Médecine/ BCPST: Les cellules, unité de base des êtres vivants.

Qu'est-ce qui permet à ce macrophage de saisir des bactéries puis de s'en débarrasser ?

(D'après "Biologie" de Campbell)

Tous les organismes se composent de cellules. Dans la hiérarchie de l’organisation biologique, la cellule est le premier ensemble de matière capable de vie. D’ailleurs, bien des êtres vivants ne sont constitués que d’une seule cellule. Les organismes supérieurs, végétaux et animaux, sont multicellulaires et comportent plusieurs sortes de cellules spécialisées mais incapables de vivre par elle-même. Cependant, même lorsqu’elles s’unissent à d’autres pour constituer un niveau d’organisation supérieur comme les tissus et les organes, les cellules demeurent les unités fondamentales de la structure et du fonctionnement des organismes.

Notions essentielles

Les biologistes étudient les cellules à l’aide de microscope et de diverses techniques biochimiques

Chez les eucaryotes, la compartimentation de l’espace cellulaire contribue au fonctionnement biochimique

Le noyau de la cellule eucaryote renferme des instructions génétiques que le ribosome utilise pour fabriquer les protéines

Le réseau intracellulaire de membranes dirige la circulation des protéines et rempli les fonctions métaboliques

Les mitochondries et les chloroplastes convertissent l’énergie d’une forme à une autre

Le cytosquelette est un réseau de fibre qui organise les structures et les activités de la cellule

Les constituants extracellulaires et les jonctions intercellulaires contribuent à la coordination des activités de la cellule

 => Les biologistes étudient les cellules à l’aide de microscope et de diverses techniques biochimiques

=> Chez les eucaryotes, la compartimentation de l’espace cellulaire contribue au fonctionnement biochimique

=> Le noyau de la cellule eucaryote renferme des instructions génétiques que le ribosome utilise pour fabriquer les protéines

=> Le réseau intracellulaire de membranes dirige la circulation des protéines et rempli les fonctions métaboliques

=> Les mitochondries et les chloroplastes convertissent l’énergie d’une forme à une autre

=> Le cytosquelette est un réseau de fibres qui organise les structures et les activités de la cellule

=> Les constituants extracellulaires et les jonctions intercellulaires contribuent à la coordination des activités de la cellule

Résumé:

Les biologistes étudient les cellules à l’aide de microscope et de diverses techniques biochimiques :

Les avancées techniques qui ont amélioré les principaux paramètres de la microscopie (le grossissement, la résolution et le contraste) ont permis d’importants progrès dans l’étude de la structure de la cellule.

Les diverses techniques de microscopie photonique et de microscopie électronique en constituent les principaux instruments.

Les biologistes cellulaires peuvent obtenir des culots riches en tel ou tel composant cellulaire par fractionnement cellulaire, un procédé qui consiste à centrifuger à diverses vitesses des cellules préalablement dissociées.

Aux vitesses les plus basses, le culot concentre les plus gros composants cellulaires ; aux vitesses les plus hautes, il concentre les plus petits composants.

Chez les eucaryotes, la compartimentation de l’espace cellulaire contribue au fonctionnement biochimique :

Toutes les cellules sont entourées d’une barrière sélective, la membrane plasmique.

Les cellules procaryotes sont dépourvues de vrais noyaux et de la plupart des organiste séparés par des membranes qu’on trouve dans les cellules eucaryotes. Dans ces dernières, des membranes internes compartimentent les fonctions cellulaires.

Le rapport surface/volume est un paramètre important dans la détermination de la taille et de la forme de la cellule.

Les cellules végétales et animales comportent essentiellement les mêmes organites : un noyau, un réticulum endoplasmique, un appareil de Golgi et des mitochondries, mais certains organites se trouvent exclusivement dans les cellules végétales ou exclusivement dans les cellules animales. Les chloroplastes ne sont présents que dans les cellules eucaryotes photosynthétiques que l’on trouve dans les tissus verts des végétaux.

Le noyau de la cellule eucaryote renferme des instructions génétiques que le ribosome utilise pour fabriquer les protéines :

• Le noyau est entouré de l’enveloppe nucléaire, une double membrane. Celle-ci est percée de milliers de pores nucléaires et elle est en continuité avec le réticulum endoplasmique. Fonction du noyau : il contient les chromosomes, qui sont faits de chromatine, combinaison d’ADN et de protéines, ainsi que d’un ou plusieurs nucléoles participants à la synthèse des sous unités ribosomiques. L’entrée et la sortie de matière qui traverse l’enveloppe nucléaire sont régulées par les pores nucléaires.
• Structure des ribosomes : ils sont formés de deux sous unités composées d’ARN ribosomique et de protéines. Ils peuvent être libres dans le cytosol ou liés au réticulum endoplasmique. La fonction des ribosomes est la synthèse protéique.

Le réseau intracellulaire de membranes dirige la circulation des protéines et rempli les fonctions métaboliques :

• Réticulum endoplasmique :

C’est un labyrinthe de citernes et de tubules membranaires. Leur lumière est isolée du cytosol par une membrane en continuité avec l’enveloppe nucléaire.

Le réticulum endoplasmique lisse : il synthétise les lipides, il métabolise des glucides, il stocke les ions calcium ainsi que la détoxication des médicaments, des drogues et des poisons.

Le réticulum plasmique rugueux : il participe à la synthèse des protéines de sécrétion et d’autres protéines liées au ribosome. Il incorpore des glucides aux protéines pour produire des glycoprotéines. Il assure la croissance de sa propre membrane.

• Appareil de Golgi :

Cet organisme est formé d’une pile de saccules membraneux aplatis. Il comporte une polarité c’est-à-dire une face dite cis qui accueille les molécules et une face dite trans qui libère les molécules. Il modifie des protéines, des glucides protéiniques, des phosphoglycérolipides. Il réalise la synthèse de nombreux polysaccharides. Il organise le triage des produits de l’appareil de Golgi qui sont ensuite libérés dans des vésicules.

• Lysosomes :

C’est un sac rempli de dizaines d’enzymes hydrolytiques dans les cellules animales. Il assure la dégradation des substances à gérer, des macromolécules cellulaires et des organites endommagés.

• Vacuole :

C’est une grosse vésicule provenant du réticulum endoplasmique et de l’appareil de Golgi. Les vacuoles font partie intégrante du réseau intracellulaire de membranes. La vacuole assure la digestion, le stockage et l’évacuation des déchets hydriques, la croissance et la protection de la cellule.

Les mitochondries et les chloroplastes convertissent l’énergie d’une forme à une autre.

• Les mitochondries sont entourées d’une double membrane et la membrane interne présente des crêtes. Elles assurent la respiration cellulaire.
• Les chloroplastes sont des organites généralement isolés du cytosol par des membranes. Ils contiennent des thylakoïdes empilés qui forment des grana (ou grain), dans les cellules des eucaryotes photosynthétiques et assurent donc la photosynthèse.
• Les peroxysomes sont des compartiments métaboliques spécialisés délimité par une membrane simple. Ils contiennent des enzymes qui transfèrent des atomes d’hydrogène, H, de divers substrats à du dioxygène, O₂, ce qui donne comme sous-produits du peroxyde d’hydrogène, H₂O₂ , lequel est converti en H₂O par une autre enzyme.

Le cytosquelette est un réseau de fibre qui organise les structures et les activités de la cellule.

• Le cytosquelette assure le soutien structural, la mobilité de la cellule et la transmission de signaux.
• Les microtubules soutiennent la cellule et maintiennent sa forme, guident les mouvements des organites et participent à la séparation des chromosomes au cours de la division cellulaire.
• Les cils et flagelles sont des appendices mobiles formés de microtubules. Les cils primaires jouent aussi un rôle sensoriel et un rôle dans la transmission des signaux.
• Les microfilaments sont de fins cylindres qui interviennent dans la contraction musculaire, le mouvement amiboïde, la cyclose et le soutien des microvillosités.
• Les filaments intermédiaires concourent à maintenir la forme de la cellule et à ancrer les organites.

Les constituants extracellulaires et les jonctions intercellulaires contribuent à la coordination des activités de la cellule :

• La paroi cellulaire de la cellule végétale est constituée de fibres de cellulose mêlées à d’autres polysaccharides et protéines.
• Les cellules animales sécrètent des protéines qui constituent la matrice extracellulaire, laquelle contribue au soutien, à l’adhésion, au mouvement et à la régulation cellulaire.
• Chez les végétaux et les animaux, des jonctions cellulaires relient les cellules adjacentes. Les végétaux possèdent des plasmodesmes qui traversent les parois cellulaires voisines. Chez les animaux le contact entre les cellules se fait au moyen de jonctions serrées, desmosomes et de jonctions ouvertes.