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 Cours de biologie cellulaire avance BCG

Cours de biologie cellulaire avancé

CHAPITRE 1 : LA CELLULE

I. Introduction

Les organismes animaux ou végétaux sont des ensembles complexes constitués de plusieurs parties agencées entre elles pour accomplir les fonctions vitales telles que la croissance, la nutrition ou la reproduction. Un organisme comme le nôtre est constitué de plusieurs organes spécialisés, chacun dans une fonction qui contribue à la vie de l’ensemble (ex. : appareil digestif : langue, estomac, foie, pancréas, etc.). L’anatomie permet d’étudier la disposition, la forme et la structure des organes. Chaque organe est à son tour constitué d’un assemblage de minuscules compartiments délimités chacun par une membrane entourant une suspension aqueuse de macromolécules. Ces compartiments sont des cellules. La biologie cellulaire étudie les cellules et leurs organites, les processus vitaux qui s'y déroulent ainsi que les mécanismes permettant leur survie.

II. Historique de la biologie cellulaire

• 1677 : Antoine van Leeuwenhoek, connu pour ses améliorations du microscope, observe le poivre pour vérifier s'il porte des aiguilles minuscules. Cela l'amène à la découverte accidentelle d’animalcules, connus sous le nom de protozoaires.
• 1858 : Louis Pasteur réfute la génération spontanée, croyance selon laquelle des formes de vie peuvent apparaître spontanément.
• 1665 : Robert Hooke découvre des cellules dans du liège en utilisant les premiers microscopes.
• 1839 : Theodor Schwann découvre que les plantes et les animaux sont faits de cellules, concluant que la cellule est l'unité commune de structure et de développement : théorie cellulaire. Il donna son nom aux cellules de Schwann.
• 1858 : Rudolph Virchow affirme que les cellules naissent du résultat de la division cellulaire (« omnis cellula ex cellula »).

III. Généralités sur la cellule

La cellule (du latin cellula, petite chambre) est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant toute partie d'un être vivant (à l'exception des virus). Chaque cellule est une entité vivante qui, dans le cas d'organismes multicellulaires, fonctionne de manière autonome, mais coordonnée avec les autres. Les cellules de même type sont réunies en tissus (assemblage de cellules remplissant une fonction particulière à l’intérieur), eux-mêmes réunis en organes (assemblage de plusieurs tissus qui remplissent une fonction spécifique, ex. : foie, cerveau, thyroïde). La cellule est l’unité de base des êtres vivants.

De façon générale, l’ensemble des systèmes biologiques peut se diviser en deux catégories :

1. Les virus

Ils ne sont pas des cellules au vrai sens du terme car ils ne possèdent que le matériel génétique (acaryotes). De ce fait, ils n’ont pas un métabolisme propre et dépendent obligatoirement d’une cellule qu’ils infestent pour la fabrication de leur matériel génétique.

2. Les organismes cellulaires

Ils peuvent être constitués d’une seule cellule. Ils sont alors dits unicellulaires (ex. : bactéries, amibes, plasmodies). Ils vivent alors isolés ou en colonies.

Les organismes pluricellulaires sont constitués de plusieurs cellules spécialisées fonctionnant de façon cohérente. Ils se divisent en deux groupes :

• Les organismes cellulaires procaryotes (bactéries) : ils sont des unicellulaires caractérisés essentiellement par l’absence d’une enveloppe nucléaire. Le matériel génétique est représenté par un seul chromosome qui baigne dans le cytoplasme.
• Les organismes cellulaires eucaryotes : ce sont, contrairement aux procaryotes, des organismes chez lesquels le nucléoplasme est bien défini et séparé du cytoplasme par une membrane nucléaire double. Les eucaryotes regroupent deux grands ensembles :
  • Les protozoaires : constitués d’une seule cellule isolée (amibes, paramécies, plasmodies) ou associée dans un agrégat appelé colonie (Gonium, volvox).
  • Les métazoaires : dont les cellules sont groupées en tissus (conjonctifs, épithéliaux, musculaire, nerveux, de soutien, osseux, cartilagineux).

IV. Cellules procaryotes et cellules eucaryotes

Les deux grands types d’organismes cellulaires, procaryotes et eucaryotes, ont un ancêtre commun unicellulaire appelé proto-cellule ou progénote qui est un organisme procaryote.

Les procaryotes sont identifiés aux bactéries : la plupart vivent comme des organismes monocellulaires mais certaines bactéries s’associent en chaînette. Les procaryotes ont leur ADN dans le cytoplasme de la cellule.

Les eucaryotes (ou « noyau-vrai ») possèdent un noyau, compartiment séparé du reste du contenu cellulaire, qui contient l’ADN. Attention ! Les virus, ou acaryotes, sont des éléments (et non des cellules) qui ne possèdent ni de noyaux ni de cytoplasme et ne peuvent se reproduire qu’en parasitant une cellule hôte en détournant la machinerie cellulaire.

IV.1. Cellules procaryotes

Les cellules procaryotes sont divisées en deux types cellulaires :

• Les archéobactéries : elles incluent les cellules méthanogènes, les cellules halophiles et les cellules thermoacidophiles. Les archéobactéries sont les premières à coloniser les roches nues car elles survivent avec le minimum de ressources.
• Les eubactéries (ou « vraie-bactérie ») : elles incluent les bactéries contemporaines, les mycoplasmes et les cyanobactéries. Le procaryote classique est Escherichia coli (E. coli), une bactérie habitant la flore intestinale humaine, avec une paroi cellulaire rigide. Les bactéries se distinguent par leurs parois cellulaires, mise en évidence par la coloration de Gram :
  • Bactéries gram + : retiennent le colorant, coloration violette. Leurs parois possèdent une couche unique de peptidoglycane reposant sur la membrane plasmique, constituant la paroi cellulaire (ex. : staphylocoques).
  • Bactéries gram – : perméables au colorant, coloration rose. Leurs parois sont constituées d’une couche fine de peptidoglycanes reposant sur la membrane plasmique entourée par une membrane externe, constituant trois couches (ex. : Escherichia coli).

Les cellules procaryotes contiennent un compartiment unique, le cytoplasme, contenant un chromosome ou une molécule d’ADN unique, souvent circulaire, appelée nucléoïde. Les bactéries se répliquent rapidement par division cellulaire ou scissiparité. Elles peuvent être pathogènes ou non pathogènes.

IV.2. Cellules eucaryotes

Les eucaryotes correspondent aux organismes multicellulaires (animaux, plantes, champignons) ainsi qu’à quelques eucaryotes unicellulaires. Les eucaryotes monocellulaires correspondent aux protistes, divisés en deux types : animal (protozoaires) et végétal (protophytes). Les cellules eucaryotes sont délimitées par une membrane (animaux) ou paroi (végétaux) et possèdent un noyau, organite contenant le génome de l’individu. Les cellules végétales, capables de synthétiser toutes substances organiques à partir de matière inorganique et de lumière, contiennent des chloroplastes avec des vacuoles volumineuses limitées par une double membrane (thylakoïdes) où se réalise la photosynthèse, contenant de la chlorophylle. Les chloroplastes, comme les mitochondries, peuvent se reproduire et possèdent leurs propres ADN.

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Programme du cours de biologie cellulaire avancé

1. La cellule
2. La membrane plasmique
3. Le cytoplasme et les organites
4. Le noyau et l'ADN
5. La division cellulaire : mitose et méiose
6. La différenciation cellulaire
7. La signalisation cellulaire
8. Les cellules souches
9. Les techniques d'étude des cellules

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