Leçon n°1 : la cellule procaryote
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Les procaryotes sont des êtres vivants comme les autres
Un organisme vivant est un être organisé, qui peut être unicellulaire ou pluricellulaire. Il est
difficile de définir avec précision ce qu'est la vie. On peut donner quelques caractéristiques du vivant :
- la capacité de se maintenir en vie en puisant dans l'environnement l'énergie nécessaire (le métabolisme inclut diverses fonctions, la nutrition, la respiration...) ;
- la capacité de se développer selon une certaine organisation (croissance, morphologie) ;
- la capacité de se reproduire (reproduction végétative ou sexuée) ;
- la nécessité d'un environnement favorable pour survivre (température, pression, oxygène, eau...).
Mais alors, qu'est ce qu'une cellule ?
La cellule (en latin cellula signifie petite chambre) est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant tout ou 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.
La théorie cellulaire implique l'unité de tout le vivant : tous les êtres vivants sont composés de cellules dont la structure fondamentale est commune.
De quoi est constitué un être vivant ?
Nous avons vu que les êtres vivants sont constitués de cellules. Et les cellules alors ?
Une cellule comprend des molécules organiques de plusieurs types.
Les plus notables sont les protéines, les lipides et les acides nucléiques (nommés ARN pour Acide RiboNucléique et ADN pour Acide DésoxyriboNucléique).
- Les protéines sont de grosses molécules composées par une ou plusieurs chaîne(s) (ou
séquence(s)) d'acides
aminés reliés entre eux. Elles sont produites par l'expression des gènes de l'être vivant, puisse que ces gènes renferment en eux toutes les informations nécessaires à leur
fabrication. Elles peuvent avoir des fonctions très diverses, comme un rôle de structuration (ex. collagène), permettre le mouvement (ex. flagelle des spermatozoïdes) ou la
division cellulaire, transfert de messages au sein de la cellule ou entre cellules (ex. récepteurs, protéines signal), transport de molécules ou d'atomes (ex. l'hémoglobine transporte
l'oxygène), ou encore, elles peuvent permettre ou faciliter des réactions chimiques ("fonction catalytique") : on les appelle alors enzymes (ex. comme l'amylase de notre salive
qui dégrade l'amidon du pain en sucres).
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Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants. Ce sont de petites molécules principalement constituées de carbone, d’hydrogène et d’oxygène et ayant une densité inférieure à celle de l'eau. Les lipides peuvent être à l'état solide, comme dans les cires, ou liquide, comme dans les huiles. Certains types de lipides, comme les acides gras et les phospholipides, sont extrêment importants pour les cellules, car la membrane qui les entoure et d'autres membranes importantes sont principalement composées de ces lipides.
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Les acides nucléiques (ADN et ARN) sont de grosses molécules constituées d'une chaîne de plus petits éléments nommés nucléotides. Il existe deux types d’acides nucléiques : l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN) : ces deux molécules ont donc une différence de structure (ribose/désoxyribose).
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On dit ainsi que l'ADN est la molécule qui est le support de l’information génétique , car il est comme un livre, un plan architectural du vivant, qui oriente, qui dicte la construction des principaux constituants et bâtisseurs cellulaires (protéines, ARN). C'est donc l'ADN qui porte les gènes d'un organisme et qui constitue son génome.
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L'ARN, lui, peut avoir plusieurs fonctions selon différents types : il peut être une copie de l'information génétique portée par un gène (ARN messager) ou avoir une fonction catalytique (comme une enzyme) ou bien encore avoir une autre fonction plus complexe.
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Bon, alors, on est d'accord : tous les organismes sont constitués de cellules. Mais est-ce qu'elles sont toutes pareilles ? Bien sûr que non !
Le vivant se divise en trois grande branches, qui correspondent à deux grands types de cellules : les eucaryotes (les animaux, les plantes, les champignons et les amibes par ex), et les procaryotes (les bactéries).
En marron, nous avons donc les eucaryotes, et en violet et en rouge, les procaryotes. Ah, vous avez remarqué ? La branche du milieu, en rouge, est une branche procaryote, bien qu'elle soit située comme plus proche des eucaryotes... Nous reviendront plus tard sur ce groupe étrange, les Archées.
Mais maintenant : quelles sont les différences entre les cellules eucaryotes et procaryotes ? Elles sont nombreuses !
Commençons par la signification des deux termes : procaryote (du latin pro, «avant» et du grec caryon, «noyau») signifie donc "avant le noyau". On peut donc en conclure qu'il n'y a pas de noyau mon cher Watson.
Cependant, bien qu'il soit probable que les premiers organismes vivants n'aient pas eu de noyau (puisque c'est une structure complexe), le terme de "procaryote" laisse entendre que ces cellules
sont primitives. Je m'insurge ! Et je ne suis pas la seule d'ailleurs ! Bref, retenons uniquement que "procaryote" ça veut dire "pas de noyau".
Et eucaryote alors ? Eucaryote (du grec eu, vrai et karuon, noyau) signifie donc "vrai noyau". Qu'est ce qu'on en conclue ? Qu'il y a un noyau.
Bon, procaryote=pas de noyau et eucaryote=il y a un noyau. Mais c'est quoi le noyau ? C'est une sorte de sac constitué par une enveloppe de lipides qui contient l'ADN et donc l'information génétique. Evidemment, ça n'a l'air de rien comme ça, qu'il y en ai un ou pas, mais ça change tout croyez-moi !
Et sinon ? A part la présence ou l'absence de noyau ? Ce tableau liste les différences principales, pour que vous vous rendiez compte.
| Procaryotes | Eucaryotes | |
|---|---|---|
| Représentants | bactéries, archées | protistes, champignons, plantes, animaux |
| Taille typique | ~ 1-10 µm | ~ 10-100 µm |
| Type de noyau | nucléoïde; pas de véritable noyau | vrai noyau avec une enveloppe |
| ADN | circulaire (chromosome), avec des protéines HU pour eubactéries | molécules linéaires (chromosomes) avec des protéines histone |
| ARN/synthèse des protéines | couplé au cytoplasme |
synthèse d'ARN dans le noyau synthèse de protéines dans le cytoplasme |
| Ribosomes | 23S+16S+5S | 28S+18S+5,8S+5S |
| Structure cytoplasmique | très peu de structures | très structuré par des membranes intracellulaires et un cytosquelette |
| Mouvement de la cellule | flagelle fait de flagelline | flagelle et cils fait de tubuline |
| Métabolisme | anaérobie ou aérobie | habituellement aérobie |
| Mitochondries | aucune | de une à plusieurs douzaines |
| Chloroplastes | aucun | dans les algues et les plantes |
| Organisation | habituellement des cellules isolées | cellules isolées, colonies, organismes complexes avec des cellules spécialisées |
| Division de la cellule | division simple |
Mitose (multiplication conforme de la cellule) Méiose (formation de gamètes) |
Bon, donc, à part le noyau et les autres trucs compliqués, y'a une différence de taille (sic) : 1 à 10 µm (millième de millimètre) pour les procaryotes contre 10 à 100 µm pour les cellules
eucaryotes, habituellement. Bien sûr y'a des exceptions, des cellules procaryotes plus grosses que des cellules eucaryotes, mais quand même !
Mais un petit schéma vaut mieux qu'une longue explication :
Voici une cellule eucaryote animale typique :
| 1. Nucléole |
|
| 2. Noyau | |
| 3. Ribosome | |
| 4. Vésicule | |
| 5. Réticulum endoplasmique rugueux (granuleux) | |
| 6. Appareil de Golgi | |
| 7. Microtubule | |
| 8. Réticulum endoplasmique lisse | |
| 9. Mitochondrie | |
| 10. Vacuole | |
| 11. Cytoplasme (rempli par le cytosol) | |
| 12. Lysosome | |
| 13. Centrosome |
C'est compliqué hein ! Et y'a plein de compartiments !
Les cellules eucaryotes peuvent se rassembler entre cellules du même type et former des tissus, qui eux même forment des organes, constituant les organismes multicellulaires
(comme nous, les plantes ou les champignons qu'on mange).
Ou alors, certaines cellules eucaryotes peuvent constituer à elles seules des organismes unicellulaires, comme les levures ou les amibes.
Et voici un schéma de cellule procaryote typique : (une bactérie)
Éléments constants
- La paroi, élément responsable de la forme et assure la protection de la bactérie (ça fait tout le tour, là seulement une portion est représentée) [D] ;
- La membrane plasmique siège, notamment de la respiration cellulaire [J] ;
- Le cytoplasme [F] ;
- L'ADN bactérien caractérisé par sa forme souvent circulaire [I] ;
- Des ribosomes assurant la synthèse des protéines [B] ;
Éléments facultatifs
- Des plasmides constitués d'ADN [H] ;
- Des vacuoles et autres substances de réserve [G] ;
- Une capsule support de la virulence [C] ;
- Des flagelles responsables de la mobilité [E] ;
- Des pili [A].
On constate que cette cellule est quand même beaucoup moins compartimentée : "tout dans le même sac" ! Mais attention, n'allons pas en conclure que c'est moins bien ou plus primitif, nous verrons plus tard que ça a également un grand intérêt.
Bon et bien maintenant, vous savez ce qu'est une cellule procaryote : une cellule particulière, différente de celles des animaux ou des plantes par exemples, qui parmi d'autres différences n'a pas de noyau et est souvent plus petite.
Au sein des procaryotes, on distingue les Archées, le fameux groupe bizarre (qui aura un article dédié plus tard) et les "eubactéries" ("vraies" bactéries en grec), soit, nos fameuses bactéries. Un procaryote, c'est donc une bactérie (ou une Archée).
Sauf très rare cas particulier et tendancieux, les cellules procaryotes sont des organismes unicellulaires à eux seuls, et ne constituent pas de tissus ni d'organes, à l'inverse de certaines cellules eucaryotes.
Chaque bactérie est donc un organisme. Il existe de très nombreuses espèces de bactéries et de d'Archées, nous le verrons plus tard.
Crédits : adapté de Wikipedia