Structure et fonction des cellules procaryotes

Structure et fonction des cellules procaryotes

La grande majorité des cellules sur Terre sont procaryotes, nous sommes donc en minorité. Vous sentez-vous en infériorité numérique ?

Si les procaryotes n’étaient pas si laids, ils seraient plutôt mignons :

Il existe deux grands types de procaryotes :

• Les bactéries (singulier « bactérie »)
• Les archées (singulier « archéon »)

Comme vous avez pu le lire plus haut dans cette unité, les biologistes estiment désormais que chaque être humain porte dans son corps près de 20 fois plus de cellules bactériennes, ou procaryotes, que de cellules humaines, ou eucaryotes. Si cette statistique vous accable, soyez assuré que la plupart de ces bactéries essaient de vous aider, et non de vous faire du mal.

Numériquement, il y a 20 fois plus de cellules procaryotes sur Terre que de cellules eucaryotes. Il ne s’agit toutefois que d’une estimation minimale, car il existe des trillions et des trillions de cellules bactériennes qui ne sont pas associées à des organismes eucaryotes.

En outre, toutes les archées sont procaryotes, elles aussi. Comme c’est le cas pour les bactéries, on ne sait pas combien de cellules d’archées se trouvent sur Terre, mais il est certain que le nombre est astronomique. Au total, les cellules eucaryotes ne représentent qu’une toute petite fraction du nombre total de cellules sur Terre. Alors… qui dirige cet endroit, déjà ?

Il existe quatre structures principales partagées par toutes les cellules procaryotes, bactériennes ou archéennes :

1. La membrane plasmique
2. Cytoplasme
3. Ribosomes
4. Matériel génétique (ADN et ARN)

Certaines cellules procaryotes possèdent également d’autres structures comme la paroi cellulaire, les pili (singulier « pillus ») et les flagelles (singulier « flagellum »). Chacune de ces structures et composants cellulaires joue un rôle essentiel dans la croissance, la survie et la reproduction des cellules procaryotes.

Membrane plasmique procaryote

Les cellules procaryotes peuvent avoir plusieurs membranes plasmiques. Les procaryotes connus sous le nom de « bactéries gram-négatives », par exemple, ont souvent deux membranes plasmatiques avec un espace entre elles appelé périplasme. Comme dans toutes les cellules, la membrane plasmique des cellules procaryotes est chargée de contrôler ce qui entre et sort de la cellule.

Une série de protéines coincées dans la membrane (les pauvres) aide également les cellules procaryotes à communiquer avec le milieu environnant. Entre autres choses, cette communication peut inclure l’envoi et la réception de signaux chimiques provenant d’autres bactéries et l’interaction avec les cellules d’organismes eucaryotes au cours du processus d’infection. L’infection, soit dit en passant, est le genre de chose que vous ne voulez pas que les procaryotes vous fassent.

Ne perdez pas de vue que la membrane plasmique est universelle pour toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes. Parce que ce composant cellulaire est si important et si commun, il est abordé de manière très détaillée dans sa propre sous-section En profondeur.

Cytoplasme procaryote

Le cytoplasme des cellules procaryotes est une substance semblable à un gel, mais fluide, dans laquelle tous les autres composants cellulaires sont en suspension. Pensez à de la gelée pour les cellules. Il est très similaire au cytoplasme eucaryote, sauf qu’il ne contient pas d’organelles.

Récemment, les biologistes ont découvert que les cellules procaryotes possèdent un cytosquelette complexe et fonctionnel similaire à celui observé dans les cellules eucaryotes2. Le cytosquelette aide une cellule procaryote à se diviser et à conserver sa forme ronde et dodue. Comme c’est le cas dans les cellules eucaryotes, le cytosquelette est le cadre dans lequel les particules de la cellule – y compris les protéines, les ribosomes et les petits anneaux d’ADN appelés plasmides – se déplacent. C’est le « système autoroutier » de la cellule suspendu dans la gelée.

Ribosomes procaryotes

Les ribosomes procaryotes sont plus petits et ont une forme et une composition légèrement différentes de celles des cellules eucaryotes. Les ribosomes bactériens, par exemple, ont environ la moitié de la quantité d’ARN ribosomal (ARNr) et un tiers de moins de protéines ribosomales (53 contre ~83) que les ribosomes eucaryotes3. Malgré ces différences, la fonction du ribosome procaryote est pratiquement identique à celle de la version eucaryote. Tout comme dans les cellules eucaryotes, les ribosomes procaryotes construisent des protéines en traduisant les messages envoyés par l’ADN.

Matériel génétique procaryote

Toutes les cellules procaryotes contiennent de grandes quantités de matériel génétique sous forme d’ADN et d’ARN. Comme les cellules procaryotes, par définition, ne possèdent pas de noyau, un seul grand brin circulaire d’ADN contenant la plupart des gènes nécessaires à la croissance, à la survie et à la reproduction des cellules se trouve dans le cytoplasme.

Cet ADN chromosomique a tendance à ressembler à un fouillis de cordes au milieu de la cellule :

Image de micrographie électronique à transmission (Source)

En général, l’ADN est réparti dans toute la cellule, où il est facilement accessible pour être transcrit en ARN messager (ARNm) qui est immédiatement traduit par les ribosomes en protéines. Parfois, lorsque les biologistes préparent des cellules procaryotes pour les observer au microscope, l’ADN se condense dans une partie de la cellule pour produire une zone assombrie appelée nucléoïde.

Comme dans les cellules eucaryotes, le chromosome procaryote est intimement associé à des protéines spéciales impliquées dans le maintien de la structure chromosomique et la régulation de l’expression des gènes.

En plus d’un seul grand morceau d’ADN chromosomique, de nombreuses cellules procaryotes contiennent également de petits morceaux d’ADN appelés plasmides. Ces anneaux circulaires d’ADN sont répliqués indépendamment du chromosome et peuvent être transférés d’une cellule procaryote à une autre par l’intermédiaire des pili, qui sont de petites projections de la membrane cellulaire pouvant former des canaux physiques avec les pili des cellules adjacentes.

Le transfert de plasmides entre une cellule et une autre est souvent appelé « sexe bactérien ». Ça a l’air sale.

Les gènes de résistance aux antibiotiques, ou l’inefficacité progressive des antibiotiques dans les populations, sont souvent portés par des plasmides. Si ces plasmides sont transférés de cellules résistantes à des cellules non résistantes, l’infection bactérienne dans les populations peut devenir beaucoup plus difficile à contrôler. Par exemple, on a appris récemment que la superbactérie MRSA, ou Staphylococcus aureus multirésistant, a reçu certains de ses gènes de résistance aux médicaments sur des plasmides4.

Les cellules procaryotes sont souvent considérées comme « plus simples » ou « moins complexes » que les cellules eucaryotes. À certains égards, c’est vrai. Les cellules procaryotes ont généralement moins de structures visibles, et les structures qu’elles possèdent sont plus petites que celles observées dans les cellules eucaryotes.

Ne vous laissez pas berner. Ce n’est pas parce que les cellules procaryotes semblent « simples » qu’elles sont en quelque sorte inférieures ou inférieures aux cellules et organismes eucaryotes. Faire cette supposition peut vous attirer de sérieux ennuis.

Les biologistes apprennent aujourd’hui que les bactéries sont capables de communiquer et de collaborer entre elles à un niveau de complexité qui rivalise avec tout système de communication jamais développé par les humains5. Prenez ça, Facebook et Twitter ! Les procaryotes vous ont bien montré.

En outre, certaines cellules archéennes sont capables de prospérer dans des environnements si hostiles qu’aucune cellule eucaryote n’y survivrait plus de quelques secondes6. Essayez de vivre dans une source chaude, un lac salé, un volcan ou même dans les profondeurs du sous-sol.Les cellules procaryotes sont également capables de réaliser des choses dont les cellules eucaryotes ne pourraient que rêver, en partie grâce à leur simplicité accrue. Être plus grand et plus complexe n’est pas toujours mieux.

Ces cellules et organismes sont tout aussi adaptés à leurs conditions locales que n’importe quel eucaryote et, en ce sens, sont tout aussi « évolués » que n’importe quel autre organisme vivant sur terre.

Casse-croûte cérébral

Un type de communication bactérienne, également appelé quorum sensing, consiste à utiliser de petits signaux chimiques pour compter le nombre de bactéries. Écoutez-en plus à ce sujet ici.