La biologie cellulaire est l’étude de la structure, de la fonction et du comportement des cellules. Tous les organismes vivants sont composés de cellules qui peuvent être largement divisées en procaryotes (bactéries et archées) et en eucaryotes (protistes, champignons, plantes et animaux).
Structure cellulaire procaryote
Le nucléoïde est une région du cytoplasme contenant un seul chromosome circulaire (ADNdb) superenroulé par des topoisomérases ; contrairement aux eucaryotes, il n’y a pas de membrane nucléaire. Les ribosomes sont des ribosomes 70S (sous-unités 50S + 30S) composés d’ARNr et de protéines, responsables de la synthèse des protéines, et leur taille 70S les distingue des ribosomes eucaryotes 80S. La membrane cytoplasmique est une bicouche phospholipidique contenant des protéines intégrées qui fonctionne comme une barrière de perméabilité sélective, un site de transport d’électrons et de synthèse d’ATP ([phosphorylation oxydative] (/fr/guides/mitochondria-and-cellular-energetics.html)) et un appareil de sécrétion. La paroi cellulaire est une couche de peptidoglycane (Gram-positif ou Gram-négatif) qui maintient la forme des cellules et résiste à la pression osmotique. Les flagelles assurent la motilité via un moteur rotatif, tandis que les pili (fimbriae) assurent l’adhésion aux surfaces et à d’autres cellules.
Structure des cellules eucaryotes
La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique contenant du cholestérol (absent chez les procaryotes) contenant des protéines intégrées pour le transport, la signalisation et la reconnaissance cellule-cellule ; le modèle de mosaïque fluide décrit sa nature dynamique. Le noyau est entouré d’une double membrane nucléaire (enveloppe) avec des pores nucléaires régulant le trafic moléculaire et contient la chromatine (ADN + histones), le nucléole (synthèse d’ARNr) et le nucléoplasme.
Système endomembranaire
Le réticulum endoplasmique existe sous deux formes : ER rugueux (parsemé de ribosomes) pour la synthèse et le repliement des protéines, et ER lisse pour la synthèse des lipides, le métabolisme des glucides et le stockage du calcium. L’appareil de Golgi est un empilement de citernes aplaties qui modifie, trie et conditionne les protéines pour leur sécrétion (constitutive ou régulée) ou leur délivrance à d’autres organites. Les lysosomes sont des vésicules liées à la membrane contenant des enzymes hydrolytiques (hydrolases acides, pH optimal ~ 5) pour la dégradation des macromolécules, des agents pathogènes et des organites endommagés via l’autophagie.
Organites producteurs d’énergie
Les mitochondries sont des organites à double membrane avec une membrane interne repliée en crêtes ; ils sont le site de phosphorylation oxydative, générant de l’ATP via la chaîne de transport d’électrons et le couplage chimiosmotique. Ils contiennent leur propre ADN circulaire (ADNmt) et des ribosomes 70S, preuve de leur origine endosymbiotique. Les chloroplastes (dans les algues et les plantes) sont également des organites à double membrane avec des empilements de thylakoïdes (grana) pour la photosynthèse et contiennent leur propre ADN et ribosomes.
Cytosquelette
Les microfilaments (actine) mesurent 7 nm de diamètre et sont impliqués dans le mouvement cellulaire, la cytokinèse et le maintien de la forme cellulaire, polymérisant à partir de monomères ATP-actine. Les microtubules sont des tubes creux de 25 nm de diamètre composés de dimères de tubuline α/β qui forment le fuseau mitotique, les cils et les flagelles (arrangement 9+2) et servent de pistes pour le transport intracellulaire via les moteurs kinésine et dynéine. Les filaments intermédiaires mesurent 10 nm de diamètre et comprennent diverses protéines (kératine, vimentine, lamine) assurant la résistance mécanique et le support structurel nucléaire.
Division cellulaire
La mitose est une division nucléaire produisant deux cellules filles génétiquement identiques (prophase, métaphase, anaphase, télophase) et est utilisée pour la croissance et la réparation des tissus. La méiose implique deux cycles de division (méiose I et II) produisant quatre gamètes haploïdes non identiques avec une variation génétique issue du croisement et de l’assortiment indépendant. La cytokinèse est la division du cytoplasme, réalisée par un anneau contractile actine-myosine dans les cellules animales ou par une plaque cellulaire dans les cellules végétales.
