ron 3,5 milliards d’années, les premiers «systèmes
vivants » étaient des objets (des êtres ?) beaucoup
plus simples que ceux connus actuellement. Il ressort ainsi que les notions d’autoreproductibilité et
d’évolution semblent fondamentales, avant celles
de métabolisme et de structure, car elles peuvent
déjà s’appliquer à des systèmes moléculaires élémentaires tels que les acides nucléiques, qui sont
dotés de ces deux qualités, comme on le verra plus
loin. La définition de la vie devrait être conçue et
exprimée en termes plus larges que ceux généralement appliqués aux êtres vivants «traditionnels».
2. DES MOLÉCULES
AUX ORGANISMES
2.1. Composition chimique globale
de deux cellules types.
Les biomolécules et leur hiérarchie
2.1.1. A NALYSE DE LA CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
VIVANTE AU NIVEAU MOLÉCULAIRE
À titre d’exemples représentatifs de l’ensemble
du monde vivant, une cellule bactérienne ( Escherichia coli) et une cellule animale (cellule de foie de
rat) sont analysées du point de vue de leur composition moléculaire. Cette étude nous permet de
passer globalement en revue l’ensemble des
constituants chimiques d’une cellule, mais surtout
elle conduit à établir une hiérarchie dans ces
constituants. Le rapport pondéral, la masse moléculaire moyenne ainsi que le nombre absolu de
molécules par cellule sont donnés, pour chaque
type cellulaire, dans le tableau 1.2.
Les principales remarques pouvant être faites
au sujet de ces données sont les suivantes :
–l’ eau représente la plus grande partie de la masse
de la matière vivante :environ 75 %;
–les sels minéraux sont très peu abondants mais
leurs rôles, très divers, s’avèrent capitaux ;
– du point de vue de leur taille (masse moléculaire = MM), les molécules sont regroupées en
trois familles :les molécules minérales, de faible
MM (eau et sels minéraux), les petites molécules
organiques, dont la MM va de 100 à 750 Da et
les macromolécules, édifices géants dont les MM
s’échelonnent de 10
4
à 10
11
Da ;c es deux dernières catégories, spécifiques des êtres vivants,
sont appelées biomolécules ;
–les molécules organiques (15 à 30 % de la masse
fraîche) sont essentiellement représentées par les
macromolécules : protéines et ARN ;
–du point de vue de la masse totale et du nombre
absolu de molécules par cellule, on note pour
chaque type cellulaire que, si les petites molécules organiques sont peu abondantes en masse,
elles sont individuellement très nombreuses ;a u
contraire, les macromolécules sont très abondantes en masse, et beaucoup moins nombreuses
avec, à la limite, le cas des molécules d’ADN
dont on peut trouver une seule copie (chromosome) par cellule.
En ce qui concerne le nombre d’espèces de biomolécules, celui des petites molécules organiques
(sucres simples, acides aminés, acides organiques,
bases azotées…) est relativement limité :5 0 à 200,
au sein de chaque famille ;ces molécules sont présentes chez pratiquement tous les êtres vivants. En
revanche, on montre que les macromolécules
(ARN et protéines) sont très diverses :de plusieurs
milliers d’espèces ( E. coli) à plusieurs dizaines de
milliers (foie de rat) ;elles se distinguent donc très
nettement des précédentes à cet égard, et sont en
fait à la base de la diversité des êtres vivants.
2.1.2. H IÉRARCHIE DES BIOMOLÉCULES
Il est possible d’établir une hiérarchie des biomolécules caractéristiques des êtres vivants, basée
à la fois sur leur taille, leur nombre, leurs fonctions
et leur organisation en structures de plus en plus
complexes, qui font insensiblement passer de
l’échelle moléculaire à l’échelle cellulaire (voir
figure 1.1). Il existe une grande unité de composition chimique des constituants organiques «de
base » (petites molécules organiques) au sein du
monde vivant. Ils y jouent un double rôle de
«briques » ( monomères), pour construire des
molécules de grande taille ( polymères = macromolécules), et de précurseurs de ces mêmes
briques, intervenant comme intermédiaires au
cours de leur synthèse à partir de molécules plus
simples, ou lors de leur dégradation. Les chaînes
de synthèse qui relient ces composés entre eux
sont remarquablement conservées, depuis les êtres
les plus simples jusqu’aux plus complexes.
6
B IOLOGIE CELLULAIRE
vivants » étaient des objets (des êtres ?) beaucoup
plus simples que ceux connus actuellement. Il ressort ainsi que les notions d’autoreproductibilité et
d’évolution semblent fondamentales, avant celles
de métabolisme et de structure, car elles peuvent
déjà s’appliquer à des systèmes moléculaires élémentaires tels que les acides nucléiques, qui sont
dotés de ces deux qualités, comme on le verra plus
loin. La définition de la vie devrait être conçue et
exprimée en termes plus larges que ceux généralement appliqués aux êtres vivants «traditionnels».
2. DES MOLÉCULES
AUX ORGANISMES
2.1. Composition chimique globale
de deux cellules types.
Les biomolécules et leur hiérarchie
2.1.1. A NALYSE DE LA CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
VIVANTE AU NIVEAU MOLÉCULAIRE
À titre d’exemples représentatifs de l’ensemble
du monde vivant, une cellule bactérienne ( Escherichia coli) et une cellule animale (cellule de foie de
rat) sont analysées du point de vue de leur composition moléculaire. Cette étude nous permet de
passer globalement en revue l’ensemble des
constituants chimiques d’une cellule, mais surtout
elle conduit à établir une hiérarchie dans ces
constituants. Le rapport pondéral, la masse moléculaire moyenne ainsi que le nombre absolu de
molécules par cellule sont donnés, pour chaque
type cellulaire, dans le tableau 1.2.
Les principales remarques pouvant être faites
au sujet de ces données sont les suivantes :
–l’ eau représente la plus grande partie de la masse
de la matière vivante :environ 75 %;
–les sels minéraux sont très peu abondants mais
leurs rôles, très divers, s’avèrent capitaux ;
– du point de vue de leur taille (masse moléculaire = MM), les molécules sont regroupées en
trois familles :les molécules minérales, de faible
MM (eau et sels minéraux), les petites molécules
organiques, dont la MM va de 100 à 750 Da et
les macromolécules, édifices géants dont les MM
s’échelonnent de 10
4
à 10
11
Da ;c es deux dernières catégories, spécifiques des êtres vivants,
sont appelées biomolécules ;
–les molécules organiques (15 à 30 % de la masse
fraîche) sont essentiellement représentées par les
macromolécules : protéines et ARN ;
–du point de vue de la masse totale et du nombre
absolu de molécules par cellule, on note pour
chaque type cellulaire que, si les petites molécules organiques sont peu abondantes en masse,
elles sont individuellement très nombreuses ;a u
contraire, les macromolécules sont très abondantes en masse, et beaucoup moins nombreuses
avec, à la limite, le cas des molécules d’ADN
dont on peut trouver une seule copie (chromosome) par cellule.
En ce qui concerne le nombre d’espèces de biomolécules, celui des petites molécules organiques
(sucres simples, acides aminés, acides organiques,
bases azotées…) est relativement limité :5 0 à 200,
au sein de chaque famille ;ces molécules sont présentes chez pratiquement tous les êtres vivants. En
revanche, on montre que les macromolécules
(ARN et protéines) sont très diverses :de plusieurs
milliers d’espèces ( E. coli) à plusieurs dizaines de
milliers (foie de rat) ;elles se distinguent donc très
nettement des précédentes à cet égard, et sont en
fait à la base de la diversité des êtres vivants.
2.1.2. H IÉRARCHIE DES BIOMOLÉCULES
Il est possible d’établir une hiérarchie des biomolécules caractéristiques des êtres vivants, basée
à la fois sur leur taille, leur nombre, leurs fonctions
et leur organisation en structures de plus en plus
complexes, qui font insensiblement passer de
l’échelle moléculaire à l’échelle cellulaire (voir
figure 1.1). Il existe une grande unité de composition chimique des constituants organiques «de
base » (petites molécules organiques) au sein du
monde vivant. Ils y jouent un double rôle de
«briques » ( monomères), pour construire des
molécules de grande taille ( polymères = macromolécules), et de précurseurs de ces mêmes
briques, intervenant comme intermédiaires au
cours de leur synthèse à partir de molécules plus
simples, ou lors de leur dégradation. Les chaînes
de synthèse qui relient ces composés entre eux
sont remarquablement conservées, depuis les êtres
les plus simples jusqu’aux plus complexes.
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B IOLOGIE CELLULAIRE