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LA CELLULE

 

La physique à l'échelle de la cellule


L'étude physique de phénomènes cellulaires a commencé à voir le jour il y a une quinzaine d'années grâce à l'essor considérable de la biologie cellulaire et grâce aux développements spectaculaires de la biologie moléculaire (l'ADN) et de la biochimie (les protéines). Les molécules que renferment nos cellules sont de mieux en mieux connues, et ont des propriétés d'auto-organisation qui sont impliquées dans deux mécanismes très importants de la vie d'une cellule : sa division et son mouvement. C'est à une échelle intermédiaire, située entre celle de la molécule, et celle de la cellule entière qu'on s'intéresse ici. Nos cellules se déplacent grâce à une mécanique interne sophistiquée : en poussant leur membrane par l'intérieur à certains endroits, elles se déforment, et se mettent en mouvement en adhérant sur les parois extérieures. L'énergie chimique qui assemble et organise les molécules lors de ce processus est ainsi transformée en énergie mécanique. Certaines bactéries se déplacent à l'intérieur de la cellule en utilisant le même type de machinerie. Je montrerai qu'on est capable de copier en laboratoire leur mouvement, et d'extraire des expériences les lois physiques qui régissent leur déplacement. Je montrerai également que ces systèmes expérimentaux épurés sont utilisés pour l'étude biochimique de l'assemblage des molécules impliquées.

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LES UNIVERSAUX DE LA PENSEE

 

Les universaux de pensée


La pensée est liée au cerveau, une entité matérielle qui possède une organisation complexe. Les universaux de pensée se développent à partir de cette organisation. Elle se construit au court de l'évolution, ou plutôt d'une synthèse d'évolutions multiples. Elle résulte de l'évolution des espèces, de l'évolution au court du développement embryonnaire, de la formation des connexions entres cellules nerveuses avant et après la naissance. Des évolutions multiples, emboîtées qui correspondent aux niveaux d'organisation de la matière, de la molécule à la cellule nerveuse, de la cellule nerveuse au circuit, du circuit aux assemblées de neurones.

Au court de l'enfance, il y a des changements de la connectivité en fonction de la culture, de l'environnement. Durant ces évolutions emboîtées, des universaux vont être sélectionnés, ils vont dans un premier cas assurer la survie de l'individu, mais aussi des groupes sociaux. Des universaux qui se retrouvent au niveau du génome, de l'anatomie et de l'organisation du cerveau, ses dispositions fonctionnelles, physiologique et psychologique. Il y a une universalité du génome humain mais aussi une variabilité génétique et épigénétique qui permet l'évolution tout en préservant l'intercompréhension entre les individus.

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ELECTROPHYSIOLOGIE MOLECULAIRE

 

L'électrophysiologie moléculaire


Les techniques d'électrophysiologie ont permis, en étudiant la propagation des signaux électriques entre les cellules nerveuses, de montrer comment le système nerveux gère l'information pour produire des comportements adaptés au milieu externe et interne. Depuis une vingtaine d'années des techniques nouvelles (patch clamp) ont révolutionné notre vision du fonctionnement su système nerveux central en donnant accès aux propriétés fonctionnelles des protéines-canaux qui sont à l'origine de l'activité électrique du système nerveux. Ces techniques associées à la biologie moléculaire ont élargi considérablement notre compréhension de certaines maladies génétiques qui conduisent à un dysfonctionnement du cerveau.

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Les techniques de patch-clamp associées à l'analyse mathématique des durées d'ouverture et de fermeture permettent de proposer des modèles fonctionnels simplifiés pour les récepteurs canaux. Ici nous avons l'exemple du récepteur glycine. Ce récepteur peut se trouver sous plusieurs conformations qui vont en partie dépendre du nombre de molécules de neurotransmetteurs qui se lient à leurs sites de liaisons. Dans ce cas, il faut deux molécules de glycine pour permettre au récepteur canal de s'ouvrir. Ce récepteur se caractérise par deux modes d'ouverture qui sont des propriétés intrinsèques du canal. Le changement de conformation est un mécanisme oscillatoire qui fait référence à des changements réactionnels réversibles. Ils sont quantifiés par des constantes qui ont été déduites d'après les données expérimentales.

Les techniques d'application ultrarapide ont été utilisées pour mimer la libération synaptique, car elles permettent d'appliquer l'agoniste avec une durée aussi courte que 1 ms. Elles ont montré, pour le récepteur glycine et d'autres récepteurs, que le décours temporel des réponses synaptiques est l'image des propriétés intrinsèques du canal et non celle d'une diffusion lente du neurotransmetteur hors de la fente synaptique.

 

 
 
 
 

PROTEINES RECOMBINANTES

 

Protéines recombinantes et applications


La construction des protéines recombinantes (PR) se fait en intégrant des fragments d'ADN (ADNc) dans le génome d'organismes vivants. On obtient ainsi en quantité suffisante des protéines clefs autrement impossibles à purifier du fait de leur rareté. L'ADNc est choisi pour coder des molécules utiles à la compréhension, à la détection et au traitement des maladies. Les manipulations de l'ADNc, telle la mutagenèse dirigée, permettent d'établir les relations de leur fonction avec leur structure tridimensionnelle (3D). Les concepts et le savoir-faire nécessaires à la sélection et à leur construction du recombinant sont désormais incontournables pour les programmes de recherche de "l'après génome" comme pour les programmes de types industriels. Dans son émission 1, François Godeau nous explique le principe d'obtention des PR et nous donne des exemples de leur applications. Dans son émission 2, il nous expose comment on élabore un projet d'utilisation des protéines recombinantes pour la détection précoce des cancers.

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