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HYALOPLASME
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- QCMs de CONCOURS
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HYALOPLASME. DEFINITIONS

1. Définitions

C’est la substance fondamentale de la cellule qui représente 50 – 60% du volume cellulaire. Le hyaloplasme est également appelé cytosol.

C’est une solution aqueuse complexe (cytosol) consolidée par un réseau de filaments protéiques: le cytosquelette.

Cytoplasme = hyaloplasme + organites (sans le noyau)

2. Composition chimique du cytosol

- Eau: 70%
- Protéines: 15-20%
- ARNm et ARNt
- Divers solutés: sucres solubles, acides aminés, nucléotides, composés organiques, ions…
- pH 7 (cellule animale) et pH 5,5 à 6 (cellule végétale)

3. Réserves granulaires du hyaloplasme

- Réserves de glucose: particules de glycogène (polymère de glucose) dans les cellules animales

- Réserves de lipides: globules lipidiques observés dans les cellules animales et cellules végétales.

4. Cytosquelette : Ensemble de protéines fibreuses, uniquement chez les eucaryotes.

- Trois réseaux de filaments sont identifiables au ME et en immunofluorescence chez les cellules animales:

--- Microfilaments.
--- Filaments intermédiaires.
--- Microtubules.

- De très nombreuses protéines accessoires:
--- liaison filament - filament.
--- liaison filament - autres composants de la cellule.

Le cytosquelette est en mouvement permanent toute la vie de la cellule.





Lien QCM:
Cytosquelette QCM

Lien Vidéo:
https://youtu.be/3xbAYHjzYvI

Quel est le rôle du cytosquelette ?

1. Défense contre les agressions mécaniques,
2. Maintien de la forme de la cellule,
3. Mouvements cellulaires (spermatozoïde, fibroblaste, … )
4. Implication dans les mécanismes d'adhésion cellulaire.
5. Division cellulaire (fuseau + anneau actine cytodiérèse)
6. Transports intra cytoplasmiques (vésicules le long neurotubules)
7. Protection de la membrane plasmique
8. Contraction musculaire
9. Organisation de des composants cellulaires

4.1. Microfilaments d'actine (instables)

Les microfilaments comme les microtubules ont une structure polarisé, l’extrémité positive (+) des microfilaments s’allonge plus rapidement que l’extrémité négative (-).



Les microfilaments d'actine sont des fibres fines contractiles, organisées en faisceaux de 7 à 8 nm d’épaisseur, constituées d’une protéine globulaire: l’actine G.

Elles sont souvent localisées dans le cortex (près de la membrane plasmique).

Elles existent dans toutes les cellules animales, particulièrement abondantes dans les cellules musculaires (myofilaments) et les microvillosités de l’épithélium intestinal où elles jouent un rôle de soutien et de mouvement cellulaire.

Elles sont relativement instables (labiles): peuvent s’allonger ou se raccourcir assez rapidement.

L'actine est une protéine constituée d'un polypeptide de 375 acides aminés. Dans la cellule, elle existe sous deux formes:
1/ Actine G (Globulaire), monomérique et soluble en solution aqueuse. Elle existe sous 3 isoformes:
- l’actine α présente dans les fibres des muscles striées et les cellules des muscles lisses.
- L’actine β dans les cellules non musculaires.
- L’actine γ dans les cellules non musculaires.

2/ Actine F (Filamenteuse) qui est un polymère d'actine G.
Le monomère d'actine G est associé à un nucléotide de type ATP ou ADP et un cation divalent comme le magnésium ou le calcium. En l'absence de ces deux cofacteurs, l'actine se dénature facilement.



La polymérisation de l'actine globulaire (Actine G) en actine filamenteuse (Actine F) est précédée par la fixation de l'ATP sur l'actine (activation). Une fois les filaments sont formés, il y'a hydrolyse de l'ATP en ADP.



Cinétique de l'assemblage:

- Phase de latence (= nucléation)
- Phase d'élongation
- Phase d'équilibre (association)

Protéines associées aux microfilaments d'actine:

Ces microfilaments sont associés à plusieurs types de protéines accessoires dont:

Protéines de réticulation:

--- Fimbrine: maintien des filaments serrés d'actine fasciculée.
--- Actinine alpha: liant 2 filaments entre eux.
--- Filamine: empêche le changement de l'actine réticulée en actine fasciculée.
--- Villine: maintien les filaments serrés d'actine fasciculée.



--- Spectrine: accrochage du microfilament d'actine à la membrane plasmique.



Protéines de stabilisation:

--- Troponine.
--- Tropomyosine (stabilisation et régulation)



La troponine est un complexe de trois protéines (TnI, TnC, TnT). Elle est retrouvée en association avec la tropomyosine.
Ces complexes protéiques stabilisent les filaments d’actine et préviennent leur fragmentation

Protéines de plymérisation:

Ces protéines peuvent accélérer ou inhiber la polymérisation de l'actine, déterminant ainsi la longueur et la densité des filaments.
Dans la cellule, la polymérisation des filaments d’actine est contrôlé par des protéines capables de lier l’actine-G ou F. Ces protéines sont de quatre types:
- Les protéines de nucléation
- Les protéines de séquestration des monomères d’actine-G
- Les protéines de coiffage
- Les protéines de fragmentation

Protéines de nucléation:

Ces protéines créent un noyau de nucléation qui permettent d’initier la polymérisation de l’actine-G en microfilaments. Dans la cellule, il en existe plusieurs types:
- Le complexe Arp2/3 (actin-related protein 2/3). Il est composé de sept sous-unités protéiques, dont Arp2, Arp3 et cinq autres (p16, p20, p21, p34 et p40).
- La formine.

Protéines motrices:

Les myosines sont une famille de protéines (14 membres) composées de chaînes lourdes et de chaînes légères sous forme monomérique ou dimérique

--- Myosine:









Dans le cas des cellules végétales chlorophylliennes, la myosine XI se fixe par une extrémité à la membrane des chloroplastes et parcourt l’actine par son autre extrémité. C’est le mouvement de cyclose.



Fonctions des microfilaments:

- Dans les tissus musculaires, les microfilaments d’actine sont associés avec les filaments de myosine constituant le sarcomère. Le sarcomère est l’unité de base des myofibrilles de la cellule musculaire striée, responsable de la contraction musculaire.

- Rentrent dans la structure jonctions cellule-cellule (Ex :zonula adhérens) et cellule-matrice (contacts focaux).



- Possèdent un rôle mécanique : au niveau des microvillosités, ils forment les faisceaux non contractiles qui maintiennent la structure. Ex : des bordures en brosse des entérocytes.

- Sont responsables de la mobilité et les déformations cellulaires : elles impliquent le couple actine/myosine et sont mises en oeuvre lors de la contraction des cellules musculaires ou lors du repliement des épithéliums, phénomène fréquent lors de l’embryogenèse.

- Rôle dans les mouvements intra-cellulaire. La polymérisation de l’actine va entrainer les mouvements des vésicules d’endocytose et des organites intra-cellulaires.

- Déplacement (locomotion) des cellules (Protozoaires, cellules immunitaires.

- Formations de cellules filles , suite à la division cellulaire (Cytodièrère ou cytociènèse). Cytodiérèse = partage de cytoplasme, Cytociénèse = division physique d'une cellule mère en deux cellules filles.



4.2. Filaments intermédiaires ou tonofilaments (stables)

Ce sont des fibres de 8 à 12 nm d’épaisseur, constituées de protéines fibreuses sous forme de monomères qui diffèrent selon le type cellulaire (ex: kératine). Ils existent en particulier dans les cellules épidermiques et les cellules nerveuses (neurofilaments).
Ils sont relativement stables par rapports aux microfilaments d'actine et microtubules.




Mécanique des filaments intermédiaires
- Un filament intermédiaire = 32 hélices
- Nombreuses liaisons latérales hydrophobes
- Faciles à plier mais difficiles à rompre



Fonctions des filaments intermédiaires:

- Les filaments intermédiaires sont des structures stables et résistantes, ils interviennent dans la forme du cytosquelette et de la cellule. Maintien de la forme cellulaire (Vimentines)

- Ils rentrent dans la formation des jonctions qui sont nombreuses dans les cellules épithéliales : desmosomes, hémidesmosomes.



- Au niveau du noyau cellulaire les lamines nucléaires forment un feutrage observable sur la face interne de l’enveloppe nucléaire : la lamina : Ces lamines sont fortement remaniées au moment de la mitose ; permettant la disparition puis la reconstitution de l’enveloppe nucléaire.

- Formation de cheveux et des ongles (kératines).



4.3. Microtubules (instables)

Structures tubulaires linéaires de 25 nm de diamètre, apparaissent sous forme de « rails » en coupe longitudinale et sous forme circulaire en coupe transversale.

- Le constituant principal est une protéine globulaire de 50 kDa: la globuline qui elle-même comprend 2 s/u: les tubulines α et β qui ont chacun un site de liaison pour un GTP.



- Les tubulines α et β constituent spontanément des filaments linéaires : protofilaments (cylindres de 25 nm).

- La paroi du microtubule est constituée de 13 protofilaments.



Ce sont des structures polaires avec une extrémité ou pole (+) (où s’effectue la polymérisation) dirigée vers la périphérie de la cellule et une extrémité ou pôle (-) (où s’effectue la dépolymérisation) associée au centrosome qui est un complexe protéique constitué de 2 centrioles.
Les microtubules sont des structures dynamiques : ils sont constamment en cours de polymérisation et de dépolymérisation.

Ces structures sont stabilisées par les MAP (microtuble-associated-proteins) qui sont regroupées dans 2 groupes :

- MAP2 et 4 ainsi que Tau (principalement dans les cellules nerveuses)



- Les protéines motrices : kinésines et dynéines qui assurent le transport des organites et des vésicules vers différents compartiments de la cellule en se déplaçant sur le microtubule :

- les kinésines se déplacent vers l’extrémité(+), vers la membrane plasmique,
- les dynéines vers l’extrémité (-), vers le noyau.

Ces protéines motrices utilisent l’énergie dérivée de l’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer.







Transport viral:

Pour les virus qui se répliquent dans le noyau, les nucléocapsides virales doivent entrer dans le noyau. Pour de nombreux virus à ADN, les nucléocapsides virales sont acheminées vers la zone périnucléaire par un transport médié par les microtubules. Dans ce processus, un moteur dynéine assure le mouvement des particules virales.

Rôle principal des microtubules = le trafic intracellulaire (= fonction motrice : exocytose et endocytose), c’est-à-dire le transport de vésicules, d’ARNm, de complexes chromosomes/protéines associées, de virus (HIV par exemple qui vont prendre les microtubules pour aller vers le noyau et se répliquer).

---- 4.1.1- LES STRUCTURES PLURITUBULAIRES

Ces structures sont constituées d’un assemblage de microtubules, ils comportent :
- neuf triplets de microtubules périphériques dans les centrioles et les corpuscules basaux.
- neuf doublets de microtubules périphériques et une paire de microtubules axiaux dans les cils et les flagelles.

--- LES CENTRIOLES ET LES CORPUSCULES BASAUX:
Ce sont des organites cylindriques de 400 nm de long pour 200 nm de diamètre dont la paroi est constituée de neuf triplets de microtubules.

---- 1 - Les centrioles:
Les centrioles sont présents dans la majorité des cellules animales, sous formes de deux cylindres en position perpendiculaire. L’ensemble est appelé diplosome.
Le diplosome correspond au centre cellulaire ou centrosome.



---- 2 - Les corpuscules basaux : (ou cinétosomes ou blépharoplastes):

Ils ont la même structure que les centrioles: 9 triplets périphériques (comme les centrioles).
Ce sont les sites d’ancrage des cils et des flagelles.



Principe de courbure des cils et flagelles:

(a) Glissement de 2 doublets de microtubules adjacents, les têtes de dynéine se déplacent de l’extrémité (+) vers l’extrémité (-) grâce à l’hydrolyse de l’ATP.
(b) Courbure des 2 doublets fixés par leur extrémité (-) au sein de l’axonème. Le mouvement des têtes de dynéine provoque la flexion de l’ensemble.
(c) La molécule de néxine agit comme un élastique, permettant le retour à la position initiale.



---- 4.3.2- Constitution des faisceaux de division:

Les protéines motrices jouent un rôle important au moment de la division cellulaire. Elles permettent le transport des chromosomes après leur division le long du fuseau achromatique.

Au cours de la mitose, le centrosome se duplique en 2 centrosomes fils : chaque centrosome devient un pôle du fuseau.
Le fuseau est constitué de deux types principaux de microtubules:
- les microtubules polaires (non rattachés aux chromosomes) et
- les microtubules kinétochoriens attachés aux kinétochores des chromosomes.







---- 4.3.3- Différenciation de la forme cellulaire

Le terme "différenciation" désigne l'ensemble des évènements qui transforment une cellule méristématique en cellule mature. La cellule acquiert donc la structure et la fonction qui seront les siennes, à l'état mature.

Les microtubules et les myofibrilles participent à l’orientation de l’allongement cellulaire lors de la différentiation.

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COMPARAISON des FILAMENTS DU CYTOSQUELETTE:

- Microfilament et Microtubules = protéines globulaires
- Filaments intermédiaires = protéines fibreuses.

Des dynamiques différentes selon le type de filaments:

- Les microfilaments sont moins dynamiques que les microtubules.
- Les filaments intermédiaires sont relativement stables.
- Les microtubules ont une instabilité dynamique.

5. Activités métaboliques du hyaloplasme

Cytosol: milieu aqueux riche en enzymes et millions de substrats qui subissent des modifications en chaîne constituant des voies métaboliques.

Ex: la glycolyse : dégradation de glucose-6P pour former deux molécules d’acide pyruvique.

Rappels

- ATP: adénosine-tri-phosphate (nucléotide), forme d’énergie directement utilisable par la cellule. Les deux derniers phosphates sont reliés à la molécule par des liaisons riches en énergie, sous l’action d’une enzyme ATPase. La réaction est réversible.

ATP : ADP + P + énergie - Co-enzymes transporteurs d’H2 :

• NAD+, NADP+:nicotinamide-adénine-dinucléotide (P): formes oxydées, accepteurs d’H2 • NADH,H+, NADPH,H+ : formes réduites, donneurs d’H2

Une co-enzyme (molécule non protéique) travaille en collaboration avec une enzyme en effectuant une fonction précise: ici le transport d’H2.



Le pyruvate produit par la glycolyse peut être utilisé de différentes manières :

- chez les animaux, en présence d'oxygène, il est oxydé et produit de l'eau et du CO2.

- Si l'oxygène est en quantité limitée, il est converti en lactate ou éthanol.

5. Les ribosomes

Ce sont des complexes ribonucléoprotéiques présents dans les cellules procaryotes et eucaryotes. Leur fonction est de synthétiser les protéines en décodant l’information contenue dans l’ARN messager. Ils sont constitués d’ARN ribosomique (65%) et de protéines (35%).



Ils se trouvent dans le cytoplasme, libres ou associés aux membranes du réticulum endoplasmique, à l’enveloppe nucléaire ou à la membrane interne de certaines bactéries ainsi que dans certains organites comme la mitochondrie.

Ils peuvent être isolés par fractionnement et sous-fractionnement :

• Broyage et fractionnement cellulaire : obtention des membranes (du RE par exemple).

• Addition d’un détergent dans le milieu : séparation entre les mb (microsomes lisses ) et les ribosomes.

• Diminution de la concentration de Mg 2+ dans le milieu : séparation des 2 sous-unités du ribosome.

QCMs DE CONCOURS

TESTS NOTES et CORRIGES:

- Test QCM corrigé 'Cytosquelette' sur site takween
- Test QCM corrigé 'Hyaloplasme, Cytosquelette' sur site takween

INFORMATIONS CONCOURS ---- EUCARYOTES-PROCARYOTES-VIRUS-MICROSCOPIE ---- MEMBRANE PLASMIQUE ---- HYALOPLASME ---- NOYAU ---- MITOCHONDRIE ---- MITOCHONDRIE et CHLOROPLASTE--- SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE ---