L'eucaryote
Un eucaryote est un organisme dont les cellules possèdent un vrai noyau cellulaire entouré d'une enveloppe avec de l'ADN porté par des chromosomes. L'eucaryote a des cellules qui contiennent des structures complexes enfermées dans des membranes (organites). Il se différencie ainsi du procaryote.
Un eucaryote :
Chaque organisme vivant appartient à l'un des deux groupes suivants : les eucaryotes ou les procaryotes. La structure cellulaire détermine à quel groupe appartient un organisme. Les eucaryotes sont des organismes dont les cellules ont un noyau et d'autres organites entourés d'une membrane plasmique. Les procaryotes n'ont pas de compartiments intracellulaires.
Généralités
Les organelles sont des structures internes responsables de diverses fonctions, telles que la production d'énergie et la synthèse des protéines. Les cellules eucaryotes sont grandes (environ 10–100 μm) et complexes. Alors que la plupart des eucaryotes sont des organismes multicellulaires, il existe des eucaryotes unicellulaires. Les cellules eucaryotes contiennent également les mitochondries, les chloroplastes, et d'autres structures (organites) qui, avec un noyau défini, font défaut dans les cellules de procaryotes (protocytes).
Les eucaryotes sont plus formellement appelés sous leur taxon de domaine : Eukaryota. Voir aussi un protoeucaryote qui est l'un des premiers eucaryotes, et un picoeucaryote, d'une taille inférieure à 3 µm.
Le fossile eucaryote le plus ancien a environ 1,5 milliard d'années. L'origine des eucaryotes doit être apparue avant car le fossile est celui d'un organisme unicellulaire relativement complexe.
Le schéma d'une mitochondrie eucaryote en coupe :
En simplifié, un eucaryote a les chromosomes enclos dans un noyau, comme une mitochondrie.
Les biologistes sont presque certains que les eucaryotes ont évolué à partir des procaryotes parce que :
- Les deux utilisent l'ARN et l'ADN sont le matériel génétique.
- Les deux utilisent les mêmes 20 acides aminés.
- Les deux ont des ribosomes et de l'ADN et de l'ARN.
- Les deux ont une membrane cellulaire bicouche lipidique.
- Les deux utilisent des acides aminés L et des sucres D.
Les biologistes sont également presque certains que les eucaryotes n'ont évolué qu'une seule fois (c'est-à-dire qu'ils sont des descendants monophylétiques d'un seul ancêtre commun) car ils partagent tous :
- microtubules (composés de la protéine tubuline) et molécules d'actine :
- cytosquelette de support ou de transport intracellulaire;
- flagelles (ou cils).
- ADN dans les chromosomes (entrelacé avec la protéine histone).
- organites liés à la membrane.
Structure eucaryotique
En SVT, les cellules eucaryotes se caractérisent par la présence d'un noyau, qui contient le matériel génétique sous forme de plusieurs brins linéaires d'ADN, organisés en chromosomes. Chaque cellule eucaryotique accueille des organites spécialisés, tels que les mitochondries et le réticulum endoplasmique, qui remplissent diverses fonctions cellulaires.
Au sein d'une cellule d'eucaryote, chaque structure liée à la membrane remplit des fonctions cellulaires spécifiques. Voici un aperçu de bon nombre des principaux composants des cellules eucaryotes :
- Noyau : le noyau stocke les informations génétiques sous forme de chromatine.
- nucléole : trouvé à l'intérieur du noyau, le nucléole est la partie des cellules eucaryotes où l'ARN ribosomique est produit.
- membrane plasmique : elle est une bicouche lipidique (phospholipidique) qui entoure toute la cellule et englobe les organites à l'intérieur.
- Cytosquelette ou paroi cellulaire : le cytosquelette fournit une structure, permet le mouvement des cellules et joue un rôle dans la division cellulaire.
- Ribosomes : ils sont responsables de la synthèse des protéines.
- Mitochondries : également connues comme les centrales électriques de la cellule, elles sont responsables de la production d'énergie.
- cytoplasme : il est la région de la cellule située entre l'enveloppe nucléaire et la membrane plasmique.
- cytosol : il est une substance semblable à un gel dans la cellule qui contient les organites.
- Réticulum endoplasmique : il est un organite dédié à la maturation et au transport des protéines.
- vésicules et vacuoles : elles sont des sacs liés à la membrane impliqués dans le transport et le stockage.
D'autres organites communs trouvés dans de nombreux eucaryotes, mais pas tous, comprennent l'appareil de Golgi, les chloroplastes et les lysosomes.
Caractéristiques
Les cellules des eucaryotes ont généralement un diamètre de 10 à 30 microns. Ils sont généralement beaucoup plus gros que ceux des procaryotes, leur volume est d'environ 100 à 10 000 fois.
Pour un bon fonctionnement des processus cellulaires sur de longues distances dans la cellule, un degré d'organisation plus élevé et une division de l'espace cellulaire en compartiments (zones délimitées) ainsi qu'un transport entre ces compartiments sont favorables.
Pour cette raison, les cellules eucaryotes sont structurées par des organites cellulaires, qui remplissent diverses fonctions telles que les organes d'un corps. L'organite qui donne son nom est le noyau avec la majeure partie du matériel génétique des cellules eucaryotes.
Selon les espèces, d'autres gènes se trouvent dans les mitochondries (organites qui fournissent de l'énergie par le biais de réactions chimiques) et dans les plastides (organites induisant la photosynthèse). Le transport intracellulaire est assuré par les organites du système endomembranaire.
Une cellule animale eucaryote :
La cellule eucaryote se distingue par la présence d'un noyau (ici d'un animal).
La structure et la forme sont conférées aux cellules eucaryotes par le cytosquelette, qui sert également à favoriser la locomotion. Il est composé de microtubules, de filaments intermédiaires et de microfilaments.
Certains eucaryotes, tels que les plantes et les champignons, ont également des parois cellulaires qui piègent les cellules à l'extérieur de la membrane cytoplasmique et les façonnent.
Une autre particularité des eucaryotes réside dans la biosynthèse des protéines : contrairement aux procaryotes, les eucaryotes sont capables de produire différentes protéines par un épissage alternatif utilisant la même information ADN.
Voir aussi un eucyte et la biosynthèse des protéines en bioingénierie.
Multicellularité
Les eucaryotes peuvent être des organismes unicellulaires ou multicellulaires. Celles-ci consistent en un plus grand nombre de cellules ayant un métabolisme commun, des types de cellules spécifiques prenant en charge certaines tâches.
Les organismes multicellulaires les plus connus sont les eucaryotes, y compris les plantes, les animaux et les champignons multicellulaires.
Division
La division cellulaire de l'eucaryote se fait par mitose en incluant centriole et fuseau mitotique. La division cellulaire dans les eucaryotes est différente de celle dans les organismes sans noyau (procaryote). Elle consiste à séparer les chromosomes dupliqués par des mouvements dirigés par les microtubules.
Il existe deux types de processus de division. Dans la mitose, une cellule se divise pour produire deux cellules génétiquement identiques.
Dans la méiose, qui est requise dans la reproduction sexuée, une cellule diploïde, qui a deux instances de chaque chromosome, un de chaque parent, subit une recombinaison de chaque paire de chromosomes parentaux, puis deux étapes de la division cellulaire, résultant en quatre haploïdes (cellules gamètes).
Chaque gamète n'a qu'un seul complément de chromosomes, chaque mélange étant unique de la paire correspondante de chromosomes parents.
Les eucaryotes semblent être monophylétique, et forment ainsi l'un des trois domaines de la vie. Les deux autres domaines, bactéries et archées, sont des procaryotes et n'ont aucune des caractéristiques ci-dessus.
Les eucaryotes représentent une infime minorité de tous les êtres vivants, même dans un corps humain, il y a 10 fois plus de microbes que de cellules humaines.
Toutefois, en raison de leur grande taille, leur biomasse collective dans le monde entier est estimée environ égale à celle des procaryotes.
Un eucaryote s'oppose à procaryote, groupe d'organismes contenant les bactéries et les archées.
Reproduction des eucaryotes
Les eucaryotes se reproduisent par reproduction asexuée ou sexuée. La reproduction asexuée chez les eucaryotes se fait généralement par mitose, un processus de division cellulaire qui produit deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère.
La reproduction sexuée des eucaryotes implique la méiose, un type spécial de division cellulaire qui produit des gamètes haploïdes (cellules reproductrices avec la moitié du nombre normal de chromosomes). Lors du processus, il y a formation de gamètes par méiose dans les organes reproducteurs, puis une fusion des gamètes mâles et femelles (fécondation) pour former un zygote diploïde, et enfin le développement du zygote en un nouvel individu par mitoses successives.
Selon les groupes du vivant, la reproduction des eucaryotes est :
- animaux : reproduction sexuée prédominante, avec fécondation interne ou externe selon les espèces.
- plantes : alternance entre générations haploïdes (gamétophyte) et diploïdes (sporophyte). La reproduction peut être sexuée ou asexuée (par exemple, par bouturage).
- champignons : reproduction de manière asexuée par spores ou de manière sexuée par fusion de gamètes.
- protistes unicellulaires : souvent capables de reproduction asexuée par simple division cellulaire, mais certains ont aussi des cycles sexués complexes.
Systématique
Dans la systématique biologique, les eucaryotes (Eukaryota / Eukaryonta / Eucarya / Eukarya) constituent l'un des trois domaines, à savoir les catégories les plus élevées pour la classification des êtres vivants. La classification actuelle des eucaryotes a été décrite par Adl et al. en 2012.
Origine du développement
Les plus anciens fossiles macroscopiques, multicellulaires, probablement eucaryotes, datent de 1,5 milliard d'années.
On ne sait pas si les précurseurs hypothétiques d'évolution des eucaryotes - les "urcaryotes Urkaryota" - possédaient déjà des organites (celles-ci auraient été nécessaires en raison du rapport surface/volume défavorable) ou uniquement au cours de leur évolution vers le acquis réels eucaryotes.
La théorie la plus connue de la formation des organites est la théorie de l'endosymbiose, selon laquelle les mitochondries et les chloroplastes sont issus de bactéries capturées à l'origine par des caryotes prédateurs primitifs biologiques cellulaires, dont certains n'ont pas été digérés par hasard, mais par une symbiose.
Le dernier ancêtre commun de tous les eucaryotes d'aujourd'hui (dernier ancêtre eucaryote commun, abrégé en LECA) aurait dû posséder à la fois un noyau défini et des mitochondries, étant donné que tous les eucaryotes étudiés jusqu'à présent étaient mitochondriaux, organochimiques ou au moins avoir un ADN nucléaire d'origine mitochondriale (transmis par transfert de gène latéral).
Thomas Cavalier-Smith, pour le noyau de cellules amitochondriales recombinant récent, les considérait comme des reliques de l'évolution datant d'avant LECA.
En guise d'alternative à l'hypothèse eucaryote, une acquisition des mitochondries par les archées (hypothèse sur l'hydrogène) avant ou en même temps que le noyau, qui pourrait être d'origine virale (une partie de la l'hypothèse des virus).
La formation de chloroplastes eucaryotes par endosymbiose est un processus récent : les cyanobactéries ont tout d'abord été absorbées par des eucaryotes non phototrophes, peut-être une seule fois sous cette forme (endosymbiose primaire). Les autres plastes (leucoplastes, etc.) en sont dérivés.
Plus tard, des plastides complexes (avec plus d'une double membrane et peut-être un nucléosome) ont été formés par une endosymbiose secondaire, c'est-à-dire des eucaryotes non phototrophes absorbés (par une endosymbiose primaire) des eucaryotes phototrophes par une endosymbiose (telle que les apicomplexés).
Histoire de la recherche
La classification des êtres vivants chez les procaryotes et les eucaryotes a été clairement soulignée par Edouard Chatton pour les protistes et publiée en 1925.
Cette division a d'abord cédé le pas à l'introduction du système à trois domaines de Carl Woese en 1977. Une approche qui divise la vie cellulaire en trois domaines : les bactéries, les archées et les eucaryotes.
En 1984, James A. Lake et ses collègues ont proposé l'hypothèse sur les éocytes : il avait été découvert que, sous la forme de ribosomes du groupe des Archaea, le Crenarchaeota (dont le nom original était éocytes) et les eucaryotes étaient remarquablement similaires.
Mais la forme des ribosomes à la fois chez les bactéries et chez les Euryarchaeota, un autre groupe d'archées, varie considérablement. Il a donc été supposé que les eucaryotes étaient originaires de Crenarchaeota.
En dépit de nouvelles preuves dans les années 1980, l'hypothèse relative au cycle cellulaire n'a pris un nouvel élan que dans les années 2000 avec les progrès de l'analyse du génome. Un certain nombre de gènes d'Archaea ont été découverts et se retrouvent sous une forme similaire chez les eucaryotes.
Selon les résultats de certaines études, dans une modification à la place du Crenarchaeota, le groupe apparenté de Thaumarchaeota aurait été proposé comme origine des eucaryotes (les Crenarchaeota et Thaumarchaeota sont regroupés avec d'autres groupes Archéens du super groupe "TACK").
La théorie endosymbiotique :
Illustration de l'origine endosymbiotique des mitochondries et des chloroplastes avec les protoeucaryotes (protéobactéries).
Avec l'avènement de l'analyse du métagénome, depuis 2015, des échantillons de sources proches de sources hydrothermales ont identifié des candidats pour des groupes d'Archaea qui sont encore plus proches des eucaryotes que n'importe quel groupe précédemment considéré.
Le premier groupe était celui des "Lokiarchaeota", trouvés dans un évent hydrothermal appelé "Château de Loki" dans l'océan Arctique, entre les crêtes de Poppies et de Knipovich.
Étant donné que ces constatations ne proviennent que d'une analyse du métagénome et que vous ne pouvez pas cultiver les microbes pour le moment jusqu'à nouvel ordre, tous les taxons en question ne comportent qu'un "statut de candidat", indiqué entre guillemets.
Les "Lokiarchaeota" sont dues à la similarité du génome avec certains groupes récemment proposés dans ce contexte ("Thorarchaeota", "Odinarchaeota"...) résumés en un groupe candidat " Asgard ", les eucaryotes placés sous l'arche se dresse ensuite et représente un taxon soeur du super groupe "TACK".
Afin de rendre compte de la relation étroite entre les archées et les eucaryotes, Thomas Cavalier-Smith les a intégrés dans un taxon commun Neomura en 2002, représentant ainsi un groupe apparenté à la bactérie.
Cette nouvelle classification est corroborée par des découvertes récentes selon lesquelles l'utilisation du génome de l'ADN en tant que vecteur d'informations génétiques sur les bactéries et sur les archées et les eucaryotes de l'autre semble être différente (éventuellement virale : autre partie de l'hypothèse "hors virus").
Le dernier ancêtre commun de tous les organismes connus à ce jour aurait alors été un organisme cellulaire archaïque du monde de l'ARN (avec des ribosomes, c'est-à-dire une synthèse protéique).
La théorie gagne en appui en étudiant la structure des ATPases de type F et V/A liées à la membrane. Les ATPases de type F des mitochondries et du chloroplaste sont homologues à celles de la bactérie (comme prévu par la théorie de l'endosymbiose).
Les ATPases de type V sur les vacuoles cytoplasmiques (membranes cytoplasmiques) des eucaryotes sont homologues à celles d'Archaea, ce qui favorise la descente des eucaryotes à partir d'une branche d'Archaea.
Des exceptions isolées (ATPases de type F chez certaines espèces d'archées et ATPases de type V dans certains groupes bactériens) sont attribuées au transfert horizontal de gènes. Les sous-unités centrales des ATPases sont homologues de tous les êtres vivants, ce qui est le signe d'un LUCA avec une enveloppe membranaire au moins primitive.
En rapport avec "eucaryote"
Est eucaryotique ce qui possède les caractéristiques des eucaryotes, et désigne donc des organismes vivants dont les cellules possèdent un noyau structuré.
Une mitochondrie est un organite cytoplasmique des cellules eucaryotes qui agit comme une centrale énergétique de la cellule.
Un picoeucaryote est un organisme eucaryote picoplanctonique d'une taille comprise entre 0,2 à 3,0 µm de diamètre moyen.
Un procaryote est un organisme unicellulaire microscopique dépourvu de noyau distinct avec membrane, ni d'autres organites spécialisés.