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LA BIOLOGIE CELLULAIRE
CREMEF de Meknès Dr. W. IRAQI HOUSSAINI Ep BOUCHAREB
Année Universitaire 2013-2014
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La biologie cellulaire
La cellule
Les types cellulaires
Les composants de la cellule
Rôles
Fonctions
La synthèse des protéines
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Dr. W. IRAQI HOUSSAINI
Rappel
La cellule est l'unité structurale, fonctionnelle etreproductrice constituant tout ou une partie d'un êtrevivant (à l'exception des virus). Chaque cellule est uneentité vivante.
Dans le cas d'organismes multicellulaires, la cellulefonctionne de manière autonome, mais coordonnée avecles autres. Les cellules de même type sont réuniesen tissus, eux-mêmes réunis en organes.
NB : Un tissu peut être formé par un ensemble decellules pas forcément identiques mais de même origine.
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Il existe deux types fondamentaux de cellules :
Les Procaryotes
Les Eucaryotes
Les types cellulaires
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Les Procaryotes
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Caractéristiques des Procaryotes
Etres vivants unicellulaires dont la structure cellulaire ne
comporte pas de noyau (ex : Les bactéries).
Regroupent les Archéobactéries et les Eubactéries.
Contiennent un cytoplasme non compartimenté.
Absence d’organites cellulaires à l’exception des ribosomes.
Leur cytoplasme, contient un chromosome ou une molécule
d’ADN unique, le plus souvent circulaire: Le Nucléoïde (le
nucléoïde n'est pas un noyau car il n'est pas entouré d’une
membrane).
Se répliquent rapidement par division cellulaire ou scissiparité.
Possèdent une structure cytoplasmique dense qui constitue une
invagination de la membrane cytoplasmique : Le mésosome.
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NB :
Les fonctions exactes des mésosomes sont encore
inconnues. Ils pourraient jouer un rôle dans la
réplication du chromosome bactérien et seraient
également impliqués dans la formation de la paroi
durant la division, dans l’activité métabolique des
bactéries et dans la sécrétion.
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Schéma de la scissiparité : Wikipedia
Structure typique d’une cellule procaryote
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Shéma : Wikipedia
Les Eucaryotes
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Caractéristiques des Eucaryotes
Etres vivants dont la structure cellulaire est caractérisée parla présence d’un noyau, entouré d'une membrane nucléaire.
unicellulaires (ex : Les Protozoaires, ‘les amibes‘)
pluricellulaires (ex : Les végétaux, Les animaux)
Ont des cloisonnements cytoplasmiques permettant laformation des organites comme l’appareil de Golgi, leréticulum endoplasmique … (Les organites, parfois
nommés organelles, sont les différentes structures spécialisées contenuesdans le cytoplasme et délimitées du reste de la cellule par unemembrane lipidique).
Se multiplient par mitose ou par méiose.
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Les Eucaryotes11
Les cellules animales
La cellule animale
Enveloppe nucléaire
Centrosome
Cytosquelette
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Schéma : biologieenflash.com
Structures /Organites d’une cellule animale
le noyau
le nucléole
le cytoplasme
la membrane plasmique
le centrosome
les ribosomes
le réticulum endoplasmique
l’appareil de Golgi
les mitochondries
Les vésicules de transport
les lysosomes
les peroxysomes
le cytosquelette
les cils et les flagellesDr. W. IRAQI HOUSSAINI
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Le noyau-Le nucléole-Le cytoplasme-La membrane plasmique
Le noyau : C’est le centre de contrôle de la cellule, contient un liquide appeléNucléoplasme et est délimité par une enveloppe nucléaire. Le noyau est la structurela plus importante de la cellule car il renferme le matériel génétique : L’ADN. Ilrègle ainsi l’activité de la cellule par synthèse des protéines cellulaires à partir del’ADN nucléaire. Les échanges entre le noyau et le cytoplasme se font parl’intermédiaire des pores traversant l’enveloppe nucléaire, appelés Poresnucléaires.
Le nucléole : Se trouve dans le noyau. C’est le lieu de formation des ribosomes.
Le cytoplasme : C’est l’intérieur de la cellule. Il contient les organites cellulaires et lecytosol (substance semi-liquide). Il sert de lieu de stockage des matériauxindispensables à la vie en créant un milieu favorable au fonctionnement desorganites cellulaires.
La membrane plasmique : C’est l’enveloppe protectrice qui délimite lecompartiment cellulaire avec l’extérieur de la cellule. Elle entoure le cytoplasme etjoue le rôle de filtre par le contrôle de ce qui entre (substances nutritives) et de cequi sort (déchets) de la cellule.
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La membrane plasmiqueSchéma : Wikipedia
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Composition, propriétés et rôle de la membrane plasmique
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La membrane plasmique est composée de : 1 bicouche de phospholipides. Chaque lipide
membranaire de cette bicouche a une têtepolaire hydrophile orientée vers l’extérieur de lamembrane et une queue hydrophobe orientée versl'intérieur.
Protéines à la surface et à travers.
Polysaccharides attachés aux lipides (glycolipides) ou auxprotéines (glycoprotéines).
Cholestérol entre les phospholipides.
La membrane cytoplasmique est qualifiée de"dynamique" de par son constant renouvellement.
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NB :
Le terme de mosaïque fluide, dû à Singer et Nicholson, est employépour décrire à la fois la composition et le comportementdynamique de la membrane plasmique :
mosaïque car la composition de la membrane est trèshétérogène à la fois dans l'espace et le temps (protéinesintégrales (membranaires), lipides différents, sucres complexes).
fluide car les phospholipides et les protéines membranairespeuvent se mouvoir dans le plan de la membrane. De plus, lamembrane est un corps parfaitement déformable dans les 3directions de l'espace.
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Composition, propriétés et rôle de la membrane plasmique
-Suite-
La membrane cytoplasmique est une barrière sélectiveentre l'intérieur et l'extérieur d'une cellule qui permet decontrôler l'entrée et la sortie des différentes molécules etions entre le milieu extérieur et le milieu intérieur :Perméabilité sélective.
La membrane cytoplasmique n’est perméable qu'auxpetites molécules hydrophobes (O2, N2, glycérol,...), pardiffusion simple. Elle sert aussi de support à de nombreusesprotéines transmembranaires ayant pour rôle de régulerles échanges transmembranaires (ex: canaux ioniques pourles transferts d'ions, aquaporines pour le transfert d'eaupar osmose, ...).
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La membrane nucléaireSchéma : Wikipedia
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Composition, propriétés et rôle de la membrane nucléaire
L'enveloppe nucléaire, ou membrane nucléaire, est unedouble membrane biologique délimitant le noyau, contenantl'ADN eucaryote.
Cette membrane est percée de trous appelés poresnucléaires qui laissent passer sans difficulté (diffusion passive)les ARNm ainsi que des protéines. Ces pores ont une structurecomplexe et contiennent une 30aine de protéines de régulationdes mouvements entre le noyau et le cytoplasme.
Les pores nucléaires permettent le contrôle des échanges entre le cytoplasme et le nucléoplasme, en particulier les
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Composition, propriétés et rôle de la membrane nucléaire
-Suite-21
La membrane nucléaire est constituée par une double bicouchelipidique :
Une bicouche externe en continuité avec les membranes du réticulumendoplasmique.
Une bicouche interne tapissée à l'intérieur du nucléoplasme parla lamina.
Ces deux membranes (interne et externe) délimitent un espaceappelé espace péri-nucléaire qui est en continuité avec la lumièredu réticulum endoplasmique.
La membrane nucléaire se désagrège au moment de la mitose (aucours de la prophase), et se reforme autour des deux pôles dematériels génétiques des deux cellules filles à la fin de celle-ci(télophase).
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A savoir :
Il existe 2 types de transport à travers la membrane :
Le transport passif : transport de composés sansconsommation d'énergie (selon le gradient électrochimique).Il existe 2 sortes de transport passif :
La diffusion simple : diffusion de composés directement à traversla bicouche lipidique.
La diffusion facilitée : transport de composés à travers la bicouchelipidique grâce à des protéines de transport.
Le transport actif : transport de composés à travers labicouche lipidique grâce à des protéines de transport etune consommation d'énergie sous forme d'ATP (contre legradient électrochimique).
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NB :23
L’osmose est un déplacement d'eau : Quand il y a
déséquilibre en molécules entre 2 compartiments
(solutions), c’est l'eau qui va se déplacer pour diluer la
solution la plus concentrée, car les molécules étant plus
grosses que les ions, elles ne peuvent pas passer à
travers les pores de la membrane.
Le déplacement de l’eau se fait toujours du milieu le
moins concentré (hypotonique) vers le milieu le plus
concentré (hypertonique), jusqu’à équilibre (isotonie).
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A ne pas confondre : osmose et diffusion24
La diffusion concerne les ions contrairement à
l’osmose qui concerne les molécules d’eau.
Il y a diffusion quand des ions passent de la solution
hypertonique vers la solution hypotonique.
Les ions se déplacent toujours du milieu le plus
concentré (hypertonique) vers le moins concentré
(hypotonique) pour rétablir l'équilibre,
contrairement aux molécules d’eau (hypo vers
hypertonique).
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A retenir :25
Le passage à travers la membrane peut se faire de 2façons différentes :
Sans énergie, c'est le transport passif. Il est basé sur leprincipe d'équilibre entre le milieu extracellulaire et lemilieu intracellulaire cad que les concentrations doiventêtre les mêmes à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule.
Avec énergie, c'est le transport actif. Il faut déplacer lessubstances contre le gradient de concentration (cad dumilieu hypotonique vers le milieu hypertonique). Cetransport se fait toujours par l'intermédiaire de protéinesprésentes dans la membrane cellulaire : Protéines de
transport.
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NB :26
Il y a 3 types de protéines de transport:
protéine de type uniport:
transport d'une seule substance dans une direction.
protéine de type symport:
transport de 2 molécules différentes dans la même
direction.
Protéine de type antiport:
transport de 2 molécules différentes dans des directions
opposées.
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La cellule animale
Enveloppe nucléaire
Centrosome
Cytosquelette
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Schéma : biologieenflash.com
NB : Le transport nucléaire28
Le centrosomeSchéma : universe-review.ca
De forme cylindrique, le centrosome est composé de microtubules et
contient une paire de centrioles perpendiculaires l'un à l'autre. Il
coordonne l’assemblage du fuseau mitotique lors de la division
cellulaire. Il dirige aussi le mouvement des organites chargés du
mouvement (cils et flagelles). Il est toujours à proximité du noyau.
Le centrosome se duplique pendant l'interphase et, pendant la
mitose, se sépare pour former les deux pôles du fuseau mitotique. Il
y a donc 2 paires de centrioles appelées chacune « diplosome ».
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Fuseau mitotique
Les ribosomesSchéma : UQAM
Ce sont de minuscules organelles sans membrane, composés
de protéines et d'ARN. Leur fonction est de synthétiser les protéines en
décodant l'information contenue dans l'ARNm. Les ribosomes sont
constitués de 2 sous-unités, une plus petite qui « lit » l'ARNm et une plus
grosse qui se charge de la synthèse de la protéine correspondante.
Certains sont fixés au RE et lui donnent la texture rugueuse; d'autres
flottent librement dans le cytoplasme et constituent des structures libres.
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NB :31
Les ribosomes libres dans le cytosol sont impliqués dansla synthèse de protéines qui seront directement utiliséesà l'intérieur même de la cellule comme, par exemple,pour le renouvellement des transporteurs et desrécepteurs membranaires ou encore pour la synthèsedes enzymes cytoplasmiques.
Les ribosomes associés en polysomes à la surface duréticulum endoplasmique rugueux fabriquent desprotéines qui pourront ensuite être sécrétées àl'extérieur de la cellule par un processus d'exocytose.
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Le Réticulum Endoplasmique
Composé d’un système de membranes pliées. On distingue :
Le RE rugueux RER ou granulaire REG : C’est l’organite le plusrépandu dans les cellules animales. Le RER est le site de latraduction et du repliement lors de la synthèse des protéines.
Le RE lisse REL : C’est le prolongement du RER et c’est un réseaude tubules interconnectés avec une absence de ribosomes et deciternes. Il produit et transfère les lipides membranaires (joue donc un rôle clé
dans le renouvellement membranaire).
Il métabolise le cholestérol en hormones stéroïdes des cellulesglandulaires (Ovaires, testicules) et des cellules nerveuses.
Il détoxifie les cellules hépatiques des drogues et des médicaments.
Il stocke le Ca dans les cellules musculaires squelettiques pour salibération lors de la contraction musculaire.
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NB :33
La plupart des protéines qui quittent le RE nécessitent untraitement supplémentaire dans l’AG, avant d'être prêtes àaccomplir des fonctions au sein de la cellule ou à l'extérieur.
Les protéines qui ne nécessitent pas de modificationssupplémentaires dans l’AG (Formation de ponts disulfures,Glycosylation, Repliement, Assemblage des polypeptides…)sont modifiées et repliées dans le RER et ce :
Soit au cours de leur transfert à travers la membrane du RER.
Soit dans le lumen du RER, une fois le transfert terminé.
Le repliement des protéines (ou Folding) se fait au cours de leurtransfert et de leur synthèse, par l’intervention de plusieursprotéines chaperonnes (solubles ou membranaires) dont uneprotéine soluble majeure du lumen : la BIP (Binding Protein). Unefois correctement assemblée, la protéine se dissocie des protéineschaperonnes et migre vers l’AG.
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L’Appareil de Golgi
Organite des cellules biologiques, composé de petits sacsmembraneux : Les dictyosomes, à deux faces :
face d'entrée des protéines sécrétées par le réticulum : le site cis.
face de sortie des vésicules : le site trans.
Il réceptionne les protéines et les lipides produits dans le RE.
Il fait l'intermédiaire entre le RE et la membrane plasmique et jouede ce fait un rôle majeur dans le processus d'exocytose.
Unique dans une cellule, il se charge de modifier les protéines parglycosylation, sulfatation… : Modifications post-traductionnellesdes protéines.
Trie, concentre et emballe les protéines dans des vésicules quibourgeonnent à partir de sa surface : Vésicules de Golgi.
Point de passage obligé et régulateur du trafic vésiculaire.
Participe au renouvellement membranaire.
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NB :35
Les vésicules de transport sont formées parbourgeonnement du RE, de l’AG ou de la membraneplasmique. Il existe plusieurs types:
Vésicules avec manteau de coatomères : responsables dutransport RE-AG, AG-AG et AG-Membrane plasmique. Ellespermettent un transport en vrac non-spécifique.
Vésicules avec manteau de caveolines : permettent un transportnon-spécifique, au niveau de la membrane plasmique.
Vésicules avec manteau de clathrines : permettent un transportspécifique.
La vésicule doit perdre son manteau pour pouvoir fusionner avec un
compartiment.
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Illustration du transport golgienwww.scienceblogs.com
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Il y a trois possibilités selon ce qu’elles contiennent :
1. Une vésicule contenant des enzymes digestives peutdevenir un organite à part entière, qui est le lysosome.
2. Une vésicule contenant des protéines, destinées àl'exportation, sécrète celles-ci à l’extérieur de la cellulepar exocytose après avoir migré jusqu’à la membranecellulaire. On parle alors d’une «vésicule de sécrétion».
3. Une vésicule contenant des protéines destinées àfaire partie de la membrane cellulaire fusionne aveccette dernière.
Destination des vésicules de Golgi
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Les lysosomes38
Les lysosomes constituent « le système digestif » de la cellule.Leur activité est très diversifiée et consiste à dégrader desmatériaux extracellulaires d'origine exogène (hétérophagie) oudes matériaux intracellulaires d'origineendogène (autophagie). Il s’agit donc de vésicules digestivesqui contiennent une réserve d’enzymes digestives puissantes(lipases, protéases, nucléases…) qui digèrent desmacromolécules en les cassant en petites molécules.
La digestion du matériel endogène ou exogène par lesenzymes lysosomiales produit de petites molécules simples, desacides aminés, des monosaccharides, des acides gras etc.. Lamembrane lysosomale étant semi-perméable, ces petitesmolécules traversent la membrane du lysosome pour seretrouver dans le cytoplasme de la cellule où elles pourrontalors servir à nouveau comme matières recyclées.
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NB :39
La rupture accidentelle des membranes lysosomiales et le déversementdes enzymes dans le cytoplasme est généralement sans conséquencepuisque le pH du cytoplasme est neutre ce qui inactive alors lesenzymes lysosomiales.
À la suite de la digestion du matériel endogène ou exogène par leslysosomes, les résidus non dégradés s'accumulent dans les lysosomessous forme de déchets: on parle alors de "corpuscules résiduels".
Normalement, la digestion lysosomiale doit être complète et laisser trèspeu de matériel non digéré. Dans certains cas où le matériel ingérérésiste à la digestion ou que la présence des enzymes nécessaires estinsuffisante, la digestion est incomplète voire nulle. Ceci aboutit à unlysosome surchargé de déchets non éliminés. Le dysfonctionnement ou ladéficience d’une enzyme lysosomale revêt un caractère pathologique.Les maladies lysosomales ont une origine congénitale.
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Le devenir des lysosomes40
La plupart des molécules simples produites au cours dela dégradation hydrolytique (acides aminés, oses, etc.) sortent dansle cytosol et servent à la nutrition de la cellule.
Les lysosomes âgés accumulent les restes de matériels nonhydrolysables et constituent les corps résiduels. L’activité deshydrolases y est devenue très faible, voire nulle. Ils sont détruits avecla cellule.
Dans le cas des neurones, les corps résiduels augmentent en taille eten nombre avec l’âge de ces cellules.
Certaines cellules spécialisées sont capables d’exocyter le contenuactif de leur lysosome (Ex : Les phagocytes (macrophages etpolynucléaires)).
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Les peroxysomes
Ce sont des vésicules très riches en oxydases et en
catalases, assurant ainsi plusieurs fonctions
métaboliques dont la production ou la dégradation
du peroxyde d’hydrogène et la décomposition des
lipides.
Les réactions par peroxydase permettent aussi
d’éliminer l’alcool ainsi que de nombreuses toxines
ingérées par les cellules hépatiques et les cellules
rénales.
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Les mitochondries
Mitochondrie : C’est une grosse organelleconsidérée comme la «centrale énergétique» de lacellule, car c'est le lieu de production de l’énergie.Elle se compose de 2 membranes mitochondriales,une externe et une interne, qui délimitent troismilieux :
le milieu extra-mitochondrial (cytoplasme de la cellule).
l'espace inter-membranaire.
la matrice.
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Schéma d’une mitochondrieSchéma : futura-sciences.com
1 : Membrane interne
2 : Membrane externe
3 : Espace inter-membranaire
4 : Matrice
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Rôle et fonctions de la mitochondrie
La mitochondrie produit l’énergie de la cellule en
convertissant l’énergie emmagasinée dans les
macromolécules en énergie utilisable par la cellule
sous forme d’ATP.
La mitochondrie permet, à partir d'une molécule de
glucose, la production de 36 à 38 molécules d'ATP(ce nombre dépend de la navette utilisée pour transporter le NAD de la
glycolyse).
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La respiration cellulaire
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La glycolyse
NB :
C'est dans la mitochondrie que se déroulent les 2dernières phases de la respiration cellulaire:
le cycle de Krebs (dans la matrice)
la chaîne de transports d’électrons (au niveau de lamembrane interne)
Les mitochondries ont leur propre ADN, ARN etribosomes, et peuvent se reproduireindépendamment de la cellule dans laquelle ellesse trouvent.
La glycolyse, qui est la1ère étape de la respiration cellulaire, se déroule dans lecytoplasme. Dr. W. IRAQI HOUSSAINI
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En absence d’O2, le glucose est transformé en lactate (Fermentation
lactique) ou en éthanol (fermentation éthylique)
La fermentation permet àcertaines cellules de produirede l’ATP en absence d’O2.
Certains organismes ne fontque de la fermentation,d’autres utilisent les 2processus Respirationcellulaire aérobie etfermentation).
La fermentation produitseulement 2 molécules d’ATPpar molécule de glucose.
La fermentation se dérouledans le cytoplasme.
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Le cytosquelette-Les flagelles-Les cils
Le cytosquelette : Constitué de structures protéiquescomme les micro-filaments, les filaments intermédiaireset les microtubules. Il s’agit d’un squelette qui maintientla forme de la cellule et joue un rôle dans la mobilitécellulaire.
Les flagelles : Il s’agit d’un prolongement cytoplasmiqueet est composé de microtubules. Ils servent audéplacement de la cellule.
Les cils : Sont de courts prolongements de la cellule. Ilsservent au déplacement de la cellule, amènent lanourriture et évacuent les particules étrangères.
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La Biologie Cellulaire