Cours de Biologie cellulaire - Université Moulay Ismail PDF

DEPARTEMENT DE BIOLOGIE FILIERES « BCG » Module M1 : « Biologie Cellulaire et Histologie » - S1 - BIOLOGIE CELLULAIRE M. BELKHIR Année Universitaire : 2023 - 2024  Table des mati...

DEPARTEMENT DE BIOLOGIE FILIERES « BCG » Module M1 : « Biologie Cellulaire et Histologie » - S1 - BIOLOGIE CELLULAIRE M. BELKHIR Année Universitaire : 2023 - 2024  Table des matières CHAPITRE 1 : INTRODUCTION À LA BIOLOGIE CELLULAIRE..................................................... - 1 - I. DÉFINITION - HISTORIQUE................................................................................................................ - 1 - II. PRINCIPES DE LA THÉORIE CELLULAIRE.................................................................................. - 1 - III. ORGANISATION GÉNÉRALE DE LA CELLULE.......................................................................... - 3 - A. LES PROCARYOTES.............................................................................................................................. - 3 - B. LES EUCARYOTES................................................................................................................................. - 4 - C. VARIATIONS MORPHOLOGIQUES..................................................................................................... - 7 - 1. Variation de forme...................................................................................................................................... - 7 - 2. Variation de taille....................................................................................................................................... - 7 - 3. Variation de structure................................................................................................................................. - 8 - D. LES VIRUS............................................................................................................................................... - 8 - IV. COMPOSITION CHIMIQUE DE LA CELLULE............................................................................ - 10 - A. LES MOLÉCULES INORGANIQUES.................................................................................................. - 10 - B. LES MOLÉCULES ORGANIQUES....................................................................................................... - 11 - 1. Les glucides.............................................................................................................................................. - 11 - a) Les monosaccharides................................................................................................................................ - 11 - b) Les polysaccharides.................................................................................................................................. - 11 - 2. Les lipides................................................................................................................................................. - 12 - a) Les acides gras.......................................................................................................................................... - 12 - b) Les triglycérides....................................................................................................................................... - 13 - c) Les phospholipides................................................................................................................................... - 13 - d) Les Glycolipides....................................................................................................................................... - 14 - e) Le cholestérol........................................................................................................................................... - 14 - 3. Les protéines............................................................................................................................................. - 14 - a) Les acides aminés..................................................................................................................................... - 14 - b) Les polypeptides....................................................................................................................................... - 15 - c) Structure des protéines............................................................................................................................. - 15 - 4. Les acides nucléiques............................................................................................................................... - 16 - a) Les nucléotides......................................................................................................................................... - 16 - (i) Les bases azotées..................................................................................................................................... - 17 - (ii) Le sucre................................................................................................................................................... - 17 - (iii) L'acide phosphorique............................................................................................................................. - 18 - b) Les polynucléotides.................................................................................................................................. - 18 - c) Les acides désoxyribonucléiques............................................................................................................. - 19 - d) Les acides ribonucléiques......................................................................................................................... - 19 -  ii CHAPITRE 2 : MEMBRANE PLASMIQUE............................................................................................ - 21 - I. DÉFINITION.......................................................................................................................................... - 21 - II. STRUCTURE ET COMPOSITION CHIMIQUE.............................................................................. - 21 - A. OBSERVATION AU MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE..................................................................... - 21 - B. COMPOSITION CHIMIQUE................................................................................................................. - 21 - 1. Les lipides membranaires......................................................................................................................... - 22 - a) Les phospholipides................................................................................................................................... - 22 - b) Le cholestérol........................................................................................................................................... - 23 - c) Les glycolipides........................................................................................................................................ - 23 - 2. Les protéines membranaires..................................................................................................................... - 23 - C. ARCHITECTURE MOLÉCULAIRE...................................................................................................... - 23 - D. FLUIDITÉ MEMBRANAIRE................................................................................................................. - 25 -.1 Mouvements des lipides membranaires................................................................................................... - 25 - 2. Mouvements des protéines membranaires................................................................................................ - 25 - III. RÔLE ET ACTIVITÉS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE......................................................... - 27 - A. PERMÉABILITÉ.................................................................................................................................... - 27 - 1. Passage à travers la bicouche lipidique.................................................................................................... - 28 - 2. Passage à travers les canaux protéique..................................................................................................... - 28 - a) Perméabilité à l’eau.................................................................................................................................. - 28 - b) Perméabilité aux ions............................................................................................................................... - 29 - 3. Transport à travers des transporteurs protéiques...................................................................................... - 30 - a) Transport passif........................................................................................................................................ - 30 - b) Transport actif.......................................................................................................................................... - 30 - (i) Transport actif primaire........................................................................................................................... - 30 - (ii) Transport actif secondaire....................................................................................................................... - 31 - B. ENDOCYTOSE ET EXOCYTOSE......................................................................................................... - 32 - 1. Endocytose............................................................................................................................................... - 32 - 2. Endocytose dépendante de récepteurs...................................................................................................... - 33 - 3. Exocytose................................................................................................................................................. - 34 - C. PROPRIÉTÉS DE LA SURFACE CELLULAIRE.................................................................................. - 35 - 1. Spécificité cellulaire................................................................................................................................. - 35 - 2. Transfert d’information............................................................................................................................ - 35 - a) Transmission humorale............................................................................................................................ - 35 - b) Transmission nerveuse............................................................................................................................. - 36 - D. SPÉCIALISATION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE..................................................................... - 36 - 1. Microvillosités - Invaginations................................................................................................................. - 36 - 2. Contacts intercellulaires........................................................................................................................... - 37 - a) Jonctions serrées....................................................................................................................................... - 38 -  iii b) Jonctions d'ancrage................................................................................................................................... - 38 - (i) Jonction adhérente................................................................................................................................... - 38 - (ii) Desmosomes........................................................................................................................................... - 38 - c) Jonctions communicantes......................................................................................................................... - 38 - d) Jonctions cellule-matrice.......................................................................................................................... - 38 - IV. BIOGÉNÈSE DE LA MEMBRANE PLASMIQUE.......................................................................... - 38 - V. CONTACTS ENTRE CELLULES VÉGÉTALES............................................................................. - 39 - CHAPITRE 3 : CYTOSOL ET ORGANITES CELLULAIRES............................................................. - 41 - I. LE CYTOSOL......................................................................................................................................... - 41 - A. COMPOSITION CHIMIQUE................................................................................................................. - 41 - B. PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES................................................................................................. - 41 - C. RÔLE ET ACTIVITÉS DU CYTOSOL.................................................................................................. - 42 - 1. Activités métaboliques............................................................................................................................. - 42 - a) Voies de Dégradation du Glucose-6-Phosphate....................................................................................... - 42 - (i) Glycolyse................................................................................................................................................. - 42 - (ii) Fermentation........................................................................................................................................... - 43 - (iii) Voie des pentoses.................................................................................................................................. - 44 - b) Synthèse de Glycogène............................................................................................................................ - 45 - 2. Synthèse et dégradation protéique............................................................................................................ - 45 - 3. Stockage de graisses et de glycogène....................................................................................................... - 45 - II. MITOCHONDRIE................................................................................................................................ - 46 - A. CARACTÈRES GÉNÉRAUX................................................................................................................. - 46 - 1. Morphologie............................................................................................................................................. - 46 - 2. Composition chimique.............................................................................................................................. - 46 - 3. Ultrastructure............................................................................................................................................ - 46 - a) Membranes............................................................................................................................................... - 46 - (i) Membrane externe................................................................................................................................... - 46 - (ii) Membrane interne................................................................................................................................... - 47 - b) Matrice..................................................................................................................................................... - 47 - B. RÔLE ET ACTIVITÉS PHYSIOLOGIQUES......................................................................................... - 48 - 1. Oxydation des substrats............................................................................................................................ - 48 - a) Oxydation de l’acide pyruvique............................................................................................................... - 48 - b) Oxydation des acides gras saturés............................................................................................................ - 49 - 2. Chaîne respiratoire.................................................................................................................................... - 49 - 3. Phosphorylation oxydative....................................................................................................................... - 51 - C. MATÉRIEL GÉNÉTIQUE DES MITOCHONDRIES............................................................................ - 52 - D. RÉPARTITION....................................................................................................................................... - 52 -  iv III. CHLOROPLASTE.............................................................................................................................. - 52 - A. INTRODUCTION................................................................................................................................... - 52 - B. STRUCTURE ET COMPOSITION........................................................................................................ - 52 - C. RÔLE PHYSIOLOGIQUE : LA PHOTOSYNTHÈSE............................................................................ - 54 - 1. Phase lumineuse de la photosynthèse....................................................................................................... - 55 - a) Chaîne photosynthétique.......................................................................................................................... - 55 - (i) Transfert non cyclique d’électrons........................................................................................................... - 56 - (ii) Transfert cyclique d’électrons................................................................................................................ - 57 - b) Photophosphorylation............................................................................................................................... - 57 - 2. Phase obscure........................................................................................................................................... - 58 - D. ORIGINE DES CHLOROPLASTES...................................................................................................... - 59 - IV. LE SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE........................................................................................... - 60 - A. RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE....................................................................................................... - 60 - 1. Ultrastructure............................................................................................................................................ - 60 - 2. Isolement et composition chimique.......................................................................................................... - 61 - 3. Rôles physiologiques................................................................................................................................ - 62 - a) Transfert et devenir des chaînes polypeptidiques..................................................................................... - 62 - b) Modifications pendant et après la traduction........................................................................................... - 64 - (i) Glycosylation........................................................................................................................................... - 64 - (ii) Addition de chaînes d'acides gras........................................................................................................... - 64 - (iii) Repliement des protéines....................................................................................................................... - 64 - c) Métabolisme des lipides........................................................................................................................... - 64 - d) Détoxification........................................................................................................................................... - 65 - e) Accumulation de calcium......................................................................................................................... - 65 - 4. Biogénèse................................................................................................................................................. - 65 - B. APPAREIL DE GOLGI........................................................................................................................... - 65 - 1. Ultrastructure............................................................................................................................................ - 65 - 2. Composition chimique.............................................................................................................................. - 67 - 3. Rôles physiologiques................................................................................................................................ - 67 - a) Transformation des produits provenant du RE......................................................................................... - 67 - (i) Glycosylation........................................................................................................................................... - 67 - (ii) Autres modifications............................................................................................................................... - 68 - b) Transport des produits provenant du RE.................................................................................................. - 68 - (i) Transport à partir du RE vers le RCG de l'AG........................................................................................ - 68 - (ii) Transport dans l'AG : du RCG vers le RTG........................................................................................... - 68 - c) Tri et répartition au niveau du RTG......................................................................................................... - 69 - 4. Biogénèse................................................................................................................................................. - 70 - C. ENDOSOMES......................................................................................................................................... - 70 - 1. Endosome précoce.................................................................................................................................... - 70 -  v 2. Endosome tardif........................................................................................................................................ - 71 - D. LYSOSOMES......................................................................................................................................... - 72 - 1. Ultrastructure............................................................................................................................................ - 72 - 2. Composition chimique.............................................................................................................................. - 72 - 3. Rôles physiologiques................................................................................................................................ - 73 - a) Hétérophagie............................................................................................................................................ - 73 - b) Autophagie............................................................................................................................................... - 74 - 4. Biogénèse et renouvellement.................................................................................................................... - 74 - V. PEROXYSOMES.................................................................................................................................. - 75 - A. ULTRASTRUCTURE ET COMPOSITION CHIMIQUE...................................................................... - 75 - B. RÔLES PHYSIOLOGIQUES.................................................................................................................. - 75 - 1. Détoxification........................................................................................................................................... - 75 - a) Les oxydases............................................................................................................................................. - 75 - b) La catalase................................................................................................................................................ - 76 - 2. Oxydation d'acides gras............................................................................................................................ - 76 - C. BIOGÉNÈSE........................................................................................................................................... - 76 - CHAPITRE 4 : LE CYTOSQUELETTE.................................................................................................... - 77 - VI. MICROFILAMENTS.......................................................................................................................... - 77 - A. STRUCTURE.......................................................................................................................................... - 77 - B. RÔLES..................................................................................................................................................... - 78 - 1. Contraction cellulaire............................................................................................................................... - 78 - 2. Déplacements cellulaires.......................................................................................................................... - 78 - 3. Mouvements intracellulaires..................................................................................................................... - 79 - 4. Déformation de la membrane plasmique.................................................................................................. - 79 - 5. Jonctions intercellulaires.......................................................................................................................... - 79 - VII. MICROTUBULES............................................................................................................................. - 79 - A. STRUCTURE.......................................................................................................................................... - 79 - B. RÔLES..................................................................................................................................................... - 81 - 1. Formation du cytosquelette...................................................................................................................... - 81 - 2. Mouvements ciliaires et flagellaires......................................................................................................... - 82 - 3. Déplacements intracellulaires................................................................................................................... - 82 - VIII. FILAMENTS INTERMÉDIAIRES................................................................................................ - 83 - A. STRUCTURE.......................................................................................................................................... - 83 - B. TYPES ET RÔLES DES FILAMENTS INTERMEDIAIRES................................................................ - 83 - 1. Filaments intermédiaires de type Kératine............................................................................................... - 84 - 2. Neurofilaments......................................................................................................................................... - 84 - 3. Filaments intermédiaires de type III......................................................................................................... - 84 -  vi 4. Lamines.................................................................................................................................................... - 84 - CHAPITRE 5 : LE NOYAU......................................................................................................................... - 85 - I. CARACTÈRES GÉNÉRAUX............................................................................................................... - 85 - II. CONSTITUANTS ET COMPOSITION CHIMIQUE....................................................................... - 85 - A. CONSTITUANTS DU NOYAU INTERPHASIQUE............................................................................. - 85 - B. COMPOSITION CHIMIQUE................................................................................................................. - 86 - 1. L'Acide Désoxyribonucléique : ADN....................................................................................................... - 86 - 2. Les Acides Ribonucléiques : ARN........................................................................................................... - 86 - a) L'ARN messager....................................................................................................................................... - 86 - b) L'ARN de transfert................................................................................................................................... - 86 - c) L'ARN ribosomal..................................................................................................................................... - 86 - 3. Les protéines nucléaires............................................................................................................................ - 87 - a) Les Histones............................................................................................................................................. - 87 - b) Les Non-histones...................................................................................................................................... - 87 - 4. Autres constituants................................................................................................................................... - 87 - III. PROPRIÉTÉS DES CONSTITUANTS NUCLÉAIRES.................................................................. - 87 - A. ENVELOPPE NUCLÉAIRE................................................................................................................... - 87 - 1. Ultratructure.............................................................................................................................................. - 87 - a) Membranes............................................................................................................................................... - 87 - b) Les pores nucléaires................................................................................................................................. - 88 - 2. Rôle de l'enveloppe nucléaire................................................................................................................... - 89 - a) Echanges nucléocytoplasmiques.............................................................................................................. - 89 - b) Rôle comme constituant du réticulum endoplasmique............................................................................. - 89 - B. LE NUCLÉOPLASME ET LE NUCLÉOSQUELETTE......................................................................... - 89 - C. LA CHROMATINE................................................................................................................................. - 90 - 1. Ultrastructure et organisation moléculaire................................................................................................ - 90 - 2. Activités chromatiniennes........................................................................................................................ - 92 - a) Synthèse d'ADN : Réplication.................................................................................................................. - 92 - b) Synthèse d'ARN : Transcription............................................................................................................... - 94 - c) Maturation de l’ARNm............................................................................................................................. - 95 - D. LE NUCLÉOLE...................................................................................................................................... - 96 - 1. Ultrastructure............................................................................................................................................ - 97 - 2. Activités physiologiques du nucléole....................................................................................................... - 97 - CHAPITRE 6 : RIBOSOMES ET SYNTHESE PROTEIQUE................................................................ - 99 - I. STRUCTURE ET COMPOSITION CHIMIQUE DES RIBOSOMES.............................................. - 99 -  vii II. BIOSYNTHÈSE DES PROTÉINES : LA TRADUCTION............................................................. - 100 - A. ÉLÉMENTS NÉCESSAIRES À LA SYNTHÈSE................................................................................ - 100 - 1. Ribosomes.............................................................................................................................................. - 100 - 2. ARNm..................................................................................................................................................... - 100 - 3. Acides aminés et ARNt.......................................................................................................................... - 101 - 4. Facteurs protéiques................................................................................................................................. - 101 - 5. Énergie.................................................................................................................................................... - 101 - B. BIOSYNTHÈSE.................................................................................................................................... - 102 - 1. Initiation................................................................................................................................................. - 102 - 2. Élongation............................................................................................................................................... - 102 - 3. Terminaison............................................................................................................................................ - 104 - CHAPITRE 7 : LE CYCLE CELLULAIRE............................................................................................ - 106 - I. LES PHASES DU CYCLE CELLULAIRE........................................................................................ - 106 - A. L'INTERPHASE.................................................................................................................................... - 106 - 1. Phase G1................................................................................................................................................. - 106 - 2. Phase S.................................................................................................................................................... - 107 - 3. Phase G2................................................................................................................................................. - 107 - B. LA PHASE M........................................................................................................................................ - 107 - 1. Prophase................................................................................................................................................. - 107 - 2. Prométaphase.......................................................................................................................................... - 108 - 3. Métaphase............................................................................................................................................... - 109 - 4. Anaphase................................................................................................................................................ - 109 - 5. Télophase................................................................................................................................................ - 110 - 6. Cytodiérèse............................................................................................................................................. - 110 - II. REGULATION ET CONTRÔLE DU CYCLE CELLULAIRE..................................................... - 111 - A. LES COMPLEXES CYCLINES/CDKS................................................................................................ - 111 - 1. Les CDK................................................................................................................................................. - 111 - 2. Les cyclines............................................................................................................................................ - 111 - 3. Rôle des complexes cyclines/CDKS...................................................................................................... - 111 - B. PROGRESSION DANS LE CYCLE CELLULAIRE............................................................................ - 112 - C. MECANISMES DE SURVEILLANCE DU CYCLE CELLULAIRE.................................................. - 113 - 1. Transition G1/S....................................................................................................................................... - 113 - 2. Transition G2/M..................................................................................................................................... - 113 - 3. Transition Métaphase/Anaphase............................................................................................................. - 114 - III. LA MÉÏOSE....................................................................................................................................... - 114 - A. LA DIVISION RÉDUCTIONNELLE................................................................................................... - 114 - A. LA DIVISION ÉQUATIONNELLE..................................................................................................... - 115 - CHAPITRE 1 : INTRODUCTION À LA BIOLOGIE CELLULAIRE I. DÉFINITION - HISTORIQUE La principale caractéristique commune à tous les êtres vivants c’est qu’ils sont tous constitués par une ou plusieurs cellules : de petites unités entourées d'une membrane, remplies d'une solution aqueuse riche en produits chimiques et capables de se reproduire en se divisant en deux. La biologie cellulaire est la science qui étudie la structure, le fonctionnement et le comportement de ces cellules qu’elles soient de type animal, végétal ou bactérien. L'historique de la biologie cellulaire est étroitement lié à celui de la microscopie. La taille des cellules étant trop petite pour être observées à l'œil nu, leur découverte n'a été possible qu'après l’invention de la microscopie au cours du XVIIème Siècle. En observant un fragment de liège au microscope, Robert Hooke (1665) a constaté que ce tissu végétal est criblé de petites cavités auxquelles il donna le nom de " cellules " (cellula = petite chambre). De son côté, van Leeuwenhoek a décrit les premières cellules vivantes en observant des microorganismes à l’aide de son microscope. Mais l'étude des cellules n'a progressé véritablement que vers le début du XIXème Siècle suite à l’utilisation de microscopes de plus en plus perfectionnés. Ainsi, plusieurs chercheurs ont pu décrire des cellules dans des organismes variés, aussi bien animaux que végétaux. En 1838-1839, le botaniste SCHLEIDEN et le zoologiste SCHWANN énoncèrent la « théorie cellulaire » selon laquelle, tous les êtres vivants animaux et végétaux sont constitués de cellules et que la cellule est l'unité structurale de la vie. En 1858, VIRCHOW a complété ce concept en proclamant que toute cellule proviendrait nécessairement d’une cellule préexistante. II. PRINCIPES DE LA THÉORIE CELLULAIRE La théorie cellulaire est basée sur trois principes : 1er) Tous les êtres vivants sont constitués de cellules : La cellule est l’unité fondamentale de tous les organismes vivants. On distingue deux classes principales de cellules, initialement définies selon qu'elles contiennent ou non un noyau : les Procaryotes et les Eucaryotes. Les Procaryotes (Pro = primitif ; caryon = noyau) possèdent une structure très simple et sont généralement unicellulaires. Les Eucaryotes (Eu = vrai) ont une structure cellulaire plus complexe. Ils constituent les êtres unicellulaires (ou protistes) et les êtres pluricellulaires auxquels appartiennent les animaux, les végétaux et les champignons. 2e) Toute cellule provient d’une cellule préexistante : La génération spontanée n’existe pas : La génération spontanée, c'est l'idée que les êtres vivants proviendraient de la matière inerte (non vivante). Cette idée était devenue une théorie qui a été acceptée pendant plusieurs siècles. Il a fallu attendre le milieu du XIXème siècle pour réfuter cette théorie, notamment par Louis Pasteur. Parmi ses expériences (Figure 1-1), Pasteur a fait bouillir des solutions nutritives placées dans des flacons dits à "col-de-cygne". Après refroidissement, la solution reste limpide dans le flacon laissé intact (lot 1 : témoin). Cela signifie qu'il n'y a pas apparition de microorganismes (à partir de la matière inerte). Dans le lot 2, Pasteur a brisé le col du flacon ; le liquide est devenu trouble car il a été infecté par des microorganismes. Ces microorganismes, provenant de l'air, n'ont pas contaminé la solution du lot 1 car ils ont été emprisonnés au niveau de la courbure inférieure du col. Pasteur a montré ainsi que la génération spontanée n'existe pas. Il a confirmé la proposition de Virchow selon laquelle toute cellule provient nécessairement d’une cellule préexistante. Figure 1-1 : Expérience de Louis PASTEUR (1861-62) montrant que la génération spontanée n'existe pas. Toute cellule provient d’une cellule mère : La cellule mère se divise en deux cellules filles qui lui sont identiques. Cette division cellulaire est appelée Bipartition chez les procaryotes et Mitose chez les eucaryotes. Les êtres vivants pluricellulaires proviennent également d’une seule cellule : C’est la cellule-œuf (ou zygote) issue de la fécondation d'un gamète femelle par un gamète mâle. Le zygote se divise pendant le développement embryonnaire pour aboutir à la formation de plusieurs types de cellules différenciées. Cette différenciation permet la formation de tissus et d'organes différents qui ont des fonctions spécialisées. 3e) La cellule est la plus petite unité de vie : Toute cellule, qu’elle soit procaryote ou eucaryote constituant un être unicellulaire ou pluricellulaire, représente la plus petite structure capable de manifester les caractéristiques universelles communes à toute vie sur Terre. Ainsi, toute cellule est entourée par une membrane plasmique qui lui permet de maintenir son intégrité et d’absorber sélectivement de la matière de son environnement. La cellule transforme cette matière première en la métabolisant pour en tirer à la fois les éléments constitutifs de base et l'énergie nécessaires qui lui permettent de s’organiser et de se développer. Elle rejette les matériaux restants comme déchets. La cellule a également la capacité de se reproduire. Pendant la -2- reproduction, elle transmet aux cellules filles l’information génétique spécifique qu'elle contient dans son ADN. La réplication de l’ADN, la transcription de l’ARN et la traduction en protéine se font également de la même manière dans toutes les cellules. III. ORGANISATION GÉNÉRALE DE LA CELLULE Les deux types fondamentaux de l’organisation cellulaire, procaryotes et eucaryotes, ont en commun la présence d’une membrane plasmique qui délimite un cytoplasme dans lequel il y a l’information génétique sous forme d’ADN et des ribosomes. Mais ils comportent des différences essentielles. A. LES PROCARYOTES Les procaryotes sont divisés en deux groupes : les archéobactéries (ou archées) et les eubactéries (ou bactéries). Les archéobactéries sont souvent des extrémophiles qui peuvent vivre dans des milieux extrêmes de salinité (halophiles), d'acidité (acidophiles), de température (thermophiles),... Les eubactéries sont plus nombreuses ; elles comprennent les bactéries et les cyanobactéries (appelées également algues bleues). Les procaryotes sont des cellules de petite taille (0,2 à 10 µm) consistant en un seul compartiment entouré par une membrane plasmique. Ils ne possèdent pas d’organites bien définis tels que mitochondries, chloroplastes, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi ou lysosomes (Figure 1-2). Leur cytoplasme contient des ribosomes (70S) plus petits que ceux des eucaryotes (80S). À la place du noyau, ils ont un seul chromosome appelé Nucléoïde formé d’une double hélice d’ADN circulaire. Le nucléoïde est en contact direct avec le cytoplasme ; il n’y a ni membrane nucléaire ni nucléole. Les cellules procaryotes sont généralement entourées d’une paroi cellulaire et n'ont pas de cytosquelette élaboré. Leur division se fait par une simple bipartition. Figure 1-2 : Schéma d’une bactérie. La figure 1-2 montre la structure de base qui existe dans toutes les cellules procaryotes. Mais ces dernières peuvent avoir des morphologies variables. Ainsi, en fonction des espèces, leur forme peut être sphérique, en bâtonnet, ou en spirale. Pour se déplacer, certains procaryotes possèdent un ou -3- plusieurs flagelles (de structure différente de celle des flagelles des eucaryotes). D’autres bactéries contiennent plusieurs prolongements sous forme de cils appelés pili (pluriel de pilus) qui sont souvent impliquées dans l'adhérence à la surface d'autres cellules. À noter également que, en plus de leur chromosome principal, de nombreuses bactéries possèdent des molécules d’ADN circulaires plus petites appelées plasmides qui se répliquent indépendamment du chromosome principal. Les plasmides contiennent quelques dizaines de gènes importants comme les gènes de résistance aux antibiotiques. Les procaryotes les plus grands et les plus complexes sont les cyanobactéries (Figure 1-3). Elles sont autotrophes grâce au phénomène de photosynthèse qui se déroule au niveau de leurs membranes intracytoplasmiques contenant des pigments chlorophylliens. Ces membranes ressemblent beaucoup aux membranes thylakoïdales des chloroplastes des cellules végétales eucaryotes (voir Chloroplastes). paroi bactérienne membrane plasmique Gouttelettes lipidiques membranes intracytoplasmiques (pigments chlorophylliens) cytoplasme Nucléoïde ribosomes Figure 1-3 : Schéma d’une cyanobactérie. B. LES EUCARYOTES Ils comprennent les protistes, les animaux, les végétaux et les champignons. Les eucaryotes sont généralement beaucoup plus grands que les bactéries (environ 10-100 μm de diamètre). Les cellules eucaryotes, comme les cellules procaryotes, sont entourées d’une membrane plasmatique. Cependant, elles contiennent également des membranes internes qui délimitent des compartiments spécifiques appelés organites qui baignent dans une solution aqueuse, appelée cytosol. Certains organites sont entourés de deux membranes (noyau, mitochondrie et chloroplaste). Certains organites sont communs aux différents types de cellules eucaryotes. D’autres sont spécifiques aux cellules animales ou végétales (Figure 1-4). -4- Organites communs : Le noyau, l’organite le plus grand (dans les cellules animales), contient le matériel génétique sous forme de chromosomes linéaires. Chaque chromosome comprend une seule molécule d’ADN associée à de nombreuses histones et autres protéines. Dans le noyau, il y a un ou plusieurs nucléoles où se déroule la transcription de l’ARN ribosomal (ARNr) et l’assemblage des ribosomes. Les cellules eucaryotes contiennent de nombreuses mitochondries qui sont les principaux sites de production d’ATP suite à la dégradation de molécules organiques par oxydation. Les eucaryotes possèdent un large système membranaire interne constitué par le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi. Le réticulum endoplasmique est important dans la synthèse de lipides et de protéines destinées à la sécrétion ou à différentes membranes. Il les libère d’abord à l’appareil de Golgi où elles subissent une maturation avant d’être transportées à leur destination. Les peroxysomes sont des organites spécialisés dans des réactions oxydatives de certaines substances organiques. Le cytosol contient également un cytosquelette formé de filaments protéiques qui donne à la cellule eucaryote sa force et sa rigidité et contrôle sa motilité. Il est responsable de la formation des cils et des flagelles. Différence entre cellules animales et végétales : Les cellules animales possèdent des lysosomes qui sont des organites spécialisés dans la digestion des macromolécules. À noter également la présence de centrioles dans les cellules animales, et qui sont absents chez les végétaux supérieurs. Les cellules végétales sont entourées d’une paroi pectocellulosique qui leur donne une forme rigide. Elles contiennent des chloroplastes qui leur donnent la capacité de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique grâce au phénomène de photosynthèse. De plus, la plupart des cellules végétales renferment une ou quelques grandes vacuoles. La vacuole, qui peut atteindre 80% du volume cellulaire, est limitée par une membrane appelée tonoplaste. Elle accumule et stocke l’eau, les ions et de petites molécules nutritives (comme les sucres et les acides aminés) transportées, à partir du cytosol, par des protéines membranaires dans le tonoplaste. Les vacuoles jouent également un rôle digestif semblable à celui des lysosomes des cellules animales. Toutes les cellules eucaryotes utilisent le même cycle cellulaire et se divisent par mitose. Cependant, la cytodiérèse (division du cytoplasme pour séparer les deux cellules filles) en fin de mitose est différente. Elle se fait par constriction de la cellule animale. Mais, à cause de la présence d'une paroi rigide dans la cellule végétale, la cytodiérèse se fait par formation d’une cloison appelée phragmoplaste. -5- Figure 1-4 : Organisation générale de la cellule eucaryote. -6-  C. VARIATIONS MORPHOLOGIQUES Même si les cellules ont la même structure de base, elles n'ont pas la même morphologie. Ainsi par exemple chez un animal pluricellulaire, la morphologie de ses cellules varie à plusieurs niveaux. 1. Variation de forme La forme des cellules est très variable (Figure 1-5) ; elle est généralement adaptée à la fonction de la cellule ou imposée par la présence de cellules voisines. microvillosités. granules de glycogène noyau mitochondries invaginations Cellule Rénale Cellule Hépatique dendrites disques membranaires axone gaine de myéline flagelle Photorécepteur fibrilles Spermatozoïde Cellule de muscle strié Neurone Figure 1-5 : Exemples de variations morphologiques de cellules eucaryotes (les schémas ne sont pas à la même échelle). 2. Variation de taille La taille des cellules est extrêmement variable (exemple : bactérie de 1µm, jaune d’œuf d’autruche de 7 cm de diamètre !). Le diamètre de la plupart des cellules est compris entre quelques µm et quelques dizaines de µm. Exemple : les cellules animales entre 10 et 30 µm. Cependant, certaines cellules sont -7-  spécialement grandes ; c'est le cas de certains neurones qui peuvent atteindre 1 m de long au niveau du nerf sciatique chez l'homme. 3. Variation de structure Une même cellule peut avoir une structure variable au cours de sa différenciation (modification structurale ou morphologique de la cellule). C’est le cas des globules sanguins pendant leur maturation au cours de leur passage de la moelle osseuse vers le sang. D’autres cellules comme celles de la glande mammaire, changent de structure selon qu’elles soient en activité ou au repos. D. LES VIRUS Les virus ne sont généralement pas considérés comme des êtres vivants. Ce sont des particules inanimées constituées par assemblage de macromolécules. Leur taille est plus petite que celle des bactéries (