Cours: 1, La Vie

1. Les procaryotesA. Morphologie2. Les eucaryotesA. Architecture cellulaireB. Phylogénie et différenciation3. La biochimie: prologueA. Structures biologiquesB. Processus métaboliques4. L’origine de la vie

Capacité de récupérer de l’énergie à partir d’aliments pour assurer leurs différentes fonctions

Possibilité de s’adapter à des changements dans leur environnement

La faculté de croître, se différencier et de se reproduire

Propriétés communes des organismes vivants:

Vers 1839 T. Schwann a été émise la théorie cellulaire

C’est-a-dire ;1. Tous les êtres vivants sont constitues d’une

ou plusieurs cellules2. La cellule est la plus petite unité possédant

les caractéristiques du vivant3. Toute cellule provient de la division d’une

autre cellule (R.Virchov, 1885)

1 LES PROCARYOTES

Parmi les premiers microscopistes, RobertHooke (17e siècle) a observé des unitésmorphologiques appelés cellules

On distingue deux grandes catégories decellules: les eucaryotes qui ont un noyaudélimité par une membrane qui renfermeleur ADN (acide désoxyribonucléique) etles procaryotes qui sont dépourvus denoyau

Les procaryotes, qui comprennentdifférentes types de bactéries, ont unestructure simple et sont toujoursunicellulaires

Les eucaryotes, qui peuvent être multi-cellulaires ou unicellulaires, sont beaucoupplus complexes

Les virus ne sont pas classés commeorganismes vivants, car ils sont dépourvusde machinerie métabolique qui leurpermettrait de se reproduire hors de leurcellule hôte

A. Morphologie et fonctionsLes procaryotes sont les organismes les plusnombreux sur terre

Certaines bactéries peuvent se développerdans des conditions de vie hostiles auxeucaryotes, ou même exiger ces conditions,telles que des environnements chimiquesdéfavorables, des températures élevées(jusqu’à 113°C) ou l’absence d’oxygène

La vitesse de reproduction est rapide (< 20min pour une division cellulaire)

a. Les procaryotes ont une anatomie relativement simple

-observés pour la première fois en 1683 par l’inventeurdu microscope, Antoine van Leeuwenhoek

Représentation schématique d’une cellule procaryote

b. Les procaryotes utilisent plusieurs sources d’énergiemétabolique

Les autotrophes peuvent synthétiser tous leursconstituants cellulaires à partir de molécules simplestelles que H2O, CO2, NH3 et H2S. Leschimiolithotrophes tirent leur énergie del’oxydation de substances inorganiques:

6CO2 + 6H2O С6Н12О6 + 6O2

2NH3 + 4O2 2HNO3 + 2H2OH2S + 2O2 H2SO4

Des vastes colonies de chimiolithotrophes àcroissance extrêmement lente ont été découvertesà 5 km de profondeur de l’océan

6CO2 + 6H2O С6Н12О6 + 6O2

2NH3 + 4O2 2HNO3 + 2H2OH2S + 2O2 H2SO4

6CO2 + 6H2O С6Н12О6 + 6O2

2NH3 + 4O2 2HNO3 + 2H2OH2S + 2O2 H2SO4

Les hétérotrophes tirent leur énergie del’oxydation de composés organiques et donc setrouvent finalement dépendants des autotrophespour la fourniture de ces substances. Les aérobiesobligatoires (dont les animaux) doivent utiliserl’oxygène, tandis que les anaérobies utilisent desagents oxydants comme le sulfate ou le nitrate

Beaucoup d’organismes peuvent dégraderpartiellement des composés organiques par desréactions d’oxydation/réduction appeléesfermentations. Les anaérobies facultatifs tels queE. Coli peuvent vivre avec ou sans oxygène. Lesanaérobies obligatoires, au contraire, sontempoisonnés par l’oxygène

2 LES EUCARYOTES

Les cellules eucaryotes ont un diamètrecompris entre 10 et 100 m, soit un volume103 à 106 de fois supérieur à celui desprocaryotes

Ce qui caractérise mieux la cellule eucaryoten’est pas la taille mais le fait qu’elle contientune multitude d’organites fermés par unemembrane, chacun ayant une fonctionspécialisée

La cellule eucaryote contient des organites

bordés de membrane

Plasma membrane

Golgiapparatus

Ribosomes

NucleusSmooth endoplasmicreticulum

Roughendoplasmicreticulum

Mitochondrion

Not in most plant cells

Cytoskeleton

Flagellum

Lysosome

Centriole

Peroxisome

Microtubule

Intermediatefilament

Microfilament

A. Architecture cellulaire

Les cellules eucaryotes, comme les procaryotessont limités par une membrane plasmique. Lasurface de beaucoup de cellules eucaryotes estaugmentée par la présence de nombreusesprojections et/ou invaginations

De plus la cellule englobe des portions du milieuextracellulaire par endocytose. Le contraire del’endocytose appelé exocytose, est un mécanismede sécrétion courant chez les eucaryotes

a. Le noyau contient l’ADN de la cellule

-lieu de stockage de l’information génétique codéedans la séquence des bases des molécules d’ADNqui constituent les chromosomes

Chromosomes - constitués de chromatine, uncomplexe d’ADN et de protéines

Nucléole - un corps dense du noyau, lieud’assemblage des ribosomes à partir d’ARNribosomiaux et de protéines ribosomiales,synthétisées dans le cytosol. Les ribosomesimmatures sont alors exportés dans le cytosol

b. Le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgisont impliqués dans des modifications de protéinesmembranaires et de protéines secrétées

-le réticulum endoplasmique granuleux est garniede ribosomes impliqués dans la synthèse desprotéines liées aux membranes ou destinées à êtresécrétées

-le réticulum endoplasmique lisse n’est pas associéà des ribosomes et est le siège de synthèse deslipides

-l’appareil de Golgi est un empilement de vésiculesmembraneuses dans lesquelles ces moléculespoursuivent leur maturation

c. Les mitochondries sont le siège du métabolismeoxydatif

-les mitochondries sont le siège de respirationcellulaire. Leur taille est comparable à celle d’unebactérie. Une cellule eucaryote type contient environ2000 mitochondries

-la mitochondrie présente deux membranes: unemembrane externe lisse et une membrane interneplissé en crêtes

-les mitochondries ont deux compartiments:l’espace intermembranaire et la matrice. Lesenzymes qui catalysent les réactions de la respiration se trouvent dans la matrice

Les mitochondries

d. Les lysosomes et les peroxysomes sont desréservoirs d’enzymes de dégradation

Les lysosmes - découverts en 1949 par Christiande Duve (Prix Nobel, 1974). Les lysosomes sontdes sacs membraneux (diamètre 0.5 m) remplisd’enzymes d’hydrolyse

Les peroxysomes contiennent des enzymesd‘oxydation. Certaines réactions peroxysomialesproduisent du peroxyde d’hydrogène (H2O2), qui

Peut être dégradé par la catalase:

2H2O2 2H2O + O2

e. Le cytosquelette organise le cytosol

Le cytosquelette - vaste réseau de filaments quiconfère à la cellule sa forme et la faculté de sedéplacer et qui assure les mouvements de sesorganites Composantes du cytosquelette:-microtubules (diamètre 250 Å) constitués detubuline et qui guident les mouvements des organites

-microfilaments (diamètre 90 Å) constituésd’actine et qui ont une fonction de soutien mécanique

-filaments intermédiaires (diamètre 100-150 Å)constitués de keratine

Micrographie par immunofluorescence pour révéler l’actine, les mitochondries et le

noyau

B. Phylogénie et différenciation

Dessins de quelques cellules humaines

Arbre phylogéniquede l’évolution de la vie cellulaire sur la Terre

Le développement embryonnaire d’un poisson, d’un amphibien, d’un oiseau et d’un mammifère

Organisationhiérarchiquede structuresbiologiques

A. Structures biologiques

Organisationhiérarchiquede structuresbiologiques

L’organization polymérique des protéines,des acides nucléiques et des polysaccharides

Formation de liaisons peptidiques

résidus d’acides aminésdipeptidestripeptidesoligopeptidespolypeptides

Les protéines peuvent contenir une ou plusieurs chaînes polypeptidiques

Les protéines sont des polymères qui peuvent contenir jusqu’à 5000 acides aminés

Dans la nature il existe 20 acides aminés différents

Les monomères d’acides nucléiques sont des nucléotides

Phosphategroup

Sugar

Les nucléotides sont composés d'un sucre, d'une base azotée hétérocyclique et d'au moins un groupe

phosphoryle

Nitrogenousbase (A)

Les cinq bases principales dans des acides nucléiques

A, G, T, C are present in DNAA, G, U, C are present in RNA

L’ADN contient le désoxyribose tandis que l’ARN contient le ribose

Les acides nucléiques se forment par l'établissement d'une liaison covalente entre le groupe phosphoryle d'un nucléotide et le groupe hydroxyle du sucre d'un autre nucléotide (liaison

phosphodiestère):

Structure de la double hélice de l’ADN: deux brins complémentaires et

antiparallèlles

Hydrogen bonding between complementary base pairs (A-T or G-C) holds the two strands together

B. Processus métaboliques

La plupart des réactions biochimiques fontpartie d’une voie métabolique:

Voies cataboliques - par lesquelles les nutriments etsubstances cellulaires sont dégradés afin de fournirde l’énergieVoies anaboliques - synthèse de biomolécules à partir

de molécules plus simples

S A B PE1 E2 E3 E4 etc

L’énergie nécessaire aux processus anaboliquesest fournie grâce au catabolisme,essentiellement sous forme d’adénosinetriphosphate (ATP):

ATP + H2O ADP + HPO42-

Des processus qui consomme de l’énergie, commela contraction musculaire dépendent del’hydrolyse de l’ATP. Ainsi, les processusanaboliques et cataboliques sont couplés entreeux via la monnaie de l’énergie biologiqueuniverselle, l’ATP

5 L’ORIGINE DE LA VIE

La vie sur Terre a dû apparaître il y a 4milliards d’années en trois étapes:

1. L’évolution chimique au cours de laquelle dessimples molécules ont réagi pour former despolymères organiques complexes

2. L’organisation spontanée de ces polymères pourdonner des entités capables de se répliquer

3. L’évolution biologique aboutissant à la complexitédes formes modernes de vie

Les trois stades de l’évolution de la vie

B. L’évolution chimique

Expérience de Stanley Miller et Harold Urey (1953) simulant les effets d’éclairs d’orage dans l’atmosphere réductrice primitive (H2O, CH4, NH3, H2).La solution obtenue à la fin contenait des composés organiques hydrosolsolublescomme des acides aminés. 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