Voici toutes les Cellules du Corps Humain |
V.F. - SCIENCE & VIE N°1275 > Décembre > 2023 |
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Combien y a-t-il d'Atomes dans une Cellule ? |
C.H - SCIENCE & VIE N°1239 > Décembre > 2020 |
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Nos Cellules peuvent Métaboliser l'Or |
O.D. - SCIENCE & VIE N°1230 > Mars > 2020 |
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Quel Âge ont nos Cellules ? |
TOUT COMPRENDRE MAX N°27 > Janvier-Mars > 2020 |
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Les Cellules : Briques Vivantes |
C.G. - TOUT COMPRENDRE N°93 > Avril > 2018 |
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Quel Âge ont nos Cellules ? |
TOUT COMPRENDRE JUNIOR N°61 > Janvier > 2018 |
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Pourquoi nos Cellules ont-elles des Formes si Différentes ? |
ÇA M'INTÉRESSE Question-Réponses N°16 > Novembre-Janvier > 2017 |
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Dans l'Intimité des Cellules |
COMMENT ÇA MARCHE N°52 > Octobre > 2014 |
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Toutes nos Cellules ont-elles le même Âge ? |
Non, et il existe même peu de cellules qui soient aussi âgées que nous !
Environ 300 milliards de nos cellules sont remplacées chaque jour. Mais malgré ce renouvellement, des défauts s'accumulent d'une génération de cellules à une autre.
En effet, chaque jour, notre corps, composé de plus de 75.000 milliards de cellules, en remplace environ 300 milliards. Il ne s'agit là que d'une estimation. "La marge d'erreur est énorme, reconnaît le biologiste Jonas Frisén, chercheur au Karolinska Institutet de Stockholm (Suède). Le nombre réel de cette moyenne pourrait être 10 fois plus grand ou plus petit".
Quoi qu'il en soit, toutes les cellules ne se renouvellent pas au même rythme : selon leur fonction, il faut de quelques jours à quelques années pour qu'elles soient remplacées. Elles affichent donc des âges différents. C'est ce que confirme une étude menée par l'équipe de Jonas Frisén, qui est parvenue à dater la durée de vie des cellules du corps grâce au carbone 14. Bilan : les cellules du squelette vivent une dizaine d'années, celles des muscles respiratoires 15 ans, et presque tous les neurones ont l'âge de leur propriétaire, preuve qu'ils se régénèrent peu. Quant aux cellules cardiaques, 1 % d'entre elles sont remplacées chaque année chez une personne de 20 ans. En réalité, même si elles sont renouvelées, les cellules n'échappent pas à une certaine forme de vieillissement. Il se perçoit sur plusieurs générations de cellules : des défauts s'accumulent au niveau de l'ADN et se transmettent de génération en génération. Ce ne sont pas les cellules qui vieillissent, mais les lignées cellulaires.
M.Co. - SCIENCE & VIE QUESTIONS RÉPONSES N°6 > Janvier > 2011 |
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Notre Corps Remplace Plusieurs Millions de Cellules Chaque Seconde |
Chaque jour, notre corps, composée de plus de 75 milliards de cellules, en remplace 300 milliards. Soit près de 4 millions par seconde.
Les cellules abîmées ou trop âgées sont ainsi écartées, selon un rythme propre à chaque type de cellule : les globules rouges vivent 120 jours, les cellules tapissant l'estomac pas plus de cinq, celles de la peau sont renouvelées toutes les deux semaines environ. Et il existe plus de 200 types cellulaires ! "Cette complexité rend toute estimation globale difficile. Le chiffre de trois à 4 millions de nouvelles cellules par seconde semble correct, mais la marge d'erreur est énorme, précise Jonas Frisen, chercheur au Karolinska Institutet à Stockholm. Le nombre réel peut être 10 fois plus grand au plus petit". Son équipe a réussi à dater l'âge des cellules du corps grâce au carbone 14. Bilan : les cellules du squelette vivent une dizaine d'années, celle des muscles respiratoires 15 ans et presque tous les neurones ont l'âge de leur propriétaire, preuve qu'ils se régénèrent peu. Quant aux cellules cardiaques, 1 % d'entre elles sont remplacées chaque année chez une personne de 20 ans. Mais le renouvellement n'empêche pas le vieillissement des cellules, qui s'inscrit dans leur ADN et s'accumulent à chaque division.
M.Co. - SCIENCE & VIE > Août > 2010 |
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Des Usines au Cour de Nos Cellules |
Moulins à protons, convoyeurs de protéines, chaînes de montage d'ADN... Des milliards de machines s'activent au plus intime de notre organisme.
Même au repos, un organisme humain a besoin d'énergie pour maintenir ses fonctions vitales. Pour une bonne part, elle permet de faire fonctionner, au cour de nos cellules, des milliards de machines moléculaires, dont la taille se mesure en milliardièmes de mètre ! Leur étude est récente et certaines résistent encore aux investigations. Observer des phénomènes à l'échelle du nanomètre n'a en effet rien d'aisé. Il faut accrocher sur les nanomachines des protéines fluorescentes ou de minuscules billes lumineuses pour les voir fonctionner sous un microscope.
Mais là, les premières surprises apparaissent ! Les nanomachines présentent d'étonnantes analogies avec le monde macroscopique des usines, des scies sauteuses ou des photocopieuses. Comme leurs homologues, elles tournent, marchent, cisaillent, dupliquent... Leur fonctionnement est pourtant totalement différent. Ces moteurs naturels sont en effet capables de transformer de l'énergie chimique, électrostatique ou thermique en travail mécanique. "Ils ne peuvent fonctionner qu'à l'échelle de l'infiniment petit", explique Francis Haraux, directeur de recherche au laboratoire des Protéines membranaires (CEA - CNRS - Institut de biologie et de technologies de Saclay). À cette dimension, en effet, les molécules sont soumises à des fluctuations aléatoires. "Les moteurs moléculaires utilisent cette agitation. Peu importe la direction des forces microscopiques qui leur sont ainsi appliquées, leur configuration spatiale autorise uniquement certains mouvements, dans une orientation donnée", précise le chercheur.
Parmi ces nanomoteurs, certains sont particulièrement remarquables : c'est ainsi tout un atelier qui traite au sein des cellules l'information génétique portée par l'ADN (infographie), tandis que des systèmes complexes assurent le déplacement des organites et protéines et qu'une double turbine produit le carburant nécessaire au fonctionnement des autres moteurs.
300.000 ATOMES POUR UN RIBOSOME : Dans le noyau de la cellule, l'ADN n'est pas toujours sagement réparti en chromosomes distincts : en dehors des phases où la cellule se divise, ceux-ci ne sont pas individualisés. La molécule d'ADN forme alors une sorte de grosse pelote toute emmêlée, la chromatine. Pour la rendre lisible, il faut dénouer les nouds de la pelote et séparer les brins d'ADN : c'est le rôle de deux petites machines moléculaires, la topoisomérase et l'hélicase. La première se charge de dérouler les deux brins, tandis que la seconde les sépare comme le fait une navette pour une fermeture Eclair. Puis c'est l'ARN polymérase qui file sur l'un des deux brins d'ADN, qu'elle transcrit sous forme d'ARNm, une molécule messager plus courte que l'ADN, à la vitesse de 10 à 20 paires de bases par seconde, tout en s'assurant de l'intégrité de la copie.
Vient ensuite la synthèse des protéines, que l'on pourrait considérer comme le langage de l'organisme : ces macromolécules biologiques assurent la majorité des fonctions cellulaires. C'est la plus grosse de toutes les machines moléculaires, le ribosome (25 nm), qui va traduire l'information génétique contenue dans l'ARNm afin de synthétiser les protéines correspondantes. Composés de deux sous-unités, les ribosomes, situés dans le cytoplasme (l'espace intracellulaire), sont libres ou accolés à d'autres structures. Pour fabriquer les protéines, chaque ribosome interprète des séquences portées par l'ARN, des codons, constituées par des groupes de trois bases parmi quatre possibles : A, C, U, G. À chaque codon correspond un acide aminé : par exemple, UUU code la phénylalanine et GGG la glycine. Ce tableau de correspondances s'appelle le code génétique. L'association entre codons et acides aminés, basée physiquement sur des reconnaissances moléculaires de type "clé-serrure", a lieu dans la petite sous-unité du ribosome, tandis que dans la grosse, les acides aminés sont soudés entre eux pour former la chaîne protéique, à la vitesse de 10 à 20 acides aminés par seconde.
En 2009, le prix Nobel de chimie a récompensé trois chercheurs (Ada Yonath, Thomas Steitz et Venkatraman Ramakrishnan) qui ont pu détailler l'organisation des 300.000 atomes composant un ribosome de bactérie. Leurs résultats ont contribué à la synthèse de nouvelles molécules, par exemple contre le bacille de la tuberculose ou le staphylocoque doré.
UN CARBURANT UNIVERSEL : La fabrication des protéines consomme de l'énergie. Au niveau cellulaire, il existe un carburant universel : l'adénosine triphosphate (ATP). En présence d'eau, cette molécule se casse, libérant de l'énergie utilisée par un grand nombre d'acteurs moléculaires, dont les nanomoteurs. Au sein des cellules, la production d'ATP est assurée par des petites usines présentes dans le cytoplasme : les mitochondries pour les cellules humaines et animales, et principalement les chloroplastes chez les plantes. Elles utilisent pour cela l'énergie fournie par la consommation des aliments ou la lumière et un nanomoteur naturel, une enzyme dite ATP synthase. Parmi les machines moléculaires, "l'ATP synthase est sans doute la Rolls Royee des moteurs", s'exclame Francis Haraux. Elle se compose en fait de deux moteurs couplés. Une turbine à protons (ou ions H + ), ressemblant à une roue crantée enchâssée dans la membrane interne de la mitochondrie, tourne grâce au flux d'ions H + qui traverse la membrane en empruntant un canal spécifique, et entraîne à son tour la rotation d'un axe central actionnant le deuxième moteur, situé à l'extérieur de la membrane. "Cet axe est une véritable baguette magique dont la partie supérieure, en déformant de façon cyclique trois éléments identiques, les force à prendre successivement trois configurations et donc trois fonctions différentes : capture d'ADP et phosphate, condensation de ces deux molécules en ATP et libération d'ATP", détaille Francis Haraux. À chaque tour, le moteur produit trois molécules d'ATP. Chez l'être humain, le rotor membranaire est équipé de dix dents (des acides aminés capables de fixer ou libérer un ion H +) et effectue environ 100 tours par seconde, ce qui donne un flux de 300 molécules d'ATP par seconde. Avec son diamètre d'environ 10 nm, l'ATP synthase est le plus petit moteur rotatif connu !
DES CELLULES BIEN MUSCLÉES : Ce système de rotor actionné par un flux de protons n'est pas l'apanage de l'ATP synthase. Ancrée à la base des flagelles des bactéries, une turbine du même type assure leur rotation, leur permettant de se déplacer. Pas de vie sans mouvement ! Mais motilité ne signifie pas toujours déplacement : "De nombreuses cellules font du mouvement sur place. Elles doivent en effet constamment s'adapter à un environnement dynamique, parfois en modifiant leur forme, explique ainsi Gregory Giannone, chercheur à l'Institut des neurosciences de Bordeaux. Dans le cytoplasme, les protéines et les différentes structures sont en perpétuelle réorganisation".
Toute cette animation nécessite la mobilisation d'un ensemble de fibres intracellulaires appelé cytosquelette (Cellules du tissu conjonctif avec leur noyau, en violet et leur cytosquelette ->). Malgré son nom, celuici représente en quelque sorte les "muscles" de la cellule. Les microtubules, des petits tubes de 25 nm de diamètre, desservent à la manière d'un réseau ferré l'ensemble de l'espace, permettant le mouvement et la répartition des protéines et organites cellulaires. Sur ces rails se déplacent des moteurs moléculaires : les kinésines, composées de deux brins entrelacés dont les extrémités supérieures servent à porter la charge et qui se terminent par deux "pieds" accrochés aux microtubules. Quand un ATP se fixe sur un pied, la kinésine se détache et se balance vers l'avant. Sur le même principe, une autre molécule, la myosine, se déplace sur les filaments d'actine. "On voit vraiment les deux jambes de la myosine grimper comme sur un escalier", s'étonne Gregory Giaunone. Parfois, c'est toute la cellule qui doit se déplacer. Une capacité capitale : elle permet par exemple aux neurones d'établir des synapses ou connexions ou aux tissus de cicatriser. Mais elle est aussi la cause de maladies : les métastases sont ainsi engendrées par des cellules cancéreuses qui ont migré à l'intérieur de l'organisme depuis la tumeur primitive. "La mobilité cellulaire est également une affaire de moteurs moléculaires qui fonctionnent selon un mode coopératif", explique Gregory Giannone. Pour se déplacer, la cellule déforme sa membrane, créant une protrusion vers l'avant, appelée lamellipode. Le lamellipode s'accroche ensuite à un site d'adhésion formé grâce à la création de forces générées par les moteurs moléculaires. La cellule se contracte alors en prenant appui sur les sites d'adhésion à l'avant et se détache des sites arrière, ce qui lui permet de se déplacer.
VERS DES NANOMOTEURS ARTIFICIELS : Ces quelques exemples de nanomoteurs illustrent la complexité, mais aussi l'élégance, de ces mécanismes vitaux. Leur connaissance est fondamentale, en médecine notamment. Certains antibiotiques agissent en bloquant les ribosomes. De même, dans les cancers, les cellules tumorales surproduisent de la topoisomérase. Certaines chimiothérapies agissent donc en bloguant cette enzyme, ce qui entraîne la mort cellulaire. Malheureusement, les cellules saines sont aussi affectées. C'est l'explication des effets secondaires de ces traitements. Ce domaine de recherche promet de nombreuses découvertes et oblige les scientifiques à établir des passerelles entre disciplines : biologie, mais aussi physique, car les moteurs moléculaires exploitent des phénomènes comme le mouvement brownien.
L'industrie a également investi ce champ d'études. La maîtrise des matériaux à l'échelle nanométrique permet la construction de nanomoteurs artificiels. Mais l'homme a-t-il intérêt à imiter la nature ? Toutes ces molécules sont le fruit d'une évolution qui a progressé par tâtonnements. "Si j'avais été chargé de lafabrication de l'ATP, je n'aurais pas conçu une machine aussi tordue que l'ATP synthase, qui transforme une énergie électrochimique (le flux de protons) en énergie mécanique (la rotation de l'axe central) puis en énergie chimique (l'ATP). Mais telle qu'elle est, cette nanomachine permet d'énoncer des principes de base du fonctionnement des moteurs moléculaires, et c'est le plus important", conclut Francis Haraux.
J.I. - SCIENCES ET AVENIR Hors Série > Mai > 2010 |
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