Il existe deux types de cellules vivantes : les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes.

Celules procaryotes

Les organismes les plus simples sont appelés procaryotes. La cellule des procaryotes ne comporte pas de noyau. L'ADN du génome baigne dans le cytoplasme de la cellule et il est généralement composé d'une molécule dont la chaîne est bouclée sur elle-même. D'autres molécules d'ADN peuvent également être présentes dans le cytoplasme. Elles portent le nom de plasmides. Les procaryotes se répartissent en deux familles, les bactéries et les archées (les scientifiques parlent d'eubactéries et d'archéobactéries).

Les organismes procaryotes ne sont pas nécessairement unicellulaires. Dans le cas de bactéries multicellulaires, elles peuvent prendre la forme de bâtonnets, comme dans le cas des streptocoques, ou des sphères (on parle plutôt de coques) comme dans le cas des staphylocoques.

Les bactéries vivent rarement seules. Elles forment des colonies au sein desquels on peut discerner un début d'organisation et une forme de vie "sociale". Les bactéries échangent des signaux entre elles. Une colonie de bactéries qui en rencontre une autre lui "déclare la guerre" en diffusant des toxines. Lorsque l'environnement devient défavorable, une partie d'entre elles meurent par apoptose et la colonie forme une spore au sein d'une coque protectrice en partie formée par les bactéries mortes.

Celules eucaryotes

On appelle cellules eucaryotes les cellules comportant un noyau. Les cellules des végétaux et des animaux sont des cellules eucaryotes. Les champignons sont également des organismes eucaryotes (éventuellement unicellulaires, comme dans le cas des levures). On donnait autrefois le nom de protiste aux organismes eucaryotes unicellulaires (comme les protozoaires) mais ce terme a tendance à être abandonné parce qu'insuffisamment précis. Les eucaryotes comportent deux types de molécules ADN : celles qui se trouvent au sein du noyau et celles qui sont portées par des organites. Les organites sont des sortes de microcellules comprises à l'intérieur du cytoplasme et qui jouent un rôle particulier dans le fonctionnement de la cellule. Les mitochondries sont des organites que l'on trouve dans presque toutes les cellules eucaryotes. Elles sont en charge de la respiration cellulaires. Dans les cellules végétales, les chloroplastes sont un autre type d'organites qui interviennent dans le processus complexe de photosynthèse.

Les brins d'ADN des eucaryotes ne sont pas bouclés. Ils ont l'apparence d'une hélice et sont regroupés deux par deux, formant ainsi une double hélice. La liaison entre ces brins se fait par l'intermédiaire de ponts hydrogène entre les bases azotées (voir plus bas). Les cellules eucaryotes comportent aussi des molécules d'ARN qui n'ont pas de forme particulière.

Et les virus ?

Les virus ne sont pas à proprement parler des organismes vivants. S'ils possèdent un génome, constitué d'ADN ou d'ARN, ils ne disposent pas des éléments nécessaires pour se répliquer. Ils doivent pour cela parasiter un organisme vivant et détourner à son profit ses capacités de reproduction de l'ADN. Dans sa forme extracellulaire, le génome d'un virus est encapsulé dans une capside, une unité structurelle qui le protège. Cette capside est elle-même situé dans une enveloppe lipoprotéique. On donne parfois au virus le nom d'acaryotes. Les virus ne sont pas tous pathogènes : seule une minorité l'est (entre 100 et 150 pour l'être humain sur 3600 virus connus).

Nota : les rétrovirus (comme le HIV) sont une famille de virus à ARN. Leur particularité vient du fait qu'ils possèdent une enzyme appelée transcriptase inverse capable de transcrire leur ARN en ADN qui ensuite s'intégrer dans la cellule hôte.

Chromosomes et chromatine

A l'intérieur du noyau des eucaryotes, l'ADN est « empaqueté » dans une structure plus globale, la chromatine, qui comportent également des molécules d'ARN et deux types de protéines, les histones et les non-histones. L'ADN s'enroule autour des histones pour former une succession de nucléosomes (de petites bobines d'ADN). L'empaquetage de l'ADN est plus ou moins condensé, ce qui joue un rôle sur l'expression des gènes.

Lors des phases de reproduction sexuée, l'ADN s'organise de manière plus structurée. Les brins d'ADN se répartissent pour former des chromosomes, ou plus exactement en paires de chromosomes. Chaque paire de chromosomes comporte un chromosome portant l'héritage génétique de la mère et un chromosome portant l'héritage génétique du père. Le nombre de paires de chromosomes et leur composition est caractéristique d'une espèce. Chez l'homme, on dénombre 23 paires de chromosomes : 22 paires de chromosomes homologues et une paire de chromosomes sexuels (XX pour les femmes, XY pour les hommes).

Les chromosomes homologues ont le même structure en termes de loci : ils possèdent les mêmes gènes aux mêmes positions. Par contre, le code porté par les gènes occupant le même locus au sein d'une paire est le plus souvent différent dans la mesure où l'un provient de l'héritage paternel, l'autre de l'héritage maternel.

Le nombre de paires n'est pas liée à la complexité de l'espèce. Certaines espèces de fourmi n'en ont que 2, la mouche en a 6, le lion 19, le gorille 24, le cheval 32, la vache 30 et le poulet 39 ! Dans le monde végétal, ce nombre est également très variable. L'oignon comporte 8 paires de chromosomes, l'ananas 25 et certaines espèces plus de cent.

Nota : une cellule dont le matériel génétique est composé de n paires de chromosomes est dite diploïde. Lors de la reproduction sexuée, il se forme des cellules (gamètes, ovocytes, spermatozoïdes) dans lesquelles on ne retrouve qu'un seul chromosome de chaque paire. Elles ne comportent donc que n chromosomes. Elles sont dites haploïdes. Certaines malformations conduisent à des cellules dites triploïdes, c'est-à-dire comportant n triplets de chromosomes homologues.

Nous verrons dans des posts ultérieurs ce qu'est un gène et comment il est codé par des bases nucléiques.