La cellule, unité du vivant. - Prépa-Médecine – Lycées St

2012-2013
PRÉPA MÉD’
SCIENCES DE LA VIE
Chapitre 1 : La cellule, unité du vivant.
PRÉPARATION PAES
(UE 2 LA CELLULE ET LES TISSUS).
Chapitre 1 :
La cellule, unité du vivant.
D’après le cours du Pr Cohen.
[email protected]
Prépa Med’
Lycée Antoine de Saint-Éxupéry
2-4 rue Henri Matisse
94000 Créteil
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Chapitre 1 : La cellule, unité du vivant.
Introduction
Figure 1 : Classification générale du vivant.
D’après Comprendre et enseigner la classification du vivant (2ème édition), Belin 2008.
Quel est le point commun à tous les êtres vivants ?
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I- Les cellules procaryotes.
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Les cellules procaryotes sont représentées par les bactéries. Ce sont les organismes les plus
simples trouvés dans l’environnement naturel. Les bactéries sont des cellules sphériques (cocci) ou en
forme de bâtonnet (bacille) mesurant quelques microns. Elles sont entourées d’une paroi cellulaire
résistante recouverte, sur la face interne, d’une membrane plasmique. Le cytoplasme ne comporte aucune
structure interne organisée. Il renferme des protéines, des petites molécules, de l’ADN et de l’ARN. L’ADN
est circulaire et il est lié à la membrane plasmique. Les bactéries se multiplient rapidement en se divisant
en deux par scissiparité. Dans de bonnes conditions de survie, la bactérie peut se diviser toutes les 20
minutes. Le métabolisme des bactéries peut être aérobie ou anaérobie selon que l’oxygène est nécessaire à
la transformation ou non des aliments en ATP qui constitue une réserve d’énergie directement utilisable
par toutes
les
cellules.
Figure 2 : schéma de l’organisation d’une cellule procaryote
Figure 3 : Principe de la scissiparité.
Figure 4 : Organismes unicellulaires et pluricellulaires.
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II- Les cellules eucaryotes.
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Les cellules eucaryotes sont des cellules beaucoup plus grandes (10 à 100 m) et plus complexes
que les cellules procaryotes. On les trouve chez les champignons, les végétaux et les animaux. À l’inverse
des bactéries, les cellules eucaryotes se développent principalement en organismes pluricellulaires à
l’exception des protistes et notamment des protozoaires. Les cellules eucaryotes sont limitées par une
membrane plasmique (chapitre 5) et possèdent, par définition, un noyau (chapitre 2) limité par une
double couche membranaire.
Chez les eucaryotes, l’ADN est sous la forme de longs brins associés à des protéines et empaquetés
pour former des chromosomes. L’ADN stocke l’information génétique qui détermine la structure des
protéines cellulaires (chapitre 3). Comme la synthèse des protéines a lieu en dehors du noyau, dans le
cytoplasme, l’information génétique est transférée du noyau dans cet autre compartiment par une
molécule particulière, l’ARN messager. C’est aussi dans le cytoplasme qu’ont lieu la plupart des réactions
métaboliques de la cellule.
Une autre caractéristique des cellules eucaryotes est de posséder, dans le cytoplasme, de
nombreux organites limités par une membrane (chapitre 6) :
- les mitochondries : arrondies ou ovalaires, mesurant de 0,5 à 1 m de diamètre. Leur rôle est de
combiner l’oxygène avec des molécules alimentaires pour fabriquer l’ATP. L’existence des
mitochondries est une caractéristique presque universelle des cellules eucaryotes et, pour cette
raison, toutes les cellules eucaryotes ont un métabolisme aérobie.
- le réticulum endoplasmique : espace labyrinthique limité par une membrane. Il intervient dans
la synthèse des lipides et des protéines qui composent les membranes cellulaires et dans la
fabrication des protéines destinées à être exportées hors de la cellule.
- l’appareil de golgi : formé d’empilement de sacs aplatis, limités par une membrane. Il intervient
dans la glycosylation des protéines préalablement synthétisées dans le réticulum endoplasmique
et joue un rôle important dans le trafic intracellulaire de ces protéines.
- les lysosomes : organites de forme arrondie et contenant de nombreuses enzymes impliquées
dans la dégradation des composants cellulaires et des molécules ou particules ingérées par la
cellule.
Dans une cellule, ces compartiments occupent la moitié du volume cellulaire total. Le
compartiment restant du cytoplasme, qui inclut tout ce qui n’est pas organites entourés d’une
membrane, est appelé cytosol.
Figure 5 : Schéma de l’organisation d’une cellule eucaryote.
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Chapitre 1 : La cellule, unité du vivant.
Figure 6 : Les différentes organites.
Une autre caractéristique de toutes les cellules eucaryotes est de posséder un squelette interne, le
cytosquelette, qui donne à la cellule sa forme, la capacité de se mouvoir et son aptitude à ordonner ses
organites et à les transporter d’un endroit de la cellule à l’autre. Le cytosquelette est composé d’un réseau
de filaments : filaments d’actine, microtubules et filaments intermédiaires.
Dans les organismes pluricellulaires, les cellules sont en contact étroit entre elles ou avec la
matrice extracellulaire, par l’intermédiaire de ces contacts, influence la différenciation et le
fonctionnement des cellules.
Figure 7 : Le cytosquelette.
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III- Origine des cellules eucaryotes.
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On pense que tous les organismes vivants dérivent d’une seule cellule primitive, née il y a
quelques milliards d’années. Cette cellule était un procaryote ancestral à l’origine des procaryotes actuels
et des cellules eucaryotes. Le passage des procaryotes aux eucaryotes pourrait avoir eu lieu il y a 1,5
milliard d’années.
Comme nous l’avons vu, la présence de mitochondries dans le cytoplasme est une caractéristique
des cellules eucaryotes. Les mitochondries présentent de nombreuses similitudes avec les procaryotes. En
effet, ces organites ont une taille et une forme semblable aux bactéries, se divisent par scissiparité et
contiennent de l’ADN. De plus, le mécanisme par lequel les mitochondries utilisent l’oxygène est très
proche de celui utilisé par les bactéries aérobies. Pour l’ensemble de ces raisons, les mitochondries
pourraient dériver des bactéries. Comme la mitochondrie est le seul organite des cellules eucaryotes à
utiliser l’oxygène pour former l’ATP, il semble donc probable que les cellules eucaryotes sont des
descendants d’organismes primitifs anaérobies qui ont survécu dans un monde devenu riche en oxygène
par intégration de bactéries aérobies.
Figure 8 : Origine de la structure des cellules eucaryotes : la mitochondrie, le noyau et le réticulum
endoplasmique.
La longueur de l’ADN des cellules eucaryotes est si grande que des risques de cassure ou
d’enchevêtrement pourraient survenir si la cellule n’avait pas développé des systèmes de protection ; ces
systèmes de protection sont au nombre de deux :
- la création d’une enveloppe nucléaire qui isole l’ADN du cytoplasme et du mouvement incessant
des organites intracellulaires
- l’apparition de protéines propres aux cellules eucaryotes, les histones, qui se lient à l’ADN et sont
responsables de son repliement ordonné dans les chromosomes. L’importance de ces protéines
est démontrée par le fait qu’elles ont été remarquablement conservées au cours de l’évolution.
Figure 8 : L’ADN.
L’apparition de la membrane nucléaire a eu pour
conséquence d’isoler deux étapes cruciales de
l’expression des gènes dans les cellules eucaryotes : la
copie de l’ADN en ARN (transcription) et l’utilisation de
ces copies d’ARN pour diriger la synthèse protéique
(traduction). Dans les cellules procaryotes où il n’existe
qu’un compartiment, la traduction des séquences d’ARN
commence dès qu’elles sont transcrites, avant même que
leur synthèse ne soit achevée. Chez les eucaryotes, ces
deux étapes sont strictement séparées : la transcription a
lieu dans le noyau, la traduction dans le cytoplasme.
L’ARN doit donc quitter le noyau avant de pouvoir diriger
la synthèse protéique. Dans le noyau, l’ARN a donc le
temps de subir des modifications complexes au cours
desquelles certaines parties de la molécule d’ARN sont éliminées alors que d’autres sont
modifiées. Du fait de ces complexités, le matériel génétique d’une cellule eucaryote
présente beaucoup plus de possibilités de contrôle qu’il y en a chez les bactéries.
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IV- Organisation des cellules entre elles.
Les organismes pluricellulaires sont constitués d’une grande variété de types cellulaire. Chez
l’homme on en dénombre plus de 200. Certains types cellulaires s’associent entre eux, d’autres s’associent
entre différents types cellulaires afin de former une entité morphologique particulière avec des fonctions
bien déterminées.
Les épithéliums comprenant des cellules jointives peuvent s’associer en une ou plusieurs couches
formant ainsi une barrière de protection mais aussi d’échanges. C’est le cas par exemple de l’épiderme, ou
du tube digestif.
Le tissu nerveux est composé de deux types cellulaires, les cellules gliales et les neurones.
Le tissu musculaire est composé de cellules dotées de propriété de contractilité. Il existe trois
types de tissus musculaires associés chacun à des fonctions spécifiques (striés associées au squelette,
lisses localisées dans les viscères et les vaisseaux et cardiaque que l’on retrouve dans le myocarde.
Le tissu sanguin est composé de différents types cellulaires non joints entre eux mais faisant
partie d’un réseau (artériel et veineux). Le terme de tissus est dans ce cas un abus de langage.
Les organes sont des entités anatomiques et fonctionnelles (rein, œil…) formées par plusieurs
types de cellules.
Figure 9 : Classification des épithéliums.
Conclusion
La cellule est la plus petite unité capable de vivre de façon autonome. Elle renferme des
molécules. Chez les organismes faits de plusieurs cellules, les cellules peuvent être regroupées en organes.
Les caractères communs aux cellules de tous les êtres vivants suggèrent que ces derniers sont parents. Ils
partagent un très lointain ancêtre qui leur a légué ces caractères communs.
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