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 eucaryotes (protistes, champignons, plantes et animaux).
Structure des Cellules Procaryotes
Le nucléoïde est une région du cytoplasme contenant un chromosome circulaire unique (ADNdb) super-enroulé par les topoisomérases ; contrairement aux eucaryotes, il n’y a pas de membrane nucléaire. Les ribosomes sont de type 70S (sous-unités 50S + 30S) composés d’ARNr et de protéines, responsables de la synthèse protéique, et leur taille 70S les distingue des ribosomes eucaryotes 80S. La membrane cytoplasmique est une bicouche phospholipidique avec des protéines intégrées qui fonctionne comme une barrière de perméabilité sélective, un site de transport d’électrons et de synthèse d’ATP (phosphorylation oxydative) et un appareil de sécrétion. La paroi cellulaire est une couche de peptidoglycane (Gram-positive ou Gram-négative) qui maintient la forme cellulaire et résiste à la pression osmotique. Les flagelles assurent la motilité via un moteur rotatif, tandis que les pili (fimbriae) médient l’adhésion aux surfaces et à d’autres cellules.
Structure des Cellules Eucaryotes
La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique avec du cholestérol (absent chez les procaryotes) contenant des protéines intégrées pour le transport, la signalisation et la reconnaissance cellule-cellule ; le modèle de la 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 : le RE rugueux (parsemé de ribosomes) pour la synthèse et le repliement des protéines, et le RE lisse pour la synthèse lipidique, le métabolisme des glucides et le stockage du calcium. L’appareil de Golgi est une pile de citernes aplaties qui modifie, trie et emballe les protéines pour la sécrétion (constitutive ou régulée) ou la livraison 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 pathogènes et des organites endommagés via l’autophagie.
Organites Producteurs d’Énergie
Les mitochondries sont des organites à double membrane avec une membrane interne pliée en crêtes ; elles sont le site de la phosphorylation oxydative, générant de l’ATP via la chaîne de transport d’électrons et le couplage chimiosmotique. Elles contiennent leur propre ADN circulaire (ADNmt) et des ribosomes 70S, preuve de leur origine endosymbiotique. Les chloroplastes (chez les algues et les plantes) sont également des organites à double membrane avec des empilements de thylakoïdes (granas) pour la photosynthèse et contiennent leur propre ADN et ribosomes.
Cytosquelette
Les microfilaments (actine) ont un diamètre de 7 nm, sont impliqués dans le mouvement cellulaire, la cytokinèse et le maintien de la forme cellulaire, polymérisant à partir de monomères d’ATP-actine. Les microtubules sont des tubes creux de 25 nm de diamètre composés de dimères d’α/β-tubuline qui forment le fuseau mitotique, les cils et les flagelles (arrangement 9+2), et servent de voies pour le transport intracellulaire via les moteurs kinésine et dynéine. Les filaments intermédiaires ont un diamètre de 10 nm et comprennent diverses protéines (kératine, vimentine, lamine) assurant la résistance mécanique et le soutien structural nucléaire.
Division Cellulaire
La mitose est la division nucléaire produisant deux cellules filles génétiquement identiques (prophase, métaphase, anaphase, télophase) et est utilisée pour la croissance et la réparation tissulaire. La méiose implique deux cycles de division (méiose I et II) produisant quatre gamètes haploïdes non identiques avec une variation génétique provenant du crossing-over et de l’assortiment indépendant. La cytokinèse est la division du cytoplasme, accomplie par un anneau contractile d’actine-myosine chez les cellules animales ou une plaque cellulaire chez les cellules végétales.
