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LA BIOLOGIE CELLULAIRE

Année Universitaire 2013-2014

CREMEF de Meknès

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI Ep BOUCHAREB

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La biologie cellulaire 2

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La cellule Les types cellulaires Les composants de la cellule  Rôles  Fonctions

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La synthèse des protéines

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Rappel 3

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La cellule est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant tout ou une partie d'un être vivant (à l'exception des virus). Chaque cellule est une entité vivante. Dans le cas d'organismes multicellulaires, la cellule fonctionne de manière autonome, mais coordonnée avec les autres. Les cellules de même type sont réunies en tissus, eux-mêmes réunis en organes.

NB : Un tissu peut être formé par un ensemble de cellules pas forcément identiques mais de même origine. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Les types cellulaires 4

Il existe deux types fondamentaux de cellules : 

Les Procaryotes



Les Eucaryotes

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

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Les Procaryotes

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Caractéristiques des Procaryotes 6

Etres vivants unicellulaires dont la structure cellulaire ne comporte pas de noyau (ex : Les bactéries).  Regroupent les Archéobactéries et les Eubactéries.  Contiennent un cytoplasme non compartimenté.  Absence d’organites cellulaires à l’exception des ribosomes.  Leur cytoplasme, contient un chromosome ou une molécule d’ADN unique, le plus souvent circulaire: Le Nucléoïde (le nucléoïde n'est pas un noyau car il n'est pas entouré d’une membrane).  Se répliquent rapidement par division cellulaire ou scissiparité.  Possèdent une structure cytoplasmique dense qui constitue une invagination de la membrane cytoplasmique : Le mésosome. 

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 7

Les fonctions exactes des mésosomes sont encore inconnues. Ils pourraient jouer un rôle dans la réplication du chromosome bactérien et seraient également impliqués dans la formation de la paroi durant la division, dans l’activité métabolique des bactéries et dans la sécrétion.

Schéma de la scissiparité : Wikipedia

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Structure typique d’une cellule procaryote Shéma : Wikipedia 8

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

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Les Eucaryotes

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Caractéristiques des Eucaryotes 10



Etres vivants dont la structure cellulaire est caractérisée par la présence d’un noyau, entouré d'une membrane nucléaire. unicellulaires (ex : Les Protozoaires, ‘les amibes‘)  pluricellulaires (ex : Les végétaux, Les animaux) 



Ont des cloisonnements cytoplasmiques permettant la formation des organites comme l’appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique … (Les organites, parfois nommés organelles, sont les différentes structures spécialisées contenues dans le cytoplasme et délimitées du reste de la cellule par une membrane lipidique).



Se multiplient par mitose ou par méiose. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Les Eucaryotes 11

Les cellules animales

La cellule animale Schéma : biologieenflash.com 12

Enveloppe nucléaire

Centrosome

Cytosquelette Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Structures /Organites d’une cellule animale 13

le noyau  le nucléole  le cytoplasme  la membrane plasmique  le centrosome  les ribosomes  le réticulum endoplasmique  l’appareil de Golgi  les mitochondries  Les vésicules de transport  les lysosomes  les peroxysomes  le cytosquelette  les cils et les flagelles 

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Le noyau-Le nucléole-Le cytoplasme-La membrane plasmique 14 

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

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Le noyau : C’est le centre de contrôle de la cellule, contient un liquide appelé Nucléoplasme et est délimité par une enveloppe nucléaire. Le noyau est la structure la plus importante de la cellule car il renferme le matériel génétique : L’ADN. Il règle ainsi l’activité de la cellule par synthèse des protéines cellulaires à partir de l’ADN nucléaire. Les échanges entre le noyau et le cytoplasme se font par l’intermédiaire des pores traversant l’enveloppe nucléaire, appelés Pores nucléaires. Le nucléole : Se trouve dans le noyau. C’est le lieu de formation des ribosomes. Le cytoplasme : C’est l’intérieur de la cellule. Il contient les organites cellulaires et le cytosol (substance semi-liquide). Il sert de lieu de stockage des matériaux indispensables à la vie en créant un milieu favorable au fonctionnement des organites cellulaires. La membrane plasmique : C’est l’enveloppe protectrice qui délimite le compartiment cellulaire avec l’extérieur de la cellule. Elle entoure le cytoplasme et joue le rôle de filtre par le contrôle de ce qui entre (substances nutritives) et de ce qui sort (déchets) de la cellule. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

La membrane plasmique Schéma : Wikipedia 15

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Composition, propriétés et rôle de la membrane plasmique 16

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La membrane plasmique est composée de : 

Chaque lipide membranaire de cette bicouche a une tête polaire hydrophile orientée vers l’extérieur de la membrane et une queue hydrophobe orientée vers l'intérieur. 1

bicouche

de

phospholipides.

Protéines à la surface et à travers.  Polysaccharides attachés aux lipides (glycolipides) ou aux protéines (glycoprotéines).  Cholestérol entre les phospholipides. 

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La membrane cytoplasmique est qualifiée de "dynamique" de par son constant renouvellement. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 17

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Le terme de mosaïque fluide, dû à Singer et Nicholson, est employé pour décrire à la fois la composition et le comportement dynamique de la membrane plasmique :  mosaïque car la composition de la membrane est très hétérogène à la fois dans l'espace et le temps (protéines intégrales (membranaires), lipides différents, sucres complexes).  fluide car les phospholipides et les protéines membranaires peuvent se mouvoir dans le plan de la membrane. De plus, la membrane est un corps parfaitement déformable dans les 3 directions de l'espace.

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Composition, propriétés et rôle de la membrane plasmique -Suite18

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La membrane cytoplasmique est une barrière sélective entre l'intérieur et l'extérieur d'une cellule qui permet de contrôler l'entrée et la sortie des différentes molécules et ions entre le milieu extérieur et le milieu intérieur : Perméabilité sélective. La membrane cytoplasmique n’est perméable qu'aux petites molécules hydrophobes (O2, N2, glycérol,...), par diffusion simple. Elle sert aussi de support à de nombreuses protéines transmembranaires ayant pour rôle de réguler les échanges transmembranaires (ex: canaux ioniques pour les transferts d'ions, aquaporines pour le transfert d'eau par osmose, ...). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

La membrane nucléaire Schéma : Wikipedia 19

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Composition, propriétés et rôle de la membrane nucléaire 20

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L'enveloppe nucléaire, ou membrane nucléaire, est une double membrane biologique délimitant le noyau, contenant l'ADN eucaryote. Cette membrane est percée de trous appelés pores nucléaires qui laissent passer sans difficulté (diffusion passive) les ARNm ainsi que des protéines. Ces pores ont une structure complexe et contiennent une 30aine de protéines de régulation des mouvements entre le noyau et le cytoplasme.

Les pores nucléaires permettent le contrôle des échanges entre le cytoplasme et le nucléoplasme, en particulier les ARNm. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Composition, propriétés et rôle de la membrane nucléaire -Suite21

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La membrane nucléaire est constituée par une double bicouche lipidique :  

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Une bicouche externe en continuité avec les membranes du réticulum endoplasmique. Une bicouche interne tapissée à l'intérieur du nucléoplasme par la lamina.

Ces deux membranes (interne et externe) délimitent un espace appelé espace péri-nucléaire qui est en continuité avec la lumière du réticulum endoplasmique. La membrane nucléaire se désagrège au moment de la mitose (au cours de la prophase), et se reforme autour des deux pôles de matériels génétiques des deux cellules filles à la fin de celle-ci (télophase). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

A savoir : 22

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Il existe 2 types de transport à travers la membrane : 

Le transport passif : transport de composés sans consommation d'énergie (selon le gradient électrochimique). Il existe 2 sortes de transport passif : La diffusion simple : diffusion de composés directement à travers la bicouche lipidique.  La diffusion facilitée : transport de composés à travers la bicouche lipidique grâce à des protéines de transport. 



Le transport actif : transport de composés à travers la bicouche lipidique grâce à des protéines de transport et une consommation d'énergie sous forme d'ATP (contre le gradient électrochimique). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 23

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L’osmose est un déplacement d'eau : Quand il y a déséquilibre en molécules entre 2 compartiments (solutions), c’est l'eau qui va se déplacer pour diluer la solution la plus concentrée, car les molécules étant plus grosses que les ions, elles ne peuvent pas passer à travers les pores de la membrane. Le déplacement de l’eau se fait toujours du milieu le moins concentré (hypotonique) vers le milieu le plus concentré (hypertonique), jusqu’à équilibre (isotonie). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

A ne pas confondre : osmose et diffusion 24

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La diffusion concerne les ions contrairement à l’osmose qui concerne les molécules d’eau. Il y a diffusion quand des ions passent de la solution hypertonique vers la solution hypotonique. Les ions se déplacent toujours du milieu le plus concentré (hypertonique) vers le moins concentré (hypotonique) pour rétablir l'équilibre, contrairement aux molécules d’eau (hypo vers hypertonique). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

A retenir : 25

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Le passage à travers la membrane peut se faire de 2 façons différentes : Sans énergie, c'est le transport passif. Il est basé sur le principe d'équilibre entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire cad que les concentrations doivent être les mêmes à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Avec énergie, c'est le transport actif. Il faut déplacer les substances contre le gradient de concentration (cad du milieu hypotonique vers le milieu hypertonique). Ce transport se fait toujours par l'intermédiaire de protéines présentes dans la membrane cellulaire : Protéines de transport. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 26

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Il y a 3 types de protéines de transport:  protéine

de type uniport: transport d'une seule substance dans une direction.  protéine de type symport: transport de 2 molécules différentes dans la même direction.  Protéine de type antiport: transport de 2 molécules différentes dans des directions opposées.

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

La cellule animale Schéma : biologieenflash.com 27

Enveloppe nucléaire

Centrosome

Cytosquelette Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : Le transport nucléaire 28

Le centrosome Schéma : universe-review.ca 29





De forme cylindrique, le centrosome est composé de microtubules et contient une paire de centrioles perpendiculaires l'un à l'autre. Il coordonne l’assemblage du fuseau mitotique lors de la division cellulaire. Il dirige aussi le mouvement des organites chargés du mouvement (cils et flagelles). Il est toujours à proximité du noyau. Le centrosome se duplique pendant l'interphase et, pendant la mitose, se sépare pour former les deux pôles du fuseau mitotique. Il y a donc 2 paires de centrioles appelées chacune « diplosome ».

Fuseau mitotique Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Les ribosomes Schéma : UQAM 30

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Ce sont de minuscules organelles sans membrane, composés de protéines et d'ARN. Leur fonction est de synthétiser les protéines en décodant l'information contenue dans l'ARNm. Les ribosomes sont constitués de 2 sous-unités, une plus petite qui « lit » l'ARNm et une plus grosse qui se charge de la synthèse de la protéine correspondante. Certains sont fixés au RE et lui donnent la texture rugueuse; d'autres flottent librement dans le cytoplasme et constituent des structures libres.

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 31

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Les ribosomes libres dans le cytosol sont impliqués dans la synthèse de protéines qui seront directement utilisées à l'intérieur même de la cellule comme, par exemple, pour le renouvellement des transporteurs et des récepteurs membranaires ou encore pour la synthèse des enzymes cytoplasmiques. Les ribosomes associés en polysomes à la surface du réticulum endoplasmique rugueux fabriquent des protéines qui pourront ensuite être sécrétées à l'extérieur de la cellule par un processus d'exocytose. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Le Réticulum Endoplasmique 32

Composé d’un système de membranes pliées. On distingue : 

Le RE rugueux RER ou granulaire REG : C’est l’organite le plus répandu dans les cellules animales. Le RER est le site de la traduction et du repliement lors de la synthèse des protéines.



Le RE lisse REL : C’est le prolongement du RER et c’est un réseau de tubules interconnectés avec une absence de ribosomes et de citernes. Il produit et transfère les lipides membranaires (joue donc un rôle clé dans le renouvellement membranaire).  Il métabolise le cholestérol en hormones stéroïdes des cellules glandulaires (Ovaires, testicules) et des cellules nerveuses.  Il détoxifie les cellules hépatiques des drogues et des médicaments.  Il stocke le Ca dans les cellules musculaires squelettiques pour sa libération lors de la contraction musculaire. 

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 33

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La plupart des protéines qui quittent le RE nécessitent un traitement supplémentaire dans l’AG, avant d'être prêtes à accomplir des fonctions au sein de la cellule ou à l'extérieur. Les protéines qui ne nécessitent pas de modifications supplémentaires dans l’AG (Formation de ponts disulfures, Glycosylation, Repliement, Assemblage des polypeptides…) sont modifiées et repliées dans le RER et ce :  

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Soit au cours de leur transfert à travers la membrane du RER. Soit dans le lumen du RER, une fois le transfert terminé.

Le repliement des protéines (ou Folding) se fait au cours de leur transfert et de leur synthèse, par l’intervention de plusieurs protéines chaperonnes (solubles ou membranaires) dont une protéine soluble majeure du lumen : la BIP (Binding Protein). Une fois correctement assemblée, la protéine se dissocie des protéines chaperonnes et migre vers l’AG. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

L’Appareil de Golgi 34

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Organite des cellules biologiques, composé membraneux : Les dictyosomes, à deux faces : 

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de

petits

sacs

face d'entrée des protéines sécrétées par le réticulum : le site cis. face de sortie des vésicules : le site trans.

Il réceptionne les protéines et les lipides produits dans le RE. Il fait l'intermédiaire entre le RE et la membrane plasmique et joue de ce fait un rôle majeur dans le processus d'exocytose. Unique dans une cellule, il se charge de modifier les protéines par glycosylation, sulfatation… : Modifications post-traductionnelles des protéines. Trie, concentre et emballe les protéines dans des vésicules qui bourgeonnent à partir de sa surface : Vésicules de Golgi. Point de passage obligé et régulateur du trafic vésiculaire. Participe au renouvellement membranaire. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 35

Les vésicules de transport sont formées par bourgeonnement du RE, de l’AG ou de la membrane plasmique. Il existe plusieurs types: Vésicules avec manteau de coatomères : responsables du transport RE-AG, AG-AG et AG-Membrane plasmique. Elles permettent un transport en vrac non-spécifique.  Vésicules avec manteau de caveolines : permettent un transport non-spécifique, au niveau de la membrane plasmique.  Vésicules avec manteau de clathrines : permettent un transport spécifique. 

La vésicule doit perdre son manteau pour pouvoir fusionner avec un compartiment. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Illustration du transport golgien www.scienceblogs.com 36

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Destination des vésicules de Golgi 37

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Il y a trois possibilités selon ce qu’elles contiennent : 1. Une vésicule contenant des enzymes digestives peut devenir un organite à part entière, qui est le lysosome. 2. Une vésicule contenant des protéines, destinées à l'exportation, sécrète celles-ci à l’extérieur de la cellule par exocytose après avoir migré jusqu’à la membrane cellulaire. On parle alors d’une «vésicule de sécrétion». 3. Une vésicule contenant des protéines destinées à faire partie de la membrane cellulaire fusionne avec cette dernière. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Les lysosomes 38

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Les lysosomes constituent « le système digestif » de la cellule. Leur activité est très diversifiée et consiste à dégrader des matériaux extracellulaires d'origine exogène (hétérophagie) ou des matériaux intracellulaires d'origine endogène (autophagie). Il s’agit donc de vésicules digestives qui contiennent une réserve d’enzymes digestives puissantes (lipases, protéases, nucléases…) qui digèrent des macromolécules en les cassant en petites molécules. La digestion du matériel endogène ou exogène par les enzymes lysosomiales produit de petites molécules simples, des acides aminés, des monosaccharides, des acides gras etc.. La membrane lysosomale étant semi-perméable, ces petites molécules traversent la membrane du lysosome pour se retrouver dans le cytoplasme de la cellule où elles pourront alors servir à nouveau comme matières recyclées. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 39

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La rupture accidentelle des membranes lysosomiales et le déversement des enzymes dans le cytoplasme est généralement sans conséquence puisque le pH du cytoplasme est neutre ce qui inactive alors les enzymes lysosomiales. À la suite de la digestion du matériel endogène ou exogène par les lysosomes, les résidus non dégradés s'accumulent dans les lysosomes sous forme de déchets: on parle alors de "corpuscules résiduels". Normalement, la digestion lysosomiale doit être complète et laisser très peu de matériel non digéré. Dans certains cas où le matériel ingéré résiste à la digestion ou que la présence des enzymes nécessaires est insuffisante, la digestion est incomplète voire nulle. Ceci aboutit à un lysosome surchargé de déchets non éliminés. Le dysfonctionnement ou la déficience d’une enzyme lysosomale revêt un caractère pathologique. Les maladies lysosomales ont une origine congénitale. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Le devenir des lysosomes 40

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La plupart des molécules simples produites au cours de la dégradation hydrolytique (acides aminés, oses, etc.) sortent dans le cytosol et servent à la nutrition de la cellule. Les lysosomes âgés accumulent les restes de matériels non hydrolysables et constituent les corps résiduels. L’activité des hydrolases y est devenue très faible, voire nulle. Ils sont détruits avec la cellule. Dans le cas des neurones, les corps résiduels augmentent en taille et en nombre avec l’âge de ces cellules. Certaines cellules spécialisées sont capables d’exocyter le contenu actif de leur lysosome (Ex : Les phagocytes (macrophages et polynucléaires)). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Les peroxysomes 41

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Ce sont des vésicules très riches en oxydases et en catalases, assurant ainsi plusieurs fonctions métaboliques dont la production ou la dégradation du peroxyde d’hydrogène et la décomposition des lipides. Les réactions par peroxydase permettent aussi d’éliminer l’alcool ainsi que de nombreuses toxines ingérées par les cellules hépatiques et les cellules rénales. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Les mitochondries 42

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Mitochondrie : C’est une grosse organelle considérée comme la «centrale énergétique» de la cellule, car c'est le lieu de production de l’énergie. Elle se compose de 2 membranes mitochondriales, une externe et une interne, qui délimitent trois milieux :  le

milieu extra-mitochondrial (cytoplasme de la cellule).  l'espace inter-membranaire.  la matrice. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Schéma d’une mitochondrie Schéma : futura-sciences.com 43

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1 : Membrane interne 2 : Membrane externe 3 : Espace inter-membranaire 4 : Matrice

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Rôle et fonctions de la mitochondrie 44

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La mitochondrie produit l’énergie de la cellule en convertissant l’énergie emmagasinée dans les macromolécules en énergie utilisable par la cellule sous forme d’ATP. La mitochondrie permet, à partir d'une molécule de glucose, la production de 36 à 38 molécules d'ATP (ce nombre dépend de la navette utilisée pour transporter le NAD de la glycolyse). Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

La respiration cellulaire 45

La glycolyse

Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

NB : 46

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C'est dans la mitochondrie que se déroulent les 2 dernières phases de la respiration cellulaire:  le

cycle de Krebs (dans la matrice)  la chaîne de transports d’électrons (au niveau de la membrane interne) 

Les mitochondries ont leur propre ADN, ARN et ribosomes, et peuvent se reproduire indépendamment de la cellule dans laquelle elles se trouvent. 

La glycolyse, qui est la1ère étape de la respiration cellulaire, se déroule dans le cytoplasme. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

En absence d’O2, le glucose est transformé en lactate (Fermentation lactique) ou en éthanol (fermentation éthylique) 47

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La fermentation permet à certaines cellules de produire de l’ATP en absence d’O2. Certains organismes ne font que de la fermentation, d’autres utilisent les 2 processus Respiration cellulaire aérobie et fermentation). La fermentation produit seulement 2 molécules d’ATP par molécule de glucose. La fermentation se déroule dans le cytoplasme. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

Le cytosquelette-Les flagelles-Les cils 48

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Le cytosquelette : Constitué de structures protéiques comme les micro-filaments, les filaments intermédiaires et les microtubules. Il s’agit d’un squelette qui maintient la forme de la cellule et joue un rôle dans la mobilité cellulaire. Les flagelles : Il s’agit d’un prolongement cytoplasmique et est composé de microtubules. Ils servent au déplacement de la cellule.

Les cils : Sont de courts prolongements de la cellule. Ils servent au déplacement de la cellule, amènent la nourriture et évacuent les particules étrangères. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI

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La Biologie Cellulaire