Propriétés Fondamentales de la Cellule

Propriétés Fondamentales de la Cellule

• La cellule est une unité vivante avec sa propre homéostasie, tout en répondant aux besoins de l’organisme.
• Elle doit être réceptive aux signaux et aux influences de son environnement.
• C'est la plus petite entité capable d'exister et de se reproduire de manière autonome.
• Les cellules sont caractérisées par leur membrane, leur noyau et leur cytoplasme.
• Le diamètre d'une cellule varie de 5µm à 100µm.
• Une cellule contient environ un milliard de molécules protéiques.
• Les molécules protéiques représentent environ 60% de la masse sèche de la cellule.
• On estime qu'il existe environ 10 000 types de protéines différents dans une cellule.
• Pour fonctionner efficacement, les cellules compartimentent leurs processus biochimiques dans le cytoplasme.
• Ces compartiments spécialisés sont appelés les organites cellulaires.
• Pour survivre, une cellule doit sélectionner les substances qui entrent et sortent, interpréter et utiliser l'information contenue dans son ADN, et acquérir de l'énergie de son environnement.

Différents Modes d'Organisation Cellulaire

• On distingue deux modes d'organisation cellulaire distincts : les procaryotes et les eucaryotes.
• Les procaryotes sont des cellules à « noyau primitif », tandis que les eucaryotes ont un « noyau vrai ».
• Les eucaryotes constituent les êtres pluricellulaires animaux et végétaux, ainsi que les champignons et les protistes.
• Les procaryotes dominent la biosphère.
• Les procaryotes sont présents partout où il y a de la vie.
• Bien que microscopiques, l'activité des procaryotes influence tous les autres organismes vivants.
• L'organisation cellulaire des procaryotes est plus simple.
• Les cellules procaryotes n'ont ni de noyau complet (absence d'enveloppe nucléaire), ni de mitochondrie.
• Une cellule procaryote contient essentiellement une membrane plasmique, un nucléoïde (un seul chromosome enroulé sur lui-même) représentant l'ensemble du matériel génétique.
• Le cytoplasme d'une cellule procaryote contient des ribosomes et des molécules participants aux réactions chimiques.
• Les cellules procaryotes ne présentent pas d'organites ni de compartimentation poussée.

Structures des Cellules Procaryotes

• Paroi cellulaire : constituée de peptidoglycane (polymère de sucres aminés), soutenant la cellule et lui donnant sa forme (rôle du cytosquelette).
• Capsule : couche visqueuse composée principalement de polysaccharides, jouant un rôle protecteur et antigénique.
• Mésosome : repliement interne de la membrane plasmique jouant un rôle dans la division cellulaire et diverses réactions libérant de l'énergie (rôle de la mitochondrie).
• Plasmide : molécule d'ADN circulaire extra-chromosomique, capable de se répliquer de façon indépendante et transmise aux bactéries filles.
• Flagelle et cils : formés de la protéine flagelline, assurant la mobilité (rotation).
• Pilus : structure filiforme courte jouant un rôle dans l'adhésivité cellulaire et l'accouplement (rôle de la matrice extracellulaire).
• La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire épaisse et rigide.
• Les bactéries Gram-positifs ont une paroi riche en peptidoglycane, colorée en bleu-pourpre par la coloration de Gram.
• Les bactéries Gram-négatifs contiennent moins de peptidoglycane et apparaissent en rouge-rosé après coloration Gram.
• Une caractéristique remarquable de nombreux procaryotes est la présence d'une double membrane, la membrane cytoplasmique étant doublée extérieurement par une membrane phospholipidique typique.
• Les structures de parois bactériennes varient.
• Les mycoplasmes n'ont pas de paroi cellulaire.
• Les archéobactéries ont des parois ne contenant pas de peptidoglycanes.
• Il existe trois formes principales de bactéries : sphères (coccus), bâtonnets (bacille) et spirales.
• Les cocci peuvent exister isolément (Diplococcus), en chaînes (Streptococcus), en grappes (Staphylococcus) ou en amas (Sarcina).
• Les bacilles et les spirilles peuvent être isolés ou former des chaînes.

Diversité Métabolique des Procaryotes

• Les procaryotes ont une diversité considérable de types trophiques, c'est-à-dire de modes de capture de matière et d'énergie dans le milieu.
• Certains procaryotes peuvent fixer l'azote atmosphérique (Rhizobium).
• D'autres réalisent la photosynthèse à partir de l'eau, de composés minéraux et molécules organiques (Cyanobactéries).
• Ceux-ci tirent leur énergie en réduisant l'O2 ou des anions minéraux comme NO3– ou SO4 2–.
• Les procaryotes sont les seuls organismes à pratiquer la chimiosynthèse.
• Ils participent aux grands cycles des éléments de la biosphère (azote, soufre, carbone).
• Ils occupent des niches écologiques variées.
• On les rencontre dans des milieux physicochimiques extrêmes où ils sont les seuls à survivre.
• On peut classer les procaryotes selon leur source d'énergie et de carbone.
• Les deux voies de productions sont :
• Phototrophie
• Chimiotrophie
• Photo-autotrophes → lumière source d’énergie et le CO2 source de carbone.
• Photo-hétérotrophes → lumière source d’énergie et les composés organiques (sucres, acides gras, alcools,…) source de carbone.
• Chimio-autotrophes → oxydation composés inorganiques source d’énergie et le CO2 source de carbone.
• Chimio-hétérotrophes → composés organiques source d’énergie et source de carbone.

Type Respiratoire des Procaryotes

• Aérobie stricte : Pseudomonas, Neisseria
• Microaérophile : Mycobacterium, Campylobacter
• Aérobie-Anaérobie facultative : E. coli, Salmonella, Strepto. et Staphylo.
• Anaérobie stricte : Clostridium, Fusobacterium

Température Optimale de Croissance

• Les thermophiles se cultivent entre 45°C et 65°C.
• Les mésophiles préfèrent les températures comprises entre 20°C et 40°C.
• Les psychrotrophes augmentent en nombre aux basses températures ainsi qu'à 20-30°C.
• Les psychrophiles nécessitent des températures proches de 0°C pour se développer et meurent à des températures plus élevées.
• Bactéries psychrophiles : Pseudomonas et Lactobacillus.
• Bactéries mésophiles : Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus et Streptococcus.
• Bactéries thermophiles : Bacillus, Clostridium et Aspergillus.

Reproduction et Latence chez les Procaryotes

• La division chez les procaryotes est simplifiée par rapport à celle des eucaryotes.
• La plupart des bactéries se reproduisent par scissiparité (reproduction asexuée) : duplication du chromosome bactérien unique.
• Après duplication, il y a séparation des deux chromosomes-frères liée à la membrane plasmique par une cloison qui partage la cellule mère.
• Dans des conditions favorables, certaines espèces comme Escherichia coli se multiplient toutes les 20 minutes.
• Il n'y a pas de sexualité chez les bactéries, bien qu'il existe des échanges de matériel génétique.
• Les échanges de matériel génétique et les recombinaisons sont rares et concernent une petite proportion du matériel génétique.
• Le transfert de matériel génétique est unidirectionnel, d'une cellule donneuse à une cellule receveuse.
• Certains genres bactériens (Bacillus et Clostridium) produisent des endospores.
• Les endospores sont des structures de latence (résistance) non reproductives.
• Dans un environnement défavorable, les endospores sont produites (sporulation).
• Lors de la sporulation, une copie de l'ADN et une quantité de cytoplasme sont entourées de plusieurs parois (exosporium, tunique, cortex et paroi sporale) ainsi que de la membrane plasmique.
• La bactérie mère se désagrège en relâchant l'endospore.
• Si l'endospore rencontre des conditions favorables, elle reprend son activité métabolique et se reproduit (germination).

Virus

• Les virus sont un état acaryote mesurant entre 15 et 250 nm.
• Ce sont des acellulaires, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas composés de cellules.
• Contrairement aux organismes cellulaires, ils ne peuvent pas respirer, fermenter ou synthétiser par photosynthèse.
• Ce sont des parasites intracellulaires obligatoires : ils se développent et se reproduisent uniquement à l'intérieur d'une cellule hôte spécifique.
• En dehors des cellules hôtes, ils existent sous forme de particules individuelles appelées virions.
• Un virion se compose d'un cœur central constitué d'ADN ou d'ARN, entouré d'une enveloppe appelée capside.
• La capside est composée d'une ou plusieurs variétés de protéines assemblées pour donner au virion sa forme.
• Certains virus ont également une enveloppe constituée de phospholipides et de polysaccharides appartenant à la membrane de la cellule hôte.
• La simplicité de l'organisation des virus et leur incapacité à réaliser tout métabolisme résultent d'un matériel génétique réduit à 2-300 gènes.
• Les étapes de l'infection virale sont :
• Reconnaissance et adsorption.
• Pénétration du virion ou de son matériel génétique.
• Expression et réplication du matériel génétique viral.
• Assemblage des particules virales.
• Libération des virions (lyse, bourgeonnement).

Infection Virale

• Lytique (cycle lytique rapide) : libération rapide des virions, suivie de la mort de la cellule hôte par lyse complète.
• Persistante (cycle lytique) : production lente mais continue des virions, qui sortent par bourgeonnement, puis lyse de la cellule hôte (ex. virus oncogène, VIH, virus de la grippe).
• Latente (cycle lysogénique) : le matériel génétique du virus s'intègre à l'ADN de l'hôte et reste présent dans la cellule hôte sous forme de provirus (virus silencieux) et s'excise sous l'action d'un stimulus donnant lieu à un cycle lytique (ex. virus de l'herpès, virus de la varicelle).
• Abortive (cycle incomplet) : aucune production de virions, car les génomes sont incompatibles ou la cellule hôte est mutante.

Viroïdes et Fibrilles

• Les viroïdes sont des agents pathogènes intracellulaires autoreproductibles sans capside.
• Les viroïdes sont des molécules circulaires à 2 brins d'ARN, constituées de 246 à 375 nucléotides et d'un PM de 130 kDa.
• Ils causent diverses maladies chez les cellules végétales.
• Les fibrilles ou prions (PM = 60 kDa) sont des protéines auto-amplificatrices hautement nocives.
• Elles causent des maladies dégénératives du système nerveux central chez les mammifères.
• Les fibrilles ou prions sont intégralement constituées de protéines sans acide nucléique.