4.2 : Cellules procaryotes

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Compétences à développer

Nommez des exemples d'organismes procaryotes et eucaryotes
Comparer et contraster les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes
Décrire les tailles relatives des différents types de cellules
Expliquez pourquoi les cellules doivent être petites

Les cellules appartiennent à l'une des deux grandes catégories suivantes : procaryotes et eucaryotes. Seuls les organismes principalement unicellulaires des domaines Bactéries et Archées sont classés comme procaryotes (pro- = « avant » ; -kary- = « noyau »). Les cellules des animaux, des plantes, des champignons et des protistes sont toutes des eucaryotes (eu- = « vrai ») et sont constituées de cellules eucaryotes.

Composants des cellules procaryotes

Toutes les cellules partagent quatre composants communs : 1) une membrane plasmique, une enveloppe extérieure qui sépare l'intérieur de la cellule de son environnement environnant ; 2) un cytoplasme, constitué d'un cytosol ressemblant à de la gelée à l'intérieur de la cellule dans lequel se trouvent d'autres composants cellulaires ; 3) l'ADN, le matériel génétique de la cellule ; et 4) les ribosomes, qui synthétisent les protéines. Cependant, les procaryotes diffèrent des cellules eucaryotes de plusieurs manières.

Un procaryote est un organisme simple, principalement unicellulaire (unicellulaire), dépourvu de noyau ou de tout autre organite lié à la membrane. Nous verrons bientôt que cela est très différent chez les eucaryotes. L'ADN procaryote se trouve dans une partie centrale de la cellule : le nucléoïde (Figure\(\PageIndex{1}\)).

Dans cette illustration, la cellule procaryote a une forme ovale. Le chromosome circulaire est concentré dans une région appelée nucléoïde. Le liquide à l'intérieur de la cellule s'appelle le cytoplasme. Les ribosomes, représentés par de petits cercles, flottent dans le cytoplasme. Le cytoplasme est recouvert d'une membrane plasmique, elle-même enveloppée par une paroi cellulaire. Une capsule entoure la paroi cellulaire. La bactérie représentée possède un flagelle qui fait saillie à partir d'une extrémité étroite. Les pili sont de petites protubérances qui sortent de la capsule dans toutes les directions. — Figure\(\PageIndex{1}\) : Cette figure montre la structure généralisée d'une cellule procaryote. Tous les procaryotes possèdent un ADN chromosomique localisé dans un nucléoïde, des ribosomes, une membrane cellulaire et une paroi cellulaire. Les autres structures présentées sont présentes chez certaines bactéries, mais pas dans toutes.

La plupart des procaryotes ont une paroi cellulaire de peptidoglycane et beaucoup ont une capsule de polysaccharide (Figure\(\PageIndex{1}\)). La paroi cellulaire agit comme une couche de protection supplémentaire, aide la cellule à conserver sa forme et prévient la déshydratation. La capsule permet à la cellule de se fixer aux surfaces de son environnement. Certains procaryotes ont des flagelles, des pili ou des fimbriae. Les flagelles sont utilisés pour la locomotion. Les pili sont utilisés pour échanger du matériel génétique lors d'un type de reproduction appelé conjugaison. Les fimbriae sont utilisés par les bactéries pour se fixer à une cellule hôte.

Career Connection : Microbiologiste

La mesure la plus efficace que l'on puisse prendre pour prévenir la propagation de maladies contagieuses est de se laver les mains. Pourquoi ? Parce que les microbes (organismes si petits qu'ils ne peuvent être vus qu'au microscope) sont omniprésents. Ils vivent sur les poignées de porte, l'argent, vos mains et bien d'autres surfaces. Si quelqu'un éternue dans sa main et touche une poignée de porte, puis que vous touchez cette même poignée de porte, les microbes contenus dans le mucus de l'éternueur sont maintenant sur vos mains. Si vous touchez vos mains à votre bouche, à votre nez ou à vos yeux, ces microbes peuvent pénétrer dans votre corps et vous rendre malade.

Cependant, ce ne sont pas tous les microbes (également appelés microorganismes) qui provoquent des maladies ; la plupart sont en fait bénéfiques. Votre intestin contient des microbes qui produisent de la vitamine K. D'autres microorganismes sont utilisés pour fermenter la bière et le vin.

Les microbiologistes sont des scientifiques qui étudient les microbes. Les microbiologistes peuvent poursuivre un certain nombre de carrières. Non seulement ils travaillent dans l'industrie alimentaire, mais ils sont également employés dans les domaines vétérinaire et médical. Ils peuvent travailler dans le secteur pharmaceutique et jouer un rôle clé dans la recherche et le développement en identifiant de nouvelles sources d'antibiotiques qui pourraient être utilisés pour traiter les infections bactériennes.

Les microbiologistes de l'environnement peuvent rechercher de nouvelles façons d'utiliser des microbes spécialement sélectionnés ou génétiquement modifiés pour éliminer les polluants du sol ou des eaux souterraines, ainsi que les éléments dangereux des sites contaminés. Ces utilisations des microbes sont appelées technologies de bioremédiation. Les microbiologistes peuvent également travailler dans le domaine de la bioinformatique, fournissant des connaissances et des informations spécialisées pour la conception, le développement et la spécificité de modèles informatiques, par exemple, d'épidémies bactériennes.

Taille de la cellule

Avec un diamètre de 0,1 à 5,0 μm, les cellules procaryotes sont significativement plus petites que les cellules eucaryotes, qui ont des diamètres allant de 10 à 100 μm (Figure\(\PageIndex{2}\)). La petite taille des procaryotes permet aux ions et aux molécules organiques qui y pénètrent de se diffuser rapidement vers d'autres parties de la cellule. De même, tous les déchets produits dans une cellule procaryote peuvent se diffuser rapidement. Ce n'est pas le cas des cellules eucaryotes, qui ont développé différentes adaptations structurales pour améliorer le transport intracellulaire.

Partie a : Les tailles relatives sur une échelle logarithmique, de 0,1 nm à 1 m, sont indiquées. Les objets sont présentés du plus petit au plus grand. Le plus petit objet représenté, un atome, mesure environ 1 nm. Les autres objets les plus importants présentés sont les lipides et les protéines ; ces molécules se situent entre 1 et 10 nm. Les bactéries mesurent environ 100 nm et les mitochondries, environ 1 mu m grec. Les cellules végétales et animales ont une taille comprise entre 10 et 100 mu m grecs. Un œuf humain mesure entre 100 mu m grec et 1 mm. Un œuf de grenouille mesure environ 1 mm. Un œuf de poule et un œuf d'autruche mesurent tous deux entre 10 et 100 mm, mais un œuf d'autruche est plus gros. À titre de comparaison, un être humain mesure environ 1 m de haut. — Figure\(\PageIndex{2}\) : Cette figure montre les tailles relatives des microbes sur une échelle logarithmique (rappelons que chaque unité d'augmentation sur une échelle logarithmique représente une multiplication par 10 de la quantité mesurée).

Une petite taille, en général, est nécessaire pour toutes les cellules, qu'elles soient procaryotes ou eucaryotes. Voyons pourquoi il en est ainsi. Nous allons d'abord examiner la surface et le volume d'une cellule typique. Les cellules ne sont pas toutes de forme sphérique, mais la plupart ont tendance à se rapprocher d'une sphère. Vous vous souvenez peut-être, lors de votre cours de géométrie au lycée, que la formule pour la surface d'une sphère est\(4\pi r^2\), alors que la formule pour son volume l'est\(4\pi r^2/3\). Ainsi, lorsque le rayon d'une cellule augmente, sa surface augmente en tant que carré de son rayon, mais son volume augmente en tant que cube de son rayon (beaucoup plus rapidement). Par conséquent, à mesure que la taille d'une cellule augmente, son rapport surface/volume diminue. Le même principe s'appliquerait si la cellule avait la forme d'un cube (Figure\(\PageIndex{3}\)). Si la cellule devient trop grande, la surface de la membrane plasmique ne sera pas suffisante pour supporter la vitesse de diffusion requise pour l'augmentation du volume. En d'autres termes, à mesure qu'une cellule grandit, elle devient moins efficace. L'un des moyens de gagner en efficacité est de diviser ; un autre moyen consiste à développer des organites qui accomplissent des tâches spécifiques. Ces adaptations mènent au développement de cellules plus sophistiquées appelées cellules eucaryotes.

Art Connection

Sur la gauche, une sphère de 1 mm de diamètre est enfermée dans une boîte de même largeur. Sur la droite, la même sphère est enfermée dans une boîte de 2 mm de diamètre. — Figure\(\PageIndex{3}\) : Notez qu'à mesure que la taille d'une cellule augmente, son rapport surface/volume diminue. Lorsque la surface est insuffisante pour supporter le volume croissant d'une cellule, celle-ci se divise ou meurt. La cellule de gauche a un volume\(\mathrm{1\: mm^3}\) et une surface de\(\mathrm{6\: mm^2}\), avec un rapport surface/volume de\(6\) à\(1\), tandis que la cellule de droite a un volume\(\mathrm{8\: mm^3}\) et une surface de\(\mathrm{24\: mm^2}\), avec un rapport surface/volume de\(3\) à\(1\).

Les cellules procaryotes sont beaucoup plus petites que les cellules eucaryotes. Quels avantages une petite taille de cellule peut-elle conférer à une cellule ? Quels avantages peuvent présenter des cellules de grande taille ?

Résumé

Les procaryotes sont principalement des organismes unicellulaires des domaines des bactéries et des archées. Tous les procaryotes possèdent des membranes plasmiques, un cytoplasme, des ribosomes et un ADN qui n'est pas lié à la membrane. La plupart ont des parois cellulaires de peptidoglycane et beaucoup contiennent des capsules de polysaccharides. Le diamètre des cellules procaryotes varie de 0,1 à 5,0 μm.

À mesure que la taille d'une cellule augmente, son rapport surface/volume diminue. Si la cellule devient trop grande, la surface de la membrane plasmique ne sera pas suffisante pour supporter la vitesse de diffusion requise pour l'augmentation du volume.

Connexions artistiques

Figure\(\PageIndex{3}\) : Les cellules procaryotes sont beaucoup plus petites que les cellules eucaryotes. Quels avantages une petite taille de cellule peut-elle conférer à une cellule ? Quels avantages peuvent présenter des cellules de grande taille ?

Réponse: Les substances peuvent se diffuser plus rapidement à travers les petites cellules. Les petites cellules n'ont pas besoin d'organites et n'ont donc pas besoin de dépenser de l'énergie pour faire passer des substances à travers les membranes des organites. Les grandes cellules possèdent des organites capables de séparer les processus cellulaires, ce qui leur permet de construire des molécules plus complexes.

Lexique

nucléoïde: partie centrale d'une cellule procaryote dans laquelle se trouve le chromosome

procaryote: organisme unicellulaire dépourvu de noyau ou de tout autre organite lié à la membrane