Introduction à la biologie cellulaire et à la biochimie -Fasel

De quoi une cellule est-elle constituée? (indiquer les proportions des constituants)

- 70-80% d'eau - 7% de molécules inorganiques et de petites molécules - 20% de macromolécules et de complexes macromoléculaires

Les organismes unicellulaires: sous quelle forme vivent-ils?

- de cellules regroupées en colonies, - de cellules qui sont en association avec d'autres organismes (ex: parasites protozoaires/malaria ou les bactéries fixant l'azote associées aux plantes, ou les bactéries dans le tube digestif des animaux).

Les monosaccharides? -Definition -sucres/saccharides les plus courants? -de quoi sont-ils constitués?

- unités monomériques des polysaccharides - hydrates de carbone, c'est-à-dire une combinaison de carbones liés covalemment avec l'eau dans un rapport 1:1 (1 C pour 1H20) -les pentoses (n = 5) et les hexoses (n = 6) sont les saccharides les plus courants. -constitués d'un groupement -OH et un groupement aldehyde ou cétone (aldose/cétose) ->ont donc les propriétés des alcools et des aldehydes ou des des alcools et des cétones.

Fonction des protéines?

-Mobilité - dystrophie musculaire -Transport d'éléments nutritifs à travers la membrane cellulaire - diabète -Communication - sclerose multiple -Hormones - hypo- et hyperthyroïdisme, hormone de croissance -Transport gazeux- hemoglobin - anémie (sickle cell disease) -Protection contre des agents infectieux - immunisation, vaccination -Fonction catalytique- site d'action - chimiothérapie ->PAS APPRENDRE par cœur les exemples mais savoir que la plupart des pathologies, des diagnostiques et traitements sont en relation avec la fonction des protéines.

Quels sont les 3 types de molécules principaux constituant la cellule?

1) L'eau, les ions et les petites molécules (nucléotides, acides aminés, sucres, lipides); 2) Les composés polymériques (résultant de liaisons covalentes entre des unités monomériques) : acides nucléiques, protéines, polysaccharides; 3) Les complexes supramoléculaires (résultant de liaisons nonconvalentes entre des composés polymériques) : complexe protéique, membranes, ribosomes, chromatine

Les trois types principaux de macromolécules dans une cellule sont des polymères résultant de liaisons covalentes entre unités monomériques : des quelles s'agit-il?

1) Les polysaccharides provenant d'hydrates de carbones (ou sucres, ou monosaccharides) 2) Les acides nucléiques provenant de nucleotides 3) Les protéines provenant des acides aminés

Mis à part le noyau, quelles autres organelles intracellulaires trouve-t-on dans les cellules eucaryotes?

1) Les vésicules de Golgi, pour le traitement et la modification des protéines; 2) Les vésicules de sécrétion, pour le transfert de matériel de la cellule vers l'extérieur; 3) Le lysosome, pour la dégradation de matériel intracellulaire indésirable; 4) Le peroxysome, pour "la détoxification" de molécules intracellulaires et de l'oxygène réactif; 5) La mitochondrie, pour générer de l'énergie à partir d'une source organique; 6) Les chloroplastes, pour générer de l'énergie à partir de la lumière.

Nommer les différents types de liaison.

1) Liaisons covalentes 2) Quatre types principaux d'interactions non-covalentes dans des systèmes biologiques : 2.1 Les liaisons ioniques 2.2 Les liaisons hydrogène 2.3 Les interactions de Van der Waals 2.4 Les interactions dues à l'effet hydrophobe

Qu'est-ce qu'une liaisons ou ponts hydrogène?

C'est lorsque un hydrogène partiellement chargé positivement dans une molécule polaire (comme l'eau) interagit avec une paire d'électrons non-liant venant d'un autre atome.

Qu'est que la liaison d'un monosaccharide avec plus de 2 autres monosaccharides génère-t-il en général?

Cela génère des polymères non-linéaires ramifiés. Comme le glycogène par exemple.

Rayon de Van der Waals?

Chaque atome a un rayon de van der Waals caractéristique, pour lequel l'interaction de van der Waals avec d'autres atomes est optimale. A une distance plus petite, il y a la répulsion de charge. (rayon de Van der Waals plus grand que le rayon de la liaison covalente)

Les organismes multicellulaires: comment vivent-ils? Ex?

Dans des organismes multicellulaires, les cellules sont fortement intégrées les unes aux autres et ont des fonctions spécialisées. Par exemple, les cellules de villi intestinaux, impliquées dans l'acquisition des nutriments par le sang à partir d'aliments digérés.

Où se trouve le matériel génétique d'une cellule procaryote? Et que dire de la localisation de ces composants macromoléculaires dans la cellule?

Dans le nucleoid, qui consiste en la molécule d'ADN chromosomique NON entouré par une membrane (=région irrégulière situé à l'intérieur des cellules procaryotes où tout ou presque tout le matériel génétique se trouve). Donc même sans membranes internes, il y a une localisation intracellulaire précise de composants macromoléculaires.

Comment est formé un disaccharide? Nommer les disaccharides importants.

Dans toute liaison glycosidique le groupement -OH en position 1 d'un sucre (dans la configuration a ou ß) est lié par déshydratation avec un -OH se trouvant en une autre position sur un autre sucre. Les liaisons glycosidiques sont par conséquent nommées : (ß1-4) pour le lactose (a1-2) pour le sucrose

La cellule: deux lignées?

Deux lignées: - lignée germinale (cell. sexuelles) - lignée somatique (cell. non sexuelles)

De quoi dépend la force relative des interactions entre deux ions? Donner un exemple.

Elle dépend de la concentration d'autres ions dans la solution: des concentrations hautes en NaCl perturbent les interactions ioniques de macromolécules

En solution aqueuse, les ions ne sont pas libres. Qu'est-ce qu'on entend par là? Et que faut-il faire pour que les ions puissent interagir avec des protéines?

En solution aqueuse, les ions sont hydratés, c'est-à-dire entourés par une cage de molécules d'eau. Il faut qu'une partie ou toutes les molécules d'eau soient enlevées pour que les ions puissent interagir réciproquement avec des protéines.

Comment est-ce que 2 protéines interagissent entre elles?

Grâce à des interactions non covalente: Van der Waals, ionique, (ponts hydrogènes, interactions hydrophobes) et à l'intérieur de la protéine, on a des liaisons covalentes entre les acides aminés qui composent les protéines.

Quels sont les atomes les plus communs dans les biomolécules? Indique le nombre de liaisons covalentes possibles qu'ils peuvent avoir.

H: 1 liaison covalente possible C:4, O:2, P: 5, S:2, 4, 6, N:3-4 -> Pour l'hydrogène, le carbone, l'oxygène et le phosphore, le nombre est fixé; pour le soufre il peut être de 2, 4, ou 6. L'azote, par la perte d'un électron, peut être sous forme d'ion d'ammonium (NH4 +), ce qui forme 4 liaisons covalentes.

Monosaccharides. Sous quelle forme le glucose-D peut-il exister?

Il peut exister sous 3 formes différentes: une structure linéaire, et deux formes en anneau (hémi-acétal), comportant soit 5 atomes (pyranose) soit 4 atomes (furanose).

Quel est le principe d'une liaison ionique?

Il s'agit de l'interaction d'une molécule chargé positivement (cation) avec une autre chargée négativement(anion). En>/= 1.7 (différence d'électronégativité entre les atomes)

Que peut-on dire de la rotation des atomes le long des liaisons simples et des liaisons doubles?

Il y a rotation libre d'atomes le long d'une liaison simple, tandis qu'il n'y a aucune rotation autour d'une double liaison (parce que la double liaison est plus rigide).

Comment les nucléotides sont-ils reliés pour former des acides nucléiques? Comment caractériser ce type de liaison?

Ils sont reliés par liaisons phosphodiesters. Ces liaisons sont très énergétique, du coup très stable et du coup l'ADN est très stable (si ce type de liaison se casse, cela donne beaucoup d'énergie). La liaison phosphodiester (dans l'ADN ou l'ARN) correspond au lien entre deux nucléotides par leurs carbones 3' et 5' du désoxyribose ou du ribose.

Quels sont les deux types d'acides nucléiques qui existent?

L'ADN : acide désoxyribo nucléique et l'ARN: acide ribonucléique

Où se trouve le matériel génétique d'une cellule eucaryotes?

L'ADN cellulaire est renfermé dans le noyau, qui est entouré par une membrane double.

Comment appelle-ton la force d'attraction d'un atome pour les électrons?

L'électronégativité

A quoi servent les reliques de virus présents dans notre génome? Donner un exemple

L'être humain ne contient pas seulement des bactéries et des virus mais également des reliques de virus jouant un rôle important dans le développement de l'embryon. En effet, ceux ci nous préviennent d'infections et de pathologies à l'état embryonnaire. Par exemple, les virus endogènes synthétisent une protéine syncytin qui provoque la fusion de cellules embryonnaires au niveau du placenta: le Syncitiotrophoblast est formé. Ce dernier limite les échanges entre la mère et l'embryon et bloque la formation des jonctions intercellulaires.

A quel moment la force d'une liaison hydrogène est-elle maximale?

La force de la liaison hydrogène est maximale quand elle est sur la même ligne que la liaison covalente. Cependant, des liaisons hydrogène non-linéaires peuvent toujours jouer un rôle très important dans la stabilisation de macromolécules.

A quel moment la force de liaison hydrogène est-elle maximale?

La force de la liaison hydrogène est maximale quand elle est sur la même ligne que la liaison covalente. Cependant, des liaisons hydrogène non-linéaires peuvent toujours jouer un rôle très important dans la stabilisation demacromolécules.

Qu'est-ce que la lactase? Quel rôle joue-t-il?

La lactase est une enzyme reconnaissant la structure spécifique du lactose et peut donc couper les liaisons glucose-galactose et permet donc la digestion du lait. L'intolérance au lactose n'est donc pas une allergie mais vient d'un manque de lactase ->on va mal couper la liaison

Comment caractériser la membrane nucléaire d'une cellule eucaryote?

La membrane est double; la membrane externe du noyau est continue avec la membrane du réticulum endoplasmique rugueux.

En quoi la nature de la liaison covalente (simple, double,...) est importante pour la structure secondaire des molécules? Donner l'exemple du carbone.

La molécule ne va pas adapter la même structure tridimensionnelle suivant quel type de liaison covalente elle fait. Ex. lorsque le C est lié à 4 atomes, il est au centre d'un tétraèdre (méthane, 4 liaisons simples) ->3 dimensions (utilité du C, si non tout serait à 2 dimensions). Lorsque le C possède une double liaison, toutes les liaisons se trouvent dans le même plan (formaldehyde, 1 liaison double et 2 liaisons simples).

En solution aqueuse, quelle est la forme la plus courante que le glucose prend? Pyranose ou Furanose?

La presque totalité des molécules de glucose en configuration cycliques prennent la forme pyranose. On a beaucoup plus de D-Glucopyranose que de D-Glucofuranose.

Qu'est-ce que la totipotence ?

La propriété d'une cellule de se différencier en n'importe quelle cellule spécialisée et de se structurer en formant un être vivant multicellulaire

Dire qc. sur le glycogène.

Le Glycogène est un très long polymère fortement ramifié de glucose. C'est un polymère de résidus de glucose liés par des liaisons a(1->4) glycosidiques a(1->6) glycosidiques aux sites de branchage. Le glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie et le muscle

A quoi sert le RER?

Le RER est une usine d'assemblage des protéines (par leur association avec les ribosomes).

Combien le corps humain possède-t-il de cellules? D'où viennent-elles?

Le corps humain contient 10^14 cellules, toutes originaires de la "fécondation" d'une seule cellule, l'ovule (200 micromètres de diametre), par une autre seule cellule, le spermatozoide.

Mis à part le glucose, quels sont les monosaccharides les plus courant? Et quelles sont les différences avec le glucose?

Le mannose et le galactose qui sont identiques au glucose excepté pour l'orientation du groupe -OH en position 2 (pour le mannose) ou en 4 (pour le galactose).

Dans l'échelle évolutive, on peut distinguer deux types cellulaires. Lesquelles? Et qu'est-ce qui les distinguent les unes aux autres?

Les Procaryotes: ont seulement une membrane cellulaire externe, sans membrane interne et une organisation intracellulaire relativement simple, sans noyau défini. Les Eucaryotes: ont des membranes internes et une organisation intracellulaire complexe comprenant de multiples organelles délimitées par des membranes y compris un noyau bien défini (contenant l'ADN).

Quelle est la particularité des cellules de la ligné somatique? Cette particularité n'est pas valide chez tous les types de cellules... lesquelles?

Les cellules de la lignée somatique d'un individu ont toutes le même patrimoine génétique nucléaire mais peuvent avoir des fonctions différentes (tissus, organes...). Ne concerne pas le cellules sexuelles, lymphocytes T et B suite à des réarrangements dans les gènes du récepteur des cellules T et des gènes des immunoglobulines.

La cellule: d'ou viennent les cellules?

Les cellules ne peuvent provenir que d'autres cellules par fusion de deux cellules progénitrices (reproduction) et/ou par division cellulaire

Quelles sont les cellules totipotence chez l'être humain? Quel est l'implication de cette propriété?

Les cellules totipotentes sont présentes que dans les premiers stades (jusqu'au stade 8). Le résultat peut être des individus génétiquement identiques, qui peuvent être originaires d'un seul ovule fécondé ("vrais jumeaux")ou d'ovules soumis à des manipulations expérimentales, y compris "la greffe de noyau" (transfert de cellules ou réimplantation)

Qu'est-ce que les forces de Van der Waals? Et quand sont-elles importantes?

Les interactions de van der Waals résultent de dipôles transitoires dans le nuage électronique de tous les atomes. Elles sont importantes pour l'interaction entre atomes de même électronégativité, ou pour des molécules non-polaires, comme les hydrocarbures.

Interactions hydrophobes?

Les interactions hydrophobes résultent de l'accumulation de molécules hydrophobes dans un environnement aqueux, réduisant ainsi le nombre des cages ordonnées d'eau autour de chaque molécule (avec en conséquence l'augmentation du désordre ou "entropie" ->énergétiquement favorable) "ce qui se ressemblent, s'assemblent"

Comment les unités monomériques se lient entre elles pour former des polymères?

Les liaisons covalentes entre les unités monomériques résultent d'une réaction de déshydratation (l'élimination d'une molécule d'eau)

Comparaison des forces de liaisons: covalentes et non covalentes

Les liaisons covalentes sont très stables parce que l'énergie demandée pour les rompre est élevée. La force de liaison (=énergie nécessaire pour casser une liaison) des liaisons non-covalentes est plus faibles que les liaisons covalentes.

En quoi les membranes jouent-elles un rôle clé pour l'évolution (pour permettre la vie)?

Les membranes, composées d'une bicouche lipidique amphiphile (avec une partie hydrophobe et une partie hydrophile) avec des protéines incorporées, sont les éléments clés qui: a) séparent la cellule de l'environnement qui l'entoure (protection + échanges entre les cellules) b) fournissent un moyen pour compartimenter divers composés et réactions différents .(noyaux, organelles, vésicules).

Une autre facon de modifier des monosaccharides? donner des exemples concrets

Les monosaccharides sont aussi modifiés par liaison covalente à d'autres molécules (phosphates, nucléotide, amine) ex. -glucose 6-phosphate: glucose lié à du phosphate ->modification du monosaccharide - UDP-galactose: activation d'un sucre pour réaction enzymatique, liaison phosphodiester: riche en énergie

Quels sont les 3 composés chimiques des nucléotides? Et ce sont les unités monomériques de quel type de polymère?

Les nucléotides sont formés d'un pentose (= monosaccharide à 5 carbones), un groupement phosphate et une base. Ce sont les unités monomériques des acides nucléiques.

Quelle est la définition de la cellule?

Les organismes vivants sont constitués d'une ou plusieurs cellules (unicellulaires ou multicellulaires). La cellule peut être définie comme une unité structurelle et fonctionnelle de base. C'est la plus petite unité qui montre des caractéristiques de vie comme la multiplication, la reproduction, un métabolisme(anabolisme/catabolisme) et des réponses à des stimuli externes.

Comment les polymères interagissent-ils entre eux? Avec quel genre de liaison? Donner un exemple.

Les structures complexes ou les polymères se lient entre elles par liaisons non-covalentes. Par exemple, l'ADN qui est chargé négativement peut se lier à des protéines (si celles-ci sont chargées positivement) par des liaisons ionique.

Comment appelle-t-on les différentes liaisons entre les unités monomériques qui amènent aux polymères principales: protéine, acide nucléique, polysaccharide?

Liaison amide ou peptidique pour assembler les acides aminés et former des protéines. Liaison ester pour assemble les nucléotides et former les acides nucléiques. Liaison glycosidique pour assembler les monosaccharides et former les polysaccharides.

Quand voit-on apparaître un moment dipolaire?

Lorsque, dans une molécule, le barycentre des charges négatives et le barycentre des charges positives ne coïncident pas.

Les cellules, peuvent-elles toutes se reproduire ou produire d'autres cellules?

Non pas toutes ->différenciation terminale

La virus, est-ce une cellule? Pourquoi?

Non, ce sont des parasites intracellulaires avec des acides nucléiques (ARN simple ou double brin et ADN simple ou double brin) qui sont capables de diriger leur propre réplication mais dont leur cycle de vie dépend de la machinerie cellulaire de la cellule hôte. Ils n'ont pas leur propre métabolisme.

(Que se passe-t-il si on casse l'équilibre bactérien du corps humain?)

On peut souffrir de pathologies (ex. obésité, réactions inflammatoires,...)

Comment les acides aminés sont-ils reliés entre eux pour former les protéines?

Par liaison peptidique/amide: groupe amino à gauche (-NH2) + groupe carboxylique à droite (-COOH) ->cela fait sortir une molécule d'eau (H2O).

Comment la base et le pentose sont-ils reliés dans un nucléotide?

Par une liaison bêta-N glycosidique (N pour azote)

Dans les anneaux de glucopyranose et de glucofuranose, le groupement OH en position 1 peut soit pointer vers le haut ou vers le bas. Comment appelle-t-on ces formes? Et comment sont-elles reconnues par les enzymes?

Pointe vers le haut: forme bêta Pointe vers le bas: forme alpha Ces formes sont reconnues par des enzymes différentes (une enzyme reconnaît une structure spécifique, ex. la lactase qui reconnaît le lactose et peut ainsi couper les liaisons glucose-galactose ->permet la digestion du lait)

Les organismes unicellulaire peuvent être des procaryotes ou des eucaryotes. Donner un exemple de chaque.

Procaryote: les bactéries Eucaryote: trypanosoma (parasite responsable de la maladie du sommeil)

Qu'est-ce qu'une liaison covalente polaire et une liaison covalente apolaire? Donne des exemples.

Si deux atomes ont une électronégativité différente (plus de 0.5), la liaison covalente entre eux est "polaire". La molécule résultante a une charge partiellement positive et négative. Les liaisons O-H sont polaires, alors que les liaisons C-C et C-H ne le sont pas.

Quelle est la différence entre une cellule totipotente et une cellule pluripotente?

Toti= toutes, pluri= plusieurs Les cellules totipotentes ont la capacité d'engendrer un organisme entier, ce qui n'est pas le cas des cellules pluripotentes qui peuvent se différencier en certaines cellules (ex. cellules souches embryonnaires). On peut donc réutiliser les cellules totipotentes pour pouvoir reproduire des organes (clônes)

Qu'est-ce qu'on appelle un organisme?

Un organisme est un ensemble d'éléments composant une structure fonctionnelle (=qui peut se reproduire et a son propre métabolisme).

Qu'est-ce qu'une liaison covalente?

Une liaison covalente entre deux atomes, résulte du partage: -d'une paire d'électron (liaison simple) ou - de plusieurs paires d'électrons (liaison double, triple)

Comment appelle-t-on autrement une liaison ionique?

Une liaison électrostatique

Quel est l'avantage des liaisons non-covalentes par rapport aux liaisons covalentes?

Vu qu'elles sont moins fortes, elles se cassent et se reforment plus facilement.

Comparaison de taille/échelle du vivant

atomes -> molécules -> macromolécules ->organites ->cellules -> tissus -> organes ->systèmes ->organisme liaisons C-C -> glucose ->hémoglobine -> ribosome ->mitochondrie ->bactérie ->cellules sanguines -> organismes multicellulaires ->bébé

Wiki) On dit que le glucose est un aldohexose. Pourquoi?

hexose: parce qu'il contient 6 C aldose: parce qu'a un groupe aldéhyde

Nommer quelques protéines et leur fonctions.

structure (kératine), mobilité/moteurs (actin, myosin), transport d'éléments nutritifs, communication et transmission de signaux, hormones, transport gazeux, protection contre des pathogènes (ex. immunoglobuline, un anticorps), enzymes (fonctions catalytiques, ex. kinase)

Quelle est l'organisation d'une cellule?

• Membrane plasmatique: barrière sélectivement perméable entre la cellule et l'environnement (réponse aux stimuli externes: récepteurs membranaires, régulation du transport, protège l'int. de l'ext.) • Le Noyau: centre régulatoire • Le Cytoplasme: fluides et organelles (tout sauf membrane et noyau)

Les protéines et les sucres peuvent être modifiés et ainsi former des structures complexes. Nommer quelques structures complexes.

• Phosphoprotéines, Glycoprotéines (protéines et hydrates de carbone) • Lipoprotéines (LDL-low density lipoprotéine: transport de lipides) • Hémoprotéines (ex. hémoglobine) • Lipopolysaccharides (composant essentiel de la membrane bactérienne) • Glycosylphosphatidylinositol (sucre/lipide)permettant l'ancrage de protéines dans la membrane cellulaire.

De quoi le microbiome humain est-il composé?

10^14 cellules accompagnées de 10^13 bactéries (microbiome) et de 10^14 virus (nanobiome). Les bactéries associées au corps humain sont estimées à 1-1.5 kg du poids moyen.

Diamètre de l'ovule?

200 micromètres

ATP qu'est-ce que c'est? à quoi ça sert?

C'est de l'adénosine triphosphate. Sert de stockage d'énergie.