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Première année de médecine Cytologie Riad Benchoucha Ce document est distribué

Première année de médecine Cytologie Riad Benchoucha Ce document est distribué gratuitement 21 octobre 2011 L A T EX Avant-propos Ce modeste ouvrage, conçu comme un recueil de plusieurs livres de références, a pour objectif de présenter les bases de la biologie cellulaire aux étudiants de première année de médecine, ainsi qu’à tous ceux qui dans d’autres disciplines, s’intéressent à cette science. C’est en constatant le manque de livres au niveau de notre université, que j’ai décidé d’apporter ma contribu- tion. Tout au long de sa réalisation, j’ai été guidé par le souci de m’adresser à un large public et de présenter les informations de la manière la plus simple et didactique que possible. Je serais bien évidement heureux que les lecteurs me fassent part de leurs suggestions et critiques aﬁn que je puisse améliorer et parfaire cet ouvrage. Je reste pour cela joignable par e-mail (riad47@gmail.com). Riad BENCHOUCHA Étudiant en médecine I Dans ce chapitre 1.1 Êtres unicellulaires et pluricellulaires 1.2 Plans d’organisation cellulaire 1.3 Cellule procaryote 1.4 Cellule eucaryote 1.5 Virus Chapitre 1 Schéma général des cellules procaryotes et eucaryotes En 1838 – 1839, Matthias Jakob SCHLEIDEN (botaniste) et Theodor SCHWANN (biologiste et anatomiste) formulent la théorie cellulaire, selon laquelle la cellule (du latin cellula, petite chambre) est l’unité structurale, fonctionnelle et reproductrice de tout être vivant. La cytologie ou biologie cellulaire est, selon l’encyclopédie libre Wikipédia, la discipline de la biologie qui étudie les cellules et leurs organites, les processus vitaux qui s’y déroulent ainsi que les mécanismes permettant leur survie. 1 2 Schéma général des cellules procaryotes et eucaryotes 1.1 Êtres unicellulaires et pluricellulaires Être unicellulaire L’organisme unicellulaire ne comporte qu’une cellule, celle-ci doit donc assurer toutes les fonctions vitales (se nourrir, proliférer, etc.). Bien qu’a priori autonome, cette cellule dépend tout de même d’autres cellules (rares sont les cellules ne prélevant que dans le milieu des composés exclusivement inorganiques). Il peut donc exister une interdépendance cellulaire, même pour les êtres unicellulaires [1]. Être pluricellulaire L’organisme pluricellulaire – plus évolué et plus complexe – comporte plusieurs cellules interdépendantes. Chacune d’entre elles, bien qu’ayant le même matériel génétique (à de rares exceptions près), se spécialise et se différencie, formant des tissus, des organes et des systèmes qui accomplissent les fonctions nécessaires à la vie de l’organisme [1] [2]. 1.2 Plans d’organisation cellulaire Le monde des cellules est subdivisé en deux grands groupes qui sont fondamentalement différents dans leur structure interne et leur organisation générale. Procaryotes Les procaryotes (du latin pro, « avant » et du grec caryon, « noyau ») sont des êtres vivants unicellu- laires dont la structure cellulaire ne comporte pas de noyau. Le matériel génétique formé d’une unique molécule d’ADN double-brin circulaire 1, se trouve libre dans le hyaloplasme. Il est dépourvu d’une membrane qui le sépa- rerait du cytoplasme environnant. Les procaryotes ne possèdent que très rarement des organites. Eucaryotes Les eucaryotes ont une organisation complexe et de nombreux organites. Le matèriel génétique est enfermé dans un noyau entouré d’une enveloppe nucléaire. Ils constituent un très large groupe d’organismes, uni- ou pluricellulaires. 1.3 Cellule procaryote Dans la classiﬁcation du vivant à trois domaines, les procaryotes regroupent les archées (ou archébactéries) et les bactéries. Il ne sera retenu ici que les bactéries. Les bactéries sont des micro-organismes vivants procaryotes, le plus souvent unicellulaires 2. Leur taille est réduite, la plupart mesurent entre 1 µm et 10 µm, toutefois les bactéries les plus grosses peuvent mesurer plus de 500 µm. 3 L’étude des bactéries est la bactériologie, une branche de la microbiologie. 1.3.1 Morphologie et association des bactéries Les bactéries se présentent sous plusieurs formes différentes (ﬁgure 1.1) : sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets (bacilles), des formes plus ou moins spiralées (spirilles), etc. Les bactéries de beaucoup d’espèces se regroupent de différentes façons. Les arrangements bactériens les plus fréquents sont par paire (diplocoque, diplobacille) par tétrade ou en amas plus ou moins réguliers (staphylocoque) et en chaînettes (streptocoques, streptobacilles). 1.3.2 Structures cellulaires d’une bactérie Les bactéries, en tant qu’organismes procaryotes, possèdent un niveau d’organisation bien plus simple que les cellules eucaryotes (ﬁgure 1.2). Elles ne présentent pas de noyau, ni d’organites tels les mitochondries ou le réticulum endoplasmique. Elles sont toutefois caractérisées par de nombreuses structures, qui bien que n’étant pas systématiquement retrouvées dans chaque genre, semblent être partagées par la plupart des bactéries. 1. Il existe des exeptions, chez quelques espèces le chromosome est linéaire. D’autres possèdent deux chromosomes [3]. 2. Il existe des bactéries pluricellulaires, comme les spirulines, des cyanobactéries ﬁlamenteuses ou encore certaines sulfo-bactéries [4]. 3. Thiomargarita namibiensis (la perle de soufre de Namibie) est la bactérie la plus grosse jamais découverte, elle présente un diamètre compris entre 100 et 300 µm, mais certaines cellules peuvent atteindre 750 µm et peuvent être visible à l’œil nu [5]. 1.3 Cellule procaryote 3 Cocci Coque Streptocoque Staphylocoque Bacilli Coccobacille Streptobacille Autres Fusobacterium Extrémités effilées Vibrion Filamenteuse Spirochète FIGURE 1.1 – Formes des bactéries. Wikipédia, Mariana Ruiz Villarreal, domaine public. FIGURE 1.2 – Schéma de l’ultrastructure d’une cellule bactérienne typique. Wikipédia, Mariana Ruiz Villarreal, domaine public. A. Nucléoïde Le nucléoïde est — comme évoqué plus haut — une région de forme irrégulière, non délimitée par une mem- brane, dans laquelle est concentré le chromosome bactérien. B. Membrane plasmique La membrane plasmique des bactéries ressemble sur de nombreux points à celle des cellules eucaryotes : elle est formée d’une double couche de phospholipides, avec des protéines membranaires et quelques chaînes glucidiques localisées du côté externe. Toutefois, elle ne contient pas de cholestérol. Présente chez toutes les bactéries, elle est le lieu de plusieurs réaction métaboliques et accomplit un rôle de contrôle des échanges entre les milieux intérieur et extérieure permettant l’apport des nutriments et l’élimination des déchets ainsi que la détection des signaux de l’environnement [6]. C. Cytosol (hyaloplasme) Le cytosol ou hyaloplasme est, chez les procaryotes, la phase liquide qui se trouve entre la membrane plasmique et le nucléoïde. C’est le siège de la majorité des réactions chimiques du métabolisme. Il contient beaucoup d’eau, ainsi que des ions et des protéines. 4 Schéma général des cellules procaryotes et eucaryotes D. Ribosomes Les ribosomes sont présents dans le cytoplasme. Ce sont des éléments complexes, formés de protéines et d’acide ribonucléique (ARNr) et sont souvent groupés en amas qu’on appelle polyribosomes ou polysomes. Leur rôle est de synthétiser les protéines en assurant la traduction de l’information génétique portée par l’ARN messager. Il est a noté que les ribosomes procaryotes diffèrent de ceux des eucaryotes par leur morphologie et leur composition chimique [7]. E. Plasmides Les plasmides sont des fragments d’ADN double-brin (bicaténaire) distincts du nucléoïde, habituellement cir- culaires qui peuvent exister indépendamment du chromosome de l’hôte et se répliquer de manière autonome. Ils sont présents dans de nombreuses bactéries. Les plasmides comportent souvent des gènes conférant des avantages sélectifs [8] : Plasmides de résistance : les plasmides de résistance portent des gènes codant pour des enzymes capables d’in- activer ou de modiﬁer certains antibiotiques et confèrent donc une résistance aux antibiotiques chez les bactéries qui les contiennent. Plasmides de virulence : les plasmides de virulence portent des gènes codant pour des toxines ou autres sub- stances dangereuses, rendant les bactéries plus pathogènes. Plasmides métaboliques : les plasmides métaboliques portent des gènes d’enzymes qui métabolisent divers sub- stances telles que des sucres, des pesticides, etc. Certains plasmides peuvent se transmettre d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse grâce à la conju- gaison bactérienne par l’intermédiaire de pili sexuels (section 1.3.5 page 7). F. Mésosomes Les mésosomes sont des invaginations de la membrane plasmique qu’on trouve chez les bactéries Gram- positives le plus souvent, mais aussi chez les Gram-negatives. Chez les bactéries aérobies, il semble que les enzymes transporteurs d’électrons se trouvent préférentiellement au niveau de ces mésosomes. L’existence des mésosomes est aujourd’hui discutée. De nombreux bactériologistes pensent que ce sont des zones de la membrane plasmique plus fragiles qui donnent cette apparence après la ﬁxation des échantillons pour les observations en microscopie électronique, mais que dans la matière vivante, ces structures n’existent pas [9] [10]. G. Inclusions cytoplasmiques De nombreux granules de matière organique ou inorganique, que l’on appelle inclusions cytoplasmiques se trouvent dans le cytoplasme des bactéries. Les inclusions organiques sont le plus souvent des réserves énergétiques et contiennent du glycogène ou des lipides. Une inclusion organique remarquable, la vacuole gazeuse, est présente chez de nombreuses cyanobactéries et leur permet de ﬂotter à la surface [11]. Les inclusions inorganiques peuvent contenir du phosphate, et parfois du souffre que certaines bactéries em- magasinent temporairement [11]. H. Capsule La capsule est une structure extérieure, plus ou moins épaisse qui entoure la paroi de certaines bactéries. Sa production n’est pas systématique dans une population bactérienne. Elle est inﬂuencée par les constituants du milieu. Composition chimique : la constitution de la capsule est le plus souvent polysaccharidique (polymère de molé- cules de saccharose), parfois protéique ; Rôle : la capsule protège la bactérie de la phagocytose et des agents physicochimiques (on dit que c’est un facteur de virulence) tout en uploads/Sante/ resume-de-cytologie.pdf