B. Universalité des constituants cellulaires
L'étude des cellules au niveau moléculaire permet de dresser un répertoire de leurs constituants. Chacun de ces constituants exerce un rôle particulier et leur ensemble permet aux cellules de conserver leur intégrité, de croître et de se reproduire. Les constituants des cellules sont universels, c'est à dire qu'ils se retrouvent chez tous les êtres vivants.
1. Constituants cellulaires communs
L'ensemble des êtres vivants est constitué de :
L'eau (H2O) est de loin la molécule la plus abondante dans les cellules: la plupart des êtres vivants contiennent en masse plus de 60% d'eau. Elle intervient dans un grand nombre de réactions chimiques cellulaires (ex : hydrolyse).
La matière organique (ou carbonée) des êtres vivants est constituée de molécules spécifiques qui leur confèrent leurs propriétés originales. L'originalité chimique de la matière organique est due tout d'abord aux squelettes d'atomes de carbone (C) qui la constitue. Chaque atome de carbone peut établir 4 liaisons covalentes avec d'autres atomes dont les plus importants sont l'hydrogène (H), l'oxygène (O) et l'azote (N).
On distingue, selon leur composition atomique et leur propriété chimique, trois grandes familles de molécules de matières organiques :
Les glucides (ou sucres)
Les principaux sucres élémentaires sont le glucose, le fructose et le galactose (N.B. : la fusion d'un glucose et d'un fructose donne du saccharose (sucre très abondant dans la betterave).
Dans la cellule, les glucides ont un rôle essentiellement énergétique. L'énergie, qu'ils contiennent, est transformée en énergie directement utilisable par la cellule sous forme d'ATP (adénosine triphosphate).
Les lipides (ou matières grasses)
Ils assurent des rôles variés dans la cellule : rôle énergétique en permettant la synthèse cellulaire d'ATP mais aussi un rôle structural en étant les principaux constituants des membranes cellulaires.
Il existe deux grands groupes de lipides : les glycérides et les lipides stéroïdes (comme le cholestérol).
Les protides (ou protéines)
Les protides sont les molécules qui assurent le plus de rôles au sein de l'organisme. Ils ont rarement une fonction énergétique mais sont indispensables à la réalisation des réactions cellulaires et/pour les échanges entre les cellules.
Les protides sont formés par l'assemblage de molécules élémentaires que sont les acides aminés. Il existe 20 acides aminés différents qui vont entrer dans la composition des protéines.
Remarque :
Dans chacune de ces familles, des molécules élémentaires peuvent s'associer en longues chaînes répétées pour constituer ce qu'on appelle une macromolécule. La structure des molécules organiques est ainsi extrêmement variée.
2. Les membranes, structures indispensables aux cellules
 Document 6 : un phospholipide | Toutes les cellules sont délimitées par une membrane plasmique. Les membranes sont constituées pour l'essentiel de lipides, famille de molécules organiques qui ont la propriété d'être insolubles dans l'eau. Certains lipides ont cependant une extrémité qui peut être stabilisée par une interaction avec l'eau : il s'agit notamment des phospholipides. Ils peuvent donc se ranger les uns à côté des autres, ne se retrouvant en contact avec l'eau que par l'extrémité dite hydrophile (constituée du glycérol et du groupement phosphate) formant ainsi une tête polaire « attirée par l'eau ». L'autre extrémité constituée par les chaînes d'acides gras sont dits hydrophobes et forme une queue apolaire qui « fuit l'eau ». |
Il se crée ainsi deux compartiments isolés l'un de l'autre par ce qu'on appelle une membrane disposée en bicouche (Doc. 7). Toutes les cellules sont ainsi délimitées par des membranes qui isolent chimiquement le milieu aqueux intracellulaire (intérieur de la cellule), appelé cytoplasme (ou cytosol), de l'extérieur. A l'intérieur même d'une cellule peuvent aussi apparaître des compartiments isolés biologiquement les uns des autres (par leur propre membrane) et assurant une fonction précise, on les appelle des organites. |  Document 7 : Membrane au fort grossissement |
3. L'ADN, support universel de l'information génétique
Les acides nucléiques ont un rôle primordial dans la vie de la cellule puisque ce sont eux qui représentent l'information génétique qui organise l'ensemble des structures et des processus cellulaires.
La molécule qui contient toute l'information génétique d'un individu est la molécule d'ADN (acide désoxyribonucléique) qui est un acide nucléique formé de la répétition de nucléotides. Ces derniers sont constitués de l'assemblage d'une base azotée, d'un sucre (le désoxyribose) et d'un groupement phosphate. Le sucre et le phosphate sont fixes, et il existe 4 sortes de bases azotées : l'adénine (A), la guanine (G), la thymine (T) et la cytosine (C) (Doc. 8). Il existe donc 4 sortes de nucléotides qui diffèrent par leurs bases azotées.
La molécule d'ADN, dont la structure a été découverte par Watson et Crick en 1953, est formée de deux chaînes de nucléotides (= brins antiparallèles d'ADN) : c'est une molécule en double hélice. Les deux chaînes sont complémentaires deux à deux puisque l'appariement des bases est exclusif. Cette complémentarité des nucléotides se fait de la façon suivante (Doc. 9) :
l'adénine (A) ne se lie qu'à la thymine (T). La paire A-T est reliée par deux liaisons hydrogènes (liaisons faciles à rompre).
la guanine (G) ne se lie qu'à la cytosine (C). La paire G-C est reliée par trois liaisons hydrogènes.
L'ordre d'enchaînement des bases azotées constitue la séquence de l'ADN. Cette séquence varie d'un individu à l'autre, ce qui explique que tous les individus soient différents.
Remarque :
L'ADN d'une cellule humaine contient 3.2 milliards de paires de nucléotides.
 Document 9b : Visualisation microscopique de l'ADN d'une cellule, sous une forme suffisamment condensée pour qu'il soit visible au microscope photonique (optique) | Toutes les cellules contiennent de l'ADN, molécule très stable chimiquement pouvant atteindre plusieurs centimètres de long. L'ADN est contenu dans le noyau de la cellule. Grâce à des expériences de destruction ou de transfert de noyau, il a pu être mis en évidence qu'une des particularités fondamentales de l'ADN est sa capacité à guider le devenir d'une cellule : on dit que l'ADN porte « l'information génétique ». L'obtention d'animaux génétiquement identiques (= clones) par des expériences de transgénèse consistant à transférer le contenu d'un noyau (d'un mammifère donneur) dans un ovule préalablement privé de son noyau (d'un mammifère receveur) résulte de l'unique principe que le noyau est le détenteur du programme génétique et représente donc le support génétique de l'identité biologique et peut être responsable à elle seule des caractéristiques d'un organisme qui la contient. |
Fondamental :
Les cellules dont le matériel génétique est contenu dans un noyau sont dites des cellules eucaryotes. Les autres cellules dont le matériel génétique est libre dans le cytosol (donc dépourvues de noyau) sont dites procaryotes. Hormis l'absence d'un noyau, ces cellules procaryotes présentent une caractéristique qui leur est propre, celle de ne contenir aucun autre compartiment cellulaire. Elles ne sont représentées que par des organismes unicellulaires (comme les bactéries) et sont généralement de taille inférieure aux cellules eucaryotes.
