Biologie Cellulaire: Définition et Historique

Définition et Historique

• La biologie cellulaire, ou cytologie, étudie les unités structurales et fonctionnelles communes à tous les êtres vivants.
• Antonie van Leeuwenhoek (1632 - 1723) a contribué aux premières observations des cellules.

Quelques Notions

• Tous les êtres vivants sont constitués de cellules, à tous les niveaux d'organisation.
• Chaque cellule possède les éléments nécessaires à la vie, avec des nuances.
• Il existe des êtres vivants unicellulaires, qui sont très nombreux, et des êtres vivants pluricellulaires.
• Les êtres unicellulaires sont autonomes tandis que les êtres pluricellulaires dépendent les uns des autres pour survivre.
• Chaque cellule évolue dans un milieu (intérieur ou extérieur) qui lui confère une apparente autonomie.
• Les cellules et leur milieu environnant forment un système interdépendant.

Christian de Duve

• Christian de Duve a défini 7 conditions pour qu’un système puisse vivre :
  • Élaborer ses propres constituants à partir de matériaux disponibles.
  • Extraire de l'énergie de son environnement et la convertir en travail.
  • Catalyser les réactions chimiques nécessaires.
  • Informer ses processus biosynthétiques pour garantir une reproduction précise.
  • S'isoler et contrôler ses échanges avec l'extérieur.
  • Réguler ses activités pour maintenir son organisation face aux variations du milieu.
  • Se multiplier.

Genèses et Types Cellulaires

• Procaryotes (y compris les cyanobactéries)
  • Les plus anciennes formes de vie sur Terre (3,5 milliards d'années).
  • Seul type de vie pendant plus d'un milliard d'années.
  • Pas de structure nucléaire.
  • Pas de compartimentalisation.
  • Les synthèses ADN-ARN-Protéine se font de manière séquentielle.
  • Transferts horizontaux fréquents.
  • Capacité de déplacement.
  • Mécanismes de résistance.
  • Un plasmide est une molécule d'ADN autonome, découverte par Joshua Lederberg en 1952.
  • La conjugaison bactérienne a été découverte par Joshua Lederberg, qui a reçu le prix Nobel en 1958.
• Eucaryotes “animaux”
  • Fusion entre une Eubactérie et une Archébactérie (eucaryotes anaérobies), suivie d'une -protéobactérie (il y a 2 milliards d'années).
  • Integration des cyanobactéries après un milliard d'années.
• Eucaryotes "végétaux"
  • Fusion entre des eucaryotes et des cyanobactéries, créant les premiers "végétariens" (il y a 1 milliard d'années).
  • Apparition des structures pluricellulaires il y a 430 millions d'années.
• Eucaryotes pluricellulaires
  • Fusion entre des eucaryotes, créant des tissus et des fonctions (il y a 570 millions d'années).
  • Apparition de l'homme il y a 568 millions d'années.
  • Des organismes coloniaux avec une croissance coordonnée dans des environnements riches en oxygène il y a 2,1 milliards d'années.
  • Découverte d'embryons d'animaux pluricellulaires conservés dans des phosphorites néoprotérozoïques (570-580 millions d'années) de Doushantuo (Chine).

Méthodes d'Étude de la Cellule

• Échelles de grandeur :
  • Microscopie optique : permet d'observer des structures de 100 µm à 1 mm, comme les cellules végétales et animales, le noyau et les mitochondries.
  • Microscopie électronique : permet d'observer des structures plus petites comme les bactéries, les virus, les ribosomes et les protéines, allant de 100 nm à 0,1 nm.
• Techniques d'étude :
  • Culture de cellules : conservation de lignées, hybrides, cybrides.
  • Etudes morphologiques et ultrastructurales : coloration et microscopie, cytométrie en flux.
  • Techniques immunochimiques : FISH, GFP.
  • Etudes de la relation structure-fonction : clonage, manipulation ADN/ARN, protéines recombinantes, enzymologie, techniques biophysiques (RMN).
  • Techniques immunochimiques : ELISA.
  • Techniques radiochimique et moléculaire : Northern blot, PCR, RT-PCR.
  • Techniques génomiques et transcriptomique à haut débit.
  • Techniques d'analyse bioinformatiques.

Description de quelques Techniques Fréquemment Utilisées

• Microscopie
  • La microscopie utilise la lumière pour obtenir des images de structures biologiques.
    • Microscopie en lumière directe : observe les structures colorées naturellement ou par marquage.
    • Microscopie en contraste de phase : observe les cellules vivantes dans leur milieu d'origine.
    • Microscopie à fluorescence : utilise des fluorochromes pour détecter des molécules spécifiques et observer leur distribution.
    • Microscopie de fluorescence :
      • Microscope à épifluorescence: visualisation de molécules, d'organites et de cellules marquées avec des fluorochromes.
      • Microscopie confocale et multiphoton : améliore la résolution et la pénétration dans l'échantillon.
      • Techniques de super-résolution (SIM, STED, PALM/STORM) :Prix Nobel de chimie 2014.
      • Microscopie SPIM (Single Plane Illumination Microscopy), LSM (Light Sheet Microscopy), ou microscope à feuillet de lumière : observation d'organes entiers en fluorescence.
• Cytométrie en Flux (FACS, flow cytometric analysis and cell sorting)
  • Analyse de la taille et de la granulosité des cellules ainsi que la présence de molécules spécifiques.
  • Mesure de la lumière diffractée par les cellules en suspension dans un flux continu.
  • La lumière diffractée donne des informations sur la taille (FSC) et la granulosité (SSC) des cellules.
  • L'utilisation de fluorochromes permet de détecter des molécules spécifiques comme les marqueurs CD des leucocytes.

Ce quiz explore les concepts fondamentaux de la biologie cellulaire, en mettant l'accent sur les contributions historiques d'Antonie van Leeuwenhoek et Christian de Duve. Découvrez les différences entre les cellules unicellulaires et pluricellulaires ainsi que leur système d'interdépendance. Testez vos connaissances sur les bases de la cytologie !