Communication cellulaire et cycle cellulaire

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.1.A : Décrire les moyens par lesquels les cellules peuvent communiquer entre elles.

• 4.1.A.1 Les cellules communiquent entre elles par contact direct avec d'autres cellules ou à distance via un signal chimique.
  • *Exemples illustratifs pour 4.1.A.1 :
    • Les cellules immunitaires interagissent par contact cellule-à-cellule, notamment les cellules présentatrices d'antigènes (CPA), les lymphocytes T auxiliaires et les lymphocytes T tueurs.

Objectif d'apprentissage 4.1.B : Expliquer comment les cellules communiquent entre elles sur de courtes et longues distances.

• 4.1.B.1 Les cellules communiquent sur de courtes distances en utilisant des régulateurs locaux qui ciblent les cellules situées à proximité de la cellule émettrice du signal.
  • *Exemples illustratifs pour 4.1.B.1 :
    • Neurotransmetteurs
    • Réponse immunitaire des plantes
    • Quorum sensing chez les bactéries
    • Morphogènes dans le développement embryonnaire
• 4.1.B.2 Les signaux libérés par un type cellulaire peuvent parcourir de longues distances pour atteindre des cellules cibles d'un autre type.
  • *Exemples illustratifs pour 4.1.B.2 :
    • Insuline
    • Hormone de croissance humaine
    • Hormones thyroïdiennes
    • Testostérone
    • Œstrogène

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.2.A : Décrire les composants d'une voie de transduction du signal.

• 4.2.A.1 Les voies de transduction du signal relient la réception du signal aux réponses cellulaires.
• 4.2.A.2 De nombreuses voies de transduction du signal comprennent des modifications protéiques et impliquent des cascades de phosphorylation.

Objectif d'apprentissage 4.2.B : Décrire le rôle des composants d'une voie de transduction du signal dans la production d'une réponse cellulaire.

• 4.2.B.1 La signalisation commence par la reconnaissance d'un messager chimique — un ligand — par une protéine réceptrice dans une cellule cible.
  • i. Le domaine de liaison au ligand d'un récepteur reconnaît un messager chimique spécifique, qui peut être un peptide (protéine) ou une petite molécule.
  • ii. Les récepteurs couplés aux protéines G sont un exemple de protéine réceptrice chez les eucaryotes.
  • iii. Les récepteurs peuvent être situés à la surface d'une cellule cible ou dans le cytoplasme ou le noyau de cette dernière.
• 4.2.B.2 Les cascades de signalisation relaient les signaux des récepteurs vers les cibles cellulaires, amplifiant souvent les signaux entrants, ce qui aboutit aux réponses appropriées de la cellule. Ces réponses peuvent inclure la croissance cellulaire, la sécrétion de molécules ou l'expression génique.
  • i. Après la liaison du ligand, le domaine intracellulaire d'une protéine réceptrice change de forme, initiant la transduction du signal.
  • ii. Les enzymes et les seconds messagers tels que l'AMP cyclique (AMPc) relaient et amplifient le signal intracellulaire.
  • iii. Les hormones constituent un exemple de messager de signalisation pouvant parcourir de longues distances dans le sang.
  • iv. La liaison de ligands à des canaux dépendants de ligands peut provoquer l'ouverture ou la fermeture du canal.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.3.A : Décrire les différents types de réponses cellulaires déclenchées par une voie de transduction du signal.

• 4.3.A.1 La transduction du signal peut entraîner des changements dans l'expression des gènes et la fonction cellulaire, modifiant le phénotype ou entraînant la mort cellulaire programmée (apoptose).
  • *Exemples illustratifs pour 4.3.A.1 :
    • Utilisation de messagers chimiques par les microorganismes pour communiquer avec d'autres cellules voisines et réguler des voies spécifiques en réponse à la densité de population (quorum sensing)
    • Stimulation de la dégradation du glycogène par l'épinéphrine chez les mammifères

Objectif d'apprentissage 4.3.B : Expliquer comment un changement de structure d'une molécule de signalisation affecte l'activité de la voie de signalisation.

• 4.3.B.1 Les changements dans les voies de transduction du signal peuvent modifier les réponses cellulaires. Des mutations dans n'importe quel domaine de la protéine réceptrice ou dans n'importe quel composant de la voie de signalisation peuvent affecter les composants en aval en altérant la transduction ultérieure du signal.
  • *Exemples illustratifs pour 4.3.B.1 :
    • Les cytokines régulent l'expression des gènes pour permettre la réplication et la division cellulaires.
    • Les phéromones de accouplement chez la levure déclenchent l'expression des gènes liés à l'accouplement.
    • Les niveaux d'éthylène provoquent des changements dans la production de différentes enzymes permettant la maturation des fruits.
    • Les gènes HOX régulent les plans corporels animaux pendant le développement embryonnaire.
• 4.3.B.2 Les substances chimiques qui interagissent avec n'importe quel composant de la voie de signalisation peuvent activer ou inhiber cette voie.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 4.4.A : Expliquer comment la rétroaction positive et négative aide à maintenir l'homéostasie.

• 4.4.A.1 Les organismes utilisent des mécanismes de rétroaction pour maintenir leurs environnements internes face aux changements internes et externes.
  • i. Les mécanismes de rétroaction négative maintiennent l'homéostasie en réduisant le stimulus initial pour réguler les processus physiologiques. Si un système est perturbé ou déséquilibré, les mécanismes de rétroaction négative ramènent le système à son point consigne. Ces processus opèrent aux niveaux moléculaire, cellulaire et organismal.
    • *Exemples illustratifs pour 4.4.A.1.i :
      • Régulation de la glycémie par l'insuline/glucagon
  • ii. Les mécanismes de rétroaction positive amplifient les réponses et les processus chez les organismes biologiques. La variable initiant la réponse s'éloigne davantage du point consigne initial. L'amplification se produit lorsque le stimulus est intensifié, ce qui déclenche à son tour une réponse supplémentaire produisant un changement du système.
    • *Exemples illustratifs pour 4.4.A.1.ii :
      • Lactation chez les mammifères
      • Accouchement
      • Maturation des fruits

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.5.A : Décrire les événements qui se déroulent dans le cycle cellulaire.

• 4.5.A.1 Le cycle cellulaire est une série hautement régulée d'événements qui contrôle la croissance et la reproduction des cellules eucaryotes.
  • i. Le cycle cellulaire consiste en des étapes séquentielles d'interphase (G1, S, G2), de mitose et de cytokinèse.
  • ii. Phase G1 : La cellule est métaboliquement active, dupliquant les organites et les composants cytosoliques.
  • iii. Phase S : L'ADN est sous forme de chromatine et se réplique pour former deux chromatides sœurs reliées par un centromère.
  • iv. Phase G2 : La synthèse de protéines a lieu, l'ATP est produit en grande quantité et les centrosomes se dupliquent.
  • v. Une cellule peut entrer dans une phase (G0) où elle ne se divise plus, mais elle peut réintégrer le cycle cellulaire en réponse à des stimuli appropriés.
  • vi. Les cellules non divisantes peuvent sortir du cycle cellulaire ou être maintenues à une étape particulière du cycle cellulaire.

Objectif d'apprentissage 4.5.B : Expliquer comment la mitose assure la transmission des chromosomes d'une génération de cellules à la suivante.

• 4.5.B.1 La mitose est un processus qui garantit le transfert d'un génome complet d'une cellule parent à deux cellules filles génétiquement identiques chez les eucaryotes.
  • i. La mitose joue un rôle dans la croissance, la réparation des tissus et la reproduction asexuée.
  • ii. La mitose se déroule en étapes séquentielles (prophase, métaphase, anaphase, télophase) et alterne avec l'interphase dans le cycle cellulaire.
  • iii. Prophase : Les chromatides sœurs se condensent, le fuseau mitotique commence à se former et les centrosomes migrent vers les pôles opposés de la cellule.
  • iv. Métaphase : Les fibres du fuseau alignent les chromosomes le long de l'équateur de la cellule.
  • v. Anaphase : Les chromatides sœurs appariées se séparent alors que les fibres du fuseau tirent les chromatides vers les pôles.
  • vi. Télophase : Le fuseau mitotique se désagrège, une nouvelle enveloppe nucléaire se développe, puis le cytoplasme se divise.
  • vii. Cytokinèse : Un sillon de clivage se forme chez les cellules animales ou une plaque cellulaire se forme chez les plantes, résultant en deux nouvelles cellules filles.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.6.A : Décrire le rôle des points de contrôle dans la régulation du cycle cellulaire.

• 4.6.A.1 Un certain nombre de contrôles internes ou de points de vigilance régulent la progression dans le cycle cellulaire.
• 4.6.A.2 Les interactions entre les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines régulent le cycle cellulaire.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des paires spécifiques cycline-CdK ou des facteurs de croissance dépasse le cadre de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 4.6.B : Décrire les effets des perturbations du cycle cellulaire sur la cellule ou l'organisme.

• 4.6.B.1 Les perturbations du cycle cellulaire peuvent entraîner un cancer ou l'apoptose (mort cellulaire programmée).