retour au site

Introduction à la Biologie Cellulaire et Moléculaire

 

I La classification des être vivants

5 règnes

1) Les protistes = monères + protoctistes

Ce sont des organismes simples, unicellulaires ou pluricellulaires, mais formés uniquement de cellules indifférenciées, c’est-à-dire qu’ils ont conservé la capacité à assumer toutes leurs fonctions, en particulier les fonctions de nutrition, d’excrétion, et de biosynthèse cellulaire, et la mobilité.

Certains sont formés de :

-         cellules procaryotes (cellules sans vrai noyau, pouvant évoluer) = monères = protistes inférieurs :

bactéries, certaines algues microscopiques (algues bleues = cyanophycées)

-         cellules eucaryotes (avec un noyau vrai) = protoctistes = protistes supérieurs :

champignons microscopiques (levures…), protozoaires, algues microscopiques eucaryotes

 

2) Les végétaux

Il s’agit des algues macroscopiques, champignons supérieurs, et plantes.

Ce sont des organismes pluricellulaires eucaryotes dont les cellules sont différenciées et organisées en tissus qui assument chacun une fonction spécifique. Parfois les cellules perdent certaines capacités générales.

Les cellules ayant une même fonction forment un tissu. Les différents tissus participant à une même fonction globale sont souvent groupés en organes et les différents organes réalisant des fonctions complémentaires font partie d’un appareil ou système.

La source d’énergie utilisée est pour les algues et les plantes l’énergie lumineuse captée grâce à des pigments photosynthétiques (chlorophylle…) = photosynthèse, et pour les autres végétaux l’énergie chimique contenue dans les nutriments, énergie forte dans les molécules organiques : C, H, O (P, N). L’énergie est récupérée par les cellules par un phénomène d’oxydation de substrats énergétiques appelé respiration cellulaire. La cellule végétale possède des réserves de substrats carbonés sous forme de grains d’amidon (polymère de glucose).

Particularité des végétaux : ils sont immobiles.

Les cellules sont entourées d’une paroi (squelette externe à la cellule) permettant le maintien de l’organisme. Elle est formée de lignine, de pectine et de cellulose. 

 

3) Animaux

Ce sont des organismes pluricellulaires eucaryotes à cellules différenciées en tissus, organes, appareils.

Leur source d’énergie est uniquement de type chimique : oxydation d’un substrat carboné réduit, appelé substrat énergétique (glucose…). La cellule peut mettre en réserve un substrat carboné sous forme de glycogène (polymère de glucose), qui génère du glucose.

Les cellules animales sont caractérisées par leur mobilité, surtout chez les vertébrés, assurée par le squelette en coopération avec le tissu musculaire.

Les cellules animales n’ont pas de paroi.

 

4) Cas particulier des virus

Ce sont des organismes à la limite du monde vivant. Ils ne vivent pas de façon autonome, ce sont des organismes parasites obligatoires.

Les virus parasites des bactéries sont appelés bactériophages, il existe également des virus à hôtes animaux ou à hôtes végétaux.

Ces virus ne réalisent des réactions biochimiques que grâce aux outils que leur fournit la cellule hôte, ils détournent la machinerie cellulaire pour fabriquer des virions.

 

II Organisation générale des cellules eucaryotes

1) Historique

Années 1660 : Robert Hooke, 1ère description d’une cellule biologique

1839 : Schwann a postulé que tous les êtres vivants seraient formés d’unités vivantes (les cellules), ce sont des êtres collectifs. Chaque cellule peut croître, se multiplier, se modifier.

Grâce aux progrès en microscopie, on a observé des cellules en mitose et détecté différents organites dans les cellules.

1950 : la microscopie électronique permet d’aller voir dans la cellule, et les techniques vidéo les cellules en croissance, en mouvement.

L’Homme est formé de 1014 cellules et autant de cellules bactériennes (peau, muqueuses intestinales…). Il existe 200 types de cellules :

-         les plus petites : les globules rouges (5 µm de diamètre)

-         un ovule : 150 µm de diamètre

-         les plus grosses : certains neurones moteurs (axones) d’une longueur de 10 cm

Leur durée de vie est variable :

-         le globule rouge cesse son activité quand il n’a plus de noyau (quelques jours)

-         les neurones durent toute la vie de l’individu, ils ne se régénèrent pas

-         les cellules hépatiques (du foie) sont capables de se dédifférencier et de se multiplier (régénération partielle).

 

2) Les enveloppes cellulaires

- Les végétaux ont une paroi

- Les animaux ont une membrane plasmique qui régule les échanges entre les milieux intra et extracellulaires. Elle joue un rôle dans la fonction de nutrition : elle trie les nutriments (glucose, O2…) et élimine les déchets métaboliques (CO2…).

 

La membrane a un rôle important dans les communications intercellulaires et la coordination de l’activité des différents tissus de l’organisme :

-         avec les cellules voisines, elle fait des jonctions intercellulaires = communication chimique ou électrique

-         quand les cellules sont plus dispersées, la membrane plasmique a des filaments, appelés glycocalyx, qui forment des liaisons

 

La membrane plasmique porte des protéines : des récepteurs à hormones, récepteurs à des médiateurs du système nerveux périphérique et à des médiateurs des cellules proches = médiateurs paracrines.

La cellule émet et reçoit en permanence des informations (régulation…).

 

3) Matrice intracellulaire

La cellule est remplie d’un gel aqueux :

a)     Le hyaloplasme = cytoplasme

La solution est gélifiée car elle contient des nutriments, du O2, du gaz dissous, des protéines à activité enzymatique (enzymes catalysant les réactions chimiques se déroulant au sein de la cellule). Elle contient plus de 90 % d’eau, plus les organites de la cellule séparés du cytoplasme par des systèmes membranaires.

Le cytoplasme est quadrillé par des fibres protéiques organisées en toiles d’araignée.

b)    Le cytosquelette

Il maintient la forme de la cellule mais l’organisation de chaque fibre est en perpétuel remaniement, donc le cytosquelette n’est jamais figé et il peut permettre le déplacement de molécules au sein de la cellule, de certains organites, et les modifications de forme de la cellule et de la membrane plasmique.

Ex : Phénomène de division cellulaire ou mitose.

       Lors de la mitose, le noyau se dissocie partiellement. Son contenu migre vers les 2 pôles de la cellule, et la membrane cytoplasmique s’invagine de façon à délimiter 2 cellules filles.

4) Le noyau

L’ADN du noyau porte le programme génétique de la cellule. Ses informations seront transmises de façon héréditaire (sauf mutation) et elles conditionnent la structure et le fonctionnement de chacune des cellules de l’organisme.

Remarque : Dans un organisme donné, toutes les cellules portent la même information génétique, elles n’ont pourtant pas la même structure ni la même fonction.

A propos de la régulation de l’expression des gènes dans une cellule, la cellule exprime seulement une partie du patrimoine génétique : c’est la différenciation.

ADN : adénine thymine base spécifique de l’ADN

           cytosine guanine

L’enchaînement des bases est lu, elles ont une signification par triplet : 3 bases successives = 1 codon = 1 acide aminé = 1 « mot ADN ».

1 enchaînement de triplets ADN code pour un enchaînement d’acides aminés d’une chaîne protéique.

Au niveau de chaque fragment d’ADN se trouve un brin codant. Puis, le phénomène de transcription a lieu dans le noyau grâce à des protéines solubles dans le nucléoplasme, les enzymes, plus des facteurs de transcription.

 

 

L’ARN est un brin d’acide nucléique.

adénine uracile base spécifique de l’ARN

cytosine guanine

L’ARN messager subit une maturation dans le nucléoplasme, traverse les pores nucléaires, se dirige vers le réticulum endoplasmique rugueux, où il va être lu et traduit en protéines : c’est la traduction.