★ À maîtriser
Robert Hooke propose le terme « cellule » en 1665 après avoir observé des coupes de liège au microscope.
Antonie van Leeuwenhoek décrit plusieurs micro-organismes vivants, notamment des protistes et des bactéries, en 1674.
Matthias Schleiden et Theodor Schwann élaborent la théorie cellulaire en 1839.
📌 La théorie cellulaire affirme que tous les organismes sont constitués d’une ou de plusieurs cellules et que la cellule est l’unité structurale de la vie.
📌 En 1855, Rudolf Virchow ajoute que toute cellule provient de la division d’une cellule préexistante.
Compléments
Hooke nomme, Leeuwenhoek observe, Schleiden et Schwann formulent, Virchow complète.
★ À maîtriser
Le génome bactérien est généralement constitué d’un chromosome unique, sous forme d’une molécule d’ADN bicaténaire et circulaire située dans une région appelée nucléoïde.
Les bactéries se divisent par scissiparité, et Escherichia coli peut se diviser en environ 20 minutes dans des conditions favorables.
📌 Les bactéries Gram négatif se colorent en rose et possèdent une membrane lipidique externe ainsi qu’une paroi fine, tandis que les bactéries Gram positif se colorent en violet, sans membrane externe, et possèdent une paroi épaisse.
Les cellules végétales se distinguent notamment par une paroi squelettique, des plastes et une grande vacuole pouvant occuper la majeure partie du volume cellulaire.
Les cellules d’un même organisme possèdent le même génome, mais l’expression de gènes spécifiques explique leurs différences de différenciation.
📌 Une cellule totipotente peut produire tous les types cellulaires d’un organisme, tandis qu’une cellule pluripotente peut produire plusieurs types cellulaires.
Compléments
Le diamètre des cellules procaryotes est compris entre 1 et 10 μm.
Les plasmides sont des molécules d’ADN bicaténaires, circulaires et extrachromosomiques, facultatives, qui peuvent coder des avantages sélectifs comme la résistance aux antibiotiques ou des toxines.
📌 Les virus contiennent de l’ADN ou de l’ARN et une coque protéique, mais ne possèdent pas de métabolisme propre et ne se reproduisent pas à l’état isolé.
Procaryote sans vrai noyau, eucaryote avec noyau délimité.
★ À maîtriser
En microscopie électronique à transmission, la membrane plasmique présente une épaisseur de 7 à 8 nm et est quasi invisible en microscopie optique.
La membrane plasmique est composée de 60 % de protéines et glycoprotéines et de 40 % de lipides, principalement des phospholipides.
Les trois principales catégories de lipides membranaires sont :
Compléments
À fort grossissement, le modèle de Davson et Danielli (1954) décrit la membrane comme trois feuillets : deux feuillets denses protéiques de 2 nm encadrant un feuillet clair lipidique de 3,5 nm.
Le glycocalyx est un revêtement glucidique externe dont les chaînes sont attachées aux protéines ou aux lipides membranaires.
Le glycocalyx protège la cellule, favorise l’adhésion entre cellules ou avec la matrice extracellulaire, participe à la spécificité cellulaire et permet la reconnaissance cellulaire.
★ À maîtriser
Les lipides membranaires sont amphiphiles : leur pôle hydrophile s’oriente vers l’eau et leur pôle hydrophobe est protégé de l’eau.
Le feuillet externe contient principalement la sphingomyéline, la phosphatidylcholine et les glycolipides, tandis que le feuillet interne contient la phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylsérine.
Les acides gras insaturés augmentent la fluidité membranaire, tandis que les acides gras saturés la rigidifient.
La fluidité membranaire diminue lorsque la quantité de cholestérol augmente et augmente lorsque la température augmente.
Les radeaux lipidiques sont enrichis en :
Compléments
Les chaînes glucidiques portées par les protéines et les lipides membranaires sont toujours extracellulaires.
Les ponts disulfures des protéines membranaires se trouvent du côté extracellulaire, car le cytosol est un environnement réducteur.
Plus les chaînes carbonées des acides gras sont longues, plus la membrane est rigide.
Les lipides membranaires peuvent effectuer trois types de mouvements :
Le flip-flop des lipides nécessite des flippases et de l’énergie sous forme d’ATP.
Les radeaux lipidiques, ou rafts/DIG, peuvent se déplacer dans la membrane plasmique et sont plus rigides que le reste de la membrane.
Les radeaux lipidiques portent des agrégats de cavéoline sur leur face cytosolique.
Les DIG portent des récepteurs sur leur face extracellulaire et servent de sites de fixation pour des protéines extracellulaires.
Les radeaux lipidiques peuvent se rassembler entre eux pour former des domaines plus étendus.
★ À maîtriser
📌 Les protéines extrinsèques, ou périphériques, sont hydrophiles et se trouvent sur la face externe ou interne de la membrane, tandis que les protéines intrinsèques sont intégrées dans la membrane.
Compléments
Les protéines extrinsèques sont souvent liées aux protéines transmembranaires par des liaisons non covalentes.
Dans le modèle de la mosaïque fluide, la membrane comprend : deux couches de phospholipides, des protéines à la surface et à travers la bicouche, des polysaccharides attachés aux lipides ou aux protéines, du cholestérol entre les phospholipides
Les protéines de structure soutiennent la membrane et servent de points d’ancrage aux molécules de la matrice extracellulaire et du cytosquelette.
Les protéines enzymatiques membranaires transforment un substrat en produit.
Les protéines réceptrices membranaires reçoivent des informations externes et participent à la communication intercellulaire.
★ À maîtriser
La perméabilité aux molécules dissoutes dépend principalement de :
Les quatre types de transport membranaire sont :
Les canaux membranaires sont des protéines intrinsèques formant des pores qui laissent passer certains ions ou petites molécules selon leur gradient électrochimique.
La diffusion facilitée par un transporteur est passive, suit le gradient de diffusion et nécessite un changement de conformation du transporteur spécifique.
La pompe Na+/K+ ATPase fait sortir 3 Na+ et entrer 2 K+ dans la cellule.
📌 Un symport transporte simultanément deux substances dans le même sens, tandis qu’un antiport les transporte dans des sens opposés.
Compléments
La liposolubilité favorise le passage à travers la bicouche lipidique, tandis que les ions très hydratés et hydrophiles, tels que Mg++, K+ et Cl-, ne la traversent pas facilement.
À liposolubilité égale, les petites molécules diffusent plus vite que les grandes, et la membrane est imperméable aux protéines, aux polysaccharides et aux acides nucléiques.
Les canaux peuvent être ouverts de façon constitutive ou s’ouvrir en réponse à une excitation électrique ou à un état osmotique particulier.
La vitesse d’un transport facilité augmente avec le nombre de transporteurs disponibles puis atteint un plateau lorsque tous les transporteurs sont saturés.
GLUT transporte le glucose par diffusion facilitée et est présent sur la membrane basale des entérocytes.
🔄 Le cycle de la pompe Na+/K+ ATPase se déroule ainsi : trois Na+ se fixent sur la pompe ouverte vers l’intérieur, l’ATP est hydrolysé et la pompe s’ouvre vers l’extérieur, les Na+ sont libérés et deux K+ se fixent, les K+ sont libérés à l’intérieur lorsque la pompe revient au repos
La pompe H+ ATPase fait entrer des H+ dans les lysosomes et provoque leur acidification.
Diffusion selon le gradient ; transport actif contre le gradient
★ À maîtriser
📌 La pinocytose ingère des fluides ou des macromolécules dans de petites vésicules d’environ 150 nm, tandis que la phagocytose absorbe de grosses particules ou des cellules dans des vésicules de plus de 250 nm pouvant atteindre plusieurs μm.
Compléments
Lors de l’endocytose et de l’exocytose, les substances restent séquestrées par une membrane et ne se mélangent jamais aux constituants du hyaloplasme.
La pinocytose en phase liquide ingère de l’eau et des solutés sans concentration, tandis que la pinocytose dépendante de la clathrine est plus spécifique et concentre son contenu grâce à des récepteurs.
La pinocytose dépendante de la clathrine commence par l’invagination de puits recouverts, dont la face cytoplasmique porte un réseau de clathrine formé de trisquelions.
🔄 La phagocytose d’une bactérie suit les étapes suivantes : les anticorps se lient à la surface de la bactérie, des régions exposées sont reconnues par les récepteurs des macrophages ou des neutrophiles, des pseudopodes englobent la bactérie, les pseudopodes fusionnent pour former un phagosome
L’exocytose se produit surtout par fusion des vésicules golgiennes avec la membrane plasmique.
Endocytose : entrée en vésicule ; exocytose : sortie par fusion
★ À maîtriser
📌 La communication endocrine transmet une information à distance par des hormones, la communication paracrine transmet un message à proximité entre cellules contiguës, et la communication autocrine permet à une cellule d’émettre et de recevoir son propre message.
Compléments
La cellule de transmission synthétise le signal et le libère souvent par exocytose dans le milieu extracellulaire, tandis que la cellule cible le capte grâce à des récepteurs membranaires.
Le récepteur décrit est une protéine spécifique comportant une partie externe et une partie catalytique interne qui provoque une réponse cellulaire.
L’insuline est une hormone protéique hydrophile de 51 acides aminés, synthétisée dans le pancréas et agissant notamment sur le foie.
Les cellules cibles de l’insuline portent de 500 à 100 000 récepteurs spécifiques par cellule.
Le récepteur de l’insuline est une protéine transmembranaire comportant un site externe de reconnaissance de l’hormone et une partie interne enzymatique qui déclenche une cascade de réactions.
Le ligand est une clé, le récepteur une serrure et la transduction le pêne qui déclenche la réponse
★ À maîtriser
Le cytosquelette maintient la forme de la cellule et l’agencement de ses organites, et participe aux mouvements cellulaires.
Les trois constituants du cytosquelette sont :
L’actine G est une forme globulaire monomérique, tandis que l’actine F est une forme fibreuse polymérisée à partir de monomères d’actine G.
Les filaments intermédiaires sont des polymères stabilisés et non polarisés qui assurent surtout un rôle structural et résistent aux forces d’étirement et de déformation.
Les microtubules sont des tubes creux formés de tubuline α et β et présentent une demi-vie d’environ 10 minutes dans le cytosol.
Les kinésines et les dynéines sont des protéines motrices associées aux microtubules qui transportent des vésicules et des organites dans la cellule.
Les mitochondries sont présentes chez les eucaryotes mais absentes chez les procaryotes, et ne font pas partie du système endomembranaire.
Les mitochondries produisent de l’ATP par phosphorylation oxydative, couplant la phosphorylation de l’ADP à l’oxydation des substrats organiques.
Compléments
Le hyaloplasme comprend le cytosol, une solution aqueuse complexe, et un réseau de filaments protéiques formant le cytosquelette.
Le cytosol contient 70 % d’eau, 15 à 20 % de protéines, des ARNm et ARNt ainsi que divers solutés.
Le pH du hyaloplasme est d’environ 7 dans une cellule animale et de 7 à 7,5 dans une cellule végétale.
Les cellules végétales sont dépourvues de filaments intermédiaires.
La polymérisation de l’actine F débute par la nucléation de trois actines G, produit un filament polarisé à extrémités + et −, et nécessite Mg2+ et ATP.
La profiline favorise la polymérisation de l’actine en maintenant l’actine G liée à l’ATP, tandis que la thymosine inhibe la nucléation spontanée.
Les microfilaments d’actine soutiennent notamment les microvillosités intestinales et participent aux mouvements amiboïdes et à la cyclose végétale.
★ À maîtriser
Les mitochondries dérivent de bactéries aérobies phagocytées par une cellule eucaryote primitive sans être dégradées, selon la théorie de l’endosymbiose.
La membrane externe des mitochondries est d’origine cellulaire, tandis que leur membrane interne est d’origine bactérienne.
Les mitochondries possèdent leur propre ADN et synthétisent certaines de leurs protéines, mais l’ADN nucléaire de la cellule hôte code la majeure partie de leurs protéines.
Compléments
★ À maîtriser
La phosphorylation oxydative synthétise l’ATP en transférant des électrons du NADH à l’oxygène par une série de transporteurs d’électrons.
Les mitochondries produisent de l’ATP par phosphorylation de l’ADP en présence d’O₂ et sont le siège de la respiration cellulaire.
Les mitochondries déclenchent et régulent la mort cellulaire par apoptose.
Compléments
Les mitochondries participent à la synthèse de certains phospholipides membranaires et, dans les cellules endocrines spécialisées, à celle des hormones stéroïdes.
Les mitochondries participent à la synthèse de l’hème, constituant de certains éléments de la chaîne respiratoire, de l’hémoglobine et de la myoglobine.
Les mitochondries régulent la concentration cytosolique en Ca²⁺ en association avec les sites de stockage du réticulum endoplasmique, de l’appareil de Golgi et de l’enveloppe nucléaire.
Les mitochondries produisent et catabolisent des ions superoxyde O₂⁻ toxiques pour la cellule.
★ À maîtriser
Dans une cellule vivante en culture, les mitochondries peuvent être observées après coloration vitale et forment un réseau dynamique, parfois ramifié, qui se fragmente et fusionne en permanence sous l’intervention du cytosquelette.
Les porines de la membrane externe sont des perméases non glycosylées qui transportent les ions et les molécules de masse moléculaire inférieure à 10 kDa, mais ne laissent pas passer les H⁺.
Compléments
La microscopie électronique distingue les structures suivantes : la membrane externe, la membrane interne, l’espace intermembranaire, la matrice, les crêtes, les zones d’accolement transitoire entre les membranes
L’espace intermembranaire contient des cytochromes ; lors de l’apoptose, le cytochrome c est libéré dans le cytosol, où il participe à la formation de l’apoptosome, entraînant l’activation des procaspases en caspases.
Le nombre et la surface des crêtes mitochondriales sont corrélés à la demande cellulaire en ATP, et l’ATP synthase intervient dans leur morphologie.
Des perméases de la membrane interne réalisent des cotransports actifs entre l’espace intermembranaire et la matrice, notamment pour l’ATP, l’ADP et les désoxynucléotides nécessaires à la biosynthèse et à la réparation de l’ADN mitochondrial.
★ À maîtriser
La glycolyse cytoplasmique convertit une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate et deux molécules d’ATP, tout en réduisant deux NAD⁺ en deux NADH et deux H⁺.
Le fonctionnement de la chaîne respiratoire accumule les H⁺ dans l’espace intermembranaire, où leur concentration est dix fois supérieure à celle de la matrice.
Le gradient de pH et le potentiel de membrane, dont la face matricielle est négative, constituent un gradient électrochimique qui tend à ramener les H⁺ vers la matrice.
Une molécule de glucose peut produire 38 ATP, dont 2 issus de la glycolyse cytoplasmique et 36 de la phosphorylation oxydative mitochondriale.
Compléments
En anaérobiose, le bilan énergétique de la glycolyse reste faible, car seule une faible partie de l’énergie potentielle du glucose est convertie en ATP et le pyruvate ainsi que le NADH + H⁺ conservent un potentiel énergétique élevé.
Le pyruvate traverse la membrane externe mitochondriale par les porines, puis la membrane interne grâce à des pyruvate-translocases qui assurent son symport avec des protons H⁺ vers la matrice.
Lors de la lipolyse, les triglycérides sont dégradés par des lipases cytoplasmiques en acides gras, qui sont associés au CoA pour former des acyl-CoA, transférés à la carnitine, transportés par antiport dans la mitochondrie, puis retransférés au CoA matriciel dans la matrice.
Les acides gras, le pyruvate et les NAD réduits pénètrent dans la mitochondrie et aboutissent dans la matrice, où leurs oxydations se poursuivent.
Le gradient de protons établit un pH de 8 dans la matrice et de 7,2 dans l’espace intermembranaire.
La phosphorylation oxydative d’une molécule de palmitate produit de 110 à 130 molécules d’ATP.
Transport des électrons → gradient électrochimique → retour des H⁺ vers la matrice
★ À maîtriser
Les substances toxiques piégées dans la vacuole végétale peuvent être retenues par ionisation des molécules lipophiles, changement de conformation moléculaire et glycosylation, cristallisation, ou liaison à d’autres composés suivie d’une accumulation.
La turgescence vacuolaire fournit un support mécanique aux tissus mous, notamment en maintenant dressées les plantes herbacées.
La turgescence de la vacuole permet la croissance cellulaire en largeur et en longueur.
Compléments
Turgescence → soutien des tissus mous et croissance en largeur et en longueur
★ À maîtriser
Lors de l’autophagie, les hydrolases du suc vacuolaire dégradent les substrats, y compris le contenu cytoplasmique, comme dans les cellules mortes du suber et du bois.
L’hétérophagie constitue un moyen de défense de la vacuole en cas d’attaque parasitaire par des bactéries ou des champignons.
Compléments
📌 La vacuole, aussi appelée phytolysosome, est assimilée au lysosome et assure des fonctions d’autophagie et d’hétérophagie.
Autophagie : dégradation du contenu propre ; hétérophagie : défense contre les parasites
Comparaison des cellules procaryotes et eucaryotes
| Caractéristique | Procaryote | Eucaryote |
|---|---|---|
| Noyau | Pas de vrai noyau | Noyau entouré d’une enveloppe |
| Taille | 1 à 10 μm | 10 à 100 μm |
| Chromosomes | Un chromosome circulaire | Plusieurs chromosomes |
| Organites | Pas d’organites membranaires | Organites membranaires présents |
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1. En 1665, qu’observe Robert Hooke au microscope lorsqu’il propose le terme « cellule » ?
2. Quel chercheur décrit plusieurs micro-organismes vivants, notamment des protistes et des bactéries, en 1674 ?
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Qu’étudie la biologie ?
Le vivant à différents niveaux.
En quelle année Robert Hooke propose-t-il le terme « cellule » ?
En 1665.
Qu’observe Robert Hooke au microscope avant de proposer le terme « cellule » ?
Des coupes de liège.
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