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Théorie Cellulaire & Types d'Organismes

La biologie cellulaire est la discipline qui étudie les cellules, leurs organites et les processus vitaux qui s'y déroulent. La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle commune à l'organisation de tous les êtres vivants.

Les 5 Axiomes de la Théorie Cellulaire

• Axiome 1 (Schleiden & Schwann, 1838): Tous les organismes sont constitués de petites unités : les cellules.
• Axiome 2 (Virchow, 1855): Toute cellule provient d'une autre cellule (principe de la division cellulaire).
• Axiome 3: La cellule est une unité vivante et l'unité de base du vivant, capable de fonctions autonomes.
• Axiome 4: L'individualité cellulaire est assurée par une membrane plasmique qui régule les échanges avec l'environnement.
• Axiome 5: La cellule renferme l'information génétique sous forme d'ADN, nécessaire à son fonctionnement et sa reproduction.

Comparaison : Procaryotes vs. Eucaryotes

Caractéristique	Cellule Procaryote	Cellule Eucaryote
Taille	1 à 10 µm	5 à 100 µm
Noyau	Absent (ADN dans le nucléoïde)	Présent (ADN dans un noyau délimité)
Organites	Aucun organite membranaire	Noyau, mitochondries, RE, Golgi, etc.
ADN	Circulaire, unique, dans le cytosol (nucléoïde)	Linéaire, multiple (chromosomes), dans le noyau
Métabolisme	Aérobie ou anaérobie	Principalement aérobie
Division	Scissiparité (fission binaire)	Mitose et méiose
Organisation	Principalement unicellulaire	Unicellulaire ou pluricellulaire

Types de Cellules et Structures

La Cellule Eucaryote

Les cellules eucaryotes (animaux, végétaux, champignons) possèdent deux compartiments majeurs : le noyau et le cytoplasme, le tout délimité par la membrane plasmique.

• Noyau: Contient l'ADN sous forme de chromosomes. Délimité par une enveloppe nucléaire percée de pores.
• Cytoplasme: Comprend :
  • Cytosol (ou hyaloplasme): Gel où baignent les organites.
  • Organites:
    • Réticulum Endoplasmique (RE): Synthèse des protéines (RER) et lipides (REL).
    • Appareil de Golgi: Maturation et tri des protéines et lipides.
    • Mitochondries: Respiration cellulaire, production d'ATP.
    • Lysosomes: "Poubelles" de la cellule, digestion intracellulaire.
    • Péroxysomes: Détoxication.
  • Cytosquelette: Maintien de la forme et mouvements cellulaires.

La Cellule Procaryote (Bactéries)

Définie par son absence de noyau. L'exemple le plus étudié est Escherichia coli.

• Structure: Entourée d'une membrane plasmique et le plus souvent d'une paroi cellulaire rigide.
• Matériel génétique:
  • Nucléoïde: Un chromosome unique, circulaire, libre dans le cytoplasme.
  • Plasmides: Petites molécules d'ADN circulaires, facultatives, portant des gènes (ex: résistance aux antibiotiques).
• Organites: Absence de système endomembranaire, de mitochondries ou de péroxysomes. Contient des ribosomes.
• Division: Division rapide par scissiparité (fission binaire).
• Coloration de Gram:
  • Gram +: Violet. Paroi épaisse, pas de membrane externe.
  • Gram -: Rose. Paroi fine + membrane lipidique externe.

Les Virus (Acaryotes)

Ce sont des parasites intracellulaires obligatoires. Ils sont acellulaires et dépendent d'une cellule hôte pour se répliquer.

• Structure Minimale:
  • Génome: Acide nucléique (ADN ou ARN, jamais les deux).
  • Capside: Coque de protéines protégeant le génome. L'ensemble est la nucléocapside.
• Structure Optionnelle:
  • Enveloppe: Bicouche lipidique issue de la cellule hôte (ex: VIH, virus de la grippe). Les virus avec enveloppe sont dits "enveloppés", sinon ils sont "nus".
• Classification: Basée sur (1) la nature de l'acide nucléique, (2) la symétrie de la capside (cubique, hélicoïdale), et (3) la présence ou l'absence d'une enveloppe.

La Membrane Plasmique

Structure fluide et dynamique (modèle de la mosaïque fluide) qui sépare le cytoplasme du milieu extracellulaire. Son épaisseur est d'environ 7,5 nm. Elle est composée de lipides, de protéines et de glucides.

Propriétés Fondamentales

• Asymétrie: La composition des deux feuillets (interne et externe) est différente.
  • Feuillet externe: Phosphatidylcholine (PC), Sphingomyéline (SM), Glycolipides.
  • Feuillet interne: Phosphatidylsérine (PS), Phosphatidyléthanolamine (PE).
  • Le glycocalyx (glucides) est exclusivement sur le feuillet externe.
• Fluidité: Les lipides et protéines peuvent bouger. Elle dépend de :
  • Nature des acides gras: Insaturés = plus fluide; Saturés = plus rigide.
  • Quantité de cholestérol: Régulateur (diminue la fluidité à haute T°, l'augmente à basse T°).
  • Température: Augmente avec la température.

Composition de la Membrane

1. Les Lipides (environ 50% de la masse)

• Glycérophospholipides: Les plus abondants. Structure amphiphile (tête polaire, queue apolaire). Assurent la fluidité.
• Sphingolipides: Rôle dans la reconnaissance et la signalisation. La sphingomyéline est un composant majeur de la gaine de myéline.
• Cholestérol: Uniquement chez les eucaryotes. S'insère entre les phospholipides pour réguler la fluidité.

Mouvements des lipides : Rotation, diffusion latérale (fréquente et rapide), et flip-flop (rare, lent, nécessite des enzymes : flippases et de l'ATP).

2. Les Protéines (environ 50% de la masse)

• Protéines intrinsèques (ou transmembranaires): Traversent la membrane une ou plusieurs fois. Sont amphiphiles. Rôles : canaux, transporteurs, récepteurs.
• Protéines périphériques (ou extrinsèques): Liées faiblement à la surface de la membrane (côté interne ou externe). Faciles à extraire.
• Protéines ancrées à un lipide: Liées de façon covalente à un lipide inséré dans la membrane.

Mouvements des protéines : Rotation et diffusion latérale. Elles ne font JAMAIS de flip-flop.

3. Les Glucides

• Forme le glycocalyx ou "cell coat" sur la face externe.
• Liés aux lipides (glycolipides) ou aux protéines (glycoprotéines).
• Rôles: Reconnaissance cellulaire (ex: groupes sanguins ABO), adhésion, protection mécanique de la cellule.

Transports à travers la Membrane

Transport Passif (sans dépense d'énergie)

Se fait selon le gradient de concentration (du plus concentré vers le moins concentré).

• Diffusion simple: Pour les petites molécules apolaires (O₂, CO₂, hormones stéroïdes). Traversent directement la bicouche.
• Diffusion facilitée: Nécessite une protéine de transport (canal ou transporteur). Pour les ions et les molécules polaires (glucose, acides aminés). La vitesse est saturable.

Transport Actif (avec dépense d'énergie)

Se fait contre le gradient de concentration.

• Transport actif primaire: L'énergie provient de l'hydrolyse de l'ATP. Ex: la pompe Na⁺/K⁺ ATPase qui expulse 3 Na⁺ et importe 2 K⁺.
• Transport actif secondaire: L'énergie provient du gradient de concentration d'un autre ion (souvent Na⁺).
  • Symport: Les deux molécules sont transportées dans le même sens (ex: symport Na⁺/glucose).
  • Antiport: Les deux molécules sont transportées en sens opposé (ex: antiport Na⁺/Ca²⁺).

Transport Vésiculaire (pour les macromolécules)

• Endocytose: La cellule fait entrer des substances en formant une vésicule par invagination de sa membrane.
  • Phagocytose: "la cellule mange" (grosses particules, bactéries).
  • Pinocytose: "la cellule boit" (fluides, solutés).
  • Endocytose par récepteur interporsé: Très sélective (ex: capture du cholestérol via les récepteurs aux LDL).
• Exocytose: La cellule fait sortir des substances. Une vésicule interne fusionne avec la membrane plasmique et libère son contenu. (ex: hormones, neurotransmetteurs).