La cellule et ses constituants : organisation spatio‑temporelle

Les cellules présentent une organisation hiérarchique à différentes échelles (des macromolécules aux organites et à la cellule entière), dynamique et évolutive.

Différents types de cellules

On distingue deux grands types de cellules : procaryotes et eucaryotes. Tous les organismes appartiennent aux trois domaines du vivant : Archées, Eubactéries et Eucaryotes. Les eucaryotes sont plus volumineux (10–100 µm) et possèdent un noyau et des compartiments internes, tandis que les procaryotes (0,1–15 µm) n’ont pas de compartiments internes.

Caractéristiques distinctives

Les archées ont des lipides à liaisons éther et un ADN circulaire sans introns, les eubactéries des lipides à liaisons ester et un génome circulaire non morcelé, et les eucaryotes des lipides à liaisons ester, un ADN linéaire morcelé par des introns et une transcription séparée de la traduction. Les archées possèdent des monocouches lipidiques résistantes, les eubactéries des bicouches lipidiques à liaisons ester. La phagocytose est une capacité propre aux eucaryotes.

Origines évolutives

Selon un scénario évolutif, les eucaryotes auraient émergé par endosymbiose : un procaryote aurait été capturé par un autre, entraînant l’apparition des mitochondries et du noyau.

Les procaryotes

Les procaryotes sont omniprésents (sols, eaux, glaces, plantes, intestins). Leur population mondiale est estimée à 5 × 10³⁰ cellules, avec une grande diversité métabolique et des stratégies de déplacement variées. Ils jouent un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques. Au niveau cellulaire, ils possèdent un nucléoïde avec ADN circulaire et plasmides, une membrane cytoplasmique (parfois une membrane externe), des ribosomes, des pili et des flagelles. La paroi des eubactéries gram + est riche en peptidoglycane et retient la coloration violette, tandis que les eubactéries gram – ont une membrane externe lipopolysaccharidique et se colorent en rose. Certaines bactéries ont des replis membranaires, notamment les photosynthétiques. Elles peuvent adopter des comportements collectifs (quorum sensing, vortex, colonies ramifiées) grâce à des échanges de signaux chimiques.

Les eucaryotes

Les cellules eucaryotes sont plus grandes et complexes. Elles comprennent environ 250 types cellulaires différents chez l’homme. Leur organisation interne compartimentée comprend :

• Membrane plasmique : frontière qui assure les échanges et la communication intercellulaire.

• Cytosol : gel aqueux riche en molécules, inclusions et éléments du cytosquelette, lieu de nombreuses réactions et synthèse de protéines.

• Noyau : enveloppé par une enveloppe nucléaire, contient la chromatine et le nucléole ; siège de la réplication et de la transcription.

• Système endomembranaire : réticulum endoplasmique lisse (stockage du Ca²⁺, synthèse des lipides, métabolisme des xénobiotiques) et rugueux (synthèse des protéines et début de leur glycosylation), appareil de Golgi pour la modification et le tri des protéines.

• Ribosomes : grande et petite sous‑unité, lieu de synthèse des protéines.

• Mitochondries : double membrane, crêtes, production d’ATP et régulation de l’apoptose.

• Cytosquelette : réseau de filaments responsable de la forme, des mouvements et du transport intracellulaire.