Fiche de révision : Généralités sur la cellule

📋 Plan du Cours

1. Origine et évolution des cellules
2. Histoire de la biologie cellulaire
3. Propriétés fondamentales des cellules
4. Taille et diversité cellulaires
5. Comparaison procaryotes eucaryotes
6. Organisation de la cellule procaryote
7. Organisation de la cellule eucaryote
8. Modèles cellulaires eucaryotes
9. Méthodes d’étude cellulaire
10. Constituants chimiques cellulaires

📖 1. Origine et évolution des cellules

📝 Points essentiels

• La naissance de l’Univers remonte à il y a 14 milliards d’années.

• La première cellule, appelée progénote ou LUCA (« Last Universal Common Ancestor »), est apparue il y a environ 3,8 à 3,5 milliards d’années, était délimitée par une membrane, possédait un génome d’ARN autoréplicatif et réalisait la traduction en protéines.

• Les cellules procaryotes sont apparues il y a environ 3,5 milliards d’années, les cellules eucaryotes 1,5 à 2 milliards d’années plus tard, les organismes pluricellulaires quelques centaines de millions d’années après et Homo sapiens il y a environ 200 000 ans.

💡 Astuce mémo

Univers → LUCA → procaryotes → eucaryotes → pluricellulaires → Homo sapiens

📖 2. Histoire de la biologie cellulaire

★ À maîtriser

• En 1858, Virchow a défini la cellule comme l’unité fondamentale de tout être vivant et comme la plus petite portion de matière vivante capable de vivre isolée et de se reproduire.

Compléments

• Au XVIIe siècle, Anton van Leeuwenhoek a observé et décrit pour la première fois des bactéries, des protistes et des spermatozoïdes après avoir amélioré le microscope.

• Robert Hook a nommé « cellula » les cavités observées dans l’écorce de chêne-liège, car elles rappelaient les cellules des moines.

💡 Astuce mémo

Leeuwenhoek observe → Hook nomme → Virchow généralise

📖 3. Propriétés fondamentales des cellules

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité structurale fondamentale, fonctionnelle et reproductrice du vivant, possédant un matériel génétique et une organisation biochimique.

📝 Points essentiels

• Toutes les cellules contiennent leur information génétique dans l’ADN et utilisent presque toutes le même code génétique pour décoder les gènes.

• La traduction des gènes en protéines est réalisée grâce aux ARN et aux ribosomes.

• Toutes les cellules ont besoin d’énergie, concentrée sous forme d’ATP, pour préserver leur intégrité et synthétiser leurs constituants.

📖 4. Taille et diversité cellulaires

📝 Points essentiels

• Les cellules animales mesurent environ 10 μm, les cellules végétales environ 100 μm, les bactéries environ 1 μm, les virus 10 à 100 nm et les petites molécules environ 1 nm.

📌 Les procaryotes, de 1 à 10 μm, ne possèdent pas de noyau et ont une organisation rudimentaire, tandis que les eucaryotes, de 10 à 100 μm ou plus, possèdent un vrai noyau et des compartiments intracellulaires interconnectés.

• Les virus sont des acaryotes et ne sont pas des cellules.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau, eucaryote avec vrai noyau

📖 5. Comparaison procaryotes eucaryotes

📝 Points essentiels

📌 Les procaryotes possèdent généralement un chromosome circulaire unique dans un nucléoïde, de l’ADN de 10⁶ à 10⁷ paires de bases et des ribosomes 70 S, tandis que les eucaryotes possèdent plusieurs chromosomes, 10⁷ à 10¹¹ paires de bases et des ribosomes 80 S.

• Les procaryotes ne possèdent ni membrane nucléaire, ni histones associées à l’ADN, ni nucléole, ni systèmes endomembranaires véritables, tandis que les eucaryotes les possèdent.

📌 La paroi procaryote est constituée de peptidoglycanes, tandis que la paroi végétale contient de la cellulose et celle des champignons de la chitine.

💡 Astuce mémo

Procaryote : ADN nu et 70 S ; eucaryote : noyau, organites et 80 S

📖 6. Organisation de la cellule procaryote

★ À maîtriser

• Chez Escherichia coli, la paroi de peptidoglycanes assure la rigidité, la forme et la résistance à la pression osmotique, tandis que la membrane plasmique contrôle la diffusion des ions, des molécules et des enzymes.

• Escherichia coli possède un chromosome circulaire et bicaténaire dans le nucléoïde, parfois accompagné d’un plasmide, fragment d’ADN circulaire pouvant se répliquer indépendamment et être transmis par le pilus sexuel.

Compléments

• Escherichia coli se reproduit par scissiparité, se déplace grâce à la rotation de ses flagelles et se fixe grâce à ses pili.

📌 Les archées vivent notamment dans des environnements hostiles et se distinguent des eubactéries, qui sont les bactéries fréquentes comprenant des formes non photosynthétiques et photosynthétiques.

📖 7. Organisation de la cellule eucaryote

★ À maîtriser

• La membrane plasmique eucaryote est une bicouche lipidique asymétrique contenant des protéines et des glycoprotéines, recouverte d’un glycocalyx protecteur.

• Les organites à double membrane sont:

  • le noyau
  • les mitochondries
  • les chloroplastes

• Selon la théorie de l’endosymbiose, les mitochondries proviendraient de bactéries aérobies endocytées par une cellule ancestrale anaérobie, puis les chloroplastes de cyanobactéries ingérées par une cellule ancestrale aérobie.

📌 Le RER porte des ribosomes et assure la synthèse des protéines, tandis que le REL dépourvu de ribosomes assure la synthèse, le stockage et le métabolisme des lipides.

Compléments

• Le peroxysome n’appartient pas au système endomembranaire et contient notamment la catalase, qui réalise la réaction $2 H_2O_2 \rightarrow 2 H_2O + O_2$.

💡 Astuce mémo

Double membrane pour noyau, mitochondries et chloroplastes ; simple membrane pour le système endomembranaire

📖 8. Modèles cellulaires eucaryotes

★ À maîtriser

• Saccharomyces cerevisiae est un champignon unicellulaire dont les cellules mesurent environ 10 μm et se divisent par fission ou par bourgeonnement.

📌 La levure possède une paroi de chitine, tandis que la cellule végétale possède une paroi de cellulose.

• L’amibe Amoeba proteus est un protozoaire unicellulaire pouvant atteindre 1 mm de longueur, dépourvu de paroi et capable de se déplacer et de phagocyter grâce à ses pseudopodes.

• La cellule végétale possède des chloroplastes pour la photosynthèse et une vacuole centrale qui réserve l’eau et les déchets et représente environ un tiers du volume cellulaire.

Compléments

• Les cellules animales des métazoaires présentent environ 200 types cellulaires différents et spécialisés et possèdent notamment un glycocalyx, un cytosquelette et des peroxysomes.

💡 Astuce mémo

Levure bourgeonne, amibe phagocyte, végétale photosynthétise

📖 9. Méthodes d’étude cellulaire

★ À maîtriser

• La culture cellulaire animale consiste à dissocier mécaniquement ou enzymatiquement un tissu, à mettre les cellules dans un milieu approprié, puis à les laisser proliférer.

• Une culture primaire est obtenue directement à partir de cellules dissociées, une culture secondaire provient du repiquage d’une culture primaire et une lignée cellulaire est immortalisée et commercialisée.

• L’inhibition de contact arrête la multiplication des cellules lorsqu’elles atteignent la confluence, contrairement aux cellules tumorales qui continuent à proliférer.

• La centrifugation différentielle sépare les constituants selon leur taille et leur densité par des centrifugations successives à vitesses croissantes, les éléments les plus denses sédimentant en premier.

• La chromatographie échangeuse d’ions sépare selon la charge, la filtration sur gel selon la taille et la chromatographie d’affinité selon la liaison spécifique à un ligand.

• La SDS-PAGE dénature les protéines avec une augmentation de température, du SDS et éventuellement du β-mercaptoéthanol, puis les sépare dans un gel de polyacrylamide selon leur poids moléculaire, les plus petites migrant le plus vite.

• En électrophorèse, l’ADN et l’ARN chargés négativement migrent vers l’anode positive.

Compléments

• 🔄 Le fractionnement cellulaire commence par: casser les cellules par choc osmotique, sonication ou broyage, obtenir un homogénat en suspension dans un tampon, conserver des organites intacts

• La PCR, le séquençage et l’électrophorèse sur gel d’agarose permettent d’isoler ou d’analyser les acides nucléiques, avec des applications diagnostiques, thérapeutiques et de classification des espèces.

💡 Astuce mémo

Culturer → homogénéiser → fractionner → séparer → analyser

📖 10. Constituants chimiques cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Monomère : Unité moléculaire pouvant s’associer à d’autres monomères pour former un polymère.
• Polymère : Chaîne formée par l’association répétée de monomères, pouvant contribuer à l’édification de macromolécules.

★ À maîtriser

• L’eau représente environ 70 % de la cellule, tandis que les macromolécules représentent environ 26 % de sa masse totale.

Compléments

• Les quatre grandes familles de molécules organiques présentent une grande diversité de formes et de comportements.

📊 Tableaux de synthèse

Procaryotes et eucaryotes