La division cellulaire et mitose

La division cellulaire et mitose

les étapes de la division cellulaire

Lorsque la cellule ne se divise pas, elle est dite en interphase, avec un noyau de structure « classique », bien délimité par une enveloppe nucléaire, et un matériel génétique relativement homogène sous forme de chomatine.

Enfin, les deux lots de chromosomes se décondensent et reviennent à l’état de chromatine pour former deux noyaux dans les deux futures cellules filles au cours de la télophase.

La cellule se scinde alors en deux : c’est la cytodiérèse Lorsque la cellule entre en division, les principales modifications sont observables au niveau de son noyau : l’enveloppe nucléaire s’estompe et la chromatine commence à se condenser sous forme de filaments plus ou moins épais. A cette étape, la cellule est en prophase

 

Au cours de la phase suivante, appelée métaphase, le matériel génétique est condensé au maximum sous forme de « bâtonnets ». Ces structures sont les chromosomes et sont, à ce stade, alignés sur un axe qui correspond à l’équateur de la cellule.

 

 Puis les chromosomes se scindent en deux lots identiques qui migrent vers les pôles opposés de la cellule : c’est l’anaphase

Ainsi, à l’issue de la division cellulaire ou mitose, les deux cellules

filles possèdent le même équipement chromosomique qui est , comme

nous le verrons dans la troisième partie de ce chapitre, le même que celui de la cellule mère.

PEROXYSOMES

PEROXYSOMES

INTRODUCTION

Terme issu du latin : per : grande quantité, du grec oxus : pointu et sôma : corps. Peroxysome signifie exactement corps de peroxyde suite à leur capacité à produire du peroxyde d'hydrogène, ou eau oxygénée H2O2. Il s'agit de particules présentes à l'intérieur du cytoplasme des cellules animales mais également des cellules végétales. Ce sont des sacs membraneux comme les vésicules et contenant des enzymes puissant qui utilisent l'oxygène pour neutraliser de nombreuses substances nuisibles ou toxiques à la cellule comme entre autres l'alcool et le formaldéhyde. Ces enzymes servent également à oxyder certains acides gras à longue chaîne. Le rôle plus important des peroxysomes est la neutralisation des radicaux libres qui sont des substances chimiques très réactives comportant des électrons non appariés (ne se déplaçant pas vers d'autres molécules pour former des couples). Ces électrons non appareillés sont également susceptibles de semer le désordre dans la structure des protéines, des acides nucléiques (ADN ou ARN) et des lipides. Les peroxysomes sont particulièrement fréquents dans les cellules hépatiques (du foie) et des reins et tout particulièrement des tubes rénaux. Dans ces tissus, ils contribuent très activement à la détoxification. Les peroxysomes jouent un rôle dans la dégradation du peroxyde d'hydrogène (oxygéné) mais également dans la régulation énergétique de la cellule, la synthèse des acides aminés qui sont les éléments de base constituant une protéine et enfin dans l'oxydation des acides gras. Ce peroxyde d'hydrogène est le résultat de l'action des peroxysomes qui s'attaquent aux radicaux libres comme l'ion super oxyde (O2-) et le radical hydroxyle (-OH).

Les peroxysomes ont la capacité de se reproduire d'eux-mêmes en se scindant simplement en deux, c’est à dire ils bourgeonnent à partir d'un peroxysome pré-existant et ils sont dégradés par autophagie.

Ces Peroxysomes sont des vésicules n'appartenant pas au système endomembranaire, constitués d'une seule membrane qui va délimiter une matrice. Les peroxysomes sont organisés en réseau à l'intérieur de la cellule. Ils assurent des réactions d'oxydation en deux étapes : la première est de consommer de l'oxygène et de produire du peroxyde d'hydrogène, la seconde étant de consommer ce peroxyde d'hydrogène par des enzymes spécifiques que sont les Catalases, et cette deuxième étape s'appelle la Détoxification.

Les peroxysomes nécessitent l'importation de l'ensemble de leurs constituants. Ils se déplacent le long du cytosquelette.

Une des pathologies liées aux peroxysomes est la maladie de zellweger, de Refsum et

l'adrénoleucodystrophie. C'est à travers ces différentes pathologies que l'on conçoit l'importance du rôle des peroxysomes. En effet leur absence par suite d'une anomalie génétique à l'origine de ces maladies, entraîne la mort en bas âge.

A) MORPHOLOGIE

Les peroxysomes sont présents dans toutes les cellules eucaryotes. Ils sont constitués d'une membrane simple de type bicouche lipidique, permettant de former une matrice. Ils sont

visibles uniquement en microscopie électronique. A l'intérieur de cette matrice, il existe un noyau cristallin qui apparaît dense aux électrons. C'est ce noyau cristallin qui contient les enzymes oxydatives.

Ces Peroxysomes ont une structure ovalaire ou sphérique dont la taille varie de 0,2 à 0,5 μm en fonction de leur activité. Le nombre de peroxysomes par cellule va dépendre à la fois du type de la cellule, et dans une même cellule, va dépendre de l'activité de cette cellule. Deux tissus sont riches particulièrement en Peroxysomes : le système nerveux et le tissu hépatique.

Dans les cellules hépatiques et rénales, ils ont un rôle de détoxification. Les hépatocytes pouvant contenir jusqu'à 1 000 Peroxysomes.

C'est la vision classique des Peroxysomes mais finalement ces Peroxysomes forment un réseau dynamique, de la même façon que les mitochondries. C'est un réseau dit « canaliculaire

» où chaque vésicule va être reliée à une autre vésicule par des petits canaux qui vont permettre la communication entre les différents Peroxysomes. Ce réseau est indépendant du

RE, du Golgi et des Mitochondries.

B) ROLES DU PEROXYSOME

1) Utilisation et détoxification de l'oxygène moléculaire

Le peroxysome est peut être le vestige d'un organelle qui protégeait la cellule primitive des

effets nocifs oxydants de l'oxygène ; son rôle est devenu moindre quand est apparue la mitochondrie qui utilise, elle aussi, l'oxygène mais qui a l'avantage de produire de l'énergie.

Les peroxydases catalysent la formation d'eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène.

R-H2 + O2 -------> R + H2O2

- L'eau oxygénée est très réactive; elle est utilisée par le polynucléaire pour détruire les bactéries.

- H2O2 est utilisée par la catalase pour oxyder certaines substances toxiques :

H2O2 + R' H2 --------> R' + 2 H2O

- R' peut être un groupement phénol, de l'acide formique, du formaldéhyde ou un alcool.

- L'alcool éthylique est transformé dans le foie en acétaldéhyde qui est détruit par la catalase.

- La catalase détruit l'excès d ' H2O2 produit dans la cellule :

2 H2O2 -------> 2 H2O + O2

2- Catabolisme de l'acide urique

Les purines (adénine, guanine) constituant des acides nucléiques sont catabolisées en acide urique. Chez la plupart des animaux, l'acide urique est dégradé par les peroxysomes en allantoïne soluble dans les urines grâce à l'urate oxydase. Cette enzyme n'existe pas chez l'homme, l'acide urique produit en excès provoque la goutte, la lithiase urique ou les insuffisances rénales au cours de la chimiothérapie des leucémies. On utilise l'urate oxydase dans les circonstances aiguës pour lutter contre l'accumulation néfaste d'acide urique.

3- ß-oxydation des acides gras à très longues chaînes

Les acides gras à très longues chaînes (C10 à C18, saturés et insaturés), quelques acides gras à longues chaînes. Combinés au coenzyme A La beta-oxydation va conduire à la formation d'acétyl CoA qui va traverser la membrane du peroxysome et gagner la mitochondrie pour participer au cycle de Krebs. A noter que la mitochondrie n'oxyde que les acides gras à chaînes courtes, moyennes et la plupart des chaînes longues.

La chaîne latérale des éicosanoïdes (dérivés de l'acide arachidonique): prostaglandines,

thromboxanes (impliqués dans le processus de coagulation), leucotriènes (impliqués dans l'inflammation).

Les médicaments qui stimulent la formation des peroxysomes (fibrates) sont utilisés comme

hypolipémiants (médicaments faisant proliférer les peroxysomes). Dans la maladie génétique appelée adrénoleucodystrophie, (une des maladies dégénérative du système nerveux d'origine génétique la plus fréquentée) il existe un déficit de transport des acides gras à très longue chaîne (AGTLC) qui ne peuvent pas être oxydés et qui s'accumulent dans la substance blanche du cerveau et d'autres tissus.

APPAREIL DE GOLGI

APPAREIL DE GOLGI

1. Introduction:

Cet organite cellulaire doit son nom au cytologiste italien Golgi, qui en 1898, découvrit dans les cellules nerveuses, après imprégnation argentique, un réseau qu’il appela «appareil réticulaire interne» et que l’on nomme depuis: appareil de Golgi. Par cette méthode d’imprégnation, il n’avait observé qu’un des multiples aspects de cette formation polymorphe sur des cellules végétales et animales fixées. Avec l’arrivée du microscope électronique, on a pu déceler une ultra-structure bien individualisée observable au niveau d’organites: les dictyosomes.

2. Morphologie et structure:

- L’appareil de Golgi appartient à l’ensemble des cavités limitées par une membrane qui se trouve à l’intérieur du hyaloplasme. Il se reconnaît à l’arrangement ordonné des cavités qui le constituent. Il s’agit de plusieurs saccules aplatis dispersés dans le hyaloplasme, chaque pile correspond à un dictyosome. Ces saccules, de nombre de 4 ou 5/dictyosome, ont la forme de petits disques concaves ayant 1 à 3 microns de diamètre.

- En coupe, on observe un aspect feuilleté caractéristique et on note que les saccules externes sont extrêmement dilatés. Sur les bords de la pile, on observe des vésicules de 200 à 500 A° de diamètre, limitées par une membrane de structure identique à celle des saccules. Ces vésicules sont de deux types (de transition et de sécrétion), elles proviennent d’un bourgeonnement suivi d’une fragmentation des bords des saccules.

3. Rôle physiologique:

Dans les cavités des saccules golgiens, diverses substances peuvent s’accumuler, se concentrer ou être synthétisées. Ces substances ne restent pas à l’intérieur des saccules, elles passent dans les vésicules qui bourgeonnent à leur périphérie. Ces vésicules constituent des grains de sécrétion qui peuvent soit rester dans le hyaloplasme, soit être rejetés hors de la cellule. De ce fait, l’appareil de golgi présente trois aspects différents:

a. Emballage des produits de sécrétion:

- Les produits de sécrétion qui remplissent les cavités des saccules sont emballés dans des vésicules de sécrétion qui prennent naissance à partir de bourgeonnent ou de fragmentation des saccules de la face interne des dictyosomes.

- En fusionnant, les vésicules de sécrétion donnent des grains de sécrétion qui migrent vers la périphérie de la cellule.

- Lors de la fusion de la membrane limitant un grain de sécrétion avec la membrane plasmique, les produits de sécrétion sont déchargés dans l’espace extracellulaire par exocytose.

b. Concentration des protéines:

On peut également observer dans les dictyosomes, la présence de protéines douées d’activité enzymatique (hydrolases, phosphatases, …..). Il semblerait qu’il s’agit là de la concentration, au niveau de l’appareil de Golgi, de substances élaborées au niveau d’autres organites cellulaires.

c. Synthèse de polyholosides:

Il est prouvé que les dictyosomes possèdent une activité élaboratrice: c’est par exemple au niveau de l’appareil de Golgi des cellules caliciformes du duodénum (partie initiale de l’intestin) que s’élabore le mucus qui sera ultérieurement éliminé, par ces cellules dans la lumière intestinale. C’est aussi dans les dictyosomes des cellules cartilagineuses que s’élaborent les mucopolysaccharides du cartilage.

O- Glycolisation des protéines

Les protéines glycosylé sont les protéines solubles et le domaine luminal des protéines transmembranaires. Les sucres synthétisés dans le cytosol sont apportés sous forme activée, liée à des nucléotides. Le couple nucléotide-sucre entre dans la lumière du Golgi grâce à un transporteur spécifique. Le nucléotide débarrassé de son sucre perd un phosphate sous l'action d'une enzyme spécifique du Golgi : la nucléoside diphosphatase. Le sucre est accroché par une O-oligosaccharide protéine transférase sur l'oxygène porté par le radical d'un acide aminé

= la sérine ou la thréonine.

Modification des chaines oligosaccharidiques portées par les protéines

Elle concerne les chaînes déjà modifiées par N-glycolisation dans le RE.

• Phosphorylation des résidus mannose

Comme pour la O-glycolisation les sucre liés à des nucléotides Þ dans le Golgi grâce à des transporteurs. Cette modification est indispensable à la maturation des glycoprotéines enzymatiques solubles des lysosomes et à leur adressage à ce compartiment.

• Enlèvement de mannose par des mannosidases

• Addition de nouveaux sucres

Addition de galactose, de NANA (acide N acétyl neuraminique), ou de N acétyl glucosamine.

• Sulfatation

Concerne surtout :

- les protéines sécrétées

- les glycosaminoglycanes (GAG)

Le donneur de sulfate est le phospho-adénosine-phospho-sulfate (PAPS) qui est synthétisé dans le cytosol et transportés dans le Golgi par un transporteur.

• Localisation

Ces modifications se déroulent de manière séquentielle dans les saccules :

- Cis : phosphorylation des mannoses

- Médian : élimination des résidus mannose, addition de sucre

- Trans : addition de galactose, O-glycolisation et sulfatation.

3) L'expédition des produits sécrétés, ce qui comprend :

• Tri des molécules synthétisées.

• Emballage dans des vésicules de sécrétion (pour les produits destinés à la sécrétion).

• Ciblage des produits élaborés (par marquage de la membrane des vésicules par des séquences d'adressage) afin qu'ils atteignent leur destination finale.

• Activation de certaines protéines.

4. Biogenèse: Renouvellement des saccules d’un dictyosome

Les saccules golgiens sont renouvelés continuellement au cours de la croissance cytoplasmique qui suit la division. Ce renouvellement passe par les étapes

 Des vésicules de transition bourgeonnent à partir d’une lame de réticulum endoplasmique dans une région où sa membrane est dépourvue de ribosomes.

b) En fusionnant, les vésicules de transition donnent naissance à un nouveau  saccule: il se forme sur la face externe du dictyosome (appelée face de formation).

c) Ce nouveau saccule est repoussé vers le milieu de la pile par les saccules qui se forment continuellement. Au cours de cette migration, sa morphologie change et sa cavité se dilate.

d) Parvenu à la face interne, le saccule est arrivé à maturité, d’où le nom de face de maturation donnée à la face interne du dictyosome.

e) Le saccule mature se fragmente en vésicules de sécrétion.

Lors de la sécrétion, il y a donc migration des saccules de la face de formation à la face de maturation.