Chapitre I - Les Cellules - Biologie Cellulaire PDF

Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Chapitre I – Classification du monde vivant 1-Définitions Biologie cellulaire : C’est la science des lois qui régissent les phénomènes communs aux diverses unités élémentaires d’organi...

Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Chapitre I – Classification du monde vivant 1-Définitions Biologie cellulaire : C’est la science des lois qui régissent les phénomènes communs aux diverses unités élémentaires d’organisation de la matière à l’état vivant (A. Thomas). Nous savons aujourd’hui que ces unités élémentaires sont les cellules. Les progrès de la biologie cellulaire au fil des années ont permis de montrer que des lésions cellulaires, ou encore des anomalies des phénomènes de reconnaissance et de communication entre les cellules, jouent un rôle déterminant dans les mécanismes physiopathologiques de très nombreuses maladies. Cellule : sont des éléments essentiels pour notre organisme. Elles constituent tous les organes et tissus de celui-ci et assurent son bon fonctionnement. Elle représente la forme de vie la plus simple capable de croitre de façon autonome. Elle utilise les éléments de son environnement pour synthétiser l’ensemble ou presque des constituants nécessaires à sa division. Pour cela, la présence simultanée de deux systèmes moléculaires est indispensable :  Le système de transfert de l’information  Le système de production de l’énergie. Grace à ces deux systèmes, la cellule : se nourrit, respire, se reproduit et meurt. 2 - Les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes Sous le terme de « cellule », les biologistes regroupent deux types de cellules, on caractérise deux grands types de cellules (les eucaryotes et les procaryotes) 2.1 - Les Procaryotes (pro = primitif ; caryon = noyau) Les procaryotes (Figure 1) sont les cellules sans noyau c’est-à-dire que le matériel génétique n’est pas enfermé dans une enveloppe nucléaire. Ces cellules sont de petites tailles. Leur matériel est constitué d'un unique chromosome circulaire et de divers morceaux d'ADN également circulaires mais beaucoup plus petit, les plasmides. Ces cellules ne contiennent pas d’organites, ni de cytosquelette. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Caractéristiques des procaryotes Le cytoplasme des procaryotes (le contenu de la cellule) est diffus et granulaire, du fait des ribosomes (complexe macromoléculaire responsable de la synthèse des protéines). La membrane plasmique constituée par une bicouche lipidique dépourvue de cholestérol. Cette membrane isole l'intérieur de la cellule de son environnement, et sert de filtre et de porte de communication. Il y a souvent une paroi cellulaire résistante. Elle est formée chez les eubactéries de peptidoglycane un complexe de lipides, de polysaccharides et de polypeptides, et joue le rôle de barrière supplémentaire contre les forces extérieures. Elle empêche également la cellule d'éclater sous la pression osmotique dans un environnement hypotonique. Le chromosome des procaryotes se compose d'une molécule circulaire super enroulée occupe le centre de la bactérie. Cet emplacement porte le nom de nucléoide. Il n’est pas séparé du cytoplasme par une enveloppe. Les procaryotes peuvent posséder un ADN extra-chromosomal, organisé en molécules circulaires appelées plasmides. Ils peuvent avoir des fonctions supplémentaires, telles que la résistance aux antibiotiques. Les procaryotes englobent tous les bactéries. Il existe deux classes, -Les eubactéries et les archaebactéries. A. Les archéobactéries : elles sont considérées comme le groupe vivant le plus proche des premières cellules qui ont évolué sur terre. La principale caractéristique des archéobactéries, à l'origine de leur popularité, est leur capacité à survivre dans les milieux extrêmes : eaux très acides (pH < 1) ou très salées (mer morte) ou très chaude (> 120C°) ou très froides (< 0C°), bien que la plupart d'entre elles vivent dans des milieux plus cléments. L’étude des archéobactéries ouvre des perspectives très importantes dans le domaine industriel et des biotechnologies. B. Les eubactéries : bactéries modernes retrouvées dans le sol, l’eau et les organismes vivants. Les bactéries peuvent posséder : - Une capsule de nature polysaccharidique, amorphe et d’épaisseur variable ; - Des inclusions (glycogène, lipides, soufre, etc.), qui sont des réserves de substances ; Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire - Des mésosomes (chez les bactéries aérobies) : ce sont des invaginations de la membrane plasmique qui pénètrent parfois profondément dans le cytoplasme et auxquelles s’attache l’ADN circulaire ; - Des pili, expansions courtes, rigides et adhésives de la membrane plasmique ; - Un ou plusieurs flagelles, expansions motrices du cytoplasme. Figure 1 - Schéma d’une bactérie (cellule procaryote) 2.2 - Les cellules eucaryotes (eu =vrai, caryon= noyau) La formation d’un organisme pluricellulaire résulte d’une organisation sociale où les cellules sont reliées entre elles. Les eucaryotes (figure 2) ont développé un certain nombre de mécanismes pour accomplir cette fonction. La différenciation des cellules s’accompagne d’une grande diversité de forme et de taille en relation avec la fonction assurée par la cellule (ex : neurones ; hématies ;…). Cependant, il existe des cellules individuelles qui constituent un organisme complet autosuffisant (ex : les protozoaires : amibe, paramécie,…) Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Figure 2 – Organisation générale d’une cellule eucaryote animale Les eucaryotes renferment :- Toutes les plantes et tous les animaux - Les protistes : ce sont des micro-organismes unicellulaires (Les protozoaires, les protophytes, les protomycètes (protistes fongiformes) (moisissures) - Les champignons. Parmi les cellules eucaryotes on distingue deux types de cellules : - Les cellules animales - Les cellules végétales Les cellules animale et végétale sont entourées par une membrane plasmique et présentent, en grande partie les mêmes organites (exemples : noyau, appareil de golgi, mitochondrie, réticulum endoplasmique rugueux et lisse….) mais, la cellule végétale est caractérisée par : - La présence d’une paroi cellulosique - La présence des plastes - Une vacuole de grande taille pouvant occuper la plus grande partie du volume cellulaire Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Organisation d’une cellule Eucaryote Ils sont caractérisés par la présence d'organites, sortes d'organes intracellulaires. Parmi eux, un organite est toujours présent : le noyau, qui contient l'information génétique de la cellule. Il est d'ailleurs à l'origine du nom de ce type (eucaryote = vrai noyau en latin). Les originalités des eucaryotes ne se limitent pas à des considérations génétiques. Celles-ci sont souvent de grande taille, ce qui les fragilise. Mais surtout, elles vont développer un cytosquelette, sorte de charpente intracellulaire mobile qui va permettre à la fois de se rigidifier (et de compenser leur fragilité) et de se déformer de façon contrôlée, phénomène qui est à l'origine des cellules phagocytaires et qui est donc directement responsable de la grande variété des formes animales qui existent. Caractéristique des cellules eucaryotes Le cytoplasme des eucaryotes n'est pas aussi granulaire que celui des procaryotes, puisque la majeure partie de ses ribosomes sont rattachés au réticulum endoplasmique. La membrane plasmique ressemble, dans sa fonction, à celle des procaryotes, avec quelques différences mineures dans sa configuration. C'est une membrane à perméabilité sélective, siège des échanges entre le milieu interne et le milieu externe de la cellule. Dans cette structure on trouve une double couche phospholipidique, au-dessus de laquelle se trouvent des protéines périphériques et dans laquelle sont enchâssées des protéines dites « intégrées ». La paroi cellulosique, quand elle existe (végétaux), est composée de polysaccharides, principalement la cellulose. L'ADN des eucaryotes est organisé en une ou plusieurs molécules linéaires. Ces molécules se condensent en s'enroulant autour d'histones lors de la division cellulaire. Tous les chromosomes (ADN) sont stockés dans le noyau, séparés du cytoplasme par une membrane. Le noyau des eucaryotes est une structure sphérique ou ovoïde renfermant les chromosomes observé dans presque toutes les cellules dont il est un des éléments essentiels. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Nucléole petit corps sphérique du noyau cellulaire des cellules eucaryotes contenant les acides nucléiques (ARN) et des protéine et qui est le lieu de la synthèse de l'ARN ribosomale. Le nucléole entoure une région du noyau où se situent un ou plusieurs chromosomes dans lesquels se trouvent des copies répétées de l'ADN codant l'ARN ribosomal. Chromatine, substance basophile présente dans le noyau cellulaire au repos sous la forme d'un feutrage très fin de fibres qui se condense en chromosomes lors de la division cellulaire. Certaines cellules eucaryotes peuvent devenir mobiles, en utilisant un cil ou un flagelle (spermatozoïde par exemple), leur flagelle est plus évolué que celui des procaryotes. Les eucaryotes contiennent plusieurs organites. Ce sont des compartiments cellulaires baignant dans le hyaloplasme. Ils sont délimités par une membrane plasmique (simple ou double) et possèdent des fonctions spécifiques. Figure 3 – Ultrastructure du noyau Le réticulum endoplasmique (RE) est une extension de la membrane du noyau. Il est divisé en RE lisse (REL) et RE rugueux (RER), en fonction de son apparence au microscope. Il est formé de feuillets ou de tubules. Il contient des récepteurs permettant de lier les ribosomes impliqués dans la traduction de l'ARN messager pour la sécrétion des protéines et notamment de la majorité des protéines transmembranaires. Il est aussi le site de la synthèse lipidique. Du RE, les protéines sont transportées vers l'appareil de Golgi grâce à des vésicules. L'appareil de Golgi, il a pour équivalent «le dictyosome» chez les plantes et le «corps parabasal» chez les flagellés) l'appareil de Golgi est un empilement de vésicules membranaires Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire où s'opère la glycosylation (ajout de chaînes glucidiques complexes) et l'encapsulation des protéines sécrétées. Lysosomes ou Peroxysomes, organites intracellulaires qui, renfermant des enzymes hydrolytiques, sont responsables de la lyse cellulaire c'est à dire la dissolution d'éléments organiques (tissus, cellules, micro-organismes) sous l'action d'agents physiques, chimiques ou enzymatiques. Les mitochondries jouent un rôle important dans le métabolisme de la cellule. Elles contiennent leur propre petite partie d'ADN (l'ADN mitochondrial). C'est là que se déroulent la respiration cellulaire et la fabrication de l'énergie, l'ATP (Adénosine Tri Phosphate). Cette énergie est indispensable aux réactions métaboliques. Les chloroplastes sont présents dans les plantes et les algues (organismes photosynthétiques). Ils convertissent l'énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique utilisée pour fabriquer des sucres à partir de dioxyde de carbone (phase sombre de la photosynthèse). Ils contiennent également de l'ADN. Ils sont dérivés de cyanobactéries qui sont devenues symbiotiques. Le cytosquelette permet à la cellule de conserver sa forme et à se mouvoir. Il est également important lors de la division cellulaire, et dans le système de transport intracellulaire. le centriole, de nombreuses cellules animales comportent à un de leurs pôles une paire de centrioles (diplosome). Ce sont des corpuscules cylindriques formés de tubules groupés par trois. Généralement situés près du noyau, ils constituent avec le cytoplasme environnant le centrosome et jouent un rôle essentiel lors de la division cellulaire. Ainsi ils forment les pôles qui permettront la division cellulaire ; en général absent chez les plantes. Vacuoles, enclaves inertes, parfois limitée par une membrane, présente à l'état physiologique ou pathologique dans le cytoplasme d'une cellule ou d'un organisme unicellulaire (bactérie, hématozoaire) et pouvant contenir des substances diverses. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire