Biologie cellulaire La cellule eucaryote

Biologie cellulaire
 - La cellule eucaryote
I - La membrane plasmique
Elle entoure la cellule et les différents organites, et est composée de lipides, protéines et glucides. Elle a différents rôles:

• la compartimentalisation.
  
• la perméabilité sélective.
  
• le transport de solutés.
  
• la réponse aux signaux extérieurs.
  
• l'interaction entre les cellules.
  
• la transduction d'énergie, effectuées par les mitochondries.
  

1) Structure
La membrane plasmique a une structure tripartite.

a) Les lipides
On a 3 types de lipides:

• le phospholipide.
  
• le cholestérol.
  
• le glycolipide.
  

Un phospholipide est une macromolécule graisseuse avec un groupement phosphate (1 atome de phosphore pour 4 atomes d'oxygènes). Les queues du phospholipide sont des acides gras. On dit que la tête est polaire (hydrophile) et que la queue est apolaire (hydrophobe). Cette queue, constituée par les acides gras, est flexible. L'intérieur et l'extérieur de la cellule contenant de l'eau, les phospholipides s'organisent sous la forme d'une double couche qui est la structure de base de la membrane. Cette bicouche phospholipidique est imperméable.

Le cholestérol apporte la rigidité à la membrane en s'intercalant entre les phospholipides. Le noyau stérolique est très stable, donc le cholestérol restreint le mouvement.
Un glycolipide est un lipide avec des glucides. Les glycolipides sont toujours sur la face externe de la cellule. La membrane est en mouvement permanent.

b) Les protéines
Les protéines sont des macromolécules constituées d'acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques. Ce sont même des polymères, des macromolécules constituées de sous-unités qui se ressemblent. Les acides aminés sont eux aussi hydrophobes ou hydrophiles.
Il y a 3 classes de protéines:

• intrinsèques ou transmembranaires, traversant la membrane.
  
• périphériques, accrochées à la membrane ou à une protéine intrinsèque par une liaison non-covalente (rapprochement de 2 molécules, alors qu'une liaison covalente est la mise en commun d'électrons par 2 atomes).
  
• ancrées à des lipides par une liaison covalente.
  

2) Les spécialisations membranaires
a) Les jonctions cellulaires
Des protéines membranaires permettent à la cellule d'adhérer ou de communiquer.
Les desmosomes permettent l'accrochage aux cellule voisines.
Les hémidesmosomes permettent aux cellules de s'accrocher aux tissus.
Les jonctions GAP se réalisent grâce à 12 protéines transmembranaires appelées connexions. Il y en a 6 dans chacune des 2 cellules qui forment un trou (un tunnel) entre ces cellules.

II - Les organites
1) Le noyau

L'enveloppe du noyau est percée de trous, les pores nucléaires, qui servent à la communication entre noyau et cytoplasme. Il contient l'ADN et le nucléole. L'enveloppe nucléaire est constituée d'une double membrane en continuité avec le réticulum endoplasmique.

Le nucléole est la structure qui produit des ribosomes.
La chromatine est l'ADN qui est dans le noyau, mais c'est de l'ADN associé à des protéines, notamment des histones autour desquelles l'ADN s'enroule.
L'ADN actif (eurochromatine) est de l'ARN en train d'être transcrit, c'est un ADN qui permet la formation d'ARN, alors que l'ADN inactif (hétérochromatine) n'est pas utilisé par la cellule.
Dans le noyau, on ne parle pas de cytoplasme mais de nucléoplasme.
2) Le réticulum endoplasmique
Il est divisé en 2: lisse et rugueux. Le lisse doit produire les phospholipides membranaires. Le rugueux doit produire des protéines. On y assemble la protéine, on commence à la replier, et pour certaines, on y ajoute des glucides.

Le réticulum endoplasmique rugueux est le réticulum sur lequel sont fixés des ribosomes (protéines + un peu d'ARN, constitués de 2 sous-unités). Le rôle du ribosome est d'assembler des acides aminés pour produire des protéines.
Le mRNA est un ARN messager. AUG est le codon START, le début de la synthèse d'une protéine. Un codon est un triplet de nucléotides. Le ribosome va se fixer en amont de AUG et va produire une méthionine. Quand on a 2 acides aminés, on parle d'un dipeptide, quand on en a une dizaine, on parle d'un peptide, quand on en a plusieurs dizaines, on parle de polypeptides, et quand on en a plusieurs centaines, on parle de protéines. UAA est le codon STOP, le ribosome se détache alors de l'ARN messager. En vérité, on a plusieurs ribosomes qui avancent sur l'ARN messager: quand le premier se fixe et a avancé de 50 protéines, un second part de AUG, etc ...
Toutes les protéines qui doivent passer par le réticulum endoplasmique ont, juste après AUG sur la séquence d'acides aminés, le peptide signal. Le réticulum endoplasmique possède un récepteur qui attire ce ribosome.

3) La mitochondrie

La membrane interne fait des replis, les crêtes mitochondriales. L'intérieur de la mitochondrie est la matrice. On a de l'ADN et des ribosomes dans la matrice. L'ADN présent dans la mitochondrie est circulaire, comme celui des bactéries. La mitochondrie se sert de cet ADN pour produire 13 protéines différentes. La plupart des protéines qu'on trouve dans la mitochondrie proviennent de l'ADN nucléaire, du noyau de la cellule. Une mitochondrie se multiplie par scission dans l'organisme. Des chercheurs ont donc élaboré la théorie endosymbiotique. Cette théorie dit que l'ancêtre de la cellule eucaryote était unicellullaire et vivait près de la mitochondrie. La mitochondrie a donc produit de l'énergie pour la cellule eucaryote, et cette dernière la protège. Il y a eu fusion, et une partie de l'ADN de la mitochondrie a rejoint l'ADN nucléaire.
Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques se déroulant dans le cytoplasme. Il associe l'anabolisme (synthèse des molécules organiques comme les acides aminées, les protéines, ...) et le catabolisme (dégradation des molécules organiques).
Le métabolite est une molécule organite formée ou modifiée par le métabolisme.
De nombreuses voies métaboliques commencent dans le cytoplasme et se poursuivent dans d'autres compartiments cellulaires (protéines nucléaires).
Le cytoplasme est l'un des 2 sites de production de l'énergie de la cellule. La glycolyse se déroule entièrement dans le cytoplasme. Il s'agit d'un processus anaérobie. À partir d'une molécule de glucose, elle produit 2 molécules de pyruvate et 2 ATP. Le pyruvate entre dans la mitochondrie, où il est complètement oxydé en CO2 et H20, et permet la synthèse de nombreux ATP, c'est le cycle de Krebs.
Les acides aminés, le glycérol peuvent permettre une synthèse de glucose grâce à la néoglucogenèse. Alors que les acides gras peuvent être directement utilisés pour la synthèse d'ATP grâce au cycle de Lynen.

4) L'appareil de Golgi
C'est un empilement de plusieurs citernes aplaties qui a un rôle de tri, de maturation et de glycolysation (rajout des sucres) des protéines.

Une protéine ne peut effectuer sa fonction que si elle a atteint sa forme finale. La maturation de la protéine peut s'effectuer par 3 points:

• glycolysation, ou rajout de sucre.
  
• une protéolyse ménagée, on coupe la protéine une ou deux fois.
  
• la phosphorisation, l'ajout d'un groupement phosphate sur la protéine. Certaines protéines sont inactives ou actives en fonction de la présence ou non du groupement phosphate.
  

L'appareil de Golgi peut faire toutes ces opérations.

Les protéines produites par le réticulum endoplasmique sont transmises à l'appareil de Golgi par des vésicules de transition fabriquées par le réticulum endoplasmique lisse. Le Golgi est divisé en 3 parties:

• la zone cis, qui communique avec le réticulum endoplasmique.
  
• la zone médiane.
  
• la zone trans, dans laquelle s'effectue le tri des protéines.
  

Le Golgi produit aussi des vésicules qui vont aller fusionner avec la membrane plasmique.

Après l'appareil de Golgi, il y a 3 destinations différentes:

• la membrane plasmique, si la mitochondrie se détache pendant la synthèse de la protéine: il en reste alors une partie dans le réticulum et une autre partie à l'extérieur du réticulum. Cette protéine se placera donc de la même manière en travers de la membrane plasmique.
  
• l'extérieur de la cellule, le Golgi va regrouper toutes ces molécules dans une vésicule qui en fusionnant avec la membrane plasmique les laissera s'échapper. Quand une protéine quitte la cellule, on parle d'une sécrétion. Certaines sécrétions se déroulent en continu, comme le collagène, ou de façon ponctuelle, en réponse à un signal, comme l'insuline.
  
• le lysosome.
  

Tout ce système, du noyau au réticulum, du réticulum au Golgi et du Golgi à la membrane plasmique, est nommé le système endomembranaire.

5) Le lysosome

C'est une vésicule produite par l'appareil de Golgi et qui concentre une grande quantité d'hydrolase acide. L'hydrolase est une enzyme, c'est à dire un catalyseur biologique qui accélère les réactions chimiques de l'organisme. Ces enzymes travaillent à PH acide.
Si le PH est égal à 7, la solution est neutre, elle est acide si le PH est inférieur à 7 et basique s'il est supérieur à 7. Dans le corps humain, le PH tourne autour de 7,2, mais dans le lysosome, le PH vaut 5. Sur l'extérieur des lysosomes, il y a des pompes à proton qui sont des ions H-. Ces ions vont attirer les ions H+ vers l'intérieur du lysosome, et plus il contient de ions H+, plus son intérieur est acide, et plus l'hydrolase peut travailler.
Les charges des acides aminées qui constituent les protéines varient en fonction du PH. Les acides aminées qui ont des charges identiques vont se repousser, et les acides aminées qui ont des charges différentes vont s'attirer. Ainsi, à PH neutre ou à PH acide, les protéines ont des formes différentes, et on rappelle qu'une protéine ne peut fonctionner que lorsqu'elle a atteint une certaine forme.
Dans le lysosome, on a plusieurs enzymes qui sont:

• des protéoses, qui dégradent les protéines.
  
• des liposes, qui dégradent des lipides.
  
• des nucléases, qui sont des DNases ou des RNases, qui dégradent l'ADN ou l'ARN.
  
• des saccharidases, qui dégradent des sucres complexes.
  
• des phosphotases, qui dégradent le phosphore.
  

Le lysosome sert à faire de la défense cellulaire, du recyclage de molécules organiques, et permet également la dégradation des mitochondries vieillissantes.

Le macrophage est une cellule du système immunitaire qui contient plusieurs lysosomes, et qui est là pour dégrader les cellules mortes, les bactéries, ... La dégradation d'une mitochondrie est l'autophagie. Un lysosome se rompt quand la cellule n'est plus oxygénée: les enzymes sont libérées dans le cytoplasme, et la cellule se digère de l'intérieur. Ce phénomène s'appelle l'autolyse cellulaire.
6) Le cytosquelette

C'est le squelette de la cellule, constitué de protéines fibrillaires. Il donne une forme à la cellule et permet son mouvement ou celui des organites dans la cellule. Il est constitué de 3 sortes de filaments:

• les microfilaments, constitués d'actine (à peu près 5 nanomètres de diamètre). Ils se trouvent autour de la membrane.
  
• les microtubules, constitués de tubuline (à peu près 25 nanomètres de diamètre). Ils se retrouvent dans tout le cytoplasme sauf dans le noyau, ils sont centrés sur le centrosome.
  
• les filaments intermédaires constitués de cytokératine, neurofilaments,... en fonction de la cellule. Ils occupent tout l'espace nucléaire, y compris sous l'enveloppe nucléaire.
  

Chapitre II - Les acides nucléiques, mitose et méiose
I - Les acides nucléiques
1) Leur composition
Elles sont composés d'acide, de sucre et de bases azotées.

Les sucres sont des pentoses, ils sont structurés par 5.
L'ADN est l'acide désoxyribonucléique, alors que l'ARN est l'acide ribonucléique. La différence repose sur la présence ou l'absence d'un oxygène.
2) Leurs structures
Dans un nucléotide, on trouve un groupement phosphate, un sucre et une base.
Un acide nucléique est un polymère de nucléotides. La liaison entre deux nucléotides est une liaison phosphodiester. C'est une liaison covalente.
Au niveau structural, on a une différence majeure entre l'ADN et l'ARN: le premier est bicaténaire (2 chaînes anti-parallèles formant une hélice stabilisée par des liaisons hydrogènes inter-chaînes), alors que l'ARN est monocaténaire (une chaîne formant des structures secondaires avec des liaisons hydrogènes intra-chaînes).

Les 2 brins d'ADN sont anti-parallèles car ils sont orientés en sens opposés.
Une structure secondaire est une structure repliée sur elle-même.
L'ADN est contenu dans le noyau et contient, dans les bases, l'information génétique.
L'ARN messager représente 2% des ARN totaux, et sa fonction est d'amener l'information génétique du noyau au cytoplasme.
L'ARN de transfert représente 16% des ARN totaux et est en forme de trèfle, car il y a des séquences complémentaires. Dans un ARN de transfert, il y a 2 zones importantes: l'anticodon, complémentaire au codon de l'ARN messager, et le site d'accrochage de l'acide aminé. Sa fonction est amener les acides aminés aux ribosomes.

L'ARN ribosomique représente 82% des ARN totaux, et est un des constituant des ribosomes, synthétisé dans le nucléole (ARNr + protéines ribosomiques).
3) La synthèse protéique
Elle se fait en 2 temps: la transcription dans le noyau puis la traduction dans le cytoplasme.
Dans le noyau, lors de la transcription, les 3 ARN sont synthétisés à partir de l'ADN.
Lors de la traduction, les 3 ARN interagissent dans le cytoplasme pour former la protéine. L'ARNm amène la séquence de la protéine, l'ARNt amène le acides aminés, et l'ARNr est dans le ribosome pour assembler les acides aminés.
a) La transcription
C'est l'ensemble des phénomènes qui permettent de produire un ARN à partir d'un ADN. L'ADN doit être ouvert, et il l'est grâce à l'enzyme ARN polymérase. C'est une enzyme qui polymérise l'ARN. Une matrice d'ADN et des NTP (nucléotides triphosphates) comme l'ATP, le CTP, le GTP et l'UTP sont nécessaires. La synthèse se déroule dans le sens 5' vers 3' de façon anti-parallèle et par complémentarité (nucléotide A avec nucléotide U, G avec C) avec le brin matrice.

Le brin non-utilisé s'appelle le brin codant, car il contient la séquence de l'ARNm. Le brin utilisé s'appelle le brin non-codant, ou transcrit.
De 5' vers 3', on parle de sens. De 3' vers 5', on parle d'anti-sens. Le brin transcrit est le brin anti-sens.
b) La régulation de la transcription et la différenciation cellulaire

Devant chaque gène, on a un promoteur qui est reconnu spécifiquement par un facteur de transcritption. Ceux-ci peuvent avoir un effet activateur ou répresseur sur la transcription d'un gène. Ainsi, il existe de gènes dits "éteints". Par exemple, le gène cheveux est actif sur la tête, mais éteint partout ailleurs.
La différenciation cellulaire peut être définie comme l'ensemble des processus aboutissant à l'acquisition par une cellule donnée de structures et de fonctions spécialisées. Toutes les cellules contenant la même information génétique, la différenciation d'une cellule correspond ainsi à une sélection des gènes exprimés.
c) La maturation des ARNm

Après la transcription, l'ARNm obtenu n'est qu'un ARN pré-messager, qui doit subir une maturation. 3 étapes sont nécessaires:

• l'épissage: coupure des introns (ARN eucaryotes morcelés).
  
• l'ajout d'une coiffe (Guanosines en 5') qui permet à l'ARNm de passer à travers le pore nucléaire.
  
• l'ajout d'une queue polyA (250 Adénosines) qui rallonge la durée de vie de l'ARNm.
  

L'ARNm peut ensuite être exporté dans le cytoplasme afin de participer à la dernière étape de la synthèse protéique: la traduction.

d) La traduction
La traduction a 2 étapes:l'initiation et l'élongation.

L'initiation:

1. Dans le cytoplasme, l'ARNm s'accroche sur la petite sous-unité d'un ribosome.
   
2. Fixation de l'ARNt initiateur sur le codon START AUG.
   
3. Fixation de la grande sous-unité, le ribosome est désormais fonctionnel.
   

L'élongation:

1. Fixation du 2° ARNt sur le site A.
   
2. Formation de la liaison peptidique par la peptidyle-transférase (grande sous-unité).
   
3. Translocation entraînant la libération du site P.
   
4. Fixation du 3° ARNt.
   
5. Arrivée du codon STOP dans le site A, aucun ARNt ne correspond, donc fin de traduction.
   

Le tableau du code génétique donne les acides aminés correspondant aux codons de l'ARNm. Il existe 1 codon START et 3 codons STOP. Le code génétique est dégénéré, car plusieurs codons correspondent au même acide aminé.

II - La mitose: phénomène permettant à partir d'une cellule mère d'obtenir 2 cellules filles identiques
1) Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est le temps qui sépare 2 mitoses. C'est l'alternance entre l'interphase et la mitose. La phase de repos prolifératif à la sortie de la mitose ne fait pas partie du cycle cellulaire. À partir de la naissance jusqu'à la mort, les neurones ne se multiplient plus. Donc, si un neurone meurt, il n'est pas remplacé. Il existe des cellules qui sont en G0 transitoire, comme les cellules du foie ou hépatocytes.
La plupart du temps, les cellules sont en G1 et se mettent à grossir. Ensuite, elles se différencient et occupent leur fonction au sein de l'organe où elles se trouvent. Au bout d'un certain temps, elles rencontrent un facteur de croissance.
Après la phase de croissance, on a une préparation à la réplication, qui multiplie la quantité d'ADN par 2.
Après la réplication, on passe à G2: la cellule entre en phase de croissance.
Enfin, la cellule entre en mitose et se divise en 2 cellules filles identiques qui entrent en G1.
Entre G1 et S, la protéine P53 intervient. On l'appelle le gardien du génome, car elle a la capacité de détecter les mutations dans l'ADN. Sa deuxième capacité peut arrêter le cycle cellulaire entre G1 et S, pour laisser le temps à la cellule de réparer son ADN. Si elle n'y parvient pas, P53 permet le suicide de la cellule: l'apoptose.
2) L'apoptose

L'apoptose est appelée "mort cellulaire programmée". Des protéines qui sont gardées entre les 2 membranes des mitochondries vont être lâchées dans le cytoplasme et libérer des enzymes qui vont couper en deux les protéines de la cellule. Celle-ci meurt et se désagrègent en corps apoptotiques.
La mitose et l'apoptose doivent être en équilibre dans le corps: si il y a trop de cellules, on a par exemple un cancer. En revanche, dans le cas des maladies neuro-dégénératives, les neurones ne sont pas remplacés et on perd en capacité.
3) La réplication

Elle se déroule durant la phase S ayant lieu avant chaque division cellulaire. Il est essentiel que chaque cellule-fille possède une copie identique de l'ADN de la cellule-mère. La réplication est semi-conservative.
Elle est réalisée par l'ADN polymérase dans le sens 5' vers 3' à l'aide d'une matrice d'ADN et de NTP. Les nucléotides sont incorporés de façon anti-parallèle et complémentaire.
4) Les aspects morphologiques de la mitose

Le chromosome apparaît durant la moitié de sa vie avec 1 seule chromatide. Cependant, lors de la division cellulaire, un chromosome apparaît dupliqué, avec 2 chromatides. Le centre du chromosome est le centromère. Il y a un amas protéique sur le centromère, le kinétochore, sur lequel viennent se fixer les microtubules kinétochoriens. Les microtubules vont tirer de chaque coté, ce qui va séparer les 2 brins.
La mitose est composée de 4 phases:

1. la prophase, on a une fragmentation de l'enveloppe nucléaire. Des chromosomes sont apparus car on a eu condensation de la chromatine sous forme de chromosomes. Le fuseau mitotique s'étend.
   
2. la métaphase, les microtubules s'allongent en direction des chromosomes et vont s'attacher sur le kinétochore (sauf les microtubules polaires). On a un alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale.
   
3. l'anaphase, les microtubules kinétochoriens vont raccourcir et le centromère casse. Les microtubules polaires vont s'allonger.
   
4. la télophase, les microtubules polaires se sont tellement allongés que la membrane plasmique s'étrangle, on voit l'enveloppe nucléaire qui réapparaît et les chromosomes se décondensent en chromatine.
   

Après ces phases, on obtient 2 cellules en G1.

5) L'évolution de la quantité d'ADN dans une cellule au cours de la mitose
En G1, la quantité d'ADN est 2c. Lors de la phase S, on passe à 4c. En G2, il ne se passe rien. Lors de la mitose, à la télophase, on divise la quantité d'ADN par 2, on a 2c.
III - La méiose

Chez l'homme, la reproduction implique la fusion d'un gamète mâle et d'un gamète femelle pour former un zygote possédant un nombre diploïde de chromosomes (2n=46). Par conséquent, chaque gamète possède un nombre haploïde de chromosomes (n=23), c'est à dire la moitié du nombre de chromosomes parentaux.
La méiose n'a lieu que dans les cellules germinales des gonades pendant la formation des gamètes.
Chez l'homme, la gonade est le testicule, la cellule germinale est la spermatogonie et le gamète est le spermatozoïde.
Chez la femme, la gonade est l'ovaire, la cellule germinale est l'ovogonie et le gamète est l'ovule.
La méiose comprend 2 divisions successives, mais seule la première est précédée d'une réplication.
La première division, appelée la division réductionnelle, permet la séparation des chromosomes homologues et donne des cellules haploïdes.
La deuxième division, appelée la division équationnelle, permet la séparation des chromatides de chaque chromosome par clivage du centromère. Elle correspond à une mitose.
La méiose assure une certaine diversité génétique. Sachant que chaque chromosome d'un couple d'homologues exprime la plupart du temps un allèle différent, la distribution aléatoire des chromosomes homologues dans les 4 cellules filles haploïdes va produire théoriquement 2 puissance 23 gamètes différents. C'est le brassage interchromosomique.
Le brassage intrachromosomique: lors de la prophase 1, les crossing-overs permettent un échange réciproque de fragments d'ADN entre chromosomes homologues, ce qui accroît encore le nombre de possibilités.

Chapitre III - Le neurone
I - Une cellule eucaryote comme les autres
En effet, il y a la présence des mêmes organites:

• le noyau.
  
• les mitochondries.
  
• l'appareil de Golgi.
  
• le réticulum endoplasmique lisse.
  
• le réticulum endoplasmique rugueux.
  
• le cytosquelette.
  
• les ribosomes libres (ou liés au réticulum endoplasmique).
  

La membrane plasmique d'un neurone est constituée d'une bicouche de phospholipides dans laquelle s'intègre des protéines transmembranaires spécifiques de différentes sortes (canaux de fuite, canaux votage-dépendant, récepteurs aux neurotransmetteurs, Na/k ATPase).
Comme dans toutes les cellules eucaryotes, c'est l'ADN (gènes) qui contient l'information génétique permettant la synthèse de protéines.
L'information génétique passe dans le cytoplasme sous forme d'ARNmessager.
L'ARNmessager est traduit en protéine dans le cytoplasme, soit dans le réticulum endoplasmique rugueux, soit sur des ribosomes libres.
Les protéines produites dans le réticulum endoplasmique rugueux (protéines transmembranaires ou neurotransmetteurs peptidiques) passent ensuite dans l'appareil de Golgi.
La mitochondrie fournit l'énergie comme dans toute cellule eucaryote.
Le cytosquelette est le même que dans toute cellule eucaryote (microtubule et actine). Il donne forme, résistance et mouvement au neurone.
Il existe 3 types de neurotransmetteurs:

• des neuromédiateurs peptidiques (substance P, neuropeptide Y, endorphines, ...).
  
• des acides aminés (le glutamane, la glycine et le GABA).
  
• des amines, dérivés d'acides aminés (dopamine, noradrénaline, adrénaline, sérotonine).
  

La synthèse d'un neuromédiateur peptidique, ou neuropeptide, suit 4 étapes:

1. synthèse du neuropeptide précurseur dans le réticulum endoplasmique rugueux.
   
2. passage dans l'appareil de Golgi et activation par protéolyse.
   
3. production par l'appareil de Golgi de granules de sécrétion contenant le neuropeptide actif.
   
4. transport des granules de sécrétion dans l'axone en direction de la synapse.
   

Pour les acides aminés et les amines, la synthèse se fait dans le cytoplasme du bouton synaptique où des enzymes synthétisent les neurotransmetteurs à partir de précurseurs cytoplasmiques. Dans un deuxième temps, des transporteurs permettent la pénétration du neurotransmetteur dans la vésicule synaptique.
Macroscopie du système nerveux
Le système nerveux permet une communication rapide et spécifique entre des régions éloignées de l'organisme. ceci est réalisé grâce à des cellules nerveuses spécialisées: les neurones.
Le système nerveux est divisé en 2 grandes parties:

• le système nerveux central, composé du cerveau (ou encéphale) et de la moelle épinière. Ces 2 organes sont enfermées dans des os, la boite crânienne pour le cerveau et le rachis pour la moelle épinière.
  
• Le système nerveux périphérique constitué de nerfs. Il comprend:
  
  
  
  • le système nerveux somatique avec les nerfs spinaux et crâniens innervant la peau, les articulations et les muscles associés à une commande volontaire.
    
  • le système nerveux végétatif (ou viscéral ou autonome) qui comprend des nerfs et des neurones innervant les organes internes, es vaisseaux sanguins et les glandes. Il est régulé de façon dissociée de la volonté.
    
  
  
  

I - L'encéphale
Il est divisé en 4 parties:

• le tronc cérébral, qui comprend le bulbe rachidien, la protubérance ou pont de Varolles et le mésencéphale.
  
• le diencéphale centré sur le 3° ventricule.
  
• les hémisphères cérébraux qui occupent presque toute la cavité osseuse.
  
• le cervelet sous les hémisphères cérébraux et derrière le tronc cérébral.
  

Chez l'homme adulte, l'encéphale comprend environ 100 milliards de neurones et pèse 1,5kg.
La surface du cerveau est composée de substance grise d'une épaisseur de 2 à 4 cm. Il s'agit du cortex cérébral.
Pendant la période embryonnaire, la substance grise se développe beaucoup plus rapidement que la substance blanche sous-jacente. Il y a donc formation de replis superficiels profonds appelés sillons (sillon latéral ou scissure de Sylvius, sillon central ou scissure de Ronaldo, sillon perpendiculaire ou pariéto-occipital), ou moins profonds appelés circonvolutions (ou gyrus).
Les sillons définissent ainsi 4 lobes:

• lobe frontal situé devant.
  
• lobe occipital situé derrière.
  
• lobe temporal sur le côté.
  
• lobe pariétal au-dessus.
  

Il reste un dernier lobe invisible, car plus profond, appelé l'Insula.

Les 2 hémisphères cérébraux sont reliés par un faisceau large de fibres blanches (axones myélinisés) appelés corps calleux. Entre les 2 hémisphères s'insère un prolongement de la dure-mère, c'est la faux du cerveau.
Lorsque l'on coupe le cerveau par une coupe frontale, on observe de la substance blanche au centre et de la substance grise à la surface (cortex cérébral). Cependant, dans la substance blanche centrale apparaissent des groupes de neurones ou noyaux bilatéraux et symétriques, appelés les noyaux gris centraux. Ils sont composés:

• du corps strié: le plus volumineux d'entre eux, qui se divise en noyau caudé et lenticulaire (lui-même divisé en putamen et globus Pallidus).
  
• la substance noire, dans le tronc cérébral.
  
• le thalamus.
  

Les régions inférieures (tronc cérébral, noyaux gris centraux et cervelet) contrôlent la plupart des activités inconscientes: régulation de a fréquence régulatoire, tonus musculaire, coordination des mouvements.
Les régions supérieures (hémisphères cérébraux) traitent les informations et les emmagasinent (apprentissage, mémoire).
II - Le cervelet
C'est la partie la plus volumineuse après les hémisphères cérébraux. Il se situe dans la partie postérieure et inférieure de la boite crânienne.
Il a une forme de papillon composé de 2 lobes (ailes) ou hémisphères cérébelleux et une partie centrale, le vernis.
La surface du cortex cérébelleux est formée par des replis de substance grise appelées lamelles, et en dessous par des faisceaux de substance blanche très ramifiés appelés l'arbre de vie.
Le cervelet, malgré sa petite taille, renferme approximativement le même nombre de neurones que les 2 hémisphères cérébraux réunis.
Cette partie du cerveaux contrôle la contraction des muscles squelettiques nécessaires à la coordination, au maintien de la posture et à l'équilibre.
III - Le diencéphale
Il s'agit d'une partie impaire et médiane du cerveau située entre les hémisphères cérébraux. Il est centré autour du 3° ventricule. Il est constitué du thalamus, de l'hypothalamus, de l'hypophyse et de l'épiphyse.
Le diencéphale est impliqué dans la régulation hormonale, la satiété, la soif et la thermorégulation.
IV - Le tronc cérébral
C'est le reste du cerveau. c'est de là que naissent les hémisphères cérébraux et le cervelet. Il contient beaucoup de fibres myélinisées et des groupes de neurones qui transmettent les informations aux hémisphères cérébraux et à la moelle épinière.
Il s'agit d'un centre de régulation de certaines fonctions vitales comme la respiration et le contrôle de la température corporelle.
C'est la partie la plus primitive du cerveau, qui comprend le mésencéphale, la protubérance et le bulbe rachidien.
V - Les nerfs crâniens
Il s'agit de nerfs émergeant du crâne. Ils appartiennent au système nerveux périphérique, comme les nerfs rachidiens. Ils sont organisés par paires, 10 des 12 paires prenant naissance sur le tronc cérébral, le nerf I émergeant du proencéphale et le nerf II du diencéphale.
Ils sont désignés par un chiffre romain et un nom se rapportant à leurs fonctions.
Certains sont sensoriels purs, moteurs purs, moteurs et végétatifs, mixtes, et certains ont en plus une partie sensorielle.
VI - La moelle épinière
Elle est à peu près cylindrique et mesure 40 à 45 cm. Elle s'étend du bulbe rachidien à la deuxième vertèbre lombaire.
Dans la moelle épinière, la substance grise (corps cellulaire des neurones), en forme de H ou de papillon, est entourée de substance blanche (axones myélinisés). Au centre de la moelle épinière, se trouve le canal épendymaire dans lequel circule le liquide céphalo-rachidien.
Les nerfs rachidiens, qui permettent la communication entre la moelle épinière et le reste du corps, y ont 2 points d'ancrage appelés les racines.
VII - Les nerfs rachidiens
Il en existe 31 paires, qui relient le système nerveux central au reste du corps (récepteurs, glandes, muscles). Ils appartiennent au système nerveux périphérique. Ils sont mixtes, c'est à dire à la fois moteurs et sensitifs.
Chaque nerf est rattaché à la moelle épinière par deux branches appelées racines:

• la racine dorsale (ou postérieure ou sensitive) collecte les informations provenant de la périphérie.
  
• la racine ventrale (ou antérieure ou motrice), qui rassemble les axones des neurones moteurs (motoneurones) transférant l'information de la moelle épinière vers le reste du corps. Les corps cellulaires des motoneurones se trouvent dans la substance grise.
  

VIII - Les méninges et le système ventriculaire
A - Les méninges
Le système nerveux central n'est pas en contact direct avec l'os qui l'entoure. Il est protégé par les méninges, constituées de 3 membranes différentes:

• la dure-mère, une enveloppe rigide qui enveloppe le cerveau et la moelle épinière. Elle a la consistance du cuir.
  
• l'arachnoïde, ou membrane arachnoïdienne, qui a l'apparence d'une toile d'araignée et qui comprend l'espace sous-arachnoïdien dans lequel circule le liquide céphalo-rachidien.
  
• la pie-mère, une fibre membrane adhérant fortement à la surface du système nerveux central. Elle est traversée par de nombreux vaisseaux sanguins allant irriguer le système nerveux central.
  

B - Le système ventriculaire
Le cerveau contient des cavités remplies de liquide céphalo-rachidien qui constituent un réseau de canaux appelé le système ventriculaire. Il y a 4 cavités principales reliées entre elles par de fins canaux.
Le liquide céphalo-rachidien est produit à partir du sang dans chaque ventricule par des structures appelées plexus choroïdes (80 à 150 millilitres par jour).
Il assure une protection physique du système nerveux central en empêchant les chocs contre l'os qui l'entoure. Il assure également une protection chimique en permettant un échange de nutriments et de déchets avec le sang.

À la sortie des ventricules, à la base du cervelet, le liquide céphalo-rachidien pénètre dans l'espace sous-arachnoïdien, où il est résorbé par des vaisseaux au niveau des villosités arachnoïdiennes.