Cours de Biologie cellulaire – Licence 1

La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle de tous les êtres vivants. La théorie cellulaire affirme que tout organisme est formé de cellules et que toute cellule provient d'une cellule préexistante. On distingue les cellules procaryotes, sans noyau délimité par une membrane, et les cellules eucaryotes, qui possèdent un noyau et des organites. Ce chapitre présente les ordres de grandeur,…

5 chapitres · exercices corrigés et quiz dans l'application

Programme : les chapitres

Chapitre à lire gratuitement : Structure de la cellule

1. La théorie cellulaire

Définition : la cellule est la plus petite unité de matière vivante capable de métabolisme, de croissance et de reproduction.

La théorie cellulaire, élaborée au XIXe siècle à la suite des travaux de Schleiden, Schwann et Virchow, repose sur trois idées :

• tout être vivant est constitué d'une ou de plusieurs cellules ;
• la cellule est l'unité de structure et de fonction du vivant ;
• toute cellule provient de la division d'une cellule préexistante.

Remarque : les virus ne sont pas des cellules. Dépourvus de métabolisme propre, ils ne se multiplient qu'à l'intérieur d'une cellule hôte.

2. Cellules procaryotes et cellules eucaryotes

Les cellules procaryotes (bactéries et archées) ont une taille de l'ordre de 0,5 à 5 µm. Leur ADN, circulaire, est situé dans une région du cytoplasme appelée nucléoïde, sans membrane nucléaire. Elles n'ont pas d'organites entourés de membrane. Leurs ribosomes sont de type 70S.

Les cellules eucaryotes (animaux, végétaux, champignons, protistes) mesurent en général de 10 à 100 µm. Leur ADN, linéaire et associé à des protéines (histones), est enfermé dans un noyau limité par une double membrane. Elles possèdent des organites : mitochondries, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes, etc. Leurs ribosomes cytoplasmiques sont de type 80S.

Exemple : Escherichia coli, bactérie de l'intestin, mesure environ 2 µm de long ; une hématie humaine mesure environ 7 µm de diamètre ; un ovocyte humain dépasse 100 µm.

3. Ordres de grandeur et unités

1 mm = 1 000 µm et 1 µm = 1 000 nm

grossissement = taille de l'image / taille réelle

Le pouvoir de résolution de l'œil nu est d'environ 0,1 mm : les cellules, plus petites, exigent le microscope.

Méthode : pour convertir, on place les deux tailles dans la même unité avant de calculer un rapport.

4. Pourquoi les cellules sont petites : le rapport surface/volume

Pour une cellule sphérique de rayon r :

S = 4πr² et V = (4/3)πr³, donc S/V = 3/r

Quand le rayon augmente, le rapport S/V diminue : la surface d'échange avec le milieu devient insuffisante pour alimenter le volume. C'est une des raisons qui limitent la taille des cellules. Les cellules spécialisées dans les échanges (entérocytes, poils absorbants) augmentent leur surface par des replis (microvillosités).

5. Organisation générale de la cellule eucaryote

Une cellule eucaryote comprend :

• la membrane plasmique, qui délimite la cellule (voir chapitre suivant) ;
• le cytoplasme, formé du cytosol (phase aqueuse riche en protéines et en métabolites) et des organites ;
• le noyau, siège de l'information génétique ;
• le cytosquelette, réseau de filaments protéiques.

La compartimentation en organites permet de réaliser simultanément des réactions incompatibles dans des milieux différents.

6. Le noyau

Le noyau (4 à 10 µm) est entouré de l'enveloppe nucléaire, double membrane percée de pores nucléaires qui contrôlent les échanges avec le cytoplasme. Il contient :

• la chromatine : ADN associé aux histones, décondensée en interphase (euchromatine active, hétérochromatine condensée) ;
• le nucléole, où sont synthétisés les ARN ribosomiques et assemblées les sous-unités des ribosomes ;
• le nucléoplasme.

Lors de la division, la chromatine se condense en chromosomes visibles au microscope.

7. Le cytosquelette

Le cytosquelette comprend trois types de filaments :

• les microfilaments d'actine (7 nm), impliqués dans la forme cellulaire, la contraction et le déplacement ;
• les filaments intermédiaires (10 nm), qui assurent la résistance mécanique ;
• les microtubules de tubuline (25 nm), qui forment le fuseau de division, les cils, les flagelles et les rails du transport intracellulaire.

Les centrosomes (centrioles) organisent les microtubules chez la cellule animale.

8. Cellule animale et cellule végétale

La cellule végétale possède en plus une paroi pecto-cellulosique, des plastes (dont les chloroplastes) et une grande vacuole centrale. La cellule animale possède des centrioles et des lysosomes bien développés, et pas de paroi. Les deux possèdent noyau, mitochondries, réticulum endoplasmique et appareil de Golgi.

9. Retenir l'essentiel

• Procaryote : pas de noyau, ribosomes 70S, taille de 1 à 5 µm.
• Eucaryote : noyau, organites, ribosomes 80S, taille de 10 à 100 µm.
• Le rapport S/V = 3/r diminue quand la cellule grossit.
• Toujours convertir en une même unité avant de calculer un grossissement.
• Cellule végétale : paroi, plastes, grande vacuole ; cellule animale : centrioles, pas de paroi.