Physiologie élémentaire de la cellule
Comme les vivants qu’elles constituent, les cellules :
- respirent
- se nourrissent
- communiquent
- se nettoient
- travaillent
Ensuite, elles pourront enfin se reproduire (ou pas) ! Puis mourir ... certaines dorment !
Les organismes eucaryotes respirent
Respirer est indispensable pour quasiment tous les organismes multicellulaires sur terre.
Dans le langage courant respirer est l’acte qui permet d'échanger des gaz entre l’intérieur de l’organisme et l’air ambiant extérieur pour renouveler l’oxygène et rejeter le dioxyde de carbone.
- animaux => entrée O2 et rejet d’eau et CO2
- végétaux chlorophylliens => l’inverse
Seuls, les parasites, les bactéries et récemment un cousin de la méduse n’utilisent pas d’oxygène pour vivre !
pour nos cellules, respirer c’est autre chose !
La respiration cellulaire
Les principaux lieux :
- mitochondries (cycle de Krebs) avec O2
- cytosol (fermentation) sans O2
C’est l’ensemble des procédés cellulaires qui convertissent l’énergie contenue dans le glucose en ATP.
=> successions de réactions chimiques essentielles pour la cellule afin qu’elle puisse :
- se développer
- synthétiser ses produits
- se reproduire
2 étapes : en fonction des besoins et de l’urgence d’obtenir de l’ATP
1 - La glycolyse (dégradation du glucose sans oxygène) => voie anaérobie alactique
=> dans le cytosol de la cellule
=> elle produit 2 molécules de pyruvate par molécule de glucose et 2 ATP
puis si l’oxygène est présent en quantité suffisante dans la cellule
1.2 - Le cycle de Krebs (dégradation du pyruvate en présence
d’oxygène)=> voie aérobie
=> le pyruvate est transporté vers les mitochondries où la chaîne
respiratoire le dégrade pour produire 34 ATP
2- La voie anaérobie lactique (fermentation)
Si la cellule ne contient pas suffisamment d’oxygène, le pyruvate reste en partie dans le cytosol.
Cette fraction est convertie en acide lactique puis éjecté hors de la cellule.
L’acide lactique gagne la circulation sanguine.
Le foie le transforme en glucose (néoglucogenèse). Le cerveau et les muscles s’en servent comme substrat énergétique.
Cette voie produit 2 ATP
=> voie plus rapide que la respiration cellulaire aérobie mais
beaucoup moins rentable et plus fatigable 2 ATP vs 34 ATP
La respiration cellulaire : cellule musculaire
Les voies anaérobies sont utilisées par la cellule musculaire lorsque l’effort est intense et rapide (voir par ailleurs : métabolisme du glucose)
Les besoins en ATP ne peuvent attendre le délai imposé par la chaîne respiratoire.
Les voies anaérobies sont vites épuisables.
Elles permettent des efforts intenses courts et peu reproductibles.
S’alimenter est un besoin physiologique pour chacune de nos cellules !
Les aliments et les liquides ingérés sont :
- mastiqués par la bouche
- micro-fragmentés dans l’estomac => nutriments
- stockés et absorbés par l’intestin
Les nutriments gagnent enfin le sang (ou pas !) la matrice extracellulaire. Les cellules n’ont plus qu'à se servir !
Les principaux nutriments
L’eau est partout !
- dans la cellule : elle baigne les composants
- hors de la cellule : elle baigne les cellules
=> matrice extracellulaire (MEC)
L’eau de la MEC contient les nutriments issus des artères.
L’eau de la MEC transportent les déchets issus des cellules. Ils seront éliminés par les veines et les capillaires lymphatiques.
Les lipides : composés d’acides gras (voir métabolisme des lipides)
AG poly-insaturés (oméga 3 et 6) sont dits essentiels car ils ne sont pas fabriqués par l’organisme.
=> composants nécessaires à la structure et au fonctionnement de la cellule
Les apports entre oméga 6 et 3 doivent être équilibrés pour la bonne santé cardio-vasculaire.
(voir cholestérol)
AG mono-insaturés sont dits non essentiels
=> huile olive-avocat-noix-graines
mais ils sont importants pour le bon fonctionnement du système nerveux
AG saturés sont dits néfastes
=> beurre-crème-fromage responsables du dépôt de lipides contre les parois des artères
Les lipides sont indispensables pour les cellules :
- transportent des vitamines
- structurent la cellule et ses organites - composent des hormones
- apportent de l’énergie
Les glucides ou sucres :
Le glucose est le pétrole brut de la cellule.
Il est transformé en essence (ATP) lors de la respiration cellulaire.
Avec les lipides et les protides, ils constituent le squelette des cellules.
Il est un constituant majeur de l’ADN (ribose).
Les acides aminés :
- composés organiques
- constituants des protéines pour 22 d’entre eux => 2ème masse du corps après l’eau
rôles : ils forment des protéines qui structurent les cellules, ils forment des hormones, des cellules sanguines. Ils permettent la transmission de l’influx nerveux.
9 sont dits essentiels (origine alimentaire unique)
Protides ou protéines : successions d’acides aminés liés
- présents partout des cheveux à la peau en passant par les muscles, les os
- forment le collagène :
l’un de nos principaux constituants
Les protéines : indispensables ou non ?
=> cela dépend des acides aminés qui les composent
Carence :
atrophie musculaire - gonflement - perte cheveux - altération de la peau - diarrhée - anémie
=> syndrome de malnutrition :
mort à court terme
1) Sources alimentaires en protéines :
- animales :
hautes qualités
=> grandes variétés de types => riches en vitamines B
- végétales :
=> moins variées
=> pauvres en de vitamines B supplémentation nécessaire
2) Les sels minéraux
Calcium - Phosphore - Potassium Sodium - Soufre - Magnésium
=> végétaux et eaux minérales
- maintiennent la pression dans la cellule, le pH - régulent des réactions chimiques
- composent les hormones, les enzymes ...
3) Les vitamines
Substances nécessaires en faible quantité Rôles essentiels
L’organisme n’en synthétise pas une quantité suffisante => apport alimentaire nécessaire
Elles ne sont pas stockées dans l’organisme
(sauf A - B12 - D => foie)
carences fréquentes => supplémentation +++
4) Les oligo éléments
Fer - Cuivre - Zinc ...
substances nécessaires en très faibles quantités => vie cellulaire - fabrication de l’ADN - ATP
Les excès et les carences sont toxiques
iode + => hypothyroïdie / iode - => infertilité
Plomb - Aluminium - Nickel sont aussi toxiques
La cellule rejettent des déchets, digérés par les lysosomes.
CO2 - Urée et Acide urique...
=> sang - lymphe
=> veines - lymphatiques
=> poumons-reins-peau
La cellule communique
La signalisation cellulaire :
- entre cellules voisines :
=> par contacts directs des membranes plasmiques : des ponts membraneux
=> par le passage direct de transmetteurs d’une membrane à sa voisine
- entre cellules distantes :
=> par l’intermédiaire de messagers qui voyagent jusqu’à la cible :
● hormones dans le sang
● vésicules se promenant entre les cellules
dans la matrice extracellulaire
Les activités coordonnées de nos milliards de cellules issues de différents systèmes permettent la réalisation de toutes nos actions (grandes ou petites).
De la locomotion à la cicatrisation en passant par la lutte contre les maladies...
La cellule se reproduit : le cycle cellulaire
Usée ou une fois sa durée limite de fonctionnement atteinte la cellule arrête de fonctionner.
La cellule mère se divise et laisse place à deux cellules filles identiques entre elles : la mitose.
La Mitose
=> cycle de division des cellules asexuées (toutes sauf cellules produites par les gonades)
=> division d’une cellule mère en deux cellules filles génétiquement identiques très fréquente chez l’enfant => croissance
La Méiose
=> cycle cellulaire des gonades (ovaires et testicules)
=> produit les gamètes (ovules et spermatozoïdes)
division réductionnelle car elle diminue le matériel génétique par 2
Les mitoses durent 1 à 4 h.
=> 1 milliard par jour et des erreurs !
des systèmes de contrôle existent lors du mécanisme de division cellulaire :
- réparent les erreurs
- stoppent le processus de division => (mort cellulaire)
il y a ainsi peu de conséquences
défaillances => maladies - cancers ...
Les cellules particulières
Les cellules souches :
dites indifférenciées
peuvent produire des cellules spécialisées
- embryonnaires => génèrent les cellules de tout l’organisme
- adultes => nichées dans des recoins => utilisées pour certaines réparations
Différentes cellules souches :
Totipotentes : 1ères issues de division de l’oeuf fécondé
=> peuvent se différencier en tous types de cellules
=> ne se renouvellent pas !
Pluripotentes : lignées suivantes après 5/7 j de vie chez embryon
=> même caractéristiques que les cellules totipotentes
chez l’adulte elles dorment (quiescentes) dans des recoins et sont sous le contrôle de l’immunité
=> mal utilisées => tissus anarchiques
Multipotentes : peuvent se différencier en 1 ou plusieurs types de cellules
=> se renouvellent chez l’adulte et se trouvent partout graisse - moelle osseuse - os - muscle...
=> régénèrent des membres complets uniquement chez le lézard-salamandre
Unipotentes : donnent un seul type de cellule => se renouvellent chez l’adulte
Les cellules musculaires satellites
cellules souches situées dans le muscles :
- résistantes
- quiescentes
Elles sont réveillées et activées en cas de lésions musculaires.
=> se déplacent, se différencient pour réparer les lésions (base du renforcement et de la cicatrisation musculaire)
=> se renouvellent
=> retournent dormir ...
Cellules neurales
Cellules neurales :
Longtemps considérées comme non divisibles après la naissance !!!
=> naissance : stock de neurones
Ceux qui ne sont pas utilisés dorment.
Ils s'éveillent pour remplacer les défunts ou sous l’effet des apprentissages.
depuis 2000 : la recherche a trouvé des cellules souches neurales isolées capables de produire du tissu nerveux !
En 2019 :
La recherche indique que la neurogenèse continue tout au long de la vie !
=> très lente 700 neurones nouveaux / jours
Mais la destruction s’accélère avec l’âge ! 20 000 décès par jour
=> déficit permanent
Chondrocytes => cellules cartilagineuses
Ils sont actifs jusqu’à la puberté, les chondrocytes adultes perdent la capacité de se renouveler !
Le cartilage est un tissu qui ne dispose pas d’alimentation en vaisseaux sanguins.
Alimenté et nettoyé par le liquide articulaire, il ne se renouvelle pas et s’use.
=> explication la plus probable de l’arthrose !
Les cellules qui nous constituent sont vivantes !
Elles respirent, s’alimentent, communiquent, se nettoient et vieillissent.
Elles travaillent pour l’organisme (synthèse chimique). Elles travaillent pour elles (synthèse d’ADN).
Puis elles se reproduisent pour former 2 nouvelles cellules.
Certaines ne font que travailler puis meurrent !
Nos cellules de sont pas disposées n’importe où !
Elles sont organisées entre elles pour former des groupes et des sous-groupes qui constituent les tissus.
Ces derniers en font de même et forment des organes...
...pour former notre espèce humaine faites d’individus d’aspects différents aux fonctionnement similaires.
Physiologie élémentaire de la cellule
Comme les vivants qu’elles constituent, les cellules :
- respirent
- se nourrissent
- communiquent
- se nettoient
- travaillent
Ensuite, elles pourront enfin se reproduire (ou pas) ! Puis mourir ... certaines dorment !
Les organismes eucaryotes respirent
Respirer est indispensable pour quasiment tous les organismes multicellulaires sur terre.
Dans le langage courant respirer est l’acte qui permet d'échanger des gaz entre l’intérieur de l’organisme et l’air ambiant extérieur pour renouveler l’oxygène et rejeter le dioxyde de carbone.
- animaux => entrée O2 et rejet d’eau et CO2
- végétaux chlorophylliens => l’inverse
Seuls, les parasites, les bactéries et récemment un cousin de la méduse n’utilisent pas d’oxygène pour vivre !
pour nos cellules, respirer c’est autre chose !
La respiration cellulaire
Les principaux lieux :
- mitochondries (cycle de Krebs) avec O2
- cytosol (fermentation) sans O2
C’est l’ensemble des procédés cellulaires qui convertissent l’énergie contenue dans le glucose en ATP.
=> successions de réactions chimiques essentielles pour la cellule afin qu’elle puisse :
- se développer
- synthétiser ses produits
- se reproduire
2 étapes : en fonction des besoins et de l’urgence d’obtenir de l’ATP
1 - La glycolyse (dégradation du glucose sans oxygène) => voie anaérobie alactique
=> dans le cytosol de la cellule
=> elle produit 2 molécules de pyruvate par molécule de glucose et 2 ATP
puis si l’oxygène est présent en quantité suffisante dans la cellule
1.2 - Le cycle de Krebs (dégradation du pyruvate en présence
d’oxygène)=> voie aérobie
=> le pyruvate est transporté vers les mitochondries où la chaîne
respiratoire le dégrade pour produire 34 ATP
2- La voie anaérobie lactique (fermentation)
Si la cellule ne contient pas suffisamment d’oxygène, le pyruvate reste en partie dans le cytosol.
Cette fraction est convertie en acide lactique puis éjecté hors de la cellule.
L’acide lactique gagne la circulation sanguine.
Le foie le transforme en glucose (néoglucogenèse). Le cerveau et les muscles s’en servent comme substrat énergétique.
Cette voie produit 2 ATP
=> voie plus rapide que la respiration cellulaire aérobie mais
beaucoup moins rentable et plus fatigable 2 ATP vs 34 ATP
La respiration cellulaire : cellule musculaire
Les voies anaérobies sont utilisées par la cellule musculaire lorsque l’effort est intense et rapide (voir par ailleurs : métabolisme du glucose)
Les besoins en ATP ne peuvent attendre le délai imposé par la chaîne respiratoire.
Les voies anaérobies sont vites épuisables.
Elles permettent des efforts intenses courts et peu reproductibles.
S’alimenter est un besoin physiologique pour chacune de nos cellules !
Les aliments et les liquides ingérés sont :
- mastiqués par la bouche
- micro-fragmentés dans l’estomac => nutriments
- stockés et absorbés par l’intestin
Les nutriments gagnent enfin le sang (ou pas !) la matrice extracellulaire. Les cellules n’ont plus qu'à se servir !
Les principaux nutriments
L’eau est partout !
- dans la cellule : elle baigne les composants
- hors de la cellule : elle baigne les cellules
=> matrice extracellulaire (MEC)
L’eau de la MEC contient les nutriments issus des artères.
L’eau de la MEC transportent les déchets issus des cellules. Ils seront éliminés par les veines et les capillaires lymphatiques.
Les lipides : composés d’acides gras (voir métabolisme des lipides)
AG poly-insaturés (oméga 3 et 6) sont dits essentiels car ils ne sont pas fabriqués par l’organisme.
=> composants nécessaires à la structure et au fonctionnement de la cellule
Les apports entre oméga 6 et 3 doivent être équilibrés pour la bonne santé cardio-vasculaire.
(voir cholestérol)
AG mono-insaturés sont dits non essentiels
=> huile olive-avocat-noix-graines
mais ils sont importants pour le bon fonctionnement du système nerveux
AG saturés sont dits néfastes
=> beurre-crème-fromage responsables du dépôt de lipides contre les parois des artères
Les lipides sont indispensables pour les cellules :
- transportent des vitamines
- structurent la cellule et ses organites - composent des hormones
- apportent de l’énergie
Les glucides ou sucres :
Le glucose est le pétrole brut de la cellule.
Il est transformé en essence (ATP) lors de la respiration cellulaire.
Avec les lipides et les protides, ils constituent le squelette des cellules.
Il est un constituant majeur de l’ADN (ribose).
Les acides aminés :
- composés organiques
- constituants des protéines pour 22 d’entre eux => 2ème masse du corps après l’eau
rôles : ils forment des protéines qui structurent les cellules, ils forment des hormones, des cellules sanguines. Ils permettent la transmission de l’influx nerveux.
9 sont dits essentiels (origine alimentaire unique)
Protides ou protéines : successions d’acides aminés liés
- présents partout des cheveux à la peau en passant par les muscles, les os
- forment le collagène :
l’un de nos principaux constituants
Les protéines : indispensables ou non ?
=> cela dépend des acides aminés qui les composent
Carence :
atrophie musculaire - gonflement - perte cheveux - altération de la peau - diarrhée - anémie
=> syndrome de malnutrition :
mort à court terme
1) Sources alimentaires en protéines :
- animales :
hautes qualités
=> grandes variétés de types => riches en vitamines B
- végétales :
=> moins variées
=> pauvres en de vitamines B supplémentation nécessaire
2) Les sels minéraux
Calcium - Phosphore - Potassium Sodium - Soufre - Magnésium
=> végétaux et eaux minérales
- maintiennent la pression dans la cellule, le pH - régulent des réactions chimiques
- composent les hormones, les enzymes ...
3) Les vitamines
Substances nécessaires en faible quantité Rôles essentiels
L’organisme n’en synthétise pas une quantité suffisante => apport alimentaire nécessaire
Elles ne sont pas stockées dans l’organisme
(sauf A - B12 - D => foie)
carences fréquentes => supplémentation +++
4) Les oligo éléments
Fer - Cuivre - Zinc ...
substances nécessaires en très faibles quantités => vie cellulaire - fabrication de l’ADN - ATP
Les excès et les carences sont toxiques
iode + => hypothyroïdie / iode - => infertilité
Plomb - Aluminium - Nickel sont aussi toxiques
La cellule rejettent des déchets, digérés par les lysosomes.
CO2 - Urée et Acide urique...
=> sang - lymphe
=> veines - lymphatiques
=> poumons-reins-peau
La cellule communique
La signalisation cellulaire :
- entre cellules voisines :
=> par contacts directs des membranes plasmiques : des ponts membraneux
=> par le passage direct de transmetteurs d’une membrane à sa voisine
- entre cellules distantes :
=> par l’intermédiaire de messagers qui voyagent jusqu’à la cible :
● hormones dans le sang
● vésicules se promenant entre les cellules
dans la matrice extracellulaire
Les activités coordonnées de nos milliards de cellules issues de différents systèmes permettent la réalisation de toutes nos actions (grandes ou petites).
De la locomotion à la cicatrisation en passant par la lutte contre les maladies...
La cellule se reproduit : le cycle cellulaire
Usée ou une fois sa durée limite de fonctionnement atteinte la cellule arrête de fonctionner.
La cellule mère se divise et laisse place à deux cellules filles identiques entre elles : la mitose.
La Mitose
=> cycle de division des cellules asexuées (toutes sauf cellules produites par les gonades)
=> division d’une cellule mère en deux cellules filles génétiquement identiques très fréquente chez l’enfant => croissance
La Méiose
=> cycle cellulaire des gonades (ovaires et testicules)
=> produit les gamètes (ovules et spermatozoïdes)
division réductionnelle car elle diminue le matériel génétique par 2
Les mitoses durent 1 à 4 h.
=> 1 milliard par jour et des erreurs !
des systèmes de contrôle existent lors du mécanisme de division cellulaire :
- réparent les erreurs
- stoppent le processus de division => (mort cellulaire)
il y a ainsi peu de conséquences
défaillances => maladies - cancers ...
Les cellules particulières
Les cellules souches :
dites indifférenciées
peuvent produire des cellules spécialisées
- embryonnaires => génèrent les cellules de tout l’organisme
- adultes => nichées dans des recoins => utilisées pour certaines réparations
Différentes cellules souches :
Totipotentes : 1ères issues de division de l’oeuf fécondé
=> peuvent se différencier en tous types de cellules
=> ne se renouvellent pas !
Pluripotentes : lignées suivantes après 5/7 j de vie chez embryon
=> même caractéristiques que les cellules totipotentes
chez l’adulte elles dorment (quiescentes) dans des recoins et sont sous le contrôle de l’immunité
=> mal utilisées => tissus anarchiques
Multipotentes : peuvent se différencier en 1 ou plusieurs types de cellules
=> se renouvellent chez l’adulte et se trouvent partout graisse - moelle osseuse - os - muscle...
=> régénèrent des membres complets uniquement chez le lézard-salamandre
Unipotentes : donnent un seul type de cellule => se renouvellent chez l’adulte
Les cellules musculaires satellites
cellules souches situées dans le muscles :
- résistantes
- quiescentes
Elles sont réveillées et activées en cas de lésions musculaires.
=> se déplacent, se différencient pour réparer les lésions (base du renforcement et de la cicatrisation musculaire)
=> se renouvellent
=> retournent dormir ...
Cellules neurales
Cellules neurales :
Longtemps considérées comme non divisibles après la naissance !!!
=> naissance : stock de neurones
Ceux qui ne sont pas utilisés dorment.
Ils s'éveillent pour remplacer les défunts ou sous l’effet des apprentissages.
depuis 2000 : la recherche a trouvé des cellules souches neurales isolées capables de produire du tissu nerveux !
En 2019 :
La recherche indique que la neurogenèse continue tout au long de la vie !
=> très lente 700 neurones nouveaux / jours
Mais la destruction s’accélère avec l’âge ! 20 000 décès par jour
=> déficit permanent
Chondrocytes => cellules cartilagineuses
Ils sont actifs jusqu’à la puberté, les chondrocytes adultes perdent la capacité de se renouveler !
Le cartilage est un tissu qui ne dispose pas d’alimentation en vaisseaux sanguins.
Alimenté et nettoyé par le liquide articulaire, il ne se renouvelle pas et s’use.
=> explication la plus probable de l’arthrose !
Les cellules qui nous constituent sont vivantes !
Elles respirent, s’alimentent, communiquent, se nettoient et vieillissent.
Elles travaillent pour l’organisme (synthèse chimique). Elles travaillent pour elles (synthèse d’ADN).
Puis elles se reproduisent pour former 2 nouvelles cellules.
Certaines ne font que travailler puis meurrent !
Nos cellules de sont pas disposées n’importe où !
Elles sont organisées entre elles pour former des groupes et des sous-groupes qui constituent les tissus.
Ces derniers en font de même et forment des organes...
...pour former notre espèce humaine faites d’individus d’aspects différents aux fonctionnement similaires.
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