AGENDA. 1. Les procaryotes. A. Morphologie. 2. Les eucaryotes. A. Architecture cellulaire. B. Phylogénie et différenciation

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2 AGENDA 1. Les procaryotes A. Morphologie 2. Les eucaryotes A. Architecture cellulaire B. Phylogénie et différenciation

3 Introduction

4 Réflexion :

5 La diversité des organismes Certains organismes ne sont composés que d une seule cellule = UNICELLULAIRES. o o Bactéries Protistes (amibe, diatomées, euglène) D autres organismes comportent de nombreuses cellules = PLURICELLULAIRES. o Végétaux o Eumycètes o Animaux

6 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Le vivant selon Stanley Miller Expérience de Stanley Miller et Harold Urey (1953) simulant les effets d éclairs d orage dans l atmosphere réductrice primitive (H 2 O, CH 4, NH 3, H 2 ). La solution obtenue à la fin contenait des composés organiques hydrosolsolubles comme des acides aminés. Schéma de l expérience de Miller recréant l atmosphère primitive. Les bases des nucléotides peuvent aussi être synthétisées dans des conditions prébiotiques (en présence d HCN). La vie est née probablement suite à la formation de molécules d ARN autoréplicatives Stanley Miller réalisant son expérience

7 GENERALITES -

8 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Propriétés fondamentales de toutes les cellules Cellule = unité structurale fondamentale (Matériel génétique + organisation biochimique) 1. ADN : informations / gènes 2. Code génétique universel 3. ARNs/ ribosomes : traduction de l information en protéines 4. Protéines: contrôlent structure et fonction cellulaires 5. Energie / ATP : intégrité du contenu cellulaire synthèse des constituants cellulaires 6. Membrane plasmique: protéines + lipides

9 LA PHYLOGÉNIE DU MONDE VIVANT

10 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Le monde vivant est divisé en 3 domaines Bactéries Archées Eucaryote les Eubactéries les Archaea les Eucarya qui regroupent eux-mêmes : les protistes les champignons les animaux les plantes

11 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Subdivision du monde cellulaire

12 LES PROCARYOTES

13 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Les Procaryotes Les Procaryotes (du grec, pro, avant et karyon, noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane. L'ensemble est parfois entouré d'une capsule Le Procaryote le plus étudié est probablement la bactérie Escherichia coli Ces photographies au microscope électronique donnent une idée de l'échelle de Escherichia coli sur la pointe d'une épingle. Les bactéries sont des organismes unicellulaires, aérobies ou anaérobies (ou les deux). L'organisation interne est peu développée. Source figure : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al. La cellule n'a pas de noyau véritable, l'adn est concentré dans une région dite nucléoïde, qui n'est pas délimitée par une membrane. Il y a présence de ribosomes, du nucléoîde, et parfois d'un plasmide dans le cytoplasme.

14 , Les procaryotes ont une anatomie relativement simple Les procaryotes ont différentes formes, donc différents types : Bacille : forme de bâtonnet Coque : forme sphérique Spirochète : forme de spirale

15 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Les bactéries :

16 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES La structure d une bactérie est la suivante : Paroi cellulaire: composée d une seule macromolécule (peptidoglycane) Membrane plasmique: matières diffusent rapidement à travers Cytoplasme Ribosome: milliers (même rôle que cellule eucaryote) ADN nu: 1 chromosome retrouvé dans le nucléoïde (certaines cellules ont ADN circulaire nommé plasmide)

17 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES En bactériologie médicale, on distingue essentiellement les bactéries Gram positive et les bactéries Gram négative grâce à la coloration de Gram : Les bactéries Gram se colorent en rose : Elles ont une membrane lipidique externe et une paroi fine. Les bactéries Gram + se colorent en violet : Elles n ont pas de membrane externe et ont une paroi épaisse.

18 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Parois d'une bactérie Gram + (a) et d'une bactérie Gram (b) A) La paroi des bactéries Gram positives montre un peptidoglycane épais, jusqu'à 80nm d'épaisseur, constitué par un empilement de la structure. Gram + Remarque : Une bactérie gram + qui perd son peptidoglycane (par action d'antibiotique ou du lysosyme) devient un protoplaste. B) La membrane externe crée une barrière imperméable, comme la membrane plasmique, qui délimite, enfermé par ces 2 membranes, l'espace périplasmique. Il contient de nombreuses enzymes. Gram Remarque : Une bactérie gram - qui perd son peptidoglycane devient un sphéroplaste. Une bactérie gram - qui perd son peptidoglycane et sa membrane externe devient un protoplaste.

19 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Question En quoi est-il utile, pour le médecin, de savoir si les bactéries présentes chez un patient sont Gram positives ou Gram négatives?

20 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Particularités des bactéries : Les bactéries n ont pas de système endomembranaire (donc pas d enveloppe nucléaire), pas de mitochondrie, ni de péroxysome. Elles ne possèdent pas de cytosquelette à proprement parler. Des ribosomes sont visibles au microscope électronique à transmission dans le cytosol des bactéries. Leur génome se présente sous la forme d un seul chromosome : le nucléoïde. C est une molécule d ADN bicaténaire et circulaire. Le chromosome bactérien est fixé à des invaginations de la membrane plasmique : les mésosomes.

21 Echelle ( situation des bactéries)

22 LES EUCARYOTES

23 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES La cellule eucaryote: formation de communautés de cellules intracellulaires mitochondrie chloroplaste Vacuole Chloroplaste La cellule animale La cellule végétale La théorie endosymbiotique de l'origine de la cellule Eucaryote postule que : la mitochondrie dérive d'une bactérie respirant le chloroplaste dérive des cyanobactéries

24 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes : l'endosymbiose Selon la théorie endosymbiotique sériée énoncée par Margulis et Taylor (1979), 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)

25 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES l'endosymbiose L endosymbiose a donc profondément influé sur l évolution des eucaryotes, en leur permettant d acquérir des potentialités métaboliques de procaryotes!

26 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Eucaryotes Les cellules des Eucaryotes (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 La cellule eucaryote possède un véritable noyau entouré d'une double membrane. La cellule est compartimentée grâce à des membranes internes. Ces membranes participent activement au métabolisme cellulaire et délimitent des microenvironnements (organites) qui permettent d'effectuer au même moment des processus qui seraient incompatibles autrement. On distingue deux types de cellules eucaryotes : animale et végétale.

27 Structure générale d une cellule animale Centrosome : Point de départ des Microtubules et centrioles. Pore nucléaire : Passage des molécules du / vers Noyau : lieu où le matériel génétique est organisé. le noyau. Enveloppe nucléaire : Double membrane entourant le noyau. RER (ou REG) : Lieu de sélection et de sécrétion protéique. Nucléole : Site d assemblage des sous unités ribosomales. Lysosome : lieu où les macromolécules sont dégradées. REL : Site de détoxification et de synthèse lipidique. chromatine : Complexe porteique - ADN. ribosome : lieu de synthèse protéique. Mitochondrie : Synthèse d ATP Apoptose. Cytosquelette : Protéines filamenteuses conférant la structure et la forme au cellules + mouvement. peroxysome : lieu de détoxification cellulaire. Appareil de Golgi : lieu de maturation modification, sélection et sécrétion de lipides et protéines. Cytosol : lieu de nombreuse voies métabolique. Membrane plasmique : contrôle d échange cellulaire Site de la signalisation cellulaire.

28 Structure générale d une cellule végétale Vacuole centrale : Site de stockage et de régulation du volume cellulaire Cytosol : lieu de nombreuse voies métabolique. Mitochondrie : Synthèse d ATP Enveloppe nucléaire : Double membrane entourant le noyau. Chloroplaste : Site de photosynthese Nucléole : Site d assemblage des sous unités ribosomales. chromatine : Complexe protéique - ADN. Cytosquelette : Protéines filamenteuses conférant la structure et la forme au cellules + mouvement. Noyau : lieu où le matériel génétique est organisé. Appareil de Golgi : lieu de maturation modification, sélection et sécrétion de lipides et protéines. Pore nucléaire : Passage des molécules du / vers le noyau. peroxysome : lieu de détoxification cellulaire. ribosome : lieu de synthèse protéique. REL : Site de détoxification et de synthèse lipidique. RER (ou REG) : Lieu de sélection et de sécrétion protéique. Membrane plasmique : contrôle d échange cellulaire Site de la signalisation cellulaire. Parois cellulaire : Support cellulaire.

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30 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES La cellule eucaryote Les êtres unicellulaires : la cellule «bonne à tout faire» unicellulaires : Protistes (amibes, levures) Organismes pluricellulaires Chloroplaste Plantes Champignons Animaux L'organisme pluricellulaire : une communauté de cellules interdépendantes

31 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Eucaryotes : Les éléments constitutifs (compartimentation plus complexe) : - Membrane plasmique - Cytoplasme - La taille du génome a 1000 fois plus de paires de bases que le procaryote - Noyau - Organites (constituants physiquement - Séparés membrane internes fibres) - Absence de paroi - Cytosquelette (forme, mouvement) - Endocytose et exocytose - Reproduction par mitose (méiose) - Métabolisme : aérobie - Taille : μm, Principales caractéristiques par rapport aux Chloroplaste procaryotes

32 L avantage sélectif d un compartiment clos : - Sans compartiment ; la protéine agit sur tous les ARN dans l environnement (vous traiterez de ce sujet lors du cours de génétique) - Avec un compartiment ; la protéine agit seulement sur les ARN dans sa capsule. Cette fonction permet une meilleure efficacité de la protéine mais également une meilleure spécificité de son action.

33 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Organites à double membrane: * Noyau: chromatine (ADN/2 + histones), nucléole enveloppe nucléaire double (ribosomes, lamina) qqs μm * Mitochondrie: membrane externe perméable membrane interne / crêtes (ATP) matrice : ADNmt Chloroplaste 1 μm * Chloroplaste: ADN, chlorophylle photosynthèse qqs μm

34 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES 4 parties en interaction! Noyau: - Localisation du Génome - Régulation des gènes - Organisation et protection de la chromatine via la matrice nucléaire Système Endomembranaire: 1 Enveloppe nucléaire 2 Réticulum endoplasmique - Sécrétion des protéines + tri - Glycolisation - Synthèse des lipides - Metabolisme fonctionel + accumulation du Ca 2+ 3 Appareil de Golgi - Sécrétion des protéines + tri - Glycolisation 4 Lysosomes / Vacuoles - Dégradation des molécules organiques - Stockage des molécules organiques - Accumulation de l eau (plantes) 5 peroxysomes 6 membrane plasmique Chloroplaste Cytoplasme: - Cascade de signalisation cellulaire - Organisation et mouvement via cytosquelette Organites semi-autonomes: 1 Mitochondrie 2 Chloroplaste (plantes + algues) - photosynthèse

35 Procaryotes & Eucaryotes Cours de Cytologie Point cours Savoir légender une cellule eucaryote. distinguer cellule eucaryote et cellule procaryote Connaître la notion d organismes uni et pluricellulaires les principaux organites et savoir décrire brièvement leur rôle

36 Cours de Cytologie PROCARYOTES & EUCARYOTES Récapitulatif des principales différences entre cellule eucaryote et cellule procaryote

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38 INTRODUCTION AU MODULE DE CYTOLOGIE Cours de Cytologie Point cours Savoir décrire une cellule procaryote. Connaître les deux familles principales. distinguer bactérie Gram + de bactérie Gram sur le plan morphologique. Connaître le mode de division cellulaire des bactéries et savoir le distinguer des cellules eucaryotes. les principales différences anatomiques et fonctionnelles entre cellule procaryote et cellule eucaryote. l existence des archaebactéries.

39 Bactéries & pathologies infectieuses

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