Des molécules à l’homme

Une perspective sur la taille

Un angstrom est un dix-millionième de millimètre, soit 1×10-10 mètres. L’illustration ci-dessous donne une idée de l’échelle relative de certaines des structures biologiques évoquées ci-dessus.

La distance entre deux atomes de carbone dans une chaîne d’acide gras est d’un peu plus d’un angström. Une molécule de glucose est d’environ 9 angströms. Les bactéries sont des dizaines de milliers d’angströms. Et à titre d’estimation approximative, une cellule humaine typique pourrait mesurer environ 1/100e de millimètre, soit environ 1/10e de la largeur d’un cheveu humain. Pour une perspective intrigante sur la taille des choses, des plus petits aux plus grands objets de l’univers, jetez un coup d’œil à http://htwins.net/scale2/.

Malgré leur taille microscopique, les cellules ont beaucoup de choses à faire en permanence. Les diagrammes et les photomicrographies dépeignent les cellules comme des sacs rigides et statiques figés dans le temps, mais si nous pouvions en quelque sorte faire un voyage à l’intérieur d’une cellule, nous serions stupéfaits par la beauté, la complexité et l’incroyable activité. Vous pouvez avoir au moins un aperçu de la vie intérieure d’une cellule en regardant l’animation de l’université de Harvard, « The Inner Life of a Cell » (version intégrale avec narration), qui montre l’activation des leucocytes dans une inflammation. Certains des termes utilisés dans la vidéo vous seront étrangers, mais la vidéo donne un magnifique aperçu des travaux intérieurs des cellules, et elle montre que les cellules sont des structures dynamiques dans lesquelles de nombreux processus se déroulent continuellement.

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Le pouvoir des polymères

L’un des concepts fondamentaux de la biologie est que des structures moléculaires simples (monomères) peuvent être liées entre elles pour former des structures de plus en plus complexes. Par exemple, les monomères de sucres, comme le glucose et le fructose, peuvent être liés entre eux pour former de très grands polysaccharides comme l’amidon et le glycogène. Les acides aminés peuvent être liés entre eux pour former des polypeptides (protéines). Les nucléotides peuvent être liés entre eux pour former l’ADN et l’ARN.

En plus de lier les molécules entre elles pour former de longues chaînes, de nombreuses molécules s’auto-assemblent dans des conditions appropriées pour former des agrégats moléculaires de plus en plus complexes, comme les membranes ou les lipoprotéines. Et les membranes biologiques peuvent fournir la structure d’organelles intracellulaires capables de remplir des fonctions spécialisées et complexes. Par exemple, les microtubules sont des cylindres creux qui constituent un échafaudage interne pour les cellules eucaryotes et fournissent également des pistes le long desquelles les matériaux ou les organites liés à la membrane peuvent être transportés d’un endroit à l’autre de la cellule. Par exemple, le réseau de microtubules relie l’appareil de Golgi à la membrane plasmique pour guider les vésicules sécrétoires en vue de leur exportation ou de leur insertion dans la membrane plasmique. Le mouvement de ces « paquets » liés à la membrane le long des microtubules est facilité par des protéines motrices (les transporteurs) qui se déplacent le long des microtubules en changeant leur conformation tridimensionnelle. Ce processus est alimenté par l’adénosine triphosphate (ATP). A chaque  » pas « , la molécule motrice libère une partie du microtubule et s’agrippe à un second site plus loin dans le filament.

Ces microtubules sont des polymères composés de sous-unités d’une protéine appelée tubuline. Chaque sous-unité du microtubule est constituée de deux unités plus simples légèrement différentes mais étroitement liées, appelées alpha-tubuline (représentée sur la figure ci-dessous par des billes jaunes) et bêta-tubuline (représentée par des billes vertes). Dans des conditions appropriées, ces sous-unités s’agrègent ou s’auto-assemblent d’une manière particulière qui forme rapidement un microtubule. Inversement, ces microtubules peuvent aussi se désagréger rapidement.

Source : https://micro.magnet.fsu.edu/cells/microtubules/microtubules.html

La vidéo ci-dessous est un TED talk dans lequel l’animateur David Bolinsky décrit une collaboration entre animateurs et biologistes de l’Université de Harvard dans laquelle on acquiert une vision de la beauté et de la complexité des cellules eucaryotes. Notez que le phénomène d’assemblage de monomères en polymères macromoléculaires complexes et hautement fonctionnels est illustré à plusieurs endroits.

L’intégralité de la conférence dure 9:49. Avancez la vidéo à 3:24 pour sauter la description d’introduction. La véritable action commence à environ 6:50. Il n’y a rien à mémoriser dans cet exposé. Appréciez simplement la complexité et la beauté des cellules.

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La prochaine vidéo ci-dessous fournit un aperçu de base de la structure et de la fonction des cellules (6:00 min.), et la seconde fournit une brève description de la structure et de la fonction des organites dans une cellule eucaryote (4:46 min.).

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Niveaux supérieurs d’organisation

On peut voir que les cellules, la plus petite unité qui répond aux critères pour être vivante, sont très complexes. Néanmoins, cette complexité résulte de molécules simples reliées entre elles pour former une myriade de structures de plus en plus diverses et complexes, et celles-ci, à leur tour, constituent la base d’un niveau d’organisation et de complexité encore plus élevé en s’assemblant en complexes macromoléculaires, tels que les membranes, les organelles, les microtubules et les lipoprotéines. Du niveau cellulaire, on peut alors envisager l’agrégation des cellules pour former des tissus, qui deviennent la base des organes et même des systèmes d’organes dans un éventail incroyablement diversifié d’organismes multicellulaires.

Adapté de : http://www.theorganicstartupbook.com/2012/07/07/evolutionary-levels-sublevels-4-of-5/

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