Chapitre I : Generalités sur la celule

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cellulaire
Auteur : Yasmina ANTEUR
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Chapitre I : Généralités sur la cellule
Plan du cours:
I- Introduction
II- Les différents domaines du vivant
III- La cellule procaryote
IV- Les archées ou archéobactéries
V- La cellule eucaryote
1- Hypothèses sur l’origine de la cellule eucaryote
2- Structure de la cellule eucaryote
VI- Tableau résumant les différences subsistant entre cellules procaryote et eucaryote
VII- Références
I-Introduction :
-En 1839, T.Schwann et M.Schleiden énoncèrent la théorie cellulaire qui stipule que tous les êtres
vivants sont formés de petites structures appelées cellules
Figure 2 : Matthias Schleiden
Figure 1 : Theodor Schwann
-Le mot cellule provient du latin : cellula
nom qui leur fut attribué par Robert Hooke
en 1665 qui en observant un morceau de
liège avait fait l’homologie entre ces petites
unités et les chambres d’un monastère
Figure 3 : Robert Hooke
-1-
- Ainsi on peut définir une cellule comme unité morphologique, fonctionnelle et reproductrice de
tout être vivant.
- Les organismes unicellulaires comme leur nom l’indique sont formés d’une seule cellule capable
d’orchestrer plusieurs fonctions à la fois comme la nutrition, la reproduction, la défense…etc.
- Les organismes pluricellulaires, sont formés de plusieurs cellules qui interagissent entre elles mais
qui sont également capables de fonctionner chacune de façon indépendante.
- Chez ces organismes, les cellules qui se ressemblent et qui accomplissent la même fonction sont
regroupés en tissus permettant une division et une spécialisation du travail.
II-Les différents domaines du vivant :
- Il existe deux catégories de cellules dans le monde vivant : les procaryotes et les eucaryotes
- Entre ces deux types subsiste une catégorie nommée archéobactéries qui sont des organismes
unicellulaires procaryotes mais qui se rapprochent plus des eucaryotes
- Avant les travaux de phylogénie1, les archéobactéries ou archaea comme ils sont appelés
actuellement étaient classés avec les bactéries dans le même règne
- C’est la comparaison des séquences codant les ARN ribosomiques qui a permis d’établir la nouvelle
classification du monde vivant qui est constitué de 3 domaines :
* Le domaine des bactéries ou Eubacteria
* Le domaine des archéobactéries ou Archaea
* Le domaine des eucarytotes ou Eukarya
(1) Phylogénie : étude de la formation et l’évolution des organismes vivants en vue d’établir leur parenté
-2-
Domaine des
bactéries
Domaine des
archéobactéries
Domaine des
eucaryotes
Ancêtre commun
Figure 4 : Diagramme représentant la relation évolutive entre les trois domaines
Les études phylogéniques ont montré que les bactéries étaient différentes des archéobactéries et
des eucaryotes, ce qui laisse à penser que l’ancêtre qui leur a donné naissance s’est séparé très tôt
de la lignée qui a donné naissance aux autres domaines
III-La cellule procaryote :
- le mot procaryote dérive du latin « pro » qui veut dire avant et du grec « caryon » qui signifie
noyau, cette appellation est due au fait que ces cellules ne possèdent pas de noyau : leur support
génétique est en contact direct avec le cytoplasme
- Les procaryotes sont représentés par les bactéries et les archéobactéries
- Ce sont les cellules les plus petites et les plus rudimentaires
- Les procaryotes sont les organismes les plus abondants qui se sont adaptés à plusieurs milieux
parfois rigoureux comme certaines archéobactéries vivant dans les sources chaudes ou dans des
milieux très acides
- Forme : il existe 3 formes de base pour les procaryotes :
* Le bacille : forme en bâtonnet
* La coque : Forme sphérique
* Le spirille (ou spirochète): forme longue et hélicoïdale
- Les bactéries en forme de bâtonnet ou de coque sont capables de former des associations appelées
colonies, les spirochètes quant à eux n’en forment pas.
- Les procaryotes, notamment les bactéries participent dans l’établissement d’un certain équilibre
dans la biosphère en jouant un rôle essentiel dans les cycles d’azote, de carbone ou encore de
soufre. Elles réalisent également la plus grande partie de la photosynthèse terrestre
-3-
- Cependant, certains groupes de procaryotes sont responsables de plusieurs maladies ex : le Bacille
de Koch qui est l’agent causal de la tuberculose.
- Structure : Elle est particulièrement simple comme le représente le schéma suivant :
Figure 5 : Structure d’une cellule procaryote (bactérie)
- Ainsi une cellule procaryote comprend :
* Un cytoplasme : unique compartiment chez les procaryotes, il est formé de réserves nutritives
sous formes d’inclusions (lipidiques, protidiques et glucidiques), du matériel génétique de la
bactérie qui y baigne et de ribosomes.
* Un chromosome « bactérien » : il s’agit d’un filament circulaire d’ADN qui constitue le support
génétique chez la cellule bactérienne. Il est également possible d’observer chez les bactéries des
structures d’ADN circulaire extrachromosomiques appelées plasmides
* Des ribosomes : Un ribosome est une structure formée de deux sous unités (une grande sous
unité de 50S et une petite sous unité de 30S). Chaque sous unité est formée d’une molécule
d’ARN ribosomial associée à des protéines. Les ribosomes sont des catalyseurs de la synthèse
protéique : ils parcourent les brins d’ARNm et traduisent ses différentes séquences en acides
aminés qu’ils assemblent pour former des polypeptides ou des protéines
* une membrane plasmique : structure délimitant le contenu cellulaire. Elle est formée d’une
bicouche de phospholipides, de protéines et de résidus glucidiques qui sont liés aux deux
molécules précédentes.
-Elle régule le transit des nutriments et des déchets à travers la cellule en jouant le rôle de
barrière sélective à l’égard de diverses molécules.
-C’est à son niveau que se déroule également plusieurs processus métaboliques (respiration,
photosynthèse…etc.) et par elle que sont détectés les signaux provenant du milieu externe
-4-
* Une paroi :
-Formée de peptidoglycane, la paroi est une structure qui recouvre la plupart des cellules
procaryotes
-Elle donne aux bactéries leurs formes et participe à leur protection contre les différentes
agressions mécaniques et chimiques
-Selon la structure de la paroi on peut distinguer deux catégories de bactéries : les Gram+ et les
Gram-, la détermination de ces types ce fait grâce à une technique de coloration élaborée par le
microbiologiste Danois Hans Christian Gram.
-Les mycoplasmes sont des bactéries ne possédant pas de paroi
* Une capsule (facultative) :
- La capsule est une structure qui ne se rencontre pas chez toutes les bactéries, sa présence peut
être interprétée comme signe d’une éventuelle pathogénicité
- Elle est formée de polysaccharides et confère aux bactéries qui la possèdent une protection
supplémentaire contre la phagocytose
*Des pili : « pluriel de pilus »
- Également appelés Fimbriae, ce sont des expansions extracellulaires en forme de poils que
possèdent certaines espèces de bactéries
- Ils ont pour rôle de permettre aux bactéries de s’attacher à d’autres congénères ou à un
support
- Le pilus sexuel en est un type particulier : car il permet à une bactérie de réaliser le
phénomène de conjugaison qui consiste en un transfert de matériel génétique entre deux
bactéries (donneuse et receveuse)
* Un ou plusieurs flagelles :
- Polymères de flagelline en forme de fin filaments dont sont pourvues certaines bactéries
- Structure extracellulaire permettant aux bactéries de se déplacer
IV-Les archées ou archéobactéries :
- Les archées ou archéobactéries comme ils furent appelés auparavant sont des organismes
procaryotes tout comme les bactéries.
- Cependant ils se distinguent d’eux du point de vue biochimique et moléculaire, les différences entre
les archées et les bactéries concernent 4 points essentiels :
* La membrane plasmique : la membrane cellulaire des procaryotes est formée d’une bicouche
lipidique. Cependant celle des archées est formée de lipides dont la structure est différente
* La paroi cellulaire : Les procaryotes sont caractérisés par la présence d’une paroi qui les
protège contre diverses agressions provenant du milieu externe. La paroi des bactéries est
formée de peptidoglycane, celle des archées en est dépourvue.
* Mécanisme de traduction des gènes : Les bactéries possèdent des protéines ribosomiques et
une ARN polymérase bien différentes de celle des eucaryotes. Les protéines ribosomiques et
l’ARN polymérase des archées présentent une plus grande similitude avec celles des eucaryotes
-5-
* Architecture des gènes : il est connu que les gènes des bactéries sont dépourvus d’introns.
Ceux des archées se rapprochent plus des eucaryotes et comprennent des introns
- Le terme archéobactéries descend du grec « archaio » qui signifie ancien, mais elles ne sont pas
nécessairement plus anciennes que les bactéries comme l’implique erronément leur nom
- Les archéobactéries sont réparties en 3 catégories :
* Les méthanogènes : produisent du méthane (CH4) à partir de la réduction du dioxyde de
carbone (CO2) par l’hydrogène (H2)
* Les extrêmophiles : sont capables de se développer dans des milieux très hostiles, on peut
ainsi citer comme exemple :
- Les thermophiles, qui se développent dans des températures très élevées
- Les halophiles, qui vivent dans des milieux dont la teneur en sel est importante ex : la mer
morte
- Les archéobactéries tolérantes au pH, qui sont capable de vivre dans des milieux fortement
acides ou basiques
* Les archéobactéries non extrêmes : vivent dans des milieux non hostiles tout comme les
bactéries
V-La cellule eucaryote :
- Des données chimiques attestent que les premiers organismes eucaryotes seraient apparus durant
le précambrien il y a 2,7 milliards d’années, cependant on ne dispose d’aucune preuve archéologique
qui le confirme
- Les plus anciens microfossiles d’eucaryotes qui sont notablement différents des procaryotes
remontent à 1,5 milliards d’années
- Ces cellules fossiles étaient plus volumineuses et présentaient une compartimentation semblable à
celle des eucaryotes (présence de membranes internes)
- Les premiers organismes eucaryotes étaient unicellulaires
- Actuellement, il existe 4 règnes dans le domaine Eukarya :
* Les protistes : organismes unicellulaires eucaryotes
* les mycètes ou champignons
* Les plantes
* Les animaux
Se sont des organismes pluricellulaires
-6-
1-Hypothèses sur L’origine de la cellule eucaryote :
Pour expliquer l’origine de la cellule eucaryote, les scientifiques ont pensés à deux scénarios qui se
sont succéder au cours du temps :
* Origine du noyau et du réticulum endoplasmique(RE) :
-Selon les scientifiques, la première cellule eucaryote ancestrale serait une descendante d’une
cellule procaryote : comment s’est faite cette conversion ?
-Selon eux, le réseau intramembranaire (réticulum endoplasmique) qui caractérise les cellules
eucaryotes serait un dérivé des invaginations de la membrane plasmique qu’on retrouve chez
les procaryotes, ces invagination se seraient étendues dans tous l’espace cellulaire interne
formant ce qu’on appel actuellement le RE
-L’enveloppe nucléaire quant à elle, se serait développée par l’extension du RE
* Origine des mitochondries et des chloroplastes : « la théorie endosymbiotique »
- La théorie de l’endosymbiose propose que les mitochondries et les plastes dérivent de
bactéries symbiotiques
- En effet, une cellule eucaryote ancestrale dont l’origine fut décrite précédemment aurait
intégré dans son cytoplasme une bactérie aérobie qui lui permettait de réaliser le cycle Krebs et
survivre ainsi dans un milieu qui s’enrichissait de plus en plus en oxygène
- Les bactéries qui se rapprochent le plus des mitochondries sont les bactéries pourpres non
sulfureuses capables d’effectuer un métabolisme oxydatif
- L’origine des plastes est également expliquée de la même façon, seule différence : il s’agirait
cette fois-ci de cyanobactéries capables de réaliser une photosynthèse
- Plusieurs données sont en faveur de cette théorie :
 Membrane semblable à celle des procaryotes
 Leur réplication se fait par scission binaire tout comme les bactéries
 Ces organites possèdent leur propre ADN de forme circulaire faisant rappeler à celui
des procaryotes,
 Ils possèdent également des ARNt et des ribosomes dont la taille et la structure se
rapprochent de celle des ribosomes bactériens
- Au cours du temps la plus grande partie des gènes mitochondriaux ont subit un transfert vers
le noyau de la cellule hôte rendant les endosymbiontes « mitochondries » dépendants de celleci
- Néanmoins, ils sont arrivés à conserver quelques gènes qui codent pour des protéines servant
dans le métabolisme oxydatif
-7-
Figure 6 : Origine des eucaryotes « d’après Chantal Proulx »
2-Structure de la cellule eucaryote :
-Toute cellule eucaryote est formée d’un noyau qui protège le support de l’information génétique de
la cellule « l’ADN ». Le noyau ainsi que les autres organites cellulaires qui vont être décrits par la
suite, baignent dans une matrice semi fluide appelée « cytosol ». Le tout est délimité par la
membrane plasmique qui contrôle les échanges cellulaires.
-Les cellules végétales possèdent en plus de la membrane, une paroi de nature péctocellulosique qui
chez les champignons est formée de chitine
-Il est possible de classer les cellules eucaryotes en deux catégories :
La cellule animale :
Figure 7 : structure d’une cellule animale « d’après Chantal Proulx »
-8-
La cellule végétale :
Figure 8 : structure d’une cellule végétale « d’après Chantal Proulx »
Le tableau suivant donne une description succincte des différents éléments d’une cellule eucaryote
et décrit le rôle de chacun :
Structure
Paroi
Description
Couche externe formée de
pectine et de cellulose chez les
végétaux ou de chitine chez les
mycètes
Membrane plasmique
Bicouche de lipides incluant
également des protéines et des
résidus glucidiques
Réticulum endoplasmique
Réseau de membranes internes
Appareil de Golgi
Lysosome
Peroxysome
Ensemble de saccules aplaties
comprenant deux faces
(cis et trans)
Vésicule contenant des
enzymes
Vésicules capables
d’autoréplication, contenant
des protéines, des lipides ainsi
que des enzymes d’oxydation
utilisant de l’O2 et du H2O2
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Fonction
-Protection de la cellule contre
les différentes agressions
extérieures
-Maintient la forme de la
cellule
-Régulation des échanges intra
et extracellulaires
- Reconnaissance entre les
cellules
-Compartimentation cellulaire
- Participation dans la synthèse
des protéines et des lipides
- Régénération de la membrane
plasmique
-Emballage, tri et
transformation des molécules
synthétisées par le RE
- Formation de vésicules de
sécrétion
Digestion intracellulaire
Participe au phénomène de
détoxification cellulaire
Cytosquelette
Noyau
Nucléole
Ribosome
Mitochondrie
Chloroplaste
Amyloplaste
Chromoplaste
Vacuole centrale
Réseau de filaments protéiques
Ces filaments sont de trois
types :
*Les microfilaments ou
filaments d’actine
*Les microtubules
*Les filaments intermédiaires
Organite sphérique à
enveloppe caractéristique des
eucaryotes renfermant le
matériel génétique « ADN »
Dans le noyau, corps dense,
sphéroïde non limité par une
membrane
Organite formé de deux sous
unités : une petite sous-unité
de 40S et une grande sousunité de 60S
Chaque sous-unité est formée
de l’association entre des
protéines et des ARNr
Organite ressemblant à une
bactérie possédant une double
membrane, des ribosomes et
son propre ADN
Organite ressemblant à une
bactérie, possédant :
*une double membrane
*un réseau de membranes
internes organisé en hyaloïdes
qui contiennent de la
chlorophylle
*des ribosomes
*son propre matériel génétique
« ADN »
Organite à double membrane
caractéristique de la cellule
végétale
Autre organite à double
membrane caractéristique de la
cellule végétale
Sac membranaire
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-Assurent à la cellule sa forme
-Fixent les organites dans le
cytosol
-Permettent le mouvement des
organites et de certaines
molécules
-Cerveau de la cellule qui
contrôle diverses activités
comme la synthèse protéique
et la reproduction cellulaire
-Synthèse des ARN ribosomiaux
-Assemblage des ribosomes
Catalyseurs de la synthèse
protéique
Centre énergétique de la
cellule : synthèse de l’ATP
- Site du métabolisme oxydatif
Site de la photosynthèse chez
la cellule végétale
Stockage de l’amidon
Stockage de différents
pigments jaunes et orangés
Stockage des pigments, de
l’eau des nutriments mais
également des déchets
VI-Tableau résumant les différences subsistant entre cellules procaryote et
eucaryote :
Critère de comparaison
Taille
Noyau
Cellule procaryote
1-10 μm
Pas de noyau, le matériel
génétique est en contact direct
avec le cytosol
Division
Scission binaire ou scissiparité
Génome
Le génome est représenté par
un seul chromosome
Structure extrachromosomique
Synthèse protéique
Oui (plasmide)
Les deux étapes de la synthèse
protéique à savoir la
transcription et la traduction se
déroulent au même lieu
« cytosol » et en même temps
Cellule eucaryote
10-100 μm
Le matériel génétique est isolé
du cytosol par une enveloppe
nucléaire formant ainsi une
structure appelée noyau
Mitose et méiose pour
certaines cellules (gamètes)
Le génome est reparti sur
plusieurs chromosomes dont le
nombre diffère selon les
espèces
non
La transcription se déroule au
niveau du noyau et la
traduction au niveau du
cytoplasme
Membrane plasmique
Réticulum endoplasmique
Organites cellulaires
Structure des ribosomes
Localisation des ribosomes
présente
absent
Absents sauf ribosomes
Deux sous-unités de 50S et 30S
Dispersés dans le cytoplasme
Endocytose(phagocytose et
pinocytose)
Mouvement
non
Formée de cellulose et de
pectine chez la cellule végétale
et de chitine chez les
champignons
présente
présent
Présents
Deux sous-unités de 60S et 40S
Dispersés dans le cytoplasme et
lié au réticulum endoplasmique
oui
Se fait à l’aide de cils et de
flagelles
Certaines cellules sont
pourvues de cils et de flagelles
Paroi
Formée de peptidoglycane
VII- Références :

P. Raven, J. Losos, G. Johnson, S. Singer. Biologie, de boeck, 1ère édition, 2007, 1250pp.

R. Forêt. Dico de Bio, de boeck, 2ème édition, 2006, 639pp.
-11-

Le site de Chantal Proulx. Biologie I 701. [en ligne].
http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/701/plan-cours.html . Page consultée le
27/06/2010

Enseignement et recherche biochimie université d’Angers. Emmanuel Jaspard. Biologie
cellulaire comparaison cellule procaryote eucaryot [en ligne]. http://ead.univangers.fr/~jaspard/Page2/TexteTD/5TDBioCellL1/1TDComparProEucar/1TDCompProEucar.ht
m#Hautpage . Page consultée le 30/06/2010
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