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
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.