Fiche de révision : La cellule

📋 Plan du Cours

1. Théorie cellulaire
2. Définition et propriétés cellulaires
3. Classification du vivant
4. Diversité des cellules eucaryotes
5. Organisation de la cellule animale
6. Microscopie et préparation cellulaire
7. Préparation et coloration des cellules
8. Marquages cellulaires spécifiques
9. Microscopie électronique
10. Tri et séparation cellulaires

📖 1. Théorie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie cellulaire : La cellule est l’unité structurale, fonctionnelle et reproductrice du vivant.

📝 Points essentiels

• En 1665, Robert Hooke observe au microscope une mince tranche de liège et nomme « cellules » les petites chambres identiques qu’il distingue.

• Entre 1837 et 1839, Schleiden et Schwann établissent que les cellules sont les unités structurales et fonctionnelles du vivant chez les végétaux comme chez les animaux.

• Virchow ajoute que les cellules sont les unités reproductrices du vivant et qu’une cellule peut donner naissance à de nouvelles cellules.

💡 Astuce mémo

Hooke observe → Schleiden et Schwann généralisent → Virchow ajoute la reproduction

📖 2. Définition et propriétés cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité fondamentale du vivant, à la fois autonome, reproductrice, fonctionnelle et délimitée par une membrane sélective.

★ À maîtriser

📌 Une cellule possède une autonomie limitée : elle peut se reproduire, capter et transmettre des informations, mais elle doit généralement interagir avec d’autres cellules pour maintenir ses fonctions à long terme.

📌 Une membrane sélective régule les échanges entre le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire ainsi qu’entre les compartiments intracellulaires, notamment le cytoplasme et le noyau.

• Les protéines cellulaires assurent notamment:
  • la catalyse
  • le transport
  • la structure
  • les mouvements cellulaires

Compléments

• Les cellules peuvent synthétiser:
  • des acides nucléiques
  • des protéines
  • des glucides
  • des lipides

💡 Astuce mémo

Autonome, mais dépendante des signaux et interactions cellulaires

📖 3. Classification du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Acaryotes : Entités biologiques non vivantes qui ne sont ni des cellules procaryotes ni des cellules eucaryotes, car elles ne sont pas autonomes et ne peuvent pas se reproduire seules.

★ À maîtriser

📌 Le vivant comprend deux classes cellulaires, les procaryotes et les eucaryotes, réparties dans trois domaines : les eubactéries, les archaebactéries et les eucaryotes.

• Les eubactéries seraient apparues il y a environ 3 milliards d’années, les eucaryotes il y a environ 900 millions d’années, et Homo sapiens il y a environ 500 000 à 200 000 ans.

📌 Les acaryotes doivent parasiter une cellule hôte pour survivre et se reproduire, car ils ne possèdent pas de métabolisme propre ; les virus parasitent des cellules eucaryotes et les bactériophages des cellules procaryotes.

📌 Les procaryotes ont généralement un diamètre d’environ 1 μm, un matériel génétique libre dans le cytoplasme, aucun organite membranaire et une reproduction par scissiparité, tandis que les eucaryotes mesurent généralement 10 à 100 μm, possèdent un noyau, des organites et se divisent par mitose ou méiose.

• 🔄 La scissiparité procaryote comprend: la duplication de l’ADN, l’attachement des copies à des points distincts de la membrane, l’allongement cellulaire, la séparation des copies vers les pôles, la constriction médiane donnant deux cellules filles

Compléments

• Les ARN ribosomaux des eubactéries, des archaebactéries et des eucaryotes présentent des similitudes qui suggèrent une origine évolutive commune.

💡 Astuce mémo

2 classes : procaryotes et eucaryotes ; 3 domaines : eubactéries, archaebactéries, eucaryotes

📖 4. Diversité des cellules eucaryotes

★ À maîtriser

• Les protistes comprennent:

  • les protozoaires
  • les levures
  • les algues

• Les cellules des organismes multicellulaires ont perdu leur capacité de survie indépendante et se sont spécialisées pour répondre aux besoins de l’organisme.

• Les quatre tissus fondamentaux sont:

  • les épithéliums
  • les tissus de soutien conjonctifs
  • les tissus musculaires
  • les tissus nerveux

• Toutes les cellules somatiques d’un même organisme multicellulaire possèdent le même génome et proviennent de la même cellule, l’œuf fécondé, mais elles acquièrent des propriétés différentes par spécialisation.

Compléments

• L’organisme humain contient entre 5 et 10 × 10^13 cellules.

💡 Astuce mémo

Spécialisation cellulaire → tissus → organes → fonctions coordonnées

📖 5. Organisation de la cellule animale

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytoplasme : Milieu aqueux et visqueux composé du cytosol et des organites, où se déroulent le stockage, le transit et des réactions métaboliques importantes.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique contrôle les échanges entre les milieux intracellulaire et extracellulaire, tandis que le noyau contient une partie du matériel génétique.

• Le réticulum endoplasmique synthétise les protéines et les lipides, l’appareil de Golgi les modifie et les lysosomes digèrent les macromolécules grâce à leurs enzymes.

• Le cytoplasme contient environ 85 % d’eau, possède un pH d’environ 7 et contient des protéines à une concentration d’environ 200 mg/ml.

• La compartimentation intracellulaire augmente la surface membranaire disponible, permet des réactions biochimiques simultanées dans des compartiments différents et impose des transports intracellulaires spécifiques.

Compléments

• L’origine des mitochondries est expliquée par une endosymbiose au cours de laquelle une cellule eucaryote ancestrale anaérobie aurait phagocyté une eubactérie aérobie, puis établi une symbiose avec elle.

💡 Astuce mémo

Une cellule compartimentée comme une usine : noyau, organites, cytoplasme et transports

📖 6. Microscopie et préparation cellulaire

★ À maîtriser

📌 L’œil distingue environ 0,2 mm, le microscope optique environ 0,2 μm et le microscope électronique environ 0,2 nm en conditions réelles.

• Le microscope optique utilise des photons, atteint une résolution d’environ 0,2 μm et permet principalement d’observer la membrane plasmique, le cytoplasme et parfois le noyau, mais pas les organites.

• 🔄 La microscopie confocale: excite un fluorochrome dans un plan focal précis, mesure l’échantillon point par point, répète les mesures sur différents plans, reconstruit une image tridimensionnelle par ordinateur

• 🔄 La préparation d’une coupe comprend:

  1. la fixation
  2. la déshydratation
  3. l’inclusion
  4. la coupe
  5. la coloration si nécessaire

Compléments

• Les coupes destinées à la microscopie optique ont généralement une épaisseur comprise entre 2 et 8 μm.

💡 Astuce mémo

Observer : lumière → fluorescence → confocal ; préparer : fixer → déshydrater → inclure → couper

📖 7. Préparation et coloration des cellules

🔑 Notions clés & Définitions

• Fixation : Conservation de la cellule dans l’état exact que l’on souhaite étudier, empêchant son évolution pendant la préparation.
• Déshydratation : Élimination de l’eau de la cellule afin de limiter la diffraction excessive de la lumière et d’améliorer la qualité de l’image.

★ À maîtriser

• 🔄 La préparation microscopique comprend les étapes suivantes:
  1. Fixation
  2. Déshydratation
  3. Inclusion
  4. Coupe
  5. Coloration si nécessaire

Compléments

📌 L’inclusion rigidifie les cellules avant la coupe afin de localiser la pression exercée par le microtome, de préserver leur organisation interne et d’éviter de modifier la répartition des protéines.

• Les coupes très fines, de quelques micromètres, sont réalisées avec un microtome.

💡 Astuce mémo

Fixer → déshydrater → inclure → couper → colorer

📖 8. Marquages cellulaires spécifiques

★ À maîtriser

• L’hématoxyline, un colorant bleu chargé positivement, colore spécifiquement le noyau en interagissant avec les charges négatives de l’ADN.

• L’éosine est un colorant rose ou violet qui colore le cytoplasme et la matrice extracellulaire.

📌 Le DAPI, peu perméant, marque plus facilement l’ADN lorsque la membrane cellulaire est dégradée, tandis que le Hoechst, perméant, traverse les membranes intactes.

• 🔄 Le marquage indirect par GFP suit les étapes suivantes:
  1. Insérer dans un vecteur l’ADN de la protéine d’intérêt et le gène codant la GFP
  2. Transfecter le vecteur dans la cellule d’intérêt
  3. Traduire l’ADN introduit en une protéine fusionnée à la GFP fluorescente

📌 Après lavage, une fluorescence indique qu’un anticorps couplé à un fluorochrome est resté fixé à l’épitope de la protéine d’intérêt, tandis qu’une absence de fluorescence indique que l’anticorps non fixé a été éliminé.

• La FISH utilise des sondes fluorescentes d’ADN ou d’ARN complémentaires des séquences ciblées pour révéler des anomalies du nombre ou de la structure des chromosomes, notamment des translocations et des délétions.

Compléments

• Oil Red O est un colorant rouge qui met en évidence les lipides intracellulaires, notamment ceux des membranes plasmiques, nucléaires et des organites.

💡 Astuce mémo

Direct = le colorant cible ; indirect = l’anticorps guide

📖 9. Microscopie électronique

★ À maîtriser

• Le microscope électronique utilise un faisceau d’électrons émis par un filament de tungstène chauffé et focalisé par des bobines magnétiques.

• La microscopie électronique atteint théoriquement un grossissement de 1 000 000, mais son grossissement réel est généralement de 500 000 à 800 000, avec une résolution maximale de 0,2 nm ou 0,1 nm selon l’appareil.

📌 Le MET observe l’intérieur de la cellule en 2D sur des coupes de 60 à 100 nm, tandis que le MEB observe la surface cellulaire en 3D sans réaliser de coupe.

📌 La microscopie optique utilise des photons, atteint environ 1 000 fois de grossissement et une résolution de 0,2 μm, tandis que la microscopie électronique utilise des électrons, atteint environ 800 000 fois et une résolution de 0,2 nm.

Compléments

📌 En microscopie électronique, l’acétate d’uranium et le citrate de plomb apportent du contraste car les métaux lourds diffusent fortement les électrons.

• Le MET restitue une image en noir et blanc où les zones les plus sombres correspondent aux éléments les plus denses pour les électrons.

📌 En microscopie électronique, l’or colloïdal peut être couplé à un anticorps pour localiser une protéine sans utiliser de fluorescence.

💡 Astuce mémo

MET : intérieur en 2D ; MEB : surface en 3D

📖 10. Tri et séparation cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Tri cellulaire : Isolement de populations cellulaires à partir d’un tissu ou d’une suspension cellulaire hétérogène afin de réaliser une culture.

★ À maîtriser

📌 La cytométrie en flux différencie les populations cellulaires mais ne les trie pas, tandis que le FACS les caractérise et les répartit dans des tubes distincts.

• En cytométrie en flux, les cellules marquées passent une par une dans un tube en verre et chaque population est différenciée grâce aux marqueurs fluorescents liés aux anticorps.

• 🔄 La séparation par billes magnétiques suit les étapes suivantes:

  1. Fixer l’anticorps couplé à une bille magnétique sur l’antigène de surface
  2. Mettre le mélange au contact d’un aimant pour retenir les cellules marquées
  3. Retirer l’aimant pour éluer les cellules récupérées

• Le gradient de densité sépare les types cellulaires après centrifugation selon leur propre densité dans des couches de saccharose de concentrations croissantes.

Compléments

• Le FACS analyse seulement quelques milliers de cellules par minute, alors que la cytométrie en flux classique peut analyser plusieurs centaines de milliers de cellules en très peu de temps.

💡 Astuce mémo

Identifier → retenir → récupérer

📊 Tableaux de synthèse

Procaryotes et eucaryotes

Échelles d’observation