L`organisation de la cellule animale

MOLECULES CELLULES
L’ORGANISATION DE LA CELLULE
ANIMALE
Sabine Lindenthal – [e-mail] – http://mednuc.unice.fr/tiro/ rub. Cours.
Références: Biologie moléculaire de la cellule, B. Alberts, Flammarion ; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ rub.
Books, dispo en français à la bu ; Biologie, N. Campbell, JB Reece
Plan du cours disponible sur le web.
Les cours traitera uniquement de la cellule eucaryote animale.
I - INTRODUCTION
DEFINITION DE LA CELLULE
La cellule est la plus petite unité structurale d’un organisme vivant. Cet organisme doit pouvoir croitre, se
multiplier, se reproduire indépendamment (on exclut les virus). Cet organisme doit être unicellulaire ou
pluricellulaire.
La cellule est une structure organisée, elle doit donc garder sa forme et nécessite donc un apport d’énergie. En
général, cette énergie est fournie par des molécules comme du glucose. Pour cela, elle doit être en contact
permanent avec le milieu extracellulaire. Ces molécules ingérées doivent être digérées, transformées. L’énergie
est transformée de molécules riches en glucose en molécules riches en ATP.
Cette forme universelle d’énergie est utilisée pour catalyser d’autres réactions chimiques et donc pour
synthétiser de nouvelles structures qui permettent à la cellule de garder sa forme. Lors de cette digestion, des
déchets sont accumulés, ceux-ci doivent être évacués. A un moment ou un autre, la cellule doit mourir.
La cellule est donc une structure dynamique, elle renouvelle sans cesse les molécules qui la constituent, et ce
même pour une cellule au repos.
COMPARAISON DE LA CELLULE EUCARYOTE/PROCARYOTE
Il existe deux types de cellules, les eucaryotes, de « eu » vrai, en grec, et procaryotes, la particularité étant que
les procaryotes n’ont pas de noyau.

LA CELLULE PROCARYOTE
Elles n’ont pas de noyau, ce sont en
général des unicellulaires. C’est le type
cellulaire le plus abondant aujourd’hui
sur terre. Ces cellules sont de petite taille
(entre 1 et 10µm maxi).
Elles n’ont pas de noyau, et pas de
compartiment intracellulaire
(endomembrane). Il y a une seule
membrane qui entoure un seul
compartiment, la membrane plasmique.
Un procaryote contient une seule
molécule d’ADN, qui est circulaire. On
l’appelle également le nucléoïde. Cet
ADN est attaché à la membrane plasmique, où celle-ci forme une invagination. Cette structure s’appelle le
mésosome. L’ADN occupe souvent un grand espace dans la cellule. Quelquefois, les procaryotes sont entourés
d’une seconde paroi, une capsule.
S’il y a abondance en nutriments, les procaryotes peuvent se diviser toutes les 20 minutes, en pouvant donner
naissance à 5 milliards de cellules en moins de 11 heures.

LA CELLULE EUCARYOTE ANIMALE
Quelle que soit la fonction de la cellule eucaryote, il y a toujours deux compartiments : le noyau et le
cytoplasme. La cellule est entourée d’une membrane plasmique. Exception : les hématies ou globules rouges
sont des cellules hautement spécialisées, et n’ont plus du tout d’organisme intracellulaires . On ne peut plus
parler d’organisme vivant. Sa durée de vie est donc très limitée (environ 30 jours).
Le noyau est formé par deux membranes que l’on appelle enveloppe nucléaire. Il contient l’ADN, qui est
associé à des protéines (histones) qui servent surtout à enrouler l’ADN sur lui-même à cause de sa grandeur
(1000x supérieur à celui des procaryotes). Cette association ADN-protéines est la chromatine. L’ADN est
attaché dans le noyau à une membrane appelée la lamina nucléaire. Il existe plusieurs molécules d’ADN sous
forme linéaire nommées chromosomes. Le nombre et la quantité de chromosomes est variable en fonction des
espèces.
Une caractéristique des eucaryotes est qu’elles possèdent des cytosquelettes de microtubules qui donnent une
forme à la cellule.
Le cytoplasme comprend tout le compartiment contenant la membrane plasmique à l’exception du noyau. Si
on parle du cytozole, on exclut tout les compartiments intracellulaires. La taille des eucaryotes est supérieure à
la taille d’un procaryote (entre 10 et 1000µm). La cellule est parcourue par un grand nombre
d’endomembranes.
L’enveloppe nucléaire est en contact avec le réticulum endoplasmique, qui joue un rôle dans la synthèse des
protéines et des lipides. Il diffuse vers l’appareil de Golgi. Cet appareil ressemblant à des ballons écrasés joue
un rôle de régulateur vésiculaire et participe au renouvellement membranaire, et possède des vésicules qui

rejoignent la membrane plasmique mais également le réticulum endoplasmique. Toute cette population de
vésicules est appelée le système endomembranaire. Ce système comprend donc le réticulum, l’appareil de
golgi et toutes leurs vésicules qui circulent entre ces compartiments.
Les mitochondries qui sont des compartiments clos (car n’échangeant pas avec le système endomembranaire)
ont pour rôle d’oxyder les molécules (oxydation=déshydratation) et nutriments.
La cellule va ensuite se diviser, et réguler sa reproduction. Une cellule ne doit pas si diviser n’importe
comment, pour le maintien des organes. Une dérégulation mène a l’apparition de cancers.
FORMATION DE LA CELLULE ANCESTRALE
Tous les organismes vivants proviennent d’une seule cellule ancestrale, apparue environ il y a 3 milliards
d’années. Il y a des hypothèses concernant son apparition.
Concernant l’information génétique…
L’information génétique est stockée sous forme de molécules d’ADN, désoxyribonucléotides double brin,
capables de se répliquer avant la méiose. Le flux d’informations dans la cellule est transcrit en ARN qui est
composé de ribonucléotides simple brin, qui va traduire et diriger la synthèse de protéines, effecteurs
cellulaires. La transcription et la traduction se produisent dans des endroits différents, la première dans le
noyau, la seconde dans le cytoplasme. Cependant, on a trouvé des virus qui gardent leur information sous
forme ARN mais qui ont besoin de refaire passer leur information via ADN pour synthétiser des protéines.
EVOLUTION DE LA CELLULE
Différents stades ont été suggérés concernant l’évolution de la cellule.
STADE 1
On pense qu’il y a 4 milliard d’années, dans cette soupe prébiotique, se sont formées par réactions spontanées
les premiers polypeptides. Il y a aussi l’apparition des premières molécules d’ARN, le tout par réaction
spontanées.
STADE 2
Puis, à un certain moment, les molécules d’ARN ont acquis la capacité de s’autorépliquer, et pouvaient ensuite
diriger la synthèse de certaines protéines, autrement dit pouvaient agir de matrices pour la synthèse de
protéines.
STADE 3
Lors du stade suivant, la première membrane autoformée entoura les molécules d’ARN et les protéines, de
façon sélective. Cette compartimentation a permis de garder ces protéines et ARN très proches. La probabilité
de rencontres de ces molécules à donc augmenté, et incidemment la probabilité de réactions chimiques et
donc la synthèse de protéines.

STADE 4
Les cellules sont devenues de plus en plus complexes, posant un problème concernant le stockage de cette
masse d’informations héréditaires. En effet, les molécules d’ADN, dans leur succession linéaire de nucléotides,
sont très fragiles. On pense donc que l’ADN, composé de deux molécules linéaires, est plus facilement
réparable, donc plus stable et moins sensible que l’ARN. La cellule a donc développé des protéines capables de
synthétiser de l’ARN à partir de l’ADN. On note que cette cellule est procaryote.
• La cellule anaérobie a donc utilisé la dégradation du glucose pour convertir de l’énergie. Ces cellules
effectuant la glycolyse existant toujours de nos jours. Ce sont les procaryotes anaérobies.
Mais ces cellules devenaient rares.
• Les cellules à activité de photosynthèse, les cyanobactéries, utilisèrent l’énergie des rayons solaires
pour synthétiser des molécules riches en énergie. Malheureusement, lors de la photosynthèse, de
l’oxygène est libéré, et commence donc à s’accumuler dans l’atmosphère. Cette molécule était
toxique pour la plupart des molécules anaérobies. La plupart des procaryotes ont donc disparu,
essayant de trouver des niches où ils peuvent se développer, ou bien ont appris à utiliser l’oxygène.
• Les cellules précitées qui sont les cellules aérobies ont bien compris que l’oxygène permet d’oxyder
efficacement les molécules de glucose, contribuant à leur survie. Ce sont toujours les cellules
procaryotes capables de respiration.
0Ga -
Formation
de la Terre
0,7Ga - Apparition
de la cellule
ancestrale
anaérobie (tirant
son énergie de la
dégradation de
glucose)
1,1Ga - Apparition
de la cellule à
activité de
photosynthèse
2,5Ga -
Augmentation
de la teneur en
02 de
l'atmosphère
de par les
cellules
photosynthèse
3Ga -
Apparition
des
cellules à
respiration
aérobie
3,3Ga -
Apparition de la
cellule eucaryote
à activité de
photosynthèse
3,6Ga -
Apparition
des
organismes
pluricellulai
res