Procaryotes et eucaryotes

AGENDA
• 1. Les procaryotes
• A. Morphologie
• 2. Les eucaryotes
• A. Architecture cellulaire
• B. Phylogénie et différenciation
Introduction
Réflexion :
La diversité des organismes

Certains organismes ne sont composés que d’une seule cellule = UNICELLULAIRES.
o
o

Bactéries
Protistes (amibe, diatomées, euglène)
D’autres organismes comportent de nombreuses cellules = PLURICELLULAIRES.
o
o
o
Végétaux
Eumycètes
Animaux
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Le vivant selon Stanley Miller
Schéma de l’expérience de Miller
recréant l’atmosphère primitive.
Expérience de Stanley Miller et Harold Urey (1953) simulant les effets d’éclairs d’orage dans
l’atmosphere réductrice primitive (H2O, CH4, NH3, H2).
La solution obtenue à la fin contenait des composés organiques hydrosolsolubles
comme des acides aminés.
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Le vivant selon Stanley Miller
Stanley Miller réalisant son expérience
Les bases des nucléotides peuvent aussi être synthétisées dans des conditions prébiotiques (en présence
d’HCN).
La vie est née probablement suite à la formation de molécules d’ARN autoréplicatives
GENERALITES -
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Propriétés fondamentales de toutes les cellules
1. ADN :
informations / gènes
6. Membrane
plasmique:
protéines + lipides
synthèse des
constituants
cellulaires
5. Energie / ATP :
intégrité du contenu
cellulaire
2. Code
génétique
universel
3. ARNs/ ribosomes :
traduction de
l’information en protéines
4. Protéines:
contrôlent structure
et fonction
cellulaires
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Le monde vivant est divisé en 3 domaines
Archées
Bactéries
Eucaryote
•les Eubactéries
•les Archaea
•les Eucarya qui regroupent eux-mêmes :
•
les protistes
•
les champignons
•
les animaux
•
les plantes
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Subdivision du monde cellulaire
LES PROCARYOTES
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Les Procaryotes
Les Procaryotes (du grec, pro: avant et karyon: noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus
de noyau et bordés d'une membrane.
L'ensemble est parfois entouré d'une capsule
Coloration négative
MO
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Les Procaryotes
Le Procaryote le plus étudié est probablement la bactérie Escherichia coli
Ces photographies au microscope électronique donnent une idée
de l'échelle de Escherichia coli sur la pointe d'une épingle.
Source figure : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al.
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Les Archaea
Les archaea sont très diverses, aussi bien d'un point de vue morphologique que physiologique.
Ce sont des êtres unicellulaires avec une taille variant entre 0,1 et 15 µm,
mais certains se développent pour former des filaments ou des agrégats
(filaments jusqu'à 200 µm).
Elles peuvent être sphériques (coques), spirales, en forme de bâtonnet,
rectangulaires…
Microbiology With Diseases by Body System, 4E BAUMAN
Geogemma
TEM
Pyrodictium
TEM
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Les Procaryotes
L'organisation interne est peu développée.
La cellule n'a pas de noyau véritable, l'ADN est concentré dans une région dite nucléoïde, qui n'est
pas délimitée par une membrane.
Il y a présence de ribosomes, du nucléoîde, et parfois d'un plasmide dans le cytoplasme.
S t r u c t u r e
’u n e
B A C T E R IE
Cytosol :
lieu de nombreuse
voies métabolique .
chromatine : nucleoide
Complexe porteique ADN.
Inclusion :
Flagelle :
ribosome :
lieu de synthèse
protéique.
Membrane
cytoplasmique :
contrôle d’échange
cellulaire
Site de la signalisation
cellulaire.
Parois cellulaire :
Glycocalyx :
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
La structure d’une bactérie est la suivante :
Paroi cellulaire
• composée d’une seule macromolécule
(peptidoglycane)
Membrane plasmique:
• matières diffusent rapidement à travers
Cytoplasme
Ribosome
• milliers (même rôle que cellule eucaryote)
ADN nu
• 1 chromosome retrouvé dans le nucléoïde
• (certaines cellules ont ADN circulaire nommé
plasmide)
Pseudomonas
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Glycocalyx:
Glycocalyx
(capsule)
TEM
Glycocalyx
(couche mince)
TEM
flagelle:
filaments
Bâton (mat)
Peptidoglycane
(parois cellulaire)
Anneaux
protéiques
cytoplasme
Membrane
cytoplasmique
filaments
Parois cellulaire
Corps basale
Gram +
Gram -
Membrane
cytoplasmique
flagelle: disposition
PÉRITRICHE
SEM
POLAIRE (SIMPLE)
SEM
POLAIRE (MULTIPLE)
SEM
Microbiology With Diseases by Body System, 4E BAUMAN
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
pili:
Glycocalyx pili
(capsule)

Les procaryotes ont différentes formes, donc
différents types :
◦ Bacille : forme de bâtonnet
◦ Coque : forme sphérique
◦ Spirochète : forme de spirale
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Les bactéries :
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
En bactériologie médicale,
on distingue essentiellement les bactéries Gram positive et les bactéries Gram
négative grâce à la coloration de Gram :
• Les bactéries Gram – se colorent en rose :
Elles ont une membrane lipidique externe et une paroi fine.
• Les bactéries Gram + se colorent en violet :
Elles n’ont pas de membrane externe et ont une paroi épaisse.
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
En bactériologie médicale,
KEY
Crystal violet
Iodine
Alcool
Safranin
Gram-positive
Gram negative
1
(a)
Application de
crystal violet
2
Application de l’
iodine (mordant)
3
Lavage à l’alcool
(décoloration)
4
Application de la
safranin (contre
colorant)
(coloration pourpre)
MO
Parois d'une bactérie
Gram + GramPeptidoglycane
(parois cellulaire)
Acide
Teichoique
Membrane
cytoplasmique
Acide
Lipoteichoique
GRAM +
Protéine
intégrale
porine
Membrane
externe
Porine
(coupe)
Peptidoglycane
(parois cellulaire)
Membrane
cytoplasmique
Couches de
phospholipides
GRAM –
Protéine
intégrale
Lipopolysaccharide
(LPS)
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Parois d'une bactérie Gram + (a)
A) La paroi des bactéries Gram positives montre un peptidoglycane épais, jusqu'à 80 nm
d'épaisseur, constitué par un empilement de la structure.
GRAM +
Remarque : Une bactérie gram + qui perd son peptidoglycane (par action d'antibiotique ou du lysosyme) devient un
protoplaste.
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Parois d'une bactérie Gram – (b)
B) La membrane externe crée une barrière imperméable, comme la membrane plasmique,
qui délimite, enfermé par ces 2 membranes, l'espace périplasmique.
Il contient de nombreuses enzymes.
GRAM –
Remarque : Une bactérie gram - qui perd son peptidoglycane devient un sphéroplaste.
Une bactérie gram - qui perd son peptidoglycane et sa membrane externe devient un protoplaste.
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Parois d'une bactérie Gram + (a) et d'une bactérie Gram – (b)
GRAM +
GRAM –
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Question
En quoi est-il utile, pour le médecin, de savoir si les bactéries
présentes chez un patient sont Gram positives ou Gram négatives?
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Particularités des bactéries :
• Les bactéries n’ont pas de système endomembranaire (donc pas d’enveloppe nucléaire), pas de
mitochondrie, ni de péroxysome.
• Elles ne possèdent pas de cytosquelette à proprement parler.
• Des ribosomes sont visibles au microscope électronique à transmission dans le cytosol des bactéries.
• Leur génome se présente sous la forme d’un seul chromosome : le nucléoïde. C’est une molécule d’ADN
bicaténaire et circulaire.
• Le chromosome bactérien est fixé à des invaginations de la membrane plasmique : les mésosomes.
Echelle ( situation des bactéries)
LES EUCARYOTES
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
La cellule eucaryote: deux éléments clés
CHLOROPLASTE
Granum
Membrane externe
Membrane interne
Crète
Espace de la thylakoïde
Stroma
thylakoïde
Double membrane externe
Matrice
Ribosomes
MITOCHONDRIE
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
La cellule eucaryote:
formation de communautés de cellules intracellulaires
mitochondrie
chloroplaste
Vacuole
La cellule animale
Chloroplaste
La cellule végétale
La théorie endosymbiotique de l'origine de la cellule Eucaryote postule que :
•
la mitochondrie dérive d'une bactérie respirant
•
le chloroplaste dérive des cyanobactéries
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes :
l'endosymbiose
Selon la théorie endosymbiotique sériée énoncée par Margulis et Taylor (1979), les cellules
Eucaryotes proviennent de l'association de plusieurs Procaryotes.
Cette théorie s'appuie entre autre sur les éléments suivants :
-
la taille des mitochondries et des chloroplastes est semblable à celle des bactéries
- chacun de ces organites possède un matériel génétique (ADN) qui lui est propre
- chacun de ces organites possède le matériel nécessaire pour la synthèse protéique (ARNt,
ribosomes, polymérases)
- chacun de ces organites peut se diviser par étranglement médian (après avoir dupliqué le
matériel génétique)
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
l'endosymbiose
L’endosymbiose a donc profondément influé sur l’évolution des eucaryotes, en leur permettant d’acquérir
des potentialités métaboliques de procaryotes !
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Eucaryotes
Les cellules des Eucaryotes (Eu-: propre) sont généralement de plus grande taille,
avec un noyau bordé d'une membrane.
Le plus souvent, elles contiennent aussi des membranes internes qui cloisonnent
la cellule en y délimitant des organites qui ont des fonctions biologiques
spécialisées
Trichomonas vaginalis.
Eunotia
Aspergillus niger
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Eucaryotes
La cellule eucaryote possède un véritable noyau entouré d'une double membrane.
La cellule est compartimentée grâce à des membranes internes.
Ces membranes participent activement au métabolisme cellulaire et délimitent des
microenvironnements (organites) qui permettent d'effectuer au même moment
des processus qui seraient incompatibles autrement.
On distingue deux types de cellules eucaryotes : animale et végétale.
S t r u c t u r e
Centrosome :
Point de départ des
Microtubules et
centrioles.
Pore nucléaire :
Passage des
molécules du / vers
le noyau.
’u n e
Noyau :
lieu où le matériel
génétique est organisé
.
Enveloppe nucléaire :
Double membrane
entourant le noyau .
Nucléole :
Site d’assemblage des
sous unités
ribosomales.
RER (ou REG) :
Lieu de sélection
et de sécrétion
protéique.
REL :
Site de détoxification
et de synthèse
lipidique.
chromatine :
Complexe
porteique -ADN.
Mitochondrie :
Synthèse d’ATP
Apoptose.
Cytosquelette :
Protéines filamenteuses
conférant la structure et
la forme au cellules +
mouvement.
Lysosome :
lieu où les
macromolécules
sont dégradées.
ribosome :
lieu de synthèse
protéique.
Membrane plasmique :
contrôle d’échange
cellulaire
Site de la signalisation
cellulaire.
peroxysome :
lieu de détoxification cellulaire
.
Cytosol :
lieu de nombreuse
voies métabolique .
Appareil de Golgi :
lieu de maturation
modification , sélection
et sécrétion de lipides
et protéines.
S t r u c t u r e
’u n e
Noyau :
lieu où le matériel
génétique est organisé
.
Enveloppe nucléaire :
Double membrane
entourant le noyau .
Pore nucléaire :
Passage des
molécules du / vers
le noyau.
Vacuole centrale :
Site de stockage et
de régulation du
volume cellulaire
ribosome :
lieu de synthèse
protéique.
REL :
Site de détoxification
et de synthèse
lipidique.
Nucléole :
Site d’assemblage
des sous unités
ribosomales.
RER (ou REG) :
Lieu de sélection
et de sécrétion
protéique.
chromatine :
Complexe protéique ADN.
Cytosol :
lieu de nombreuse
voies métabolique .
Membrane plasmique :
contrôle d’échange
cellulaire
Site de la signalisation
cellulaire.
Mitochondrie :
Synthèse d’ATP
Parois
cellulaire :
Support
cellulaire.
Chloroplaste :
Site de photosynthese
Cytosquelette :
Protéines filamenteuses
conférant la structure et la
forme au cellules +
mouvement.
Appareil de Golgi :
lieu de maturation
modification , sélection et
sécrétion de lipides et
protéines.
peroxysome :
lieu de détoxification
cellulaire .
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
La cellule eucaryote
unicellulaires
: Protistes
(amibes, levures)
Chloroplaste
Organismes
pluricellulaires
Plantes
Champignons
Animaux
Giardia intestinalis
MO
Eucaryotes : variation de forme et de fonction
CELLULE SOUCHE
HÉMATOPOÏÉTIQUE
ERYTHROID
MYELOID
LYMPHOID
Chloroplaste
Erythrocyte
Plaquettes
Inflammation
coagulation
TRANSPORT DES GAZ
Basophil
Inflammation
Neutrophil
Eosinophil
Monocyte
Lymphocyte
Phagocytose
IMMUNITÉ INNÉE, seconde lignée de défense
Leucocyte
IMMUNITÉ ADAPTATIVE
L’é v é n e m
E x e m
1
e n t
p l e
Chimiotactisme : Attraction pour la phagocytose des microbes
Microbe:
Neisseria
MEB
pseudopodes:
2
adhérence.
3
Ingestion des microbe par les phagocytes.
4
Fusion des vésicules.
5
Dégradation des
microbes par enzymes
et agents chimiques.
Phagosome:
Lysosome:
Golgi:
Noyau:
Phagolysosome:
pseudopodes:
Corps résiduel
6
Elimination par exocytose
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Eucaryotes : Les éléments constitutifs (compartimentation plus complexe) :
- Membrane plasmique
- Cytoplasme
- La taille du génome a 1000 fois plus de paires de bases que le procaryote
- Noyau
- Organites (constituants physiquement
- Séparés – membrane internes fibres)
- Absence de paroi
- Cytosquelette (forme, mouvement)
- Endocytose et exocytose
- Reproduction par mitose (méiose)
- Métabolisme : aérobie
- Taille : 10 - 100μm,
Chloroplaste
Principales caractéristiques par
rapport aux procaryotes
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Organites à double membrane:
* Noyau: chromatine (ADN/2 + histones), nucléole enveloppe nucléaire double
(ribosomes, lamina)
qqs μm
* Mitochondrie: membrane externe perméable
membrane interne / crêtes (ATP)
matrice : ADNmt
1 μm
* Chloroplaste: ADN, chlorophylle
photosynthèse
Chloroplaste
qqs μm
LA CELLULE
FLUIDE
EXTRACELLULAIRE
Organites non membranaires: non délimitées
par une membrane en général elles sont en
contacte direct avec le cytosol
• REL / RER
• Peroxysomes
• Cytosquelette
• Mitochondrie
• Lysosomes
• Centrioles
• Golgi
• Cil
• Nucléole
• Ribosomes
L’avantage sélectif d’un compartiment clos :
4p a r t ie s
Système Endomembranaire:
1 Enveloppe nucléaire
2 Réticulum endoplasmique
Noyau:
-
Localisation du Génome
-
Régulation des gènes
-
Organisation et protection de la
chromatine via la matrice nucléaire
-
Sécrétion des protéines + tri
-
Glycolisation
-
Synthèse des lipides
-
Metabolisme fonctionel + accumulation
du Ca2+
3 Appareil de Golgi
-
Sécrétion des protéines + tri
-
Glycolisation
4 Lysosomes / Vacuoles
-
Dégradation des molécules organiques
-
Stockage des molécules organiques
-
Accumulation de l’eau (plantes)
5 peroxysomes
6 membrane plasmique
Cytoplasme:
-
Cascade de signalisation cellulaire
Organites semi-autonomes:
-
Organisation et mouvement via
1 Mitochondrie
cytosquelette
2 Chloroplaste (plantes + algues)
- photosynthèse
Procaryotes & Eucaryotes
Cours de Cytologie
Point cours
Savoir
Connaître
• légender une cellule
eucaryote.
• distinguer cellule eucaryote et
cellule procaryote
• la notion d’organismes uni et
pluricellulaires
• les principaux organites et
savoir décrire brièvement leur
rôle
Cours de Cytologie
PROCARYOTES & EUCARYOTES
Récapitulatif des principales différences entre cellule eucaryote et cellule procaryote
INTRODUCTION AU MODULE DE CYTOLOGIE
Cours de Cytologie
Point cours
Savoir
Connaître
• décrire une cellule procaryote.
• le mode de division cellulaire des
Connaître les deux familles
bactéries et savoir le distinguer des
principales.
cellules eucaryotes.
• distinguer bactérie Gram + de
• les principales différences anatomiques
bactérie Gram – sur le plan
et fonctionnelles entre cellule procaryote
morphologique.
et cellule eucaryote.
• l’existence des archaebactéries.
Bactéries & pathologies infectieuses
M
i c r o t uE MbD1 Bu l e s
Capside