Fiche de révision : La cellule et sa diversité

📋 Plan du Cours

1. La cellule unité du vivant
2. Assemblage des biomolécules
3. Origine des premières macromolécules
4. Histoire et techniques de microscopie
5. Fractionnement cellulaire
6. Organisation des procaryotes
7. Diversité et métabolisme procaryotes
8. Organisation des cellules eucaryotes
9. Spécificités végétales et animales

📅 Repères chronologiques

1. 1665Robert Hooke a découvert des « cellules » en observant des coupes de liège au microscope optique rudimentaire.
2. 1839Theodor Schwann a formulé la théorie cellulaire selon laquelle tous les organismes vivants sont composés de cellules.
3. 1858Rudolf Virchow a énoncé « Omnis cellula e cellula », selon laquelle toute cellule provient d’une cellule préexistante.

📖 1. La cellule unité du vivant

★ À maîtriser

• Les trois domaines du vivant sont :

  • les Bactéries (Eubactéries)
  • les Archées
  • les Eucaryotes

• Les Bactéries et les Archées sont des procaryotes, tandis que les Eucaryotes regroupent des organismes unicellulaires ou multicellulaires.

Compléments

• Les organismes vivants possèdent des gènes et des ARN constitués de nucléotides, ainsi que des machineries cellulaires telles que l’ADN polymérase et l’ARN polymérase.

• Les protéines, constituées d’acides aminés, assurent des fonctions structurales et catalytiques.

• Les membranes, principalement composées de lipides, permettent la compartimentation cellulaire, tandis que les glucides participent au stockage énergétique et à la communication cellulaire.

📖 2. Assemblage des biomolécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Polymère : Macromolécule constituée par le chaînage covalent de monomères.
• Monomère : Unité structurale de base.

★ À maîtriser

• Les assemblages de biomolécules sont les suivants : les acides aminés s’assemblent en protéines, les nucléotides en acides nucléiques (ADN et ARN), les oses en polysaccharides, les acides gras en lipides complexes

• La condensation lie deux monomères en libérant une molécule d’eau, tandis que l’hydrolyse rompt une liaison covalente par ajout d’une molécule d’eau.

Compléments

• Les biomolécules sont composées essentiellement de carbone, d’oxygène, d’azote et d’hydrogène et se trouvent en solution dans le cytoplasme ou dans les compartiments cellulaires des eucaryotes.

💡 Astuce mémo

La condensation construit les chaînes ; l’hydrolyse les défait.

📖 3. Origine des premières macromolécules

★ À maîtriser

📌 L’origine abiotique propose une synthèse chimique endogène sur la Terre primitive à partir de gaz atmosphériques soumis à des sources d’énergie, tandis que la panspermie propose un apport de molécules organiques depuis l’espace par des comètes et des météorites.

• L’expérience de Miller-Urey a simulé la formation spontanée d’acides aminés à partir d’eau, de CH₄, de NH₃, de H₂ et d’étincelles électriques.

• Les ribonucléotides A, U, G et C peuvent se polymériser, s’apparier de manière complémentaire par liaisons hydrogène (C avec G et A avec U), puis servir à former une séquence complémentaire à partir d’une séquence originale matrice.

Compléments

• La hiérarchie présentée va des molécules inorganiques (H₂O, CO₂, NH₃) aux intermédiaires, puis aux monomères, aux macromolécules, aux édifices supramoléculaires, aux organites chez les eucaryotes et enfin à la cellule autonome.

💡 Astuce mémo

Matière inorganique → monomères → macromolécules → édifices → organites → cellule.

📖 4. Histoire et techniques de microscopie

★ À maîtriser

📌 La microscopie électronique à transmission (MET) visualise l’ultrastructure interne des cellules et des organites avec une résolution de l’ordre du nanomètre grâce à un faisceau d’électrons traversant l’échantillon.

Compléments

• La microscopie électronique à balayage (MEB) observe en trois dimensions le relief de la surface des cellules et des structures biologiques après métallisation.

• 🔄 La préparation par cryofracture comprend : la congélation ultrarapide de l’échantillon, la fracture mécanique, l’ombrage métallique révélant les structures intramembranaires

📖 5. Fractionnement cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Fractionnement cellulaire : Séparation des organites par centrifugation différentielle selon leur taille et leur densité.

📝 Points essentiels

• Le fractionnement cellulaire commence par une homogénéisation, qui rompt délicatement les membranes pour libérer les organites dans un homogénat, puis utilise des centrifugations différentielles à accélérations croissantes pour obtenir des culots successifs.

📖 6. Organisation des procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Procaryote : Cellule dépourvue de noyau véritable et d’organites membranaires intracytoplasmiques.

★ À maîtriser

• Les formes des Eubactéries peuvent être :
  • coque
  • bacille
  • spirille
  • vibrion

• Chez les Eubactéries, la paroi bactérienne assure la forme et la protection, la membrane plasmique forme une barrière sélective, et le cytoplasme contient notamment un chromosome circulaire et des ribosomes.

Compléments

• Les procaryotes regroupent les Archées et les Eubactéries et sont unicellulaires ou organisés en colonies.

• Les Eubactéries peuvent posséder des pili, des flagelles ou des pseudothylakoïdes chez les cyanobactéries.

• Les Eubactéries classiques possèdent du peptidoglycane dans leur paroi.

📖 7. Diversité et métabolisme procaryotes

★ À maîtriser

• Les procaryotes se reproduisent de façon asexuée par scissiparité, ou fission binaire rapide.

📌 Les espèces autotrophes fixent le carbone minéral (CO₂), tandis que les espèces hétérotrophes utilisent une matière organique préexistante.

📌 Les espèces phototrophes captent l’énergie lumineuse, tandis que les espèces chimiotrophes oxydent des composés chimiques organiques ou inorganiques.

Compléments

• Le taux de mutation rapide des procaryotes contribue à la survie des individus les mieux adaptés.

• Les procaryotes sont décrits comme les organismes les plus abondants sur Terre, rarement pathogènes et essentiels à la vie sur Terre.

• Les groupes d’Archées cités comprennent : les méthanogènes, les halophiles comme Halobacterium, les thermoacidophiles comme Thermococcus fumicolans

💡 Astuce mémo

Autotrophe/hétérotrophe décrit le carbone ; phototrophe/chimiotrophe décrit l’énergie.

📖 8. Organisation des cellules eucaryotes

★ À maîtriser

• Selon la théorie endosymbiotique, les mitochondries proviennent de l’endosymbiose d’une α-protéobactérie aérobie et les chloroplastes de celle d’une cyanobactérie photosynthétique.

• Les cellules eucaryotes mesurent généralement entre 10 et 100 μm de diamètre et ont un volume important par rapport aux cellules procaryotes.

• Les cellules eucaryotes possèdent une membrane plasmique, un cytoplasme et de nombreux compartiments membranaires spécialisés, avec des circonvolutions membranaires qui augmentent les surfaces d’échange.

Compléments

• Le noyau eucaryote contient l’ADN linéaire et est entouré d’une enveloppe nucléaire.

• Le système endomembranaire comprend :

  • le réticulum endoplasmique
  • l’appareil de Golgi
  • les lysosomes
  • les endosomes

• Les cellules eucaryotes possèdent des mitochondries semi-autonomes et, chez les végétaux et les algues, des plastes semi-autonomes, un cytosquelette composé de microtubules, de microfilaments d’actine et de filaments intermédiaires, ainsi que des ribosomes, des granules de réserve et des métabolites.

• La division des cellules eucaryotes implique la mitose ou la méiose et une régulation du cycle cellulaire.

• Des organismes eucaryotes peuvent être unicellulaires.

📖 9. Spécificités végétales et animales

★ À maîtriser

• Les cellules végétales peuvent posséder des plastes, notamment des chloroplastes, des amyloplastes et des chromoplastes.

• La cellule végétale possède une grande vacuole centrale qui gère la turgescence et une paroi pectocellulosique rigide située à l’extérieur de la membrane.

• La cellule animale ne possède pas de plastes et son métabolisme est exclusivement hétérotrophe.

Compléments

• Les végétaux supérieurs ne possèdent pas de centriole et la cellule végétale est associée à la notion de totipotence.

• La cellule animale ne possède pas de grande vacuole, mais peut avoir de petites vésicules temporaires, et elle ne possède pas de paroi pectocellulosique, ce qui favorise sa flexibilité et sa matrice extracellulaire.

• La plupart des cellules animales possèdent des centrioles organisés en centrosomes.

💡 Astuce mémo

Plastes et paroi chez la cellule végétale ; centrioles et flexibilité chez l’animal.

📊 Tableaux de synthèse

Cellules procaryotes et eucaryotes

Cellules végétales et animales