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2.3 : Caractéristiques uniques des cellules eucaryotes - Biologie

2.3 : Caractéristiques uniques des cellules eucaryotes - Biologie



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Objectifs d'apprentissage

  • Expliquer les caractéristiques distinctives des cellules eucaryotes
  • Décrire les structures internes et externes des cellules procaryotes en termes de structure physique, de structure chimique et de fonction
  • Identifier et décrire les structures et les organites propres aux cellules eucaryotes
  • Comparer et contraster des structures similaires trouvées dans les cellules procaryotes et eucaryotes

Les organismes eucaryotes comprennent les protozoaires, les algues, les champignons, les plantes et les animaux. Certaines cellules eucaryotes sont des micro-organismes unicellulaires indépendants, tandis que d'autres font partie d'organismes multicellulaires. Les cellules des organismes eucaryotes ont plusieurs caractéristiques distinctives. Surtout, les cellules eucaryotes se définissent par la présence d'un noyau entouré d'une membrane nucléaire complexe. De plus, les cellules eucaryotes sont caractérisées par la présence d'organites liés à la membrane dans le cytoplasme. Les organites telles que les mitochondries, le réticulum endoplasmique (RE), l'appareil de Golgi, les lysosomes et les peroxysomes sont maintenus en place par le cytosquelette, un réseau interne qui prend en charge le transport des composants intracellulaires et aide à maintenir la forme des cellules (Figure (PageIndex{1} )). Le génome des cellules eucaryotes est emballé dans de multiples chromosomes en forme de bâtonnet, par opposition au chromosome unique de forme circulaire qui caractérise la plupart des cellules procaryotes. Le tableau (PageIndex{1}) compare les caractéristiques des structures cellulaires eucaryotes avec celles des bactéries et des archées.

Tableau (PageIndex{1}) : Résumé des structures de cellules.
Structure cellulaireProcaryotesEucaryotes
BactériesArchées
Taille~0,5–1 M~0,5–1 M~5–20 M
Rapport surface/volumeHauteHauteMeugler
NoyauNonNonOui
Caractéristiques du génome
  • Chromosome unique
  • Circulaire
  • haploïde
  • Manque d'histones
  • Chromosome unique
  • Circulaire
  • haploïde
  • Contient des histones
  • Chromosomes multiples
  • Linéaire
  • Haploïde ou diploïde
  • Contient des histones
La division cellulaireFission binaireFission binaireMitose, méiose
Composition lipidique membranaire
  • Ester-lié
  • Acides gras à chaîne droite
  • Bicouche
  • Lié à l'éther
  • Isoprénoïdes ramifiés
  • Bicouche ou monocouche
  • Ester-lié
  • Acides gras à chaîne droite
  • Stérols
  • Bicouche
Composition de la paroi cellulaire
  • Peptidoglycane, ou
  • Rien
  • Pseudopeptidoglycane, ou
  • Glycopeptide, ou
  • Polysaccharide, ou
  • Protéine (couche S), ou
  • Rien
  • Cellulose (plantes, certaines algues)
  • Chitine (mollusques, insectes, crustacés et champignons)
  • Silice (quelques algues)
  • La plupart des autres n'ont pas de parois cellulaires
Structures de motilitéFlagelles spirales rigides composées de flagellineFlagelles spirales rigides composées de flagellins archéensFlagelles flexibles et cils composés de microtubules
Membranaires organitesNonNonOui
Système endomembranaireNonNonOui (ER, Golgi, lysosomes)
Ribosomes70S70S
  • 80S dans le cytoplasme et le RE rugueux
  • 70S dans les mitochondries, les chloroplastes

Morphologies cellulaires

Les cellules eucaryotes présentent une grande variété de morphologies cellulaires différentes. Les formes possibles incluent sphéroïde, ovoïde, cuboïde, cylindrique, plate, lenticulaire, fusiforme, discoïde, croissant, annulaire stellaire et polygonale (Figure (PageIndex{2})). Certaines cellules eucaryotes sont de forme irrégulière et certaines sont capables de changer de forme. La forme d'un type particulier de cellule eucaryote peut être influencée par des facteurs tels que sa fonction principale, l'organisation de son cytosquelette, la viscosité de son cytoplasme, la rigidité de sa membrane cellulaire ou de sa paroi cellulaire (s'il en a une), et la pression physique exercée sur lui par le milieu environnant et/ou les cellules voisines.

Exercice (PageIndex{1})

Identifiez deux différences entre les cellules eucaryotes et procaryotes.

Noyau

Contrairement aux cellules procaryotes, dans lesquelles l'ADN est contenu de manière lâche dans la région nucléoïde, les cellules eucaryotes possèdent un noyau, qui est entouré d'une membrane nucléaire complexe qui abrite le génome de l'ADN (Figure (PageIndex{3})). En contenant l'ADN de la cellule, le noyau contrôle en fin de compte toutes les activités de la cellule et joue également un rôle essentiel dans la reproduction et l'hérédité. Les cellules eucaryotes ont généralement leur ADN organisé en plusieurs chromosomes linéaires. L'ADN dans le noyau est hautement organisé et condensé pour s'adapter à l'intérieur du noyau, ce qui est accompli en enroulant l'ADN autour de protéines appelées histones.

Bien que la plupart des cellules eucaryotes n'aient qu'un seul noyau, des exceptions existent. Par exemple, les protozoaires du genre Paramécie ont généralement deux noyaux complets : un petit noyau qui est utilisé pour la reproduction (micronoyau) et un gros noyau qui dirige le métabolisme cellulaire (macronoyau). De plus, certains champignons forment de manière transitoire des cellules à deux noyaux, appelées cellules hétérocaryotes, au cours de la reproduction sexuée. Les cellules dont les noyaux se divisent, mais pas le cytoplasme, sont appelées cénocytes.

Le noyau est lié par une membrane nucléaire complexe, souvent appelée enveloppe nucléaire, constituée de deux bicouches lipidiques distinctes contiguës (Figure (PageIndex{4})). Malgré ces connexions entre les membranes interne et externe, chaque membrane contient des lipides et des protéines uniques sur ses surfaces interne et externe. L'enveloppe nucléaire contient des pores nucléaires, qui sont de grands complexes protéiques en forme de rosette qui contrôlent le mouvement des matériaux entrant et sortant du noyau. La forme générale du noyau est déterminée par la lame nucléaire, un réseau de filaments intermédiaires trouvés juste à l'intérieur des membranes de l'enveloppe nucléaire. À l'extérieur du noyau, des filaments intermédiaires supplémentaires forment un maillage plus lâche et servent à ancrer le noyau en position à l'intérieur de la cellule.

Nucléole

Le nucléole est une région dense du noyau où se produit la biosynthèse de l'ARN ribosomique (ARNr). De plus, le nucléole est également le site où commence l'assemblage des ribosomes. Les complexes préribosomiques sont assemblés à partir d'ARNr et de protéines dans le nucléole ; ils sont ensuite transportés vers le cytoplasme, où l'assemblage des ribosomes est terminé (Figure (PageIndex{5})).

Ribosomes

Les ribosomes trouvés dans les organites eucaryotes tels que les mitochondries ou les chloroplastes ont des ribosomes 70S, de la même taille que les ribosomes procaryotes. Cependant, les ribosomes non associés aux organites dans les cellules eucaryotes sont des ribosomes 80S, composés d'une petite sous-unité 40S et d'une grande sous-unité 60S. En termes de taille et de composition, cela les distingue des ribosomes des cellules procaryotes.

Les deux types de ribosomes eucaryotes non associés aux organites sont définis par leur emplacement dans la cellule : les ribosomes libres et les ribosomes liés à la membrane. Les ribosomes libres se trouvent dans le cytoplasme et servent à synthétiser des protéines hydrosolubles; les ribosomes liés à la membrane se trouvent attachés au réticulum endoplasmique rugueux et fabriquent des protéines à insérer dans la membrane cellulaire ou des protéines destinées à être exportées de la cellule.

Les différences entre les ribosomes eucaryotes et procaryotes sont cliniquement pertinentes car certains médicaments antibiotiques sont conçus pour cibler l'un ou l'autre. Par exemple, le cycloheximide cible l'action eucaryote, tandis que le chloramphénicol cible les ribosomes procaryotes.1 Étant donné que les cellules humaines sont eucaryotes, elles ne sont généralement pas endommagées par les antibiotiques qui détruisent les ribosomes procaryotes des bactéries. Cependant, des effets secondaires parfois négatifs peuvent survenir car les mitochondries des cellules humaines contiennent des ribosomes procaryotes.

Système endomembranaire

Le système endomembranaire, unique aux cellules eucaryotes, est une série de tubules membraneux, de sacs et de disques aplatis qui synthétisent de nombreux composants cellulaires et déplacent les matériaux à l'intérieur de la cellule (Figure (PageIndex{6})). En raison de leur plus grande taille de cellule, les cellules eucaryotes ont besoin de ce système pour transporter des matériaux qui ne peuvent pas être dispersés par diffusion seule. Le système endomembranaire comprend plusieurs organites et connexions entre eux, y compris le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les lysosomes et les vésicules.

Réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique (RE) est un réseau interconnecté de tubules et de citernes (sacs aplatis) avec une seule bicouche lipidique (Figure (PageIndex{7})). Les espaces à l'intérieur des citernes sont appelés lumière du RE. Il existe deux types de RE, le réticulum endoplasmique rugueux (RER) et le réticulum endoplasmique lisse (SER). Ces deux types différents de RE sont des sites pour la synthèse de types distinctement différents de molécules. Le RER est parsemé de ribosomes liés au côté cytoplasmique de la membrane. Ces ribosomes fabriquent des protéines destinées à la membrane plasmique (Figure (PageIndex{})). Après synthèse, ces protéines sont insérées dans la membrane du RER. De petits sacs du RER contenant ces protéines nouvellement synthétisées bourgeonnent alors sous forme de vésicules de transport et se déplacent soit vers l'appareil de Golgi pour un traitement ultérieur, directement vers la membrane plasmique, vers la membrane d'un autre organite, ou hors de la cellule. Les vésicules de transport sont des sphères membraneuses monolipidiques, bicouches avec des intérieurs creux qui transportent des molécules. SER n'a pas de ribosomes et, par conséquent, semble « lisse ». Il est impliqué dans la biosynthèse des lipides, le métabolisme des glucides et la détoxification des composés toxiques au sein de la cellule.

Appareil de Golgi

L'appareil de Golgi a été découvert dans le système endomembranaire en 1898 par le scientifique italien Camillo Golgi (1843-1926), qui a développé une nouvelle technique de coloration qui a montré des structures membranaires empilées dans les cellules de Plasmodium, l'agent causal du paludisme. L'appareil de Golgi est composé d'une série de disques membraneux appelés dictyosomes, chacun ayant une seule bicouche lipidique, qui sont empilés ensemble (Figure (PageIndex{8})).

Les enzymes de l'appareil de Golgi modifient les lipides et les protéines transportés du RE vers le Golgi, leur ajoutant souvent des composants glucidiques, produisant des glycolipides, des glycoprotéines ou des protéoglycanes. Les glycolipides et les glycoprotéines sont souvent insérés dans la membrane plasmique et sont importants pour la reconnaissance du signal par d'autres cellules ou particules infectieuses. Différents types de cellules se distinguent les uns des autres par la structure et l'arrangement des glycolipides et des glycoprotéines contenus dans leurs membranes plasmiques. Ces glycolipides et glycoprotéines servent aussi couramment de récepteurs de surface cellulaire.

Transporter les vésicules quittant le fusible ER avec un appareil de Golgi à sa réception, ou cis, visage. Les protéines sont traitées dans l'appareil de Golgi, puis des vésicules de transport supplémentaires contenant les protéines et les lipides modifiés se détachent de l'appareil de Golgi lors de sa sortie, ou trans, visage. Ces vésicules sortantes se déplacent et fusionnent avec la membrane plasmique ou la membrane d'autres organites.

L'exocytose est le processus par lequel les vésicules de sécrétion (sacs membraneux sphériques) libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule (Figure (PageIndex{8})). Toutes les cellules ont des voies de sécrétion constitutives dans lesquelles les vésicules de sécrétion transportent des protéines solubles qui sont libérées de la cellule en continu (de manière constitutive). Certaines cellules spécialisées ont également des voies de sécrétion régulées, qui sont utilisées pour stocker des protéines solubles dans des vésicules de sécrétion. La sécrétion régulée implique des substances qui ne sont libérées qu'en réponse à certains événements ou signaux. Par exemple, certaines cellules du système immunitaire humain (par exemple, les mastocytes) sécrètent de l'histamine en réponse à la présence d'objets étrangers ou d'agents pathogènes dans le corps. L'histamine est un composé qui déclenche divers mécanismes utilisés par le système immunitaire pour éliminer les agents pathogènes.

Lysosomes

Dans les années 1960, le scientifique belge Christian de Duve (1917-2013) a découvert des lysosomes, des organites membranaires du système endomembranaire qui contiennent des enzymes digestives. Certains types de cellules eucaryotes utilisent des lysosomes pour décomposer diverses particules, telles que des aliments, des organites endommagés ou des débris cellulaires, des micro-organismes ou des complexes immuns. La compartimentation des enzymes digestives au sein du lysosome permet à la cellule de digérer efficacement la matière sans endommager les composants cytoplasmiques de la cellule.

Exercice (PageIndex{2})

Nommez les composants du système endomembranaire et décrivez la fonction de chaque composant.

Cytosquelette

Les cellules eucaryotes ont un cytosquelette interne constitué de microfilaments, de filaments intermédiaires et de microtubules. Cette matrice de fibres et de tubes fournit un support structurel ainsi qu'un réseau sur lequel les matériaux peuvent être transportés à l'intérieur de la cellule et sur lesquels les organites peuvent être ancrés (Figure (PageIndex{9})). Par exemple, le processus d'exocytose implique le mouvement d'une vésicule via le réseau cytosquelettique vers la membrane plasmique, où elle peut libérer son contenu.

Les microfilaments sont composés de deux brins d'actine entrelacés, chacun composé de monomères d'actine formant des câbles filamenteux de 6 nm de diamètre2 . Les filaments d'actine travaillent avec des protéines motrices, comme la myosine, pour effectuer la contraction musculaire chez les animaux ou le mouvement amiboïde de certains microbes eucaryotes.

Des extensions temporaires de la membrane cytoplasmique appelées pseudopodes (ce qui signifie « faux pieds ») sont produites par le flux avant de filaments d'actine soluble dans les pseudopodes, suivi du cycle gel-sol des filaments d'actine, entraînant la motilité cellulaire. Une fois que le cytoplasme s'étend vers l'extérieur, formant un pseudopode, le cytoplasme restant monte pour rejoindre le bord d'attaque, créant ainsi une locomotion vers l'avant. Au-delà du mouvement amiboïde, les microfilaments sont également impliqués dans une variété d'autres processus dans les cellules eucaryotes.

Les filaments intermédiaires sont un groupe diversifié de filaments du cytosquelette qui agissent comme des câbles à l'intérieur de la cellule. Ils sont dits « intermédiaires » car leur diamètre de 10 nm est plus épais que celui de l'actine mais plus fin que celui des microtubules.3

Les microtubules sont un troisième type de fibre cytosquelettique composée de dimères de tubuline (α tubuline et β tubuline). Ceux-ci forment des tubes creux de 23 nm de diamètre qui sont utilisés comme poutres dans le cytosquelette.4 Comme les microfilaments, les microtubules sont dynamiques et ont la capacité de s'assembler et de se désassembler rapidement. Les microtubules fonctionnent également avec des protéines motrices (telles que la dynéine et la kinésine) pour déplacer les organites et les vésicules dans le cytoplasme. De plus, les microtubules sont les principaux composants des flagelles et des cils eucaryotes, composant à la fois le filament et les composants basaux du corps. Les microtubules sont impliqués dans la division cellulaire eucaryote, formant le fuseau mitotique qui sert à séparer les chromosomes pendant la mitose et la méiose.

Mitochondries

Les grands organites complexes dans lesquels la respiration cellulaire aérobie se produit dans les cellules eucaryotes sont appelés mitochondries (Figure (PageIndex{10})). Le terme « mitochondrie » a été inventé pour la première fois par le microbiologiste allemand Carl Benda en 1898 et a ensuite été associé au processus de respiration par Otto Warburg en 1913. Au cours des années 1960, les scientifiques ont découvert que les mitochondries avaient leur propre génome et des ribosomes 70S. Le génome mitochondrial s'est avéré être bactérien, lorsqu'il a été séquencé en 1976. Ces découvertes ont finalement soutenu la théorie endosymbiotique proposée par Lynn Margulis, qui affirme que les mitochondries sont apparues à l'origine à travers un événement endosymbiotique dans lequel une bactérie capable de respiration cellulaire aérobie a été absorbée. par phagocytose dans une cellule hôte et est resté comme un composant intracellulaire viable.

Chaque mitochondrie possède deux membranes lipidiques. La membrane externe est un vestige des structures membranaires de la cellule hôte d'origine. La membrane interne est dérivée de la membrane plasmique bactérienne. La chaîne de transport d'électrons pour la respiration aérobie utilise des protéines intégrales intégrées dans la membrane interne. La matrice mitochondriale, correspondant à l'emplacement du cytoplasme de la bactérie d'origine, est l'emplacement actuel de nombreuses enzymes métaboliques. Il contient également de l'ADN mitochondrial et des ribosomes 70S. Les invaginations de la membrane interne, appelées crêtes, ont évolué pour augmenter la surface pour l'emplacement des réactions biochimiques. Les modèles de pliage des crêtes diffèrent selon les différents types de cellules eucaryotes et sont utilisés pour distinguer les différents organismes eucaryotes les uns des autres.

Chloroplastes

Les cellules végétales et les cellules d'algues contiennent des chloroplastes, les organites dans lesquels se produit la photosynthèse (Figure (PageIndex{11})). Tous les chloroplastes ont au moins trois systèmes de membranes : la membrane externe, la membrane interne et le système de membranes thylakoïdes. À l'intérieur des membranes externe et interne se trouve le stroma chloroplastique, un liquide semblable à un gel qui constitue une grande partie du volume d'un chloroplaste et dans lequel flotte le système thylakoïde. Le système thylakoïde est une collection très dynamique de sacs membranaires repliés. C'est là que se trouve le pigment photosynthétique vert chlorophylle et que se produisent les réactions lumineuses de la photosynthèse. Dans la plupart des chloroplastes végétaux, les thylakoïdes sont disposés en piles appelées grana (singulier : granum), alors que dans certains chloroplastes d'algues, les thylakoïdes flottent librement.

D'autres organites similaires aux mitochondries sont apparus chez d'autres types d'eucaryotes, mais leurs rôles diffèrent. Les hydrogénosomes se trouvent chez certains eucaryotes anaérobies et servent de lieu de production d'hydrogène anaérobie. Les hydrogénosomes n'ont généralement pas leur propre ADN et ribosomes. Les kinétoplastes sont une variante des mitochondries trouvées chez certains agents pathogènes eucaryotes. Dans ces organismes, chaque cellule possède une seule mitochondrie longue et ramifiée dans laquelle l'ADN cinétoplaste, organisé en plusieurs morceaux circulaires d'ADN, se trouve concentré à un pôle de la cellule.

ORGANELLES LIÉES À LA MITOCHONDRIE DANS LES PARASITES PROTOZOENS

De nombreux protozoaires, y compris plusieurs parasites protozoaires qui causent des infections chez l'homme, peuvent être identifiés par leur apparence inhabituelle. Les caractéristiques distinctives peuvent inclure des morphologies cellulaires complexes, la présence d'organites uniques ou l'absence d'organites communs. Les parasites protozoaires Giardia lamblia et Trichomonas vaginalis sont deux exemples.

G. lamblia, une cause fréquente de diarrhée chez l'homme et de nombreux autres animaux, est un parasite anaérobie qui possède deux noyaux et plusieurs flagelles. Son appareil de Golgi et son réticulum endoplasmique sont considérablement réduits et il manque complètement de mitochondries. Cependant, il possède des organites appelées mitosomes, des organites liées à une double membrane qui semblent être des mitochondries sévèrement réduites. Cela a conduit les scientifiques à croire que G. lamblia'Ses ancêtres possédaient autrefois des mitochondries qui ont évolué pour devenir des mitosomes. T. vaginalis, qui cause la vaginite d'infection sexuellement transmissible, est un autre parasite protozoaire qui manque de mitochondries conventionnelles. Au lieu de cela, il possède des hydrogénosomes, des organites liées aux mitochondries et à double membrane qui produisent de l'hydrogène moléculaire utilisé dans le métabolisme cellulaire. Les scientifiques pensent que les hydrogénosomes, comme les mitosomes, ont également évolué à partir des mitochondries.5

Membrane plasma

La membrane plasmique des cellules eucaryotes a une structure similaire à celle de la membrane plasmique procaryote en ce sens qu'elle est composée principalement de phospholipides formant une bicouche avec des protéines périphériques et intégrales intégrées (Figure (PageIndex{12})). Ces composants membranaires se déplacent dans le plan de la membrane selon le modèle de la mosaïque fluide. Cependant, contrairement à la membrane procaryote, les membranes eucaryotes contiennent des stérols, dont du cholestérol, qui altèrent la fluidité membranaire. De plus, de nombreuses cellules eucaryotes contiennent des lipides spécialisés, y compris des sphingolipides, qui sont censés jouer un rôle dans le maintien de la stabilité membranaire ainsi qu'être impliqués dans les voies de transduction du signal et la communication de cellule à cellule.

Mécanismes de transport membranaire

Les processus de diffusion simple, de diffusion facilitée et de transport actif sont utilisés dans les cellules eucaryotes et procaryotes. Cependant, les cellules eucaryotes ont également la capacité unique d'effectuer divers types d'endocytose, l'absorption de matière par l'invagination de la membrane plasmique et la formation de vacuoles/vésicules (Figure (PageIndex{13})). Un type d'endocytose impliquant l'engloutissement de grosses particules par invagination membranaire est appelé phagocytose, ce qui signifie « mange des cellules ». Dans la phagocytose, les particules (ou d'autres cellules) sont enfermées dans une poche à l'intérieur de la membrane, qui se détache ensuite de la membrane pour former une vacuole qui entoure complètement la particule. Un autre type d'endocytose est appelé pinocytose, ce qui signifie « boisson cellulaire ». Dans la pinocytose, de petits matériaux dissous et des liquides sont introduits dans la cellule par de petites vésicules. Les champignons saprophytes, par exemple, obtiennent leurs nutriments de la matière morte et en décomposition en grande partie par pinocytose.

L'endocytose à médiation par les récepteurs est un type d'endocytose qui est initiée par des molécules spécifiques appelées ligands lorsqu'elles se lient aux récepteurs de surface cellulaire sur la membrane. L'endocytose médiée par les récepteurs est le mécanisme utilisé par les hormones dérivées des peptides et des amines pour pénétrer dans les cellules et est également utilisé par divers virus et bactéries pour pénétrer dans les cellules hôtes.

Le processus par lequel les vésicules de sécrétion libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule est appelé exocytose. Les vésicules se déplacent vers la membrane plasmique puis se fondent avec la membrane, éjectant leur contenu hors de la cellule. L'exocytose est utilisée par les cellules pour éliminer les déchets et peut également être utilisée pour libérer des signaux chimiques qui peuvent être absorbés par d'autres cellules.

Paroi cellulaire

En plus d'une membrane plasmique, certaines cellules eucaryotes ont une paroi cellulaire. Les cellules des champignons, des algues, des plantes et même de certains protistes ont des parois cellulaires. Selon le type de cellule eucaryote, les parois cellulaires peuvent être constituées d'une large gamme de matériaux, y compris la cellulose (champignons et plantes); silice biogénique, carbonate de calcium, gélose et carraghénane (protistes et algues); ou chitine (champignons). En général, toutes les parois cellulaires offrent une stabilité structurelle à la cellule et une protection contre les stress environnementaux tels que la dessiccation, les changements de pression osmotique et les blessures traumatiques.6

Flagelles et Cils

Certaines cellules eucaryotes utilisent des flagelles pour se déplacer ; cependant, les flagelles eucaryotes sont structurellement distincts de ceux trouvés dans les cellules procaryotes. Alors que le flagelle procaryote est une structure rigide et rotative, un flagelle eucaryote ressemble davantage à un fouet flexible composé de neuf paires parallèles de microtubules entourant une paire centrale de microtubules. Cet arrangement est appelé tableau 9+2 (Figure (PageIndex{14})). Les microtubules parallèles utilisent les protéines motrices de la dynéine pour se déplacer les unes par rapport aux autres, provoquant la flexion du flagelle.

cils (singulier: cil) sont une structure externe similaire trouvée dans certaines cellules eucaryotes. Unique aux eucaryotes, les cils sont plus courts que les flagelles et couvrent souvent toute la surface d'une cellule ; cependant, ils sont structurellement similaires aux flagelles (un réseau 9+2 de microtubules) et utilisent le même mécanisme de mouvement.

Exercice (PageIndex{4})

  1. Expliquez comment l'enveloppe cellulaire des cellules eucaryotes se compare à celle des cellules procaryotes.
  2. Expliquez la différence entre les flagelles eucaryotes et procaryotes.

Concepts clés et résumé

  • Les cellules eucaryotes sont définies par la présence d'un noyau contenant le génome de l'ADN et lié par un membrane nucléaire (ou enveloppe nucléaire) composé de deux bicouches lipidiques qui régulent le transport des matériaux vers et hors du noyau à travers les pores nucléaires.
  • Les morphologies des cellules eucaryotes varient considérablement et peuvent être maintenues par diverses structures, notamment le cytosquelette, la membrane cellulaire et/ou la paroi cellulaire
  • Les nucléole, situé dans le noyau des cellules eucaryotes, est le siège de la synthèse ribosomique et les premières étapes de l'assemblage des ribosomes.
  • Les cellules eucaryotes contiennent ribosomes des années 80 dans le réticulum endoplasmique rugueux (ribosomes liés à la membrane) et le cytoplasme (ribosomes libres). Ils contiennent des ribosomes des années 70 dans les mitochondries et les chloroplastes.
  • Les cellules eucaryotes ont évolué endomembrane système, contenant des organites liés à la membrane impliqués dans le transport. Ceux-ci comprennent les vésicules, le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi.
  • Les réticulum endoplasmique lisse joue un rôle dans la biosynthèse des lipides, le métabolisme des glucides et la détoxification des composés toxiques. Les réticulum endoplasmique rugueux contient des ribosomes 80S liés à la membrane qui synthétisent des protéines destinées à la membrane cellulaire
  • Les Appareil de Golgi traite les protéines et les lipides, généralement par l'ajout de molécules de sucre, produisant des glycoprotéines ou des glycolipides, des composants de la membrane plasmique qui sont utilisés dans la communication de cellule à cellule.
  • Lysosomes contiennent des enzymes digestives qui décomposent les petites particules ingérées par endocytose, de grosses particules ou cellules ingérées par phagocytose, et des composants intracellulaires endommagés.
  • Les cytosquelette, composé de microfilaments, filaments intermédiaires, et microtubules, fournit un support structurel dans les cellules eucaryotes et sert de réseau pour le transport des matériaux intracellulaires.
  • Centrosomes sont des centres d'organisation des microtubules importants dans la formation du fuseau mitotique en mitose.
  • Mitochondries sont le siège de la respiration cellulaire des eucaryotes. Ils ont deux membranes : une membrane externe et une membrane interne avec des crêtes. La matrice mitochondriale, à l'intérieur de la membrane interne, contient l'ADN mitochondrial, les ribosomes 70S et les enzymes métaboliques.
  • La membrane plasmique des cellules eucaryotes est structurellement similaire à celle trouvée dans les cellules procaryotes, et les composants membranaires se déplacent selon le modèle de mosaïque fluide. Cependant, les membranes eucaryotes contiennent des stérols, qui altèrent la fluidité membranaire, ainsi que des glycoprotéines et des glycolipides, qui aident la cellule à reconnaître d'autres cellules et particules infectieuses.
  • En plus du transport actif et du transport passif, les membranes cellulaires eucaryotes peuvent transporter du matériel dans la cellule via endocytose, ou expulser la matière de la cellule via exocytose.
  • Les cellules de champignons, d'algues, de plantes et de certains protistes ont une paroi cellulaire, alors que les cellules des animaux et de certains protozoaires ont un matrice extracellulaire qui fournit un support structurel et médie la signalisation cellulaire.
  • Les flagelles eucaryotes sont structurellement distincts des flagelles procaryotes mais ont un objectif similaire (locomotion). cils sont structurellement similaires aux flagelles eucaryotes, mais plus courts; ils peuvent être utilisés pour la locomotion, l'alimentation ou le mouvement de particules extracellulaires.

Notes de bas de page

  1. 1 A.E. Barnhill, M.T. Brewer, S.A. Carlson. « Effets indésirables des antimicrobiens via l'inhibition prévisible ou idiosyncratique des composants mitochondriaux de l'hôte. » Agents antimicrobiens et chimiothérapie 56 non. 8 (2012): 4046-4051.
  2. 2 Fuchs E, Cleveland DW. "Un échafaudage structurel de filaments intermédiaires dans la santé et la maladie." Science 279 n° 5350 (1998): 514-519.
  3. 3 E. Fuchs, D.W. Cleveland. 5350 (1998): 514-519.
  4. 4 E. 5350 (1998): 514-519.
  5. 5 N. Yarlett, J.H.P. Hackstein. « Hydrogénosomes : une organelle, des origines multiples. » Biosciences 55 non. 8 (2005) : 657-658.
  6. 6 M. Dudzick. « Protistes ». OpenStax CNX. 27 novembre 2013. http://cnx.org/contents/[email protected]

Donateur

  • Nina Parker, (Université Shenandoah), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) et Brian M. Forster (Université Saint Joseph) avec de nombreux auteurs contributeurs. Contenu original via Openstax (CC BY 4.0 ; accès gratuit sur https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Objectifs d'apprentissage

La théorie cellulaire affirme que la cellule est l'unité fondamentale de la vie. Cependant, les cellules varient considérablement en taille, forme, structure et fonction. Au niveau de construction le plus simple, toutes les cellules possèdent quelques composants fondamentaux. Ceux-ci incluent le cytoplasme (une substance semblable à un gel composée d'eau et de produits chimiques dissous nécessaires à la croissance), qui est contenu dans une membrane plasmique (également appelée membrane cellulaire ou membrane cytoplasmique) un ou plusieurs chromosomes, qui contiennent les plans génétiques de la cellule et les ribosomes, organites utilisés pour la production de protéines.

Au-delà de ces composants de base, les cellules peuvent varier considérablement entre les organismes, et même au sein d'un même organisme multicellulaire. Les deux plus grandes catégories de cellules, les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes, sont définies par des différences majeures dans plusieurs structures cellulaires. Les cellules procaryotes n'ont pas de noyau entouré d'une membrane nucléaire complexe et ont généralement un seul chromosome circulaire situé dans un nucléoïde. Les cellules eucaryotes ont un noyau entouré d'une membrane nucléaire complexe qui contient de multiples chromosomes en forme de bâtonnet. [1]

Toutes les cellules végétales et les cellules animales sont eucaryotes. Certains micro-organismes sont composés de cellules procaryotes, tandis que d'autres sont composés de cellules eucaryotes. Les micro-organismes procaryotes sont classés dans les domaines Archaea et Bacteria, tandis que les organismes eucaryotes sont classés dans le domaine Eukarya.

Les structures à l'intérieur d'une cellule sont analogues aux organes à l'intérieur d'un corps humain, avec des structures uniques adaptées à des fonctions spécifiques. Certaines des structures trouvées dans les cellules procaryotes sont similaires à celles trouvées dans certaines cellules eucaryotes, d'autres sont uniques aux procaryotes. Bien qu'il existe quelques exceptions, les cellules eucaryotes ont tendance à être plus grandes que les cellules procaryotes. La taille comparativement plus grande des cellules eucaryotes dicte la nécessité de compartimenter divers processus chimiques dans différentes zones de la cellule, en utilisant des organites complexes liés à la membrane. En revanche, les cellules procaryotes manquent généralement d'organites liés à la membrane, mais elles contiennent souvent des inclusions qui compartimentent leur cytoplasme. Graphique 3.33 illustre des structures typiquement associées aux cellules procaryotes. Ces structures sont décrites plus en détail dans la section suivante.

Graphique 3.33. Une cellule procaryote typique contient une membrane cellulaire, un ADN chromosomique concentré dans un nucléoïde, des ribosomes et une paroi cellulaire. Certaines cellules procaryotes peuvent également posséder des flagelles, des pili, des fimbriae et des capsules.


Morphologies cellulaires

Les cellules eucaryotes présentent une grande variété de cellules différentes morphologies. Les formes possibles incluent sphéroïde, ovoïde, cuboïde, cylindrique, plate, lenticulaire, fusiforme, discoïde, croissant, annulaire stellaire et polygonale (Figure 1). Certaines cellules eucaryotes sont de forme irrégulière et certaines sont capables de changer de forme. La forme d'un type particulier de cellule eucaryote peut être influencée par des facteurs tels que sa fonction principale, l'organisation de son cytosquelette, la viscosité de son cytoplasme, la rigidité de sa membrane cellulaire ou de sa paroi cellulaire (s'il en a une), et la pression physique exercée sur lui par le milieu environnant et/ou les cellules voisines.

Figure 2. Les cellules eucaryotes se présentent sous diverses formes cellulaires. (a) SphéroïdeChromulinealgue. (b) Forme fusiformeTrypanosome. (c) En forme de clocheVorticelle. (d) OvoïdeParamécie. (e) En forme d'anneauPlasmodium ovale. (crédit a : modification du travail par la NOAA crédit b, e : modification du travail par les Centers for Disease Control and Prevention)​

Le noyau et les ribosomes

Présent dans les cellules eucaryotes, le noyau contient le matériel génétique qui détermine l'ensemble de la structure et de la fonction de cette cellule.

Objectifs d'apprentissage

Expliquer le but du noyau dans les cellules eucaryotes

Points clés à retenir

Points clés

  • Le noyau contient l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines.
  • Présent dans le nucléoplasme, le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes.
  • La chromatine est constituée d'ADN enroulé autour des protéines histones et est stockée dans le nucléoplasme.
  • Les ribosomes sont de grands complexes de protéines et d'acide ribonucléique (ARN) responsables de la synthèse des protéines lorsque l'ADN du noyau est transcrit.

Mots clés

  • histone: l'une quelconque des diverses protéines hydrosolubles simples qui sont riches en acides aminés basiques lysine et arginine et sont complexées avec l'ADN dans les nucléosomes de la chromatine eucaryote
  • nucléole: un corps visible, arrondi, non lié à une membrane dans le noyau d'une cellule
  • chromatine: un complexe d'ADN, d'ARN et de protéines dans le noyau cellulaire à partir duquel les chromosomes se condensent pendant la division cellulaire

Le noyau

L'une des principales différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes est le noyau. Comme indiqué précédemment, les cellules procaryotes n'ont pas de noyau organisé, tandis que les cellules eucaryotes contiennent des noyaux liés à la membrane (et des organites) qui abritent l'ADN de la cellule et dirigent la synthèse des ribosomes et des protéines.

Le noyau stocke la chromatine (ADN plus protéines) dans une substance semblable à un gel appelée nucléoplasme. Pour comprendre la chromatine, il est utile de considérer d'abord les chromosomes. La chromatine décrit le matériel qui compose les chromosomes, qui sont des structures au sein du noyau qui sont constituées d'ADN, le matériel héréditaire. Vous vous souvenez peut-être que chez les procaryotes, l'ADN est organisé en un seul chromosome circulaire. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures linéaires. Every eukaryotic species has a specific number of chromosomes in the nuclei of its body’s cells. Par exemple, chez l'homme, le nombre de chromosomes est de 46, alors que chez les mouches des fruits, il est de huit. Les chromosomes ne sont visibles et distinguables les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. In order to organize the large amount of DNA within the nucleus, proteins called histones are attached to chromosomes the DNA is wrapped around these histones to form a structure resembling beads on a string. These protein-chromosome complexes are called chromatin.

DNA is highly organized: This image shows various levels of the organization of chromatin (DNA and protein). Along the chromatin threads, unwound protein-chromosome complexes, we find DNA wrapped around a set of histone proteins.

The nucleus stores the hereditary material of the cell: The nucleus is the control center of the cell. The nucleus of living cells contains the genetic material that determines the entire structure and function of that cell.

The nucleoplasm is also where we find the nucleolus. Le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes. Ribosomes, large complexes of protein and ribonucleic acid (RNA), are the cellular organelles responsible for protein synthesis. They receive their “orders” for protein synthesis from the nucleus where the DNA is transcribed into messenger RNA (mRNA). This mRNA travels to the ribosomes, which translate the code provided by the sequence of the nitrogenous bases in the mRNA into a specific order of amino acids in a protein.

Ribosomes are responsible for protein synthesis: Ribosomes are made up of a large subunit (top) and a small subunit (bottom). Au cours de la synthèse des protéines, les ribosomes assemblent les acides aminés en protéines.

Lastly, the boundary of the nucleus is called the nuclear envelope. Il se compose de deux bicouches phospholipidiques : une membrane externe et une membrane interne. The nuclear membrane is continuous with the endoplasmic reticulum, while nuclear pores allow substances to enter and exit the nucleus.


The Similarities

There are many other cell types in different forms, like neurons, epithelial, muscle cells, etc. But prokaryotes and eukaryotes are the only true cell structures and types. The following points will cover the main similarities.

  • The genetic material, i.e., presence of DNA is common between the two cells.
  • The presence of RNA is common.
  • They both have a cell membrane covering them.
  • Resemblances are seen in their basic chemical structures. Both are made up of carbohydrates, proteins, nucleic acid, minerals, fats, and vitamins.
  • Both of them have ribosomes, which make proteins.
  • They regulate the flow of nutrients and waste matter that enters and exits the cellules.
  • Basic life processes like photosynthesis and reproduction are carried out by them.
  • They need energy supply to survive.
  • They both have ‘chemical noses’ that keep them updated and aware of all the reactions that occur within them and in the surrounding environment.
  • Both these organisms have a fluid-like matrix called the cytoplasm that fills the cells.
  • Both have a cytoskeleton within the cell to support them.
  • They have a thin extension of the plasma membrane which is supported by the cytoskeleton.
  • Flagella and cilia are found in eukaryotes likewise endoflagella, fimbriae, pili and flagella are found in prokaryotes. They are used for motility and adhering to surfaces or moving matter outside the cells.
  • Some prokaryotic and eukaryotic cellules have glycocalyces as a common material. This is a sugar-based structure that is sticky and helps the cells in anchoring to each other thus, giving them some protection.
  • They have a lipid bilayer, known as the plasma layer, that forms the boundary between the inner and outer side of the cell.

There are many differences between them, of which age and structure are the main attributes. It is believed by scientists that eukaryotic cells evolved from prokaryotic cells. In short, both are the smallest units of life.

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Editor's note

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Mapping and characterizing N6-methyladenine in eukaryotic genomes using single-molecule real-time sequencing

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© 2018 Zhu et al. Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Les figures

Differences between bacterial and eukaryotic…

Differences between bacterial and eukaryotic m 6 dA methylomes and a novel approach…

Comprehensive evaluation of m 6…

Comprehensive evaluation of m 6 dA detection based on SMRT-seq data. ( A…

Characterization of a complete m…

Characterization of a complete m 6 dA methylome of C. reinhardtii reveals novel…


Résumé

Planctomycetes form a distinct phylum of the domain Bacteria and possess unusual features such as intracellular compartmentalization and a lack of peptidoglycan in their cell walls. Remarkably, cells of the genus Gemmata even contain a membrane-bound nucleoid analogous to the eukaryotic nucleus. Moreover, the so-called 'anammox' planctomycetes have a unique anaerobic, autotrophic metabolism that includes the ability to oxidize ammonium this process is dependent on a characteristic membrane-bound cell compartment called the anammoxosome, which might be a functional analogue of the eukaryotic mitochondrion. The compartmentalization of planctomycetes challenges our hypotheses regarding the origins of eukaryotic organelles. Furthermore, the recent discovery of both an endocytosis-like ability and proteins homologous to eukaryotic clathrin in a planctomycete marks this phylum as one to watch for future research on the origin and evolution of the eukaryotic cell.


Spliceosomes, Assembled from snRNPs and a Pre-mRNA, Carry Out Splicing

Even before splicing was accomplished in vitro, several observations led to the suggestion that small nuclear RNAs (snRNAs) assist in the splicing reaction. First, the short consensus sequence at the 5′ end of introns was found to be complementary to a sequence near the 5′ end of the snRNA called U1. Second, snRNAs were found associated with hnRNPs in nuclear extracts. Five U-rich snRNAs (U1, U2, U4, U5, and U6), ranging in length from 107 to 210 nucleotides, participate in RNA splicing.

In the nucleus of eukaryotic cells, snRNAs are associated with six to ten proteins in small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs). Some of these proteins are common to all snRNPs, and some are specific for individual snRNPs. Experiments with a synthetic oligonucleotide that hybridizes with the 5′-end region of U1 snRNA and later studies with pre-mRNAs that were mutated in the 5′ splice-site consensus sequence provided strong evidence that base pairing between the 5′ splice site of a pre-mRNA and the 5′ region of U1 snRNA is required for RNA splicing.

Involvement of U2 snRNA in splicing initially was suspected when it was found to have an internal sequence that is largely complementary to the consensus sequence flanking the branch point in pre-mRNAs (see Figure 11-14). Mutation experiments, similar to those conducted with U1 snRNA and 5′ splice sites, demonstrated that base pairing between U2 snRNA and the branch-point sequence in pre-mRNA is critical to splicing. These studies with U1 and U2 snRNAs indicate that during splicing they base-pair with pre-mRNA as shown in Figure 11-17. Significantly, the branch- point A itself, which is not base-paired to U2 snRNA, 𠇋ulges out,” allowing its 2′ hydroxyl to participate in the first transesterification reaction of RNA splicing (see Figure 11-16).

Figure 11-17

Diagram of interactions between pre-mRNA, U1 snRNA, and U2 snRNA early in the splicing process. The 5′ region of U1 snRNA initially base-pairs with nucleotides at the 5′ end of the intron (blue) and 3′ end of the 5′ exon (more. )

Similar studies with other snRNAs demonstrated that RNA-RNA interactions involving them also occur during splicing. For example, an internal region of U6 snRNA initially base-pairs with the 5′ end of U4 snRNA. Rearrangements later in the splicing process result in U6 snRNA base pairing with the 5′ end of U2 snRNA, which remains base-paired to the branch-point sequence in the intron. Later in the splicing process, base pairing of U5 snRNA with four exon nucleotides adjacent to the splice sites displaces U1 snRNA from the pre-mRNA.

Based on the results of these experiments, identification of reaction intermediates, and other biochemical analyses, the five splicing snRNPs are thought to sequentially assemble on the pre-mRNA forming a large ribonucleoprotein complex called a spliceosome, which is roughly the size of a ribosome (Figure 11-18). According to the model depicted in Figure 11-19, assembly of a spliceosome begins with the base pairing of U1 and U2 snRNAs, as part of the U1 and U2 snRNPs, to the pre-mRNA (see Figure 11-17). Extensive base pairing between the snRNAs in the U4 and U6 snRNPs forms a complex that associates with U5 snRNP. The U4/U6/U5 complex then associates, presumably via protein-protein interactions, with the previously formed complex consisting of a pre-mRNA base-paired to U1 and U2 snRNPs to yield a spliceosome.

Figure 11-18

Electron micrograph of a spliceosome. Extracts of HeLa cells were mixed with a β-globin pre-mRNA the reaction was interrupted before splicing was completed, so that the spliceosomes, containing snRNPs and the pre-mRNA substrate, could be purified. (Suite. )

Figure 11-19

The spliceosomal splicing cycle. The splicing snRNPs (U1, U2, U4, U5, and U6) associate with the pre-mRNA and with each other in an ordered sequence to form the spliceosome. This large ribonucleoprotein complex then catalyzes the two transesterification (more. )

After formation of the spliceosome, extensive rearrangements occur in the pairing of snRNAs and the pre-mRNA, as noted previously. The rearranged spliceosome then catalyzes the two transesterification reactions that result in RNA splicing. After the second transesterification reaction, the ligated exons are released from the spliceosome while the lariat intron remains associated with the snRNPs. This final intron-snRNP complex is unstable and dissociates. The individual snRNPs released participate in a new cycle of splicing. The excised intron is rapidly degraded by a �ranching enzyme,” which hydrolyzes the 5′,2′-phosphodiester bond at the branch point, and other nuclear RNases.

It is estimated that at least one hundred proteins are involved in RNA splicing, making this process comparable in complexity to protein synthesis and initiation of transcription. Some of these splicing factors are associated with snRNPs, but others are not. Sequencing of yeast genes encoding splicing factors has revealed that they contain domains with the RNP motif, which interacts with RNA, and the SR motif, which interacts with other proteins and may contribute to RNA binding. Some splicing factors also exhibit sequence homologies to known RNA helicases these may be necessary for the base-pairing rearrangements that occur in snRNAs during the spliceosomal splicing cycle.

Introns whose splice sites do not conform to the standard consensus sequence recently were identified in some pre-mRNAs. This class of introns begins with AU and ends with AC rather than following the usual “GU –𠁚G rule” (see Figure 11-14). Research on the biochemistry of splicing for this special class of introns soon identified four novel snRNPs. Together with the standard U5 snRNP, these snRNPs appear to participate in a splicing cycle analogous to that discussed above.


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    • Auteurs : Nina Parker, Mark Schneegurt, Anh-Hue Thi Tu, Philip Lister, Brian M. Forster
    • Éditeur/site Web : OpenStax
    • Titre du livre : Microbiologie
    • Date de parution : 1 nov. 2016
    • Lieu : Houston, Texas
    • URL du livre : https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/microbiology/pages/3-summary

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