Comparaison des cellules des Procaryotes et des Eucaryotes
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1. Définitions

2. Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes : l'endosymbiose

3. Comparaison des caractéristiques des cellules des Procaryotes et des Eucaryotes

 

4. Exocytose et endocytose

5. Les organites des cellules des Eucaryotes

6. Infection d'une bactérie par un virus

7. Liens Internet et références bibliographiques

 

1. Définitions

La cellule est une entité logique : c'est un compartiment cloisonné par une membrane dans lequel sont regroupées toutes les molécules du vivant. Sans cette membrane ces biomolécules seraient diluées dans le milieu environnant.

Tout être vivant (donc tout organisme) est soit une cellule isolée, soit une association de plusieurs cellules.

C'est avec l'avènement du microscope que l'on se rendit compte que la cellule est l'unité de base de la matière vivante. C'est à Robert Hooke que l'on doit la première observation d'une cellule d'une mince tranche de liège (figure ci-contre).

Le concept de cellule a été énoncé en 1838 par Schwann et Schleiden.

Figure ci-contre : structure microscopique d'une coupe de liège dessinée par Robert Hooke et publiée en 1665 dans son traité "Micrographia".

Source : "Rare Books and Manuscripts Division" The New-York Public Library ; Astor, Lenox and Tilden Foudations

Cellule de liège

Il existe deux grands types d'organismes :

Les Procaryotes (du grec pro, avant et karyon, noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane.

Le Procaryote le plus étudié est probablement la bactérie Escherichia coli (figure ci-dessous).

 

Les cellules des Eucaryotes (du grec eu, propre) sont généralement de plus grande taille, avec un noyau bordé d'une membrane.

Le plus souvent, elles contiennent aussi des membranes internes qui cloisonnent la cellule en y délimitant des organites qui ont des fonctions biologiques spécialisées (figure ci-dessous).

Ces photographies au microscope électronique donnent une idée de l'échelle de Escherichia coli sur la pointe d'une épingle.

E Coli microscope

Source : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al. (1983)

 

 

cellule eucaryote

Source : "Molecular Cell Biology" (2nd Ed.) Darnell et al. (1990)

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2. Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes : l'endosymbiose

Selon la théorie endosymbiotique énoncée par Max Taylor (1979) puis par Lynn Margulis (1993), les cellules Eucaryotes proviennent de l'association de plusieurs Procaryotes.

Cette théorie s'appuie entre autre sur les élèments suivants :

  • la taille des mitochondries et des chloroplastes est semblable à celle des bactéries
  • chacun de ces organites possède un matériel génétique (ADN) qui lui est propre
  • chacun de ces organites possède le matériel nécessaire pour la synthèse protéique (ARNt, ribosomes, polymérases)
  • chacun de ces organites peut se diviser par étranglement médian (après avoir dupliqué le matériel génétique)

La théorie endosymbiotique de l'origine de la cellule Eucaryote postule que :

  • la mitochondrie dérive d'une bactérie respirante
  • le chloroplaste dérive des cyanobactéries

Therorie symbiotique

Source : Futura-Sciences

Le monde vivant est divisé en 3 domaines :

  • les Eubactéries
  • les Archaea
  • les Eucarya qui regroupent eux-mêmes :
    1. les protistes
    2. les champignons
    3. les animaux
    4. les plantes

Des analyses phylogénétiques fondées sur les séquences de gènes dupliqués avant la diversification de ces trois règnes ont suggéré que les Archaebactéries sont les Procaryotes les plus proches parents des Eucaryotes.

Figure ci-contre : l'origine des Eucaryotes selon la théorie d'une symbiose entre Procaryotes aérobies et anaérobies.

Arbre cytochrome

Source : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al. (1983)

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3. Comparaison des caractéristiques des cellules Procaryotes et Eucaryotes
  Escherichia coli (volume # 2 10-12 cm3) Cellule hépatique de rat (volume # 2 10-9 cm3)
Constituants (Masse molaire moyenne en Da) % du poids total nombre de molécules par cellule % du poids total nombre de molécules par cellule

eau (18)

ions inorganiques (40)

70

1 - 2

4 1010

2,5 108

75 - 85

1 - 2

4,2 1013

2,4 1011

petites molécules et précurseurs (100 - 300)

lipides et précurseurs (750)

3 - 4

1 - 2

2,5 108

2,5 107

0,5 - 2

2 - 5

1,4 1010

2,5 1010

polysaccharides* 1 - 2 ------- 2 - 10 -------
protéines (4 104) 15 3,6 106 10 - 12 2,5 109
ARN (104 - 106) 6 4,6 105 0,8 - 1 1,5 108
ADN (2,5109) 1 1 - 2    
*Une cellule de grain de blé contient environ 10 - 15 % d'eau et 70 - 75% de polysaccharides sous la forme de réserve d'amidon.
Sources : J.-C. Callen - "Biologie Cellulaire" (1999), DUNOD - ISBN : 2 10 003197 X

Caractéristiques cellule Procaryote cellule Eucaryote
Taille typique 1-10 µm 10-100 µm
Type de noyau nucléoïde (pas de véritable noyau) vrai noyau avec double membrane
Division de la cellule division simple mitose (réplication de la cellule)
méiose (menant à la formation de gamètes)

Organisation génétique

Membrane nucléaire non oui
Nombre de chromosomes généralement 1 > 1
Chromosome circulaire

oui

non
Histones non oui
Nucléole non oui
Echange génétique transfert unidirectionnel fusion de gamètes
ARN et synthèse des protéines couplé au cytoplasme synthèse d'ARN dans le noyau
synthèse de protéines dans le cytoplasme
Premier acide aminé initiant la synthèse d'une chaîne polypeptidique méthionine ou N-formylméthionine méthionine

Structures cellulaires et organites

Réticulum endoplasmique non oui
Appareil de Golgi non oui
Lysosomes non oui
Mitochondries non oui
Chloroplastes non oui chez les plantes
Microtubules

non

oui
Paroi cellulaire avec peptidoglycane oui non
Présence de stérols dans les membranes

non

oui
Endospores oui, parfois non
Taille des ribosomes 70 S 80 S, sauf mitochondries et chloroplastes
Localisation des ribosomes dispersés dans le cytoplasme dispersés dans le cytoplasme ou liés au réticulum endoplasmique
Constantes de sédimentation des ARN ribosomaux 16S, 23S, 5S 18S, 28S, 5,8S, 5S

Attributs fonctionnels

Phagocytose non oui, parfois
Pinocytose non oui, parfois
Flux cytoplasmique non oui
Mouvement de la cellule flagelles faites de flagelline flagelle et cils faits de tubuline
Site du transport des électrons membrane cellulaire membrane des organites
Sources : J.P. Euzéby "Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire" - "Cellule" - Encyclopedie-fr.snyke.com

4. Exocytose et endocytose

Le transport des macromolécules biologiques est effectué par des vésicules membranaires et selon deux processus :

  • l'exocytose (sortie des macromolécules) : le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi échangent en permanence du matériel biologique. Ces molécules sont triées au niveau de l'appareil de Golgi puis exportées par des vésicules membranaires. Certaines vésicules fusionnent avec la membrane plasmique et leur contenu est liberé dans le milieu extérieur.

Remarque : "The 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine : James E. Rothman, Randy W. Schekman and Thomas C. Südhof. For their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells".

Dans la figure ci-contre, la structure polarisée du dictyosome Golgien apparaît au travers de la distinction entre saccules cis, medium et trans qui n'ont ni la même forme, ni la même composition chimique.

Les vésicules périphériques permettent aux saccules de communiquer entre eux.

Les vésicules de transition assurent le passage entre le réticulum endoplasmique rugueux et l'appareil de Golgi.

Dans les cellules sécrétrices la face trans est marquée par de volumineux grains de sécrétion.

Source : J.-C. Callen - "Biologie Cellulaire" (1999)

dictyosome Golgien

  • l'endocytose (entrée des macromolécules) : des parties de la membrane plasmique s'invaginent vers l'intérieur de la cellule. Elles forment des vésicules d'endocytose. La cellule peut ainsi faire entrer des molécules.

Les lysosomes sont des vésicules intracellulaires qui contiennent des enzymes de dégradation. Ces vésicules fusionnent avec les vésicules de phagocytose et leur contenu est dégradé. La cellule récupère ainsi les éléments de base constitutifs des macromolécules.


Préfixe Définition Exemple Suffixe Définition Exemple
macro grand macromolécule phile affinité hydrophile
micro petit microorganisme phobe repousse hydrophobe
photo lumière photosynthèse trope direction héliotrope
chromo couleur ("kroma") chromophore lyse détacher ("luô") hémolyse
chromato ---- chromatographie scopie examen microscopie
nucléo noyau ("nucleus") nucléoplasme graphie écrire ("graphein") chromatographie

7. Liens Internet et références bibliographiques

"Biologie : Licence - tout le cours en fiche" Giraud et al. (2010) - DUNOD - ISBN : 978-2-10-053449-4

"Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al. (1983) - Flammarion Médecine Sciences - ISBN : 2-257-15017-1

"Molecular Cell Biology" (2nd Ed.) Darnell et al. (1990) - Scientific American Books - ISBN : 0-7167-1981-9

"Principes de Biochimie" Horton et al. (1994) - De Boeck Université - ISBN : 2-8041-1578-X

J.-C. Callen - "Biologie Cellulaire" (1999), Ed. DUNOD - ISBN : 2 10 003197 X

A la Recherche de LUCA : "Last Universal Common Ancestor"

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"La théorie endosymbiotique" - (Equipe multimédia - Université Jussieu)

Aller au site

"La cellule, ses organites et leurs fonctions" - Excellent cours interactif (Université de Bordeaux)

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La cellule - Fiches de révision

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"LEA Database"

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