Notions de base en génétique/Cellule

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La cellule est l'unité d'organisation structurale des systèmes vivants, c'est-à-dire qu'elle est le plus petit système compatible avec la Vie qui implique une régulation et une coordination des activités. Elle peut soit être un organisme à part entière, ou bien constituer un élément d'un organisme pluricellulaire constitué de plusieurs cellules qui coopèrent : de quelques cellules, pour les plus simples, jusqu'à plusieurs millions de millions de cellules, pour les plus complexes.

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cellules observées par R. Hooke dans du liège

On peut d'ores et déjà les séparer en deux grands groupes:
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cellules procaryotes

Cellules dont l'ADN est libre dans le cytoplasme (les bactéries, par exemple). Les procaryotes sont des cellules plus primitives, qui sont apparues en premier au cours de l'évolution.

cellules eucaryotes

Cellules qui ont une organisation complexe, de nombreux organites cytoplasmiques et avec un noyau qui contient l'ADN et qui est lui-même entouré ("séparé" du cytoplasme) par une enveloppe nucléaire.

Structure cellulaire

Une cellule est principalement constituée des éléments suivants :

• une membrane plasmique, qui la délimite et l' "isole" du milieu extérieur. La membrane plasmique est quasi la même chez les procaryotes et les eucaryotes.
• un cytoplasme, qui est la totalité du matériel cellulaire contenu par la membrane plasmique, excepté le noyau pour les eucaryotes. Il contient l'ADN chez les procaryotes.
• un noyau, qui sert à contrôler les réactions chimiques du cytoplasme et stocker les informations nécessaires à la division cellulaire et qui n'est présent que chez les eucaryotes. Il contient l'ADN chez ces derniers.

Notion de cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est l’ensemble des phases par lesquelles une cellule passe entre deux divisions successives. Il a pour principale fonction de doubler la quantité d'ADN, pour permettre à chacune des cellules issues de la division cellulaire, ou mitose, d'acquérir une copie du génome. On le divise en quatre phases:

• La phase M, pour mitose, correspond à la division cellulaire de la cellule mère en deux cellules filles.
• La phase G1, pour Gap 1, correspond à un temps de croissance cellulaire, qui peut être plus ou moins long selon le type cellulaire.
• La phase S, pour synthèse, correspond à la réplication de l'ADN. La cellule possèdera donc maintenant deux copies de chaque molécule d'ADN.
• La phase G2, pour Gap 2, correspond à une seconde phase de croissance cellulaire, qui peut elle aussi être de durée variable.

On rassemble les phases G1, S et G2 sous l'appellation interphase, qui est ici représentée par le cercle extérieur en orange. C’est globalement une phase de croissance pour la cellule. Elle est à opposer à la mitose qui correspond ici au cercle extérieur en jaune, phase exclusive de division cellulaire. De plus il faut savoir que certaines cellules "sortent" de ce cycle, elles ne se divisent plus, on dit qu’elles sont en phase G0, c’est le cas, par exemple, des neurones.

Le génome d'une cellule est à un exemplaire lors de la fin de la phase M et de la phase G1, passe progressivement de un à deux exemplaires lors de la phase S, est à deux exemplaires pendant les phases G2 et M et à la fin de la phase M le génome repasse à un exemplaire par cellule après la scission de la cellule initiale.

Il existe deux états cellulaires au cours du cycle de l'espèce (d'une génération à la suivante) : haploïde et diploïde.
Pour une espèce, on distingue n formes de chromosomes communes à toutes les cellules de l'espèce et, selon l'état, ces n formes de chromosomes sont à un ou deux exemplaires. On définit alors :

Cellule haploïde

Une cellule biologique est haploïde lorsque les chromosomes qu'elle contient sont chacun en un seul exemplaire (n chromosomes).

Cellule diploïde

Une cellule biologique est diploïde lorsque les chromosomes qu'elle contient sont présents par paires (2n chromosomes).

Chez les humains, et la plupart des animaux, la phase diploïde (2n) est très dominante, la phase haploïde (n) ne concerne que la formation des gamètes: spermatozoïde ou ovule. Mais chez certains organismes comme les mousses ou certaines algues, le schéma est inversé : la phase diploïde (2n) ne suit que très brièvement la fécondation, le végétal se développe sous forme haploïde (n).

Quand on parle de génome lors du cycle cellulaire c’est l’ensemble des chromosomes possédés. Ce qui donne pour :

• une cellule haploïde une variation du génome (n)-->2(n)-->(n),
• une cellule diploïde une variation du génome (2n)-->2(2n)-->(2n).

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Durée du cycle cellulaire ? : Il est très variable selon le type de cellule que l’on considère, les nutriments disponibles et bien d'autres facteurs biologiques.

Il peut être très rapide, par exemple chez certaines bactéries (ex: E.coli) ou certaines algues : entre une demi-heure et une heure. Ou alors prendre de quelques heures à quelques jours pour la plupart des types cellulaires. Mais il peut aussi s'arrêter totalement, comme par exemple chez le neurone, qui ne se divise plus (il est alors en phase G0).