|
. |
|
Structure et fonctions |
La cellule
est la plus petite unité d'un organisme vivant; elle en est l'élément
constitutif de base. Les organismes les plus simples (Bactéries,
Protistes, etc.) sont composés d'une seule cellule. Dans les organismes
pluricellulaires (Animaux, Plantes, etc.), les cellules coopèrent
pour assurer les différentes fonctions vitales de l'organisme auquel
elles appartiennent, et selon la fonction qui leur revient, elles revêtent
des caractéristiques spéciales. Chez les Animaux, par exemple,
les cellules osseuses aident à soutenir et à protéger
le corps. Les cellules du système immunitaire combattent les Bactéries
envahissantes. De plus, les globules rouges transportent l'oxygène
dans tout l'organisme. Chacun de ces types de cellules joue un rôle
vital pendant la croissance, le développement et l'entretien quotidien
de l'organisme. Les cellules d'un même type s'interconnectent les
unes aux autres et remplissent des fonctions communes pour former des tissus
(par exemple, le tissu musculaire, le tissu conjonctif et le tissu nerveux),
plusieurs tissus se combinent pour former un organe (par exemple, l'estomac,
le cœur ou le cerveau), et plusieurs organes constituent un système
organique (comme le système digestif, le système circulatoire
ou le système nerveux). Au final, ce sont donc tous ces systèmes,
qui fonctionnant ensemble, définissent l'organisme (comme un éléphant,
par exemple). Malgré leur énorme variété, toutes
les cellules partagent cependant certaines caractéristiques fondamentales.
-
Cellules procaryotes et eucaryotesOn distingue deux grandes catégories de cellules : les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes.Les cellules procaryotes (pro- = avant; -karyon- = noyau) n'ont pas de noyau; leur matériel génétique se concentre dans une région de la cellule appelée nucléoïde. Les cellules eucaryotes (eu- = vrai) possèdent au contraire un noyau bien délimité, entouré par une membrane, qui renferme leur matériel génétique. On défini les deux plus grandes divisions du vivant en substantivant les adjectifs eucaryote et procaryote. Les Procaryotes sont les organismes formés de cellules procaryotes : il s'agit des organismes à prédominance unicellulaire qui forment les domaines des Bactéries et des Archées. Les Eucaryotes sont les organismes formés de cellules eucaryotes : il s'agit des Animaux, des Plantes, des Champignons, des Algues et des Protistes.Quelle que soit leur catégorie, toutes les cellules partagent quatre composants communs : 1) une membrane plasmique (qu'on appelait autrefois la membrane cellulaire), qui est un revêtement extérieur séparant l'intérieur de la cellule de son environnement;Procaryotes ou eucaryotes, toutes les cellules présentent une grande diversité de formes et de tailles, qui résultent de leur adaptation évolutive à différents environnements ou à différentes fonctions spécialisées au sein des organismes pluricellulaires. -
Taille des cellules.
La petite taille des cellules procaryotes permet aux ions et aux molécules organiques qui y pénètrent de se propager rapidement à d'autres parties de la cellule. De même, tous les déchets produits dans une cellule procaryote peuvent rapidement sortir. Ce n'est pas le cas des cellules eucaryotes dont l'évolution s'est traduite par différentes adaptations structurelles pour améliorer le transport cellulaire. La grande taille de ces cellules n'aurait pas été possible sans ces adaptations. En général, la taille des cellules est limitée, car le volume (proportionnel au cube du diamètre) augmente beaucoup plus rapidement que la surface cellulaire (proportionnelle au carré du diamètre). Lorsqu'une cellule devient plus grande, il devient de plus en plus difficile pour la cellule d'acquérir suffisamment de matériaux pour soutenir les processus à l'intérieur de la cellule, car la taille relative de la surface, autrement dit les voies de passage, à travers laquelle les matériaux doivent être transportés diminue. Les cellules eucaryotesUne cellule eucaryote est une cellule qui a son noyau lié à la membrane et d'autres compartiments ou sacs liés à la membrane, appelés organites (= petits organes). Ceux-ci ont des fonctions spécialisées, tout comme les organes du corps ont des fonctions spécialisées. De même, ces organites permettent aux diverses fonctions qu'ils assurent de se produire simultanément dans la cellule. Les cellules eucaryotes ont ainsi une structure plus complexe que les cellules procaryotes.-
Avant de discuter plus en détail des fonctions des organites au sein d'une cellule eucaryote, examinons d'abord deux composants importants de la cellule : la membrane plasmique et le cytoplasme. La membrane plasmique.
Les membranes plasmiques des cellules qui se spécialisent dans l'absorption sont repliées pour prendre des formes semblables à des doigts appelées microvillosités. Ce pliage augmente la surface de la membrane plasmique. Ces cellules se trouvent généralement le long de l'intestin grêle, l'organe qui absorbe les nutriments des aliments digérés. Les personnes atteintes d'une maladie coeliaque développent une réponse immunitaire au gluten, qui est une protéine présente dans le blé, l'orge et le seigle. La réponse immunitaire endommage les microvillosités et, par conséquent, les personnes atteintes ne peuvent pas absorber les nutriments. Cela conduit à de la malnutrition, à des crampes et à de la diarrhée. Les patients souffrant d'une telle maladie doivent suivre un régime sans gluten.Le cytoplasme. Le cytoplasme correspond au contenu d'une cellule entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire. Il est composé de cytosol (un fluide de type gel), d'organites en suspension dans celui-ci, du cytosquelette qui procure une armature à la cellule, et de diverses substances chimiques. Même si le cytoplasme est constitué de 70% à 80% d'eau, il a une consistance semi-solide, qui provient des protéines qu'il contient. Cependant, les protéines ne sont pas les seules molécules organiques présentes dans le cytoplasme. On y trouve également du glucose et d'autres sucres simples, des polysaccharides, des acides aminés, des acides nucléiques, des acides gras et des dérivés du glycérol. Des ions de sodium, de potassium, de calcium et de nombreux autres éléments sont également dissous dans le cytoplasme. De nombreuses réactions métaboliques, à commencer par la synthèse des protéines, ont lieu dans le cytoplasme. Les
organites.
Le
système endomembranaire.
Le
cytosquelette.
Matrice extracellulaire
et jonctions intercellulaires.
La
matrice extracellulaire.
La coagulation sanguine fournit un exemple
du rôle que joue la matrice extracellulaire dans la communication
cellulaire. Quand les cellules tapissant un vaisseau
sanguin sont endommagées, elles présentent un récepteur
protéique appelé facteur tissulaire. Lorsque le facteur
tissulaire se lie à un autre facteur de la matrice extracellulaire,
il fait adhérer les plaquettes à la paroi du vaisseau sanguin
endommagé, stimule les cellules musculaires lisses adjacentes du
vaisseau sanguin à se contracter (resserrant ainsi le vaisseau sanguin)
et initie une série d'étapes qui stimulent les plaquettes
pour produire des facteurs de coagulation.
La matrice extracellulaire est constituée d'un réseau de substances sécrétées par la cellule. Jonctions
intercellulaires.
• Les plasmodesmes. - En général, de longs tronçons des membranes plasmiques des cellules végétales voisines ne peuvent pas se toucher car ils sont séparés par les parois cellulaires entourant chaque cellule. Les plasmodesmes sont de nombreux canaux qui passent entre les parois cellulaires des cellules végétales adjacentes, reliant leur cytoplasme et permettant aux molécules de signal et aux nutriments d'être transportés de cellule à cellule.
La membrane plasmiqueLa membrane plasmique d'une cellule enveloppe entièrement celle-ci : elle définit donc la limite de la cellule et détermine la nature de son contact avec l'environnement. Les cellules excluent certaines substances, en absorbent d'autres et en excrètent d'autres encore, toutes en quantités contrôlées.La membrane plasmique agit dès lors comme une barrière entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule en permettant l'entrée et la sortie de ces substances. Ce passage est un phénomène appelé perméabilité et cette perméabilité est sélective : certaines substances doivent pouvoir entrer dans la cellule ou en sortir, les matières nocives ne doivent pas pouvoir rentrer et les matières essentielles de doivent pas être en mesure de sortir. La membrane plasmique doit également être suffisamment flexible pour permettre à certaines cellules, telles que les globules rouges et les globules blancs, de changer de forme lorsqu'elles traversent des capillaires étroits. La membrane plasmique n'est donc pas un simple sac statique. Elle est dynamique et en constante évolution. De plus, la surface de la membrane plasmique porte des marqueurs (molécules particulières) qui permettent aux cellules de se reconnaître mutuellement, ce qui est vital au cours du développement précoce d'un organisme, à mesure que les tissus et les organes se forment. Cette reconnaissance mutuelle joue plus tard un rôle dans la distinction entre "soi" et "non-soi", qui est le fondement de la réponse immunitaire. La membrane plasmique porte aussi des récepteurs qui sont des sites de fixation pour des substances spécifiques qui interagissent avec la cellule. Chaque récepteur est structuré pour se lier à une substance spécifique. Par exemple, les récepteurs de surface de la membrane créent des changements à l'intérieur, comme ceux observés dans les enzymes des voies métaboliques. Ces voies métaboliques peuvent être vitales pour fournir de l'énergie à la cellule, fabriquer des substances spécifiques pour la cellule, décomposer les déchets cellulaires ou éliminer des toxines. Les récepteurs situés à la surface extérieure de la membrane plasmique interagissent avec les hormones ou les neurotransmetteurs et permettent à leurs messages d'être transmis à la cellule. Certains sites de reconnaissance sont utilisés par les virus comme points d'attache. Bien qu'ils soient hautement spécifiques, des agents pathogènes comme les virus peuvent évoluer pour exploiter les récepteurs pour entrer dans une cellule en imitant la substance spécifique que le récepteur est censé se lier. Cette spécificité permet, par exemple, d'expliquer pourquoi le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) ou l'un des cinq types de virus de l'hépatite envahissent uniquement des cellules spécifiques. Le
modèle de la mosaïque fluide.
Le modèle de mosaïque fluide
décrit la structure de la membrane plasmique comme une mosaïque
de composants - parmi lesquels des phospholipides, du cholestérol,
des protéines et des glucides - dans laquelle ces composants peuvent
s'écouler et changer de position, tout en maintenant l'intégrité
de base de la membrane. Les molécules de phospholipides et les protéines
intégrées sont capables de diffuser rapidement et latéralement
dans la membrane.
La fluidité de la membrane plasmique est nécessaire aux activités de certaines enzymes et transportent des molécules à l'intérieur de la membrane. Les membranes plasmiques ont une épaisseur de 5 à 10 nm. À titre de comparaison, les globules rouges humains ont une épaisseur d'environ 8 µm, ce qui est environ 1000 fois plus gros que l'épaisseur d'une membrane plasmique. La membrane plasmique est constituée principalement d'une bicouche de phospholipides dans laquelle sont incluses de nombreuses protéines (= mosaïque protéique). Celles qui se trouvent aux surfaces intérieure et extérieure de la bicouche sont dites protéines périphériques; celles qui pénètrent à l'intérieur de la bicouche sont dites protéines inétgrales. Toutes ces molécules (protéines et phospholipides) peuvent être unies à des glucides pour former des glycoprotéines.et des glycolipides. Les membranes des cellules animales peuvent également intégrer du cholestérol. La quantité de ce cholestérol dans les membranes plasmiques animales régule la fluidité de la membrane et change en fonction de la température de l'environnement cellulaire. En d'autres termes, le cholestérol agit comme un antigel dans la membrane cellulaire et est plus abondant chez les animaux qui vivent dans des climats froids. • Phospholipides. - Le tissu principal de la membrane est composé de deux couches de molécules de phospholipides, et les extrémités polaires de ces molécules sont en contact avec un fluide aqueux à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Ainsi, les deux surfaces de la membrane plasmique sont hydrophiles. En revanche, l'intérieur de la membrane, entre ses deux surfaces, on trouve une région hydrophobe ou non polaire à cause des queues d'acides gras des phospholipides. Cette région n'a aucune attraction pour l'eau ou d'autres molécules polaires.Toutes les autres membranes de la cellule (celles du noyau, des mitocondries, de l'appareil de Golgi, des chloroplastes, etc.), possèdent une structure similaire; seules les proportions et les types de lipides, de protéines et de glucides pouvant différer selon l'organite considéré. Fluidité
membranaire.
La structure mosaïque de la membrane explique au moins en partie sa fluidité. Un facteur qui aide à maintenir celle-ci tient à la nature des phospholipides eux-mêmes. Dans leur forme saturée, les acides gras contenus dans les queues de phospholipides sont saturés d'atomes d'hydrogène liés. Il n'y a pas de doubles liaisons entre les atomes de carbone adjacents. Il en résulte des queues relativement droites. En revanche, les acides gras insaturés ne contiennent pas un nombre maximal d'atomes d'hydrogène, mais ils contiennent des doubles liaisons entre les atomes de carbone adjacents; une double liaison se traduit par un coude dans la chaîne d'atomes de carbone d'environ 30 degrés. Ainsi, si les acides gras saturés, avec leur queue droite, sont comprimés lorsque la température baisse, ils se pressent les uns contre les autres, formant une membrane dense et assez rigide. Si les acides gras insaturés sont comprimés, les "plis" dans leur queue couchent les molécules de phospholipides adjacentes, en maintenant un certain espace entre les molécules de phospholipides. Cela aide à maintenir la fluidité de la membrane à des températures auxquelles les membranes contenant des queues d'acides gras saturés dans leurs phospholipides « gèleraient » ou se solidifieraient. La fluidité relative de la membrane est particulièrement importante dans un environnement froid. Un tel environnement a tendance à comprimer les membranes composées en grande partie d'acides gras saturés, les rendant moins fluides et plus susceptibles de se rompre. De nombreux organismes (les Poissons en sont un exemple) sont capables de s'adapter aux environnements froids en modifiant la proportion d'acides gras insaturés dans leurs membranes en réponse à la baisse de la température. Transport passif.
Dans le transport passif, les substances passent d'une zone de concentration plus élevée à une zone de concentration plus faible au cours d'un processus appelé diffusion. On parle de gradient de concentration pour décrire un espace physique dans lequel il existe entre un point et un autre une variation de concentration d'une seule substance. Lorsque la traversée de la membrane plasmique est possible (principe de la perméabilité sélective), trois mécanismes de diffusion s'observent dans le transport passif : la diffusion simple, la diffusion facilitée et l'osmose. Perméabilité
sélective.
Les membranes plasmiques ont des régions hydrophiles et des régions hydrophobes. Cette caractéristique facilite le mouvement de certains matériaux à travers la membrane et entrave le mouvement d'autres. Un matériau liposoluble peut facilement glisser à travers le noyau lipidique hydrophobe de la membrane. Des substances telles que les vitamines liposolubles A, D, E et K passent ainsi aisément à travers les membranes plasmiques du tube digestif et d'autres tissus. Les médicaments liposolubles pénètrent également facilement dans les cellules et sont facilement transportés dans les tissus et les organes du corps. Les molécules d'oxygène et de dioxyde de carbone n'ont pas de charge et passent eux aussi par simple diffusion. A l'exception de l'eau, les substances polaires, rencontrent des difficultés pour traverser la membrane plasmique. Bien que certaines molécules polaires se connectent facilement à l'extérieur d'une cellule, elles ne peuvent pas passer facilement à travers le noyau lipidique de la membrane. De plus, alors que les petits ions pourraient facilement glisser à travers les espaces de la mosaïque de la membrane, leur charge les en empêche. Les ions tels que le sodium, le potassium, le calcium et le chlorure doivent avoir un moyen spécial de passer au travers des membranes plasmiques. Les sucres simples et les acides aminés, parce que ce sont des substances insolubles dans les lipides ou parce que leurs molécules sont de trop grandes dimensions, ont également besoin d'aide pour traverser ces membranes. La
diffusion simple.
Dans un milieu donné, chaque substance, par exemple le fluide extracellulaire, a son propre gradient de concentration, indépendant des gradients de concentration d'autres matériaux. Chaque substance diffuse en fonction de ce gradient. Plusieurs facteurs affectent le taux de diffusion. • L'étendue du gradient de concentration : plus la différence de concentration est grande, plus la diffusion est rapide. Plus la distribution du matériau se rapproche de l'équilibre, plus le taux de diffusion est lent.Transport facilité. Dans le transport facilité, également appelé diffusion facilitée, le matériau se déplace à travers la membrane plasmique grâce au concours de protéines transmembranaires vers le bas d'un gradient de concentration (des points de haute concentration aux points de basse concentration). Ici encore sans dépense d'énergie cellulaire. Les substances qui bénéficient d'un transport facilité ne se diffuseraient pas facilement ou rapidement à travers la membrane plasmique. La solution pour déplacer les substances polaires et d'autres substances à travers la membrane plasmique réside dans l'action des protéines qui en couvrent la surface. 1) Le matériau transporté est d'abord attaché aux récepteurs de protéines ou de glycoprotéines sur la surface extérieure de la membrane plasmique. Cela permet au matériau dont la cellule a besoin d'être retiré du fluide extracellulaire.L'union entre les protéines de transport et les molécules transportées est transitoire.. Après le passage d'une molécule transportée de l'autre côté de la membrane, elle se détache et la protéine de transport ainsi libérée peut entamer un nouveau cycle et permettre à de nouvelles molécules de faire la traversée. Osmose.
Les cellules n'ont
aucun contrôle sur l'osmose. La direction dans laquelle circule l'eau
est seulement fonction de la concentration en molécules d'eau à
l'extérieur et à l'intérieur de la cellule. La plupart
des membranes plasmiques sont très perméables à l'eau.
Le principe de la diffusion, on l'a dit, est que les molécules se déplacent et se répartissent uniformément dans le milieu si elles le peuvent. Cependant, seul le matériau capable de traverser la membrane diffusera à travers elle. Dans le cas de l'osmose, le soluté ne peut pas diffuser à travers la membrane, mais l'eau le peut. Cette diffusion de l'eau à travers la membrane, l'osmose, se poursuivra jusqu'à ce que le gradient de concentration de l'eau atteigne zéro. L'osmose se produit constamment dans les systèmes vivants. La tonicité décrit la quantité de soluté dans une solution. La mesure de la tonicité d'une solution, ou la quantité totale de solutés dissous dans une quantité spécifique de solution est appelée son osmolarité ou concentration osmotique. Trois termes: hypotonique, isotonique et hypertonique sont utilisés pour relier l'osmolarité d'une cellule à l'osmolarité du liquide extracellulaire qui contient les cellules. • Solutions hypotoniques. - Dans une situation hypotonique, le liquide extracellulaire (par exemple l'eau du robinet) est moins osmolaire que le liquide à l'intérieur de la cellule et l'eau pénètre dans la cellule. Dans les systèmes vivants, le point de référence est toujours le cytoplasme, donc le préfixe hypo- signifie que le liquide extracellulaire présente une concentration plus faible de solutés, ou une osmolarité inférieure, que le cytoplasme cellulaire. Cela signifie également que le liquide extracellulaire a une concentration d'eau plus élevée dans la solution que la cellule. Dans cette situation, l'eau suivra son gradient de concentration et entrera donc dans la cellule.
Transport actif.
Certains mécanismes de transport actif déplacent à travers la membrane des matériaux de faible poids moléculaire, tels que des ions. Les cellules doivent également pouvoir éliminer et absorber les molécules et particules plus grosses. Certaines cellules sont même capables d'engloutir des micro-organismes unicellulaires entiers. On peut donner comme exemple de transport actif le passage de l'iode du sang dans la glande thyroïde. Le glucose, les acides aminés et certains ions passent aussi dans les cellules par ce type de transport. Gradient
électrochimique.
L'intérieur des cellules vivantes est électriquement négatif par rapport au fluide extracellulaire dans lequel elles baignent; en même temps, les cellules ont des concentrations de potassium (K+) plus élevées et des concentrations de sodium (Na+) plus faibles que le liquide extracellulaire. Ainsi, dans une cellule vivante, le gradient de concentration de Na+ a tendance à le conduire dans la cellule, et le gradient électrique de Na+ (un ion positif) a également tendance à le conduire vers l'intérieur chargé négativement. La situation est cependant plus complexe pour d'autres éléments comme le potassium. Le gradient électrique de K+, un ion positif, a également tendance à le conduire dans la cellule, mais le gradient de concentration de K+ a tendance à chasser K+ hors de la cellule. Le gradient combiné qui affecte
un ion est appelé son gradient électrochimique; il
est particulièrement important pour les cellules musculaires et
nerveuses.
Aller
à contre-gradient.
Les mécanismes de transport actifs, appelés collectivement pompes ou protéines porteuses, s'opposent à l'effet des gradients électrochimiques. À l'exception des ions, les petites substances traversent constamment les membranes plasmiques. Le transport actif maintient les concentrations d'ions et d'autres substances nécessaires aux cellules vivantes face à ces changements passifs. Une grande partie de l'approvisionnement d'une cellule en énergie métabolique peut être dépensée dans ces processus. Il existe deux mécanismes pour le transport de matériaux de faible poids moléculaire et de macromolécules. • Le transport actif primaire déplace les ions à travers une membrane et crée une différence de charge à travers cette membrane. Le système de transport actif primaire utilise l'ATP pour déplacer une substance, comme un ion, dans la cellule, et souvent en même temps, une deuxième substance est sortie de la cellule. La pompe sodium-potassium, une pompe importante dans les cellules animales, dépense de l'énergie pour déplacer les ions potassium dans la cellule et un nombre différent d'ions sodium hors de la cellule. L'action de cette pompe entraîne une différence de concentration et de charge à travers la membrane.
Endocytose.
Il existe différentes variantes
d'endocytose, mais toutes partagent une caractéristique commune
: la membrane plasmique de la cellule s'invagine, formant une poche autour
de la particule cible. La poche se pince, ce qui fait que la particule
est enfermée dans une vacuole nouvellement créée et
qui est formée à partir de la membrane plasmique. Puis la
vacuole s'ouvre de l'autre côté de la membrane plasmique.
• La phagocytose. - C'est le processus par lequel de grosses particules, telles que des cellules, sont absorbées par une cellule. La phagocytose n'est observée que chez certains organismes unicellulaires tels que l'Amibe (Les Protozoaires) et dans les cellules animales telles que les leucocytes; ces derniers sont des cellules sanguines responsables de la défense de l'organisme : les leucocytes phagocytent les bactéries pathogènes ou nuisibles qui ont pénétré dans l'organisme. Ainsi, un leucocyte appelé macrophage émet-il d'abord des extensions de sa membrane appelées pseudopodes. Les pseudopodes entourent les bactéries reconnues comme une menace, les extrémités fusionnent pour former une grande vésicule (vacuole alimentaire) qui englobe la bactérie. La vacuole alimentaire fusionne avec un lysosome dont les enzymes digèrent la bactéries. Ce même processus est effectué par des organismes unicellulaires pour obtenir des nutriments.Exocytose. L'exocytose est le mécanisme contraire de l'endocytose. Son but est d'expulser un matériau de la cellule dans le liquide extracellulaire. Ce peut être des déchets issus de l'activité de la cellule ou des substances qu'elle sécrète normalement, comme des hormones et les enzymes destinées à être utilisées ailleurs dans l'organisme. -
Le cytoplasmeLe cytoplasme comprend deux parties :• Le hialoplasme ou cytosol, qui est une solution aqueuse de sels, sucres, acides aminés, protéines, acides gras, nucléotides et autres matières. De consistance gélatineuse, le cytosol est le milieu dans lequel baignent les diverses structures intra-cellulaires : le noyau et les autres organites.De nombreuses réactions biologiques se produisent dans le cytoplasme grâce aux enzymes (protéines) qui catalysent ces réactions. Les paragraphes qui suivent passent en revue les organites communs à toutes les cellules eucaryotes, puis ceux propres aux cellules animales et végétales. Le cytosquelette et le noyau sont abordés ensuite. Organites présents dans toutes les cellules eucaryotes Ribosomes.
La microscopie électronique a montré que les ribosomes ne possèdent pas de membrane et se composent de deux sous-unités, une grande et une petite, chacune composée d'ARN ribosomique (ARNr) et d'un grand nombre de protéines. Lorsque les deux sous-unités se rejoignent, elles forment une machine moléculaire complexe, dont les enzymes facilitent la synthèse des protéines dans la cellule. Parce que la synthèse des protéines est essentielle pour toutes les cellules, les ribosomes se trouvent dans pratiquement toutes les cellules, bien qu'ils soient plus petits dans les cellules procaryotes. Ils sont particulièrement abondants dans les globules rouges immatures où ils synthétisent l'hémoglobine, la protéine impliquée dans le transport de l'oxygène dans tout le corps. Mitochondries.
Typiquement de la taille d'une bactérie,
les mitochondries affectent des formes très variées, elles
peuvent être cylindriques, sphériques, avec l'apparence d'une
pomme de terre, mais le plus souvent ovales. Elles possèdent une
double membrane et ont leurs propres ribosomes et ADN. Chaque membrane
est une bicouche phospholipidique incrustée de protéines.
La couche interne a des plis appelés crêtes,
qui augmentent la surface de la membrane interne. La zone entourée
par les plis s'appelle la matrice mitochondriale; elle contient
un liquide très visqueux. Les crêtes et la matrice ont des
rôles différents dans la respiration cellulaire.
Peroxysomes.
Les cellules végétales possèdent des peroxysomes spécialisés, less glyoxysomes, qui sont responsables de la conversion des graisses stockées en sucres. Les cellules végétales contiennent de nombreux types de peroxysomes différents qui jouent un rôle dans le métabolisme, la défense des pathogènes et la réponse au stress, pour n'en citer que quelques-uns. Réticulum
endoplasmique.
La partie creuse des tubules s'appelle la lumen (ou lumière) ou l'espace cisternal. La membrane du réticulum endoplasmique qui est une bicouche phospholipidique incrustée de protéines, est continue avec l'enveloppe nucléaire. Réticulum
endoplasmique rugueux (ergatoplasme).
Les ribosomes synthétisent les protéines lorsqu'ils sont attachés au réticulum endoplasmique, ce qui entraîne le transfert de leurs protéines nouvellement synthétisées dans la lumière du réticulum endoplasmique rugueux où ils subissent des modifications telles que le pliage ou l'ajout de sucres. Le réticulum endoplasmique rugueux fabrique également des phospholipides pour les membranes cellulaires. Si les phospholipides ou les protéines modifiées ne sont pas destinés à rester dans le réticulum endoplasmique rugueux, ils seront enrobés dans des vésicules et transportés du réticulum endoplasmique rugueux par bourgeonnement à partir de la membrane. Étant donné que le réticulum endoplasmique rugueux est engagé dans la modification des protéines qui seront sécrétées par la cellule, il est abondant dans les cellules qui sécrètent des protéines, telles que le foie. Réticulum
endoplasmique lisse.
Vésicules
et vacuoles.
Les vacuoles sont un peu plus grandes que les vésicules et la membrane d'une vacuole ne fusionne pas avec les membranes d'autres composants cellulaires. Les vésicules peuvent fusionner avec d'autres membranes du système cellulaire. Les enzymes présentes dans les vacuoles des plantes peuvent briser les macromolécules. Ajoutons que la plupart des Protozoaires ont des vacuoles digestives avec des aliments en cours de digestion, en plus des vacuoles contractiles qui expulsent à l'extérieur de la cellule et de l'excès d'eau. Par exemple, dans un Protozoaire d'eau douce comme la Paramécie, l'eau pénètre constamment dans la cellule par osmose. Si l'excès d'eau n'était pas éliminé par les vacuoles contractiles, cet organisme exploserait. Appareil de Golgi.
L'appareil de Golgi correspond à
une série de sacs membraneux aplatis appelés saccules
membranaires. Un empilement de tels saccules correspond à un
dictyosome. On y distingue une face cis, ou face de réception
côté réticulum endoplasmique, et une face trans,
ou de libération, du côté opposé au réticulum
endoplasmique, vers la membrane cellulaire.
-
Les vésicules de transport qui se forment à partir du réticulum endoplasmique se dirigent vers la face de réception, fusionnent avec elle et vident leur contenu dans la lumière d'un dictyosome de l'appareil de Golgi. La progression continue à l'intérieur de l'appareil de Golgi, et, à mesure qu'ils avancent, les protéines et les lipides subissent d'autres modifications. La modification la plus fréquente est l'ajout de chaînes courtes de molécules de sucre pour fabriquer des glycoprotéines et des glycolipides. Les protéines et lipides nouvellement modifiés sont ensuite marqués avec de petits groupes moléculaires (groupes phosphate ou autres petites molécules) pour leur permettre d'être acheminés vers leurs destinations appropriées. Pour finir, les protéines modifiées et marquées sont empaquetées dans des vésicules sécrétoires qui bourgeonnent à partir de la face trans du dictyosome. Alors que certaines de ces vésicules déposent leur contenu dans d'autres parties cellulaires où elles seront utilisées, d'autres vésicules sécrétoires fusionnent avec la membrane plasmique et libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule. La quantité de dictyosomes dans l'appareil de Golgi des différents types de cellules de la fonction des cellules. Les cellules qui exercent une grande activité sécrétoire (comme les cellules des glandes salivaires qui sécrètent des enzymes digestives ou les cellules du système immunitaire qui sécrètent des anticorps) ont un nombre abondant de telles structures. Dans les cellules végétales, l'appareil de Golgi a un rôle supplémentaire de synthèse de polysaccharides, dont certains (la cellulose) sont incorporés dans la paroi cellulaire et certains sont utilisés dans d'autres parties de la cellule. Organites présents dans les cellules animales seules (sauf exceptions) Centrosome et
centrioles
Le centrosome se réplique avant qu'une cellule ne se divise, et les centrioles jouent un rôle en tirant les chromosomes dupliqués aux extrémités opposées de la cellule en cours de division. Cependant, la fonction exacte des centrioles dans la division cellulaire n'est pas claire, car les cellules dont les centrioles ont disparu peuvent toujours se diviser et les cellules végétales, qui manquent de centrioles, sont capables de division cellulaire. Les centrioles donnent
également naissance aux cils et aux flagelles. Dans ce cas, étant
situés à la base de ces structures motrices, ils prenent
le nom de corps basaux.
Flagelles et cils.
Les flagelles sont utilisées pour déplacer une cellule entière (par exemple, le spermatozoïde, Euglena). Les cellules qui en possèdent n'ont qu'une ou un petit nombre de flagelles. Note : les flagelles peuvent aussi se rencontrer dans des cellules non animales : chez les Eucariotes, Chlamydomonas, une algue verte, en possède deux; chez les Procaryotes,Helicobacter pylori, une bactérie, en possède une dizaine, etc. Lorqu'une cellule possède des cils, ceux-ci sont extrêment nombreux et sont présents sur toute la surface de la membrane plasmique (comme la Paramécie qui possède jusqu'à 17 000 cils). Par leurs mouvements coordonnés les cils permettent le déplacement des cellules entières, mais également le déplacement de substances diverses le long de la surface externe de la cellule. Il en est ainsi des cils des cellules tapissant les trompes de Fallope qui déplacent l'ovule vers l'utérus, ou des cils tapissant les cellules des voies respiratoires qui déplacent les particules que le mucus a piégé vers la gorge. Certains Procaryotes
ont aussi des flagelles, des pili (plus ou moins analogues au cils)
ou des fimbriae (franges, pili de petite taille). La plupart des
pili sont utilisés pour échanger du matériel génétique
lors d'un type de reproduction appelé conjugaison. Les flagelles,
comme dans le cas des Eucaryotes, sont utilisées pour la locomotion.
Organites d'une cellule animale typique. Lysosomes.
Chez les Eucaryotes unicellulaires, les lysosomes ont un rôle important dans la digestion des aliments ingérés et dans le recyclage des organites. Les enzymes qu'ils renferment sont actives à un pH beaucoup plus bas (plus acide) que celles situées dans le cytoplasme. De nombreuses réactions qui ont lieu dans le cytoplasme ne pourraient pas se produire à un pH bas, d'où l'avantage de compartimenter la cellule eucaryote pour disposer de lieux, comme l'intérieur des lysosomes, où certaines réactions chimiques sont possibles alors qu'elles ne le sont pas ailleurs. Les lysosomes utilisent également leurs enzymes hydrolytiques pour détruire les organismes pathogènes qui pourraient pénétrer dans la cellule. Un bon exemple de cela est donné par un groupe de globules blancs appelés macrophages, qui font partie du système immunitaire : ors d'un processus connu sous le nom de phagocytose (voir plus haut). (Les lysosomes, qui sont des organites propres aux cellules animales ont leur équivalent chez les végétaux : ce sont les phytolysosomes, intégrés dans la vacuole centrale, mais ceux-ci ont des fonctions moins étendues que les lysosomes ). Organites présents dans les cellules végétales seules Paroi cellulaire.
La principale molécule organique de la paroi cellulaire végétale est un polysaccharide composé de longues chaînes droites d'unités de glucose, la cellulose. On rencontre aussi dans la paroi cellulaire de la pectine, une substance gélatineuse qui agit comme ciment entre les cellules. On a vu plus haut que la paroi cellulaire comporte de minuscules trous, les plasmodesmes, à travers lesquels un contact s'établit entre une cellule et une autre, permettant aussi un échange de substances entre elles. Mais contrairement à la membrane plasmique, la paroi cellulaire, perméable à la plupart des molécules, ne contrôle pas le passage des matériaux dans et hors de la cellule. Les Bactéries,
à l'exception des Microplasmes (les plus petites Bactéries)
ont une paroi cellulaire en peptidoglycane (contrairement aux Archées
et aux Plantes), composée de sucres et d'acides aminés, et
beaucoup ont une capsule de polysaccharide. Dans leur cas, comme dans celui
des Plantes, la paroi cellulaire agit comme une
couche de protection supplémentaire, aide la cellule à conserver
sa forme et empêche la déshydratation. La capsule permet à
la cellule de se fixer aux surfaces de son environnement.
Cellule végétale typique. Les plastes. - Les plastes ou plastides sont des organites que l'on ne trouve que dans les cellules des Plantes et des Algues. Ces organites, entourés de deux membranes, sont de trois types : les chloroplastes, les chromoplastes et les leucoplastes. Chloroplastes.
Dans la photosynthèse, le dioxyde de carbone, l'eau et l'énergie lumineuse sont utilisés pour fabriquer du glucose et de l'oxygène. C'est la principale différence entre les Plantes et les Animaux : les Plantes (autotrophes) sont capables de fabriquer leur propre nourriture, comme le glucose, tandis que les Animaux (hétérotrophes) doivent compter sur d'autres organismes pour leurs composés organiques ou leur source de nourriture. Les chloroplastes sont entourés d'une membrane externe et d'une membrane interne; dans l'espace clos par la membrane interne d'un chloroplaste se trouve un ensemble de sacs membranaires appelés thylakoïdes, qui sont interconnectés et empilés et remplis de liquide. Chaque pile de thylakoïdes prend le nom de granum (pluriel, grana). Le fluide enfermé par la membrane interne et entourant les grana étant quant à lui nommé stroma. Les grana contiennent un pigment vert, la chlorophylle, qui donne leur couleur aux plantes et surtout qui capture l'énergie de la lumière solaire pour la photosynthèse. -
Comme les cellules végétales, les Protistes photosynthétiques ont également des chloroplastes. Certaines Bactéries effectuent également la photosynthèse, mais elles n'ont pas de chloroplastes. Leurs pigments photosynthétiques sont situés dans la membrane thylakoïde à l'intérieur de la cellule elle-même. En plus de la chlorophylle, certains chloroplastes contiennent des pigments de diverses couleurs. Ordinairement, ils sont masqués par l'abondance de la chlorophylle, mais peuvent donner leur couleur aux cellules et aux organismes qu'elles composent, si la teneur en chlorophylle dimine. Chromoplastes.
Les chromoplastes peuvent être dérivés des chloroplastes lorsqu'ils perdent de la chlorophylle. Le changement de couleur des fruits verts lors de la maturation, dans de nombreuses Plantes, est dû à la conversion des chloroplastes en chromoplastes. Par exemple, lorsqu'une tomate mûrit, la chlorophylle est détruite, révélant la couleur rouge, initialement masquée par la chlorophylle. D'autres pigments qui donnent de la couleur aux fleurs et à d'autres parties des plantes se trouvent dissous dans des vacuoles. Ces pigments sont des anthocyanes, dont la gamme de couleurs va du bleu ou du violet au rouge. Leucoplastes.
La vacuole centrale.
Lorsqu'elle est gonflée, la vacuole centrale exerce une pression contre la paroi cellulaire, procurant ainsi à la cellule un degré élevé de fermeté ou de turgescence, ce qui permet aux feuilles, aux fleurs et aux tiges tendres des plantes de rester fermes. Ainsi, si l'on oublie d'arroser une plante pendant quelques jours, elle flétrit. En effet, à mesure que la concentration en eau dans le sol devient inférieure à la concentration en eau dans la plante, l'eau quitte la vacuole centrale et le cytoplasme de cellules pour pénétrer dans le sol. Lorsque la vacuole centrale se vide et se contracte, elle laisse la paroi cellulaire sans support. C'est cette perte de support des parois cellulaires qui donne l'aspect flétri aux plantes manquant d'eau. Le cytosqueletteDécouvert dans les années 1970 grâce au microscope électronique, le cytosquelette, qui s'étend en forme de réseau dans tout le cytoplasme, représente l'armature de la cellule. Les fonctions du cytosquelette sont multiples : il soutient et donne sa forme à la cellule; il maintient et déplace les organites; il participe au mouvement de la cellule par les déformations qu'il imprime à la cellule (mouvement amiboïde).Il existe trois types de fibres dans le
cytosquelette : les microfilaments, également appelés filaments
d'actine, les filaments intermédiaires
et les microtubules.
Le cytosquelette. Source : Université autonome du Sinaloa. Les microfilaments.
Les filaments
intermédiaires.
Les microtubules.
Le noyauEn règle générale, le noyau est l'organite le plus important dans une cellule eucaryote. Le noyau abrite l'ADN (matériel génétique) de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines. La plupart des cellules ont un seul noyau, mais certaines, issues d'une fusion de cellules, en ont deux (c'est souvent le cas des cellules du foie) ou même bien davantage, comme dans le cas des cellules musculaires striées qui composent les muscles (plusieurs centaines de noyaux). Il existe aussi de cellules, chez les Eucaryotes, qui ne possèdent pas de noyau ou qui l'on perdu (ex. : les globules rouges). En général les cellules anuclées ne survivent pas longtemps.Le noyau, d'un diamère
de l'ordre de 5 µm, se situe le plus souvent près du centre
de la cellule, mais il peut être trouvé n'importe où
dans la cellule; sa forme peut être sphérique ou ovale. Il
est composé de quatre parties : l'enveloppe nucléaire, le
nucléoplasme, le nucléole et la chromatine.
L'enveloppe nucléaire.
Le nucléoplasme.
La chromosomes
et chromatine.
Chez les cellules eucaryotes, les chromosomes, apparaissent comme des structures linéaires. Chaque espèce a un nombre spécifique de chromosomes dans le noyau de ses cellules. Par exemple, chez l'Humain, le nombre de chromosomes est de 46, tandis que chez les Mouches des fruits, le nombre de chromosomes est de 8. Les chromosomes ne sont visibles et se distinguent les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. Ce sont des structures de de 5 à 20 µm de long. Lorsque la cellule est dans les phases
de croissance et d'entretien de son cycle de vie, les chromosomes ressemblent
à un tas de fils déroulés et embrouillés, formant
des structures de 10 000 à 40 000 µm de long. et ils ne sont
plus discernables. C'est alors qu'on parle de chromatine.
Chromatine et chromosomes. - a) Différents niveaux d'organisation de la chromatine (ADN associé à des histones). b) Chromosomes apariés. (Source : NIH.). Les nucléoles.
|
. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|