l’évaluation de l’efficacité du traitement contre l’hépatite B

• Réponse efficace : charge virale quasi-nulle

• Réponse nulle ou partielle : baisse de charge virale voir nulle ← Necessité de changer de traitement

• Rechute : augmentation de la charge virale

Quelles peuvent être les raisons d’une rechute

Lors d’une rechute soit le patient a arrêté son traitement soit le virus a muté et résiste alors il faut donc changer le traitement

Quelles sont les méthodes qui permettent d’étudier l’ARN et expliquer

Les méthodes qui permettent l’étude de l’ARN sont la transcription inverse et la RT-PCR quantitative

En quoi consiste la Transcription inverse

• Extraction des ARNs ← ARN non purifiable donc très fragile ce qui rend la PCR impossible dessus

• Utilisation d’une reverse transcriptase afin d’obtenir d’ADNc (complémentaires) plus stables et manipulable que l’ARN

• Réalisation de techniques relatives à l’ADN comme si c’etait de l’ADN normal

• Transcription inverse : enzyme présente chez les rétrovirus (HIV)

En quoi consiste la RT-PCR

Transcription inverse + PCR = RT-PCR

Cette méthode mesure le niveau d’expression des gènes ← l’étude des ARNs messagers reflète l’activité cellulaire

Comment les méthodes de quantification des gènes sont utilisés dans les cas de cancers

On mesure le niveau d’expression des proto-oncogènes ce qui permet de révéler la duplication de certains gènes impliqués dans les cancers ← la connaissance de la surexpression de protéines et de gènes permet d’ajuster le traitement et de suivre l’évolution du cancer

Quelles sont les avantages du séquençage haut debit ou séquençage nouvelle génération

• Séquençage très rapide et efficace car c’est le séquenceur qui travaille

• Fonctionne pour l’ARN et l’ADN

• Permet en une seule fois de séquencer l’ensemble des gènes d’un organisme

Quelles sont les types d’études faites grâce au séquençage au débit

• Etudes quantitatives ← Séquençage, Mutations et Altérations génomiques et transcriptomiques

• Etudes quantitatives ← Niveau d’expression d’un panel de gènes : sous-expression ou sur-expression en fonction du type cellulaire

Comment fonction le séquençage haut débit

• Extraction de l’ADN de plusieurs cellules

• Fragmentation de l’ADN

• Séquençage de chaque fragment

• Bio-informatique : reconstruction du génome séquencé

• Comparaison avec une séquence de référence : génome connu

• Recherche de mutations impliquées dans un cancer

OU

• Absence de séquence de référence : génome inconnu

• Reconstruction de novo d’un nouveau génome

• Caractérisation d’un nouvel organisme

Expliquer les debuts de la microscopie

Les début de microscopie remonte au 17e siècle grâce lorsque Hooke observe de petits espaces délimités qu’il nomme “cellules” sur une coupe de liège. La performance des microscopes est ensuite améliorés par Van Leeuwenhoek

La microscopie a permis l’émergence de quelle théorie

Elle a permis l’émergence de la théorie cellulaire de Schleiden et Schwann en 1839 selon laquelle '“tous les êtres vivants sont constitués de cellules”

Quelles sont les avantages de la microscopie optique

• Obtention d’images en couleurs

• Préparation plus simple et rapide

• Pouvoir de pénétration important

• Observations possibles de cellules vivantes ou mortes et en déplacement

Quelles sont les différents types de microscopie optique

• Classique

• Confocale

• Contraste de phase

Quand est-ce qu’on utilise la microscopie optique classique

On l’utilise dans l’étude des tissus (histologie) ← Observations de l’organisation des tissus et des différents types cellulaires

Qu’est ce que la microscopie optique confocale et que peut-on observer

Il s’agit de la microscopie à fluorescence le plus développé et le plus puissant par laquelle on peut observer des cellules mortes ou vivantes

Qu’est ce que la microscopie optique à contraste de phase et que peut-on observer

Il s’agit de la microscopie basée sur le decalage de phase : création de contraste au sein des structures, par laquelle on peut observer directement des cellules vivantes sans modification de la cellule

Quelle est le principe l’immunomarquage

L’immunomarquage est basé sur la reconnaissance spécfique d’une protéine grâce à des anticorps

Expliquer comment fonctionne l’immunomarquage

• Reconnaissance de la protéine ciblée par un anticorps primaire

• Liaison d’un multitude d’anticorps secondaires spécifiques du domaine du premier anticorps et couplés à un marqueur observable au microscope

• Permet l’amplification de la reconnaissance de la protéine par augmentation de la concentration de marqueur

Quelles sont les différents types de marqueur utilisés en immunomarquage

• Immuno-peroxydase ← Révélation de la réaction enzyme-substrat par ajout de substrat incolore qui sera transforme en produit coloré (utilisé en microscopie classique

• Immuno-fluorescence ← Marqueur fluorescent excité à une longueur d’onde spécifique et rééemet une autre longueur d’onde spécifique ( l’excitation se fait toujours à une longueur d’onde plus petite que la lumière qui est réémise par la molécule fluorescente)

• Immunogold ← Utilisation de billes d’or opaques aux électrons (utilisé en microscopie électronique)

A quoi sert d’observer en co-marquage en immuno-fluorescence

Cela permet de localiser les composants cellulaires les uns par rapport aux autres:

• Marquage de l’ADN au DAPI ← Excitation sous lumière UV et emission en bleu

• Marquage d’une protéine cytosolique par la fluorescéine (FITC) ← Excitation en lumière bleu et émission en vert

• Marquage d’une protéine membranaire par la rhodamine ← Excitation en lumière verte et émission en rouge

En quoi la microscopie confocale est le summum de la microscopie à fluorescence

Il s’agit du summum de la microscopie à fluorescence car elle combine le co-marquage en immunofluorescence avec la réalisation de tranches optiques et utilise des lasers et des lentilles très performants

Quel type d’image est obtenue à partir de la microscopie confocale

Cette microscopie permet la réalisation d’image dans toute l’épaisseur de la cellule et un empilement d’images qui sont ensuite associées en 3 dimensions

Quelle est la source du microscope électronique

Sa source est un faisceau d’électrons incidents

Quels types d’électrons sont observés en MET et en MEB

En MET on observe les électrons transmis ayant traversé l’échantillon et en MEB les électrons secondaires

Quelles types d’images sont obtenus en ME

En ME on obtient des images monochromes ← les électrons n’ont pas de couleur

En MET quels électrons sont observés

On observe les électrons qui sont passé au travers de l’échantillon ← les électrons issus de la diffraction ne sont pas observés

Comment sont réalisés les coupes ultrafines

Les coupes ultrafines de 100 à 200 nm d’épaisseur sont réalisés grâce à un ultramicrotome

En MET, comment on augmente les contrastes entre les différentes structures

On augmente le contraste en utilsant des agents de contraste comme les sels de métaux lourds tels que le tétraoxyde d’osnium, l’acétate d’uranyle ou encore le citrate de plomb

Quels types d’images sont obtenues par MEB

On obtient des images 3D ← Balayage régulier de l’échantillon et récupération des électrons secondaires

Quel structure peut on observer grace au MEB

On observe la strcuture externe de l’objet étudié

Comparez la MET et la MEB

• Résolution plus faibke de la MEB ← absence de l’observation de l’ultrastructure

• Utilisation de la MEB plus aisée ← pas nécessaire de réaliser des coupes ultrafines