Fiche de révision : Introduction à la biologie cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Histoire de la théorie cellulaire
2. Principes de la théorie cellulaire
3. Microscopie et analyse cellulaire
4. Biologie cellulaire et fonctions
5. Procaryotes et eucaryotes
6. Fonctionnement universel des cellules
7. Membranes et fractionnement cellulaire
8. Organites du système endomembranaire
9. Mitochondries et cytosquelette
10. Structures et exemples procaryotes

📖 1. Histoire de la théorie cellulaire

📝 Points essentiels

• Robert Hooke observe en 1665 des compartiments dans une coupe de liège et les nomme « cellules », mais il observe en réalité les espaces laissés par des cellules végétales mortes. — Micrographia

• Robert Brown observe en 1833 un objet sombre et sphérique dans les cellules végétales et le nomme noyau, qu’il retrouve aussi dans les cellules animales sauf certaines exceptions comme les globules rouges.

• Schwann et Schleiden formulent en 1839 l’hypothèse que tout organisme est formé de cellules et que les fonctions de l’organisme résultent de la somme des fonctions de ses cellules.

• Virchow affirme en 1855 que toute cellule vivante provient d’une autre cellule vivante et développe en 1858 la théorie de la pathologie cellulaire selon laquelle les maladies résultent d’altérations des cellules. — Rudolf Virchow

💡 Astuce mémo

Hooke → Brown → Schwann et Schleiden → Virchow

📖 2. Principes de la théorie cellulaire

★ À maîtriser

• La théorie cellulaire classique comprend trois principes:
  • La cellule est l’unité fondamentale de la vie
  • Tous les organismes sont composés de cellules
  • Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes sans génération spontanée

📌 La théorie cellulaire moderne affirme que la cellule est l’unité fondamentale de structure et de fonction, que les cellules descendent de cellules préexistantes par division, qu’elles contiennent une information génétique transmissible et qu’elles possèdent un métabolisme énergétique propre.

Compléments

📌 La théorie cellulaire moderne ajoute que les cellules ont globalement une composition chimique et structurelle de base commune et que l’activité d’un organisme pluricellulaire dépend de l’ensemble des activités de ses cellules.

💡 Astuce mémo

U-C-O : Unité, Cellules, Origine

📖 3. Microscopie et analyse cellulaire

★ À maîtriser

• Le microscope optique permet de visualiser les cellules avec un grossissement de 40× à 1000× et une bonne définition, mais un grossissement supérieur déforme l’image.

📌 Le microscope électronique à transmission utilise des électrons traversant une coupe fixée pour observer les ultrastructures jusqu’à une résolution de 300 000×, tandis que le microscope électronique à balayage utilise des électrons rebondissant sur la surface pour renseigner sur la forme de l’objet.

• La centrifugation différentielle sépare les constituants cellulaires selon leur taille après broyage des cellules, les noyaux et les organites intacts formant d’abord le culot tandis que le reste demeure dans le surnageant.

Compléments

• La microscopie confocale utilise un fluorochrome pour reconstituer la forme tridimensionnelle d’un objet et suivre une cellule vivante in vivo.

💡 Astuce mémo

MET = intérieur, MEB = surface, confocale = vivant en 3D

📖 4. Biologie cellulaire et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Biologie cellulaire : Connaissance de la vie d’une cellule et des mécanismes qui permettent son fonctionnement autonome et ses interactions avec son environnement.

★ À maîtriser

• La cellule possède plusieurs capacités fondamentales:
  • Utiliser un programme génétique
  • Se propager par division ou déplacement
  • Acquérir et utiliser de l’énergie
  • Réaliser des réactions chimiques
  • Exercer des activités mécaniques
  • S’autoréguler
  • Évoluer par mutations du génome

Compléments

• Un être humain possède environ 200 types cellulaires différents malgré un même matériel génétique, grâce à des différences de forme, de taille, d’expression des protéines et de fonction.

💡 Astuce mémo

Dysfonction cellulaire → biopathologie → diagnostic et traitement ciblé

📖 5. Procaryotes et eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule procaryote : Cellule dépourvue de noyau visible et de compartimentation interne par des organites membranaires ; son génome n’est pas organisé dans un noyau.
• Cellule eucaryote : Possède un vrai noyau délimité par une enveloppe à deux membranes qui protège l’ADN.

📝 Points essentiels

• Les procaryotes sont majoritairement unicellulaires, mais quelques organismes pluricellulaires existent, comme la cyanobactérie Anabaena cylindrica.

• Les archaebactéries, identifiées comme groupe distinct en 1977 par Carl Woese, peuvent vivre dans des milieux extrêmes comme une eau de pH inférieur à 1 ou des milieux dépassant 120 °C.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau, eucaryote avec noyau

📖 6. Fonctionnement universel des cellules

★ À maîtriser

📌 Les cellules sont délimitées par une bicouche lipidique qui forme une barrière, sépare des milieux, concentre des molécules et crée un environnement favorable aux activités métaboliques.

• 🔄 Le flux d’information suit la séquence:

  1. ADN
  2. ARNm
  3. Protéine

• Les cellules stockent l’énergie sous forme d’ATP et l’utilisent pour des travaux chimiques, mécaniques et de transport.

Compléments

• Les mutations du génome peuvent être réparées par la cellule ou passer inaperçues et constituent, avec la sélection, un principe de base de l’évolution.

💡 Astuce mémo

ADN → ARNm → protéine → fonction

📖 7. Membranes et fractionnement cellulaire

★ À maîtriser

• Les membranes biologiques sont des édifices lipidiques d’environ 7,5 nanomètres d’épaisseur qui limitent la diffusion de nombreuses molécules et délimitent les compartiments cellulaires.

• Les organites se répartissent selon le nombre de membranes:

  • Noyau : deux membranes
  • Mitochondries : deux membranes
  • Chloroplastes : deux membranes
  • Réticulum endoplasmique : une membrane
  • Appareil de Golgi : une membrane
  • Lysosomes : une membrane
  • Peroxysomes : une membrane
  • Vacuoles : une membrane

Compléments

• La centrifugation sur gradient de densité sépare les constituants cellulaires dont les densités sont trop proches pour être séparés efficacement par centrifugation différentielle.

📖 8. Organites du système endomembranaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Système endomembranaire : Ensemble de membranes et d’organites qui travaillent ensemble pour modifier, emballer et transporter des lipides et des protéines ; il comprend l’enveloppe nucléaire, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et les lysosomes.

★ À maîtriser

📌 Le réticulum endoplasmique rugueux porte des ribosomes sur sa face cytosolique et participe à la synthèse des protéines sécrétées, membranaires et lysosomiales, tandis que le réticulum endoplasmique lisse porte peu ou pas de ribosomes et intervient notamment dans le stockage du calcium, la synthèse lipidique et la détoxification.

📌 Dans l’appareil de Golgi, la saccule cis est proche du réticulum endoplasmique, la saccule trans est proche de la membrane plasmique et les saccules médianes se trouvent entre les deux.

• Les lysosomes sont des vésicules limitées par une membrane, riches en hydrolases, qui fonctionnent à un pH acide de 5 et assurent la digestion intracellulaire et extracellulaire.

Compléments

• Les peroxysomes sont des organites membranaires riches en oxydases et peroxydases, impliqués dans le métabolisme du peroxyde d’hydrogène et la dégradation des acides gras.

💡 Astuce mémo

RE → Golgi cis → Golgi trans → lysosome ou membrane

📖 9. Mitochondries et cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite à deux membranes qui contient un ADN circulaire, des mitoribosomes et des enzymes du cycle de Krebs, et qui produit de l’ATP par catabolisme oxydatif.
• Cytosquelette : Édifice fibreux en remaniement constant, formé de polymères issus de monomères, qui maintient la forme cellulaire, contrôle le trafic intracellulaire et participe à la signalisation.

📝 Points essentiels

• La théorie endosymbiotique explique les deux membranes mitochondriales par l’internalisation évolutive d’une bactérie.

📖 10. Structures et exemples procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasmide : Petite molécule d’ADN bicaténaire circulaire, indépendante du génome bactérien, généralement inférieure à 10 kb et capable de réplication autonome.

★ À maîtriser

• Les principaux constituants procaryotes sont:

  • Capsule
  • Paroi cellulaire
  • Membrane plasmique
  • ADN libre dans le cytoplasme
  • Plasmides
  • Flagelles ou cils
  • Ribosomes

• Les plasmides peuvent porter des gènes conférant une résistance aux antibiotiques ou aux métaux lourds et servent de vecteurs d’expression pour introduire un gène d’intérêt dans une cellule.

Compléments

• Escherichia coli est une eubactérie commensale du microbiote intestinal, utilisée pour fabriquer des hormones à l’échelle industrielle, et elle peut se diviser toutes les 20 minutes à 37 °C dans un milieu riche.

• Les mycoplasmes sont les plus petites cellules procaryotes découvertes, mesurant 0,1 à 0,25 μm, et Mycoplasma pneumoniae peut infecter les cultures cellulaires et modifier leur prolifération, leur morphologie et leur métabolisme.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison procaryotes et eucaryotes

Microscopes et observations