Fiche de révision : La cellule

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la théorie cellulaire
2. Définition et fonctions cellulaires
3. Classes et domaines du vivant
4. Acaryotes et comparaison cellulaire
5. Diversité des cellules eucaryotes
6. Organisation de la cellule animale
7. Origine et compartimentation cellulaire
8. Organismes modèles et microscopie
9. Microscopie optique et préparation
10. Préparation et coloration des échantillons
11. Marquages fluorescents et moléculaires
12. Microscopie électronique
13. Analyse des images et comparaison
14. Techniques de tri cellulaire

📖 1. Fondements de la théorie cellulaire

📝 Points essentiels

• En 1665, Robert Hooke a observé dans une fine tranche de liège mort de petites chambres répétées qu’il a nommées « cellules », du latin cellula signifiant « petite chambre ».

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

📌 Virchow a ajouté que la cellule est aussi l’unité reproductrice du vivant, car elle peut donner naissance à de nouvelles cellules.

💡 Astuce mémo

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

📖 2. Définition et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité fondamentale du vivant, autonome mais dépendante d’interactions à long terme, reproductrice, fonctionnelle et délimitée par une membrane sélective.

★ À maîtriser

📌 La membrane sélective régule les échanges entre les milieux intra- et extracellulaire ainsi qu’entre les compartiments intracellulaires, notamment entre le cytoplasme et le noyau.

• Toutes les cellules synthétisent:
  • des acides nucléiques
  • des protéines
  • des glucides
  • des lipides

Compléments

• Les pseudopodes permettent le déplacement cellulaire en se formant en réponse à des signaux, en se remplissant progressivement de composants cellulaires, puis en entraînant la cellule tandis que l’extrémité opposée disparaît.

💡 Astuce mémo

Autonomie réelle, mais autonomie limitée par les interactions cellulaires

📖 3. Classes et domaines du vivant

★ À maîtriser

• Les trois domaines du vivant sont:

  • les eubactéries
  • les archaebactéries
  • 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.

Compléments

• Les ARN ribosomaux des eucaryotes, des archaebactéries et des eubactéries présentent de nombreuses similitudes, ce qui suggère une origine évolutive commune, car ils évoluent lentement.

💡 Astuce mémo

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

📖 4. Acaryotes et comparaison cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Acaryotes : Entités biologiques non vivantes qui ne sont ni des cellules ni des types cellulaires, car ils ne sont pas autonomes et ne peuvent pas se reproduire seuls.

📝 Points essentiels

📌 Les acaryotes doivent parasiter une cellule hôte, eucaryote pour les virus ou procaryote pour les bactériophages, car ils ne possèdent pas de métabolisme propre.

📌 Les procaryotes ont généralement un diamètre d’environ 1 μm, un matériel génétique libre dans le cytoplasme et des organites absents, tandis que les eucaryotes mesurent généralement 10 à 100 μm, possèdent un noyau et des organites.

• La scissiparité procaryote comprend la duplication de l’ADN, l’attachement des copies à la membrane, l’allongement cellulaire, la contraction de la membrane et de la paroi, puis la formation de deux cellules filles.

💡 Astuce mémo

Acaryotes non autonomes, procaryotes sans noyau, eucaryotes avec noyau

📖 5. 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, contrairement aux protistes unicellulaires.

• Les cellules somatiques d’un même organisme multicellulaire possèdent le même génome et proviennent toutes d’une même cellule, l’œuf fécondé, malgré leurs propriétés différentes.

Compléments

• L’organisme humain possède plus de 200 types cellulaires spécialisés, organisés notamment en tissus épithélial, conjonctif, musculaire et nerveux.

💡 Astuce mémo

Protistes autonomes, cellules multicellulaires spécialisées et interdépendantes

📖 6. 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 des macromolécules et des réactions métaboliques.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique protège la cellule et contrôle les échanges entre les milieux intracellulaire et extracellulaire, tandis que le noyau contient le matériel génétique nucléaire.

• 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 proche de 7 et contient des protéines à une concentration d’environ 200 mg/ml, ainsi que des ions, des gaz, des molécules organiques et des ARN.

Compléments

• Le cytosquelette détermine la forme cellulaire, coordonne les mouvements cellulaires et permet le déplacement des vésicules de transport.

💡 Astuce mémo

Une cellule compartimentée : noyau central, organites membranaires et cytoplasme organisé

📖 7. Origine et compartimentation cellulaire

📝 Points essentiels

• Les mitochondries pourraient provenir d’une endosymbiose au cours de laquelle une cellule eucaryote ancestrale anaérobie aurait phagocyté une eubactérie aérobie avant d’établir une symbiose avec elle.

📌 La compartimentation intracellulaire augmente le rapport entre la surface membranaire et le volume cellulaire, permet des réactions biochimiques simultanées dans des compartiments différents et impose des transports intracellulaires spécialisés.

💡 Astuce mémo

Endosymbiose → mitochondries ; compartimentation → réactions simultanées et transports spécialisés

📖 8. Organismes modèles et microscopie

★ À maîtriser

📌 La microscopie optique utilise la lumière et permet une résolution d’environ 0,2 μm, tandis que la microscopie électronique est théoriquement environ 1000 fois plus précise et atteint environ 0,1 nm.

Compléments

• Les principaux organismes modèles et leurs usages sont:
  • Escherichia coli : réplication de l’ADN et synthèse protéique
  • Saccharomyces cerevisiae : division cellulaire
  • Drosophila melanogaster : développement embryonnaire et voies de signalisation
  • Caenorhabditis elegans : apoptose

💡 Astuce mémo

Œil → microscope optique → microscope électronique selon la taille observée

📖 9. Microscopie optique et préparation

📝 Points essentiels

• Le microscope optique grossit jusqu’à environ ×1000 et permet surtout d’observer la membrane plasmique, le cytoplasme et éventuellement le noyau, mais pas les organites.

• Le microscope optique à fluorescence utilise un fluorochrome excité à une longueur d’onde donnée, puis détecte une longueur d’onde d’émission supérieure à la longueur d’onde d’excitation.

• Le microscope confocal balaye l’échantillon point par point et plan par plan, puis un logiciel reconstruit une image en trois dimensions à partir des mesures obtenues.

• 🔄 La préparation d’une coupe comprend:

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

💡 Astuce mémo

Fixation → déshydratation → inclusion → coupe → coloration

📖 10. Préparation et coloration des échantillons

🔑 Notions clés & Définitions

• Inclusion : Consiste à rigidifier le tissu ou la cellule avant la coupe afin de limiter l’écrasement et de préserver l’organisation interne ainsi que la répartition des protéines.

★ À maîtriser

• L’eau constitue environ 85 % de la composition des cellules et augmente la diffraction de la lumière, ce qui peut brouiller ou rendre instable l’image microscopique.

• 🔄 La préparation classique suit plusieurs étapes:

  1. Déshydratation
  2. Inclusion
  3. Coupe
  4. Coloration si nécessaire

Compléments

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

• En microscopie confocale, la coloration utilise un fluorochrome lié à un anticorps, tandis qu’elle n’est pas toujours nécessaire en microscopie optique de base à faible grossissement.

💡 Astuce mémo

Déshydratation → inclusion → coupe → coloration

📖 11. Marquages fluorescents et moléculaires

★ À maîtriser

• L’hématoxyline, colorant bleu chargé positivement, marque le noyau en réagissant avec les charges négatives de l’ADN.

• L’éosine est un colorant rose ou violet qui marque 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, plus perméant, traverse les membranes intactes.

• Le marquage indirect à la GFP consiste à insérer dans un vecteur l’ADN de la protéine d’intérêt et le gène de la GFP, à transfecter ce vecteur dans la cellule, puis à produire une protéine d’intérêt fusionnée à une GFP fluorescente verte.

• En immunocytochimie ou immunohistochimie, un anticorps couplé à un fluorochrome reconnaît l’épitope de la protéine d’intérêt, puis un lavage élimine les anticorps non fixés avant l’observation de la fluorescence.

Compléments

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

📌 La GFP pèse 30 kDa et peut gêner l’entrée nucléaire de la protéine d’intérêt, car une protéine entre approximativement dans le noyau lorsqu’elle pèse moins de 50 à 60 kDa.

• La FISH utilise des sondes fluorescentes constituées de fragments d’ADN ou d’ARN complémentaires qui s’hybrident à des séquences nucléiques pour détecter des anomalies du nombre ou de la structure des chromosomes, comme une translocation ou une délétion.

💡 Astuce mémo

Direct : le fluorochrome marque ; indirect : l’anticorps guide le marquage

📖 12. 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 le grossissement réel est généralement de 500 000 à 800 000, avec une résolution maximale de 0,2 ou 0,1 nm selon le microscope.

📌 Le MET observe l’intérieur de la cellule en deux dimensions avec des coupes de 60 à 100 nm, tandis que le MEB observe la surface cellulaire en trois dimensions sans réaliser de coupe.

• La limite de résolution réelle du MET est de 0,1 nm, ce qui permet d’observer les organites et les feuillets interne et externe de la membrane plasmique.

Compléments

📌 En microscopie électronique, l’acétate d’uranium et le citrate de plomb fournissent du contraste en augmentant la diffusion des électrons par rapport aux atomes légers du matériel biologique.

📌 Le MET produit une image en noir et blanc où les zones les plus sombres sont les plus denses, tandis que le MEB produit également une image en noir et blanc représentant la surface cellulaire en trois dimensions avec une résolution dix fois plus faible.

• En microscopie électronique, l’or colloïdal peut être couplé à des anticorps et ses particules de diamètres différents permettent de localiser deux protéines distinctes ou de suggérer leur association dans un même complexe.

💡 Astuce mémo

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

📖 13. Analyse des images et comparaison

★ À maîtriser

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

• Les logiciels de traitement d’image peuvent superposer plusieurs images obtenues avec différents anticorps afin d’identifier une colocalisation des signaux.

Compléments

• Lorsque les signaux vert et rouge se superposent pour donner du jaune, les deux marqueurs sont localisés au même endroit.

💡 Astuce mémo

Superposition des signaux → colocalisation visible

📖 14. Techniques de tri cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytométrie en flux : Permet de différencier les populations cellulaires d’un mélange hétérogène, avec ou sans marqueur fluorescent, mais elle ne trie pas elle-même les cellules.

★ À maîtriser

📌 Le FACS caractérise et trie les cellules dans différents tubes, mais il ne traite que quelques milliers de cellules par minute, tandis que la cytométrie en flux classique peut analyser plusieurs centaines de milliers de cellules en très peu de temps.

• Le tri par billes magnétiques consiste à fixer un anticorps couplé à une bille magnétique sur un antigène de surface, à retenir les cellules avec un aimant, à éliminer les autres par centrifugation, puis à éluer les cellules retenues après retrait de l’aimant.

• Le gradient de densité utilise des couches de saccharose ou de sucrose de concentrations croissantes, sur lesquelles le mélange cellulaire est déposé avant centrifugation afin que les cellules se séparent selon leur propre densité.

Compléments

• En FACS, les cellules marquées par un anticorps couplé à un fluorochrome passent une par une dans un tube en verre et chaque population est différenciée grâce à son marqueur fluorescent.

• Le tri cellulaire est peu utilisé en raison de son coût élevé, compris entre 300 000 et 500 000 euros au minimum, tandis que le tri par gradient de densité est la méthode la moins coûteuse.

💡 Astuce mémo

Identifier → retenir ou séparer → récupérer

📊 Tableaux de synthèse

Procaryotes et eucaryotes

Échelles d’observation