Biologie cellulaire et moléculaire
Vue d'ensemble

La biologie cellulaire est une discipline scientifique qui étudie les cellules du point de vue structural et fonctionnel.

• Elle s'intéresse à l'équilibre dynamique et auto-régulé des fonctions cellulaires, en analysant aussi bien les structures cellulaires que leur fonctionnement biochimique.
• Les avancées spectaculaires de la biologie moléculaire expliquent que les termes biologie cellulaire et biologie moléculaire soient aujourd’hui souvent associés, bien qu’ils désignent des niveaux d’analyse distincts.

La cellule est la plus petite unité structurelle et fonctionnelle du vivant et constitue une entité organisée et dynamique, délimitée par une membrane plasmique.

Elle possède une organisation interne spécialisée, comprenant un cytoplasme et, chez les eucaryotes, des compartiments fonctionnels appelés organites.

Elle est capable d’assurer de manière autonome les grandes fonctions biologiques :

• synthèse de ses constituants à partir des éléments du milieu extracellulaire,
• croissance,
• multiplication selon des modalités régulées.

Cellules procaryotes et eucaryotes

La cellule, à l'exception des hématies et des cellules nerveuses différenciées, suit un cycle cellulaire.

• L'interphase correspond à son activité fonctionnelle (mais aussi à la préparation de sa multiplication).
• La mitose correspond à la phase de division cellulaire des cellules somatiques.
  La méiose est une division spécialisée conduisant à la formation des gamètes, spermatozoïdes et ovules.

Lors de cette interphase, le matériel génétique (ADN : Acide DésoryriboNucléique), oraganisé en chromosomes, présente des modalités d’organisation différentes selon les clades, c’est-à-dire selon les grandes lignées évolutives définies par leur histoire phylogénétique.

1. L'ADN peut être enfermé dans un noyau et caractérise les cellules eucaryotes (Eukaryota).

a. Elles peuvent contenir :

• une seule cellule, organismes eucaryotes unicellulaires, historiquement regroupés sous le terme protistes ou protozoaires, aujourd’hui considérés comme un ensemble paraphylétique et non comme un clade valide,
• des organismes pluricellulaires, auparavant appelés métazoaires, formés de cellules différenciées regroupées en tissus aux fonctions distinctes (épithéliaux, nerveux, musculaires…).

b. Les eucaryotes comprennent plusieurs grands clades, dont notamment :

• les Animalia, animaux,
• les Archaeplastida, plantes et algues apparentées,
• les Fungi ou mycota, champignons,
• d’autres lignées eucaryotes telles que les Chromista.

2. L'ADN peut être libre dans le cytoplasme, définissant les cellules procaryotes (Prokaryota), et correspond alors généralement à un unique chromosome organisé en une région appelée nucléoïde.

Ces procaryotes comprennent les deux autres grands clades du monde vivant :

• les Eubacteria ou " bactéries vraies ",
• les Archaea ou archébactéries.

Les virus constituent des entités biologiques particulières.

• Leur appareil génétique (ADN ou ARN) se réplique qu’au cours d’une infection cellulaire.
• En dehors de cette phase, ils ne présentent aucune activité métabolique propre et ne sont donc pas considérés comme des êtres vivants.

Structure générale d'une cellule métazoaire

Dans vetopsy.fr, nous ne développerons que certains aspects de la biologie cellulaire qui s’étofferont au fur et à mesure de l'avancée du site.

En particulier, nous n'aborderons que la structure cellulaire des Animalia.

Ces cellules, limitées par une membrane plasmique, contiennent plusieurs compartiments et structures spécialisées.

1. Le noyau, compartiment spécialisé assurant la protection et l’organisation du matériel génétique, comprend :

• le nucléoplasme,
• un ou plusieurs nucléoles,
• de la chromatine,
• une enveloppe nucléaire à deux membranes, séparées par un espace périnucléaire et perforées de pores nucléaires.

2. Le cytoplasme correspond à l’ensemble du contenu cellulaire compris entre la membrane plasmique et l’enveloppe et comprend plusieurs composantes.

a. Le hyaloplasme/cytosol est une solution aqueuse transparente, dépourvue de structures membranaires, correspondant au dernier surnageant après ultracentrifugation différentielle.

b. Les structures immergées dans le hyaloplasme sont constituées notamment :

• du cytosquelette composé de microfilaments d'actine, de filaments intermédiaires et de microtubules,
• du protéasome impliqué dans la dégradation des protéines ubiquitinées,
• d'inclusions variées.

3. Le morphoplasme correspond à l’ensemble des organites cellulaires (organelle en anglais).

a. Le système endomembranaire correspond à l’ensemble des membranes internes d’une cellule eucaryote, présentes dans le cytoplasme et fonctionnellement interconnectées.

• Le réticulum endoplasmique (RE) lisse et rugueux ou granulaire, ce dernier portant des ribosomes impliqués dans la synthèse des protéines, est le centre de biosynthèses cellulaires protéiques et lipidiques (synthèse et stockage des protéines, activités enzymatiques spécifiques, synthèse et migration des phospholipides) ;
• L’appareil de Golgi, constitué d’ensembles de dictyosomes (saccules empilés associés à des vésicules), est impliqué dans les modifications post-traductionnelles des protéines, leur maturation, leur tri et leur adressage, ainsi que dans la synthèse de certains glycolipides.
• Les endosomes sont des compartiments délimités par une membrane, dans lesquels les vésicules d’endocytose fusionnent pour permettre le tri et le devenir des macromolécules internalisées.
• Les lysosomes sont des vésicules à contenu acide pour la digestion cellulaire.

Ces membranes compartimentent la cellule en unités fonctionnelles et structurelles constituant les organites décrits précédemment, ainsi que les membranes plasmique et nucléaire, et ce système est essentiel aux échanges intracellulaires et extracellulaires, principalement assurés par des mécanismes de transport vésiculaire.

b. Les mitochondries sont des organites à deux membranes, principales sources d’ATP et centres majeurs du métabolisme énergétique cellulaire.

c. Les peroxysomes sont des organites impliqués dans diverses fonctions métaboliques, notamment le catabolisme des acides gras à longue chaîne et les processus de détoxification cellulaire.

4. La théorie endosymbiotique (symbiogénose ou symbiogenèse) est une théorie évolutionniste qui soutient que les organites des eucaryotes sont issus de l'endosymbiose de procaryotes comme des bactéries ou des archées.