Comparaison des cellules des Procaryotes et des Eucaryotes

1. Définitions

La cellule est une entité logique : c'est un compartiment cloisonné par une membrane dans lequel sont regroupées toutes les molécules du vivant. Sans cette membrane ces biomolécules seraient diluées dans le milieu environnant.
Tout être vivant (donc tout organisme) est soit une cellule isolée, soit une association de plusieurs cellules.
C'est avec l'avènement du microscope que l'on se rendit compte que la cellule est l'unité de base de la matière vivante. C'est à Robert Hooke que l'on doit la première observation d'une cellule d'une mince tranche de liège (figure ci-contre).
Le concept de cellule a été énoncé en 1838 par Schwann et Schleiden.
Figure ci-contre : structure microscopique d'une coupe de liège dessinée par Robert Hooke et publiée en 1665 dans son traité "Micrographia".

Source :
"Rare Books and Manuscripts Division,
The New-York Public Library ; Astor, Lenox and Tilden Foudations"

Il existe deux grands types d'organismes :

*Les Procaryotes (du grec, pro, avant et karyon, noyau) sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane.* Le Procaryote le plus étudié est probablement la bactérie Escherichia coli (figure ci-dessous).		Les cellules des Eucaryotes (eu, propre) sont généralement de plus grande taille, avec un noyau bordé d'une membrane. Le plus souvent, elles contiennent aussi des membranes internes qui cloisonnent la cellule en y délimitant des organites qui ont des fonctions biologiques spécialisées (figure ci-dessous).
Ces photographies au microscope électronique donnent une idée de l'échelle de *Escherichia coli* sur la pointe d'une épingle. Source figure : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al. (1983)		Source : "Molecular Cell Biology" (2nd Ed.) Darnell et al. (1990)

2. Evolution biologique des Procaryotes aux Eucaryotes : théorie endosymbiotique
Figure ci-dessous :
Selon la théorie endosymbiotique sériée énoncée par Margulis et Taylor (1979), les cellules Eucaryotes proviennent de l'association de plusieurs Procaryotes.
Cette théorie s'appuie entre autre sur les élèments suivants :

la taille des mitochondries et des chloroplastes est semblable à celle des bactéries
chacun de ces organites possède un matériel génétique (ADN) qui lui est propre
chacun de ces organites possède le matériel nécessaire pour la synthèse protéique (ARNt, ribosomes, polymérases)
chacun de ces organites peut se diviser par étranglement médian (après avoir dupliqué le matériel génétique)

La théorie endosymbiotique de l'origine de la cellule Eucaryote postule que :

la mitochondrie dérive d'une bactérie respirante
le chloroplaste dérive des cyanobactéries

Comparaison des cellules des Procaryotes et des Eucaryotes 5PhagocytChloro

Source : Futura-Sciences.

Comparaison des cellules des Procaryotes et des Eucaryotes 6ArbreEvolution

Source : "Biologie moléculaire de la cellule" Alberts et al. (1983)

Le monde vivant est divisé en 3 domaines :

les Eubactéries
les Archaea
les Eucarya qui regroupent eux-mêmes :
1. les protistes
2. les champignons
3. les animaux
4. les plantes
</LI>

Des analyses phylogénétiques fondées sur les séquences de gènes dupliqués avant la diversification de ces trois règnes ont suggéré que les Archaebactéries sont les Procaryotes les plus proches parents des Eucaryotes. Figure ci-contre : l'origine des Eucaryotes selon la théorie d'une symbiose entre Procaryotes aérobies et anaérobies.

3. Comparaison des caractéristiques des cellules Procaryotes et Eucaryotes

	Escherichia coli (volume # 2 10^-12cm³)		Cellule hépatique de rat (volume # 2 10^-9cm³)
Constituants (Masse molaire moyenne en Da)	% du poids total	nombre de molécules par cellule	% du poids total	nombre de molécules par cellule
eau (18) ions inorganiques (40)	70 1 - 2	4 10¹⁰ 2,5 10⁸	75 - 85 1 - 2	4,2 10¹³ 2,4 10¹¹
petites molécules et précurseurs (100 - 300) lipides et précurseurs (750)	3 - 4 1 - 2	2,5 10⁸ 2,5 10⁷	0,5 - 2 2 - 5	1,4 10¹⁰ 2,5 10¹⁰
polysaccharides*	1 - 2	-------	2 - 10	-------
protéines (4 10⁴)	15	3,6 10⁶	10 - 12	2,5 109
ARN (10⁴ - 10⁶)	6	4,6 10⁵	0,8 - 1	1,5 10⁸
ADN (2,510⁹)	1	1 - 2
*Une cellule de grain de blé contient environ 10 - 15 % d'eau et 70 - 75% de polysaccharides sous la forme de réserve d'amidon.
Sources: J.-C. CALLEN - "Biologie Cellulaire" (1999), Ed. DUNOD - ISBN : 2 10 003197 X

Sources

J.P. Euzéby - "Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire"

"Cellule" - Encyclopedie-fr.snyke.com

Caractéristiques	cellule Procaryote	cellule Eucaryote
Taille typique	1-10 µm	10-100 µm
Type de noyau	nucléoïde (pas de véritable noyau)	vrai noyau avec double membrane
Division de la cellule	division simple	mitose (réplication de la cellule) méiose (menant à la formation de gamètes)
Organisation génétique
Membrane nucléaire	non	oui
Nombre de chromosomes	généralement 1	> 1
Chromosome circulaire	oui	non
Histones	non	oui
Nucléole	non	oui
Echange génétique	transfert unidirectionnel	fusion de gamètes
ARN et synthèse des protéines	couplé au cytoplasme	synthèse d'ARN dans le noyau synthèse de protéines dans le cytoplasme
Premier acide aminé initiant la synthèse d'une chaîne polypeptidique	méthionine ou N-formylméthionine	méthionine
Structures cellulaires et organites
Réticulum endoplasmique	non	oui
Appareil de Golgi	non	oui
Lysosomes	non	oui
Mitochondries	non	oui
Chloroplastes	non	oui chez les plantes
Microtubules	non	oui
Paroi cellulaire avec peptidoglycane	oui	non
Présence de stérols dans les membranes	non	oui
Endospores	oui, parfois	non
Taille des ribosomes	70 S	80 S, sauf mitochondries et chloroplastes
Localisation des ribosomes	dispersés dans le cytoplasme	dispersés dans le cytoplasme ou liés au réticulum endoplasmique
Constantes de sédimentation des ARN ribosomaux	16S, 23S, 5S	18S, 28S, 5,8S, 5S
Attributs fonctionnels
Phagocytose	non	oui, parfois
Pinocytose	non	oui, parfois
Flux cytoplasmique	non	oui
Mouvement de la cellule	flagelles faites de flagelline	flagelle et cils faits de tubuline
Site du transport des électrons	membrane cellulaire	membrane des organites

Le transport des macromolécules biologiques est effectué par des vésicules membranaires et selon deux processus :

l'exocytose (sortie des macromolécules) : le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi échangent en permanence du matériel biologique. Ces molécules sont triées au niveau de l'appareil de Golgi puis exportées par des vésicules membranaires. Certaines vésicules fusionnent avec la membrane plasmique et leur contenu est liberé dans le milieu extérieur.

Dans la figure ci-contre, la structure polarisée du dictyosome Golgien apparaît au travers de la distinction entre saccules cis, medium et trans qui n'ont ni la même forme, ni la même composition chimique.
Les vésicules périphériques permettent aux saccules de communiquer entre eux.
Les vésicules de transition assurent le passage entre le réticulum endoplasmique rugueux et l'appareil de Golgi.
Dans les cellules sécrétrices la face trans est marquée par de volumineux grains de sécrétion.

Source : J.-C. CALLEN - "Biologie Cellulaire" (1999)

Comparaison des cellules des Procaryotes et des Eucaryotes 7Secretion

l'endocytose (entrée des macromolécules) : des parties de la membrane plasmique s'invaginent vers l'intérieur de la cellule. Elles forment des vésicules d'endocytose. La cellule peut ainsi faire entrer des molécules.

Les lysosomes sont des vésicules intracellulaires qui contiennent des enzymes de dégradation. Ces vésicules fusionnent avec les vésicules de phagocytose et leur contenu est dégradé. La cellule récupère ainsi les éléments de base constitutifs des macromolécules