Les composants de la cellule

LA CELLULE PROCARYOTE

Les cellules Procaryotes sont des organismes vivants unicellulaires qui ne comportent pas de noyau, c’est-à-dire que le matériel génétique se trouve concentré dans une région appelée nucléoïde qu’aucune membrane ne sépare du reste de la cellule. Chez les Eucaryotes le matériel génétique se trouve dans une enveloppe nucléique qui possède une double membrane. Ce n’est pas la seule différence entre ces deux types de cellule. La cellule procaryote est aussi dépourvue d’organites membraneux, elle est une des formesles plus simple de cellule. Les Procaryotes comprennent les Archées et les Bactéries. Le fait que les cellules Procaryotes et les cellules Eucaryotes aient autant de points commun suggère qu’elles ont un ancêtre commun.

On peut apercevoir plusieurs ressemblances entres les cellules procaryotes et les eucaryotes. En effet elles possèdent un lien qui est aujourd’hui hypothétique. La Théorie endosymbiotique est une hypothèse selon laquelle les plastes et mitochondries (organites cellulaires) des eucaryotes proviennent de l’endocytose de cellules procaryotes avec d’autres cellules.

La théorie établie consiste à dire qu’a un moment donné de l’évolution des cellules procaryotes ont fusionné leurs membranes plasmiques avec une cellule eucaryote puis par la suite (au cours des générations) la cellule procaryote se serait adaptée au milieu intra-cellulaire. Les cellules eucaryotes possédaient alors un nouvel organite semi-autonome mais étant en interaction avec le reste de la cellule.

Ce qui aurait poussé à cette théorie est le fait que les chloroplastes et mitochondries sont des organise ayant leur propre ADN. De plus, ils peuvent se diviser indépendemment de la cellule. On a également  trouvé récemment que sur certaines algues les chloroplastes restaient en vie après la mort de la cellule juste avec un apport naturel de lumière.

LA CELLULE EUCARYOTE

Nous étudieront dans cette partie seulement les cellules animales et végétales les plus courantes et plus étudiées.

Le noyau: porteur de l’information génétique de la cellule

Habituellement au nombre d’un par cellule, il existe certaines exceptions comme les globules rouges qui n’en possèdent pas ou les cellules hépatiques qui en ont souvent deux.

De forme circulaire son diamètre moyen est de 5µm, est entouré d’une double membrane lipidique séparée par un espace de 20 à 40nm appelée enveloppe nucléaire séparant son contenu du cytoplasme. Elle est percée de milliers de “complexes de pores” mesurant environ 100nm de diamètre et composés de quelques dizaines de protéines qui régulent le passage de certaines macromolécules et particules.

La lamina tapisse la face interne de l’enveloppe nucléaire, sauf au niveau des pores, et consiste en un entrelacement de filaments protéiques la soutenant mécaniquement et lui donnant sa forme. La matrice nucléaire est également composée de fibres protéiques s’étendant dans le noyau. Ces deux dernières structure contribueraient à organiser le matériel génétique contenu dans le noyau de manière à assurer son bon fonctionnement.

La chromatine, étant le matériel génétique, est composée d’une molécule d’ADN associée à de nombreuses protéines, elle apparaît comme un amas diffus lorsque la cellule n’est pas en division et sous forme de chromosome (chromatine condensée) quand la cellule s’apprête à se diviser. Chaque espèce eucaryote possède un nombre caractéristique de chromosomes, les cellules humaines en possèdent 46 à l’exception faite des gamètes n’en possédant que 23.

Le nucléole est un sous-compartiment cellulaire du noyau ou se produit la transcription des ARN ribosomique. Le noyau régit la synthèse protéique en élaborant l’ARN messager selon les directives fournies par l’ADN, il expédie ensuite cet ARNm dans le cytoplasme ou il sera pris en charge par les ribosomes.

Les ribosomes: usines à proteines.

Ils sont constitué d’ARN ribosomique et de protéines formant les grandes et petites sous unités ribosomiques et sont les acteurs de la traduction des ARNm en protéines.

Ils peuvent être tantôt libres en suspension dans le cytoplasme ou liés à la face externe du Reticulum Endoplasmique Granuleux. Les ribosomes libres produisent les protéines intervenant dans le cytoplasme. Les ribosomes liés produisent des protéines destinées à être insérées dans les membranes ou certains organites comme les lysosomes ou qui seront sécrétée hors de la cellule.

Le réseau intracellulaire de membranes

La notion de réseau utilisée ici est représentative de la propriété des membranes cellulaires à être le prolongement les unes des autres (voir la relation entre le noyau et le RE) ou à échanger des portions d’elles même par l’intermédiaire de vésicules de transport. Il joue un rôle dynamique complexe dans la compartimentation de la cellule.

Le réticulum endoplasmique

Il comprend un réseau de tubules et sac membraneux appelés citernes dont la lumière communique avec l’espace intermembranaire de l’enveloppe nucléaire. Il se divise en deux régions: le REGranuleux et le RELisse.

Le REL, participe à la synthèse des lipides (graisses, phosphoglycérolipides et stéroïdes) au métabolisme des glucides, la détoxification des médicaments, drogues et poisons (par l’ajout de groupement hydroxyles augmentant la solubilité des produits nocifs et facilitant leur élimination), le stockage des ions calcium.

Le REG, est le site de repliement et de prise de conformation native (3D) des protéines produites par les ribosomes liés. Dans sa lumière, des enzymes incorporées à sa membrane transfèrent des glucides aux protéines qui deviennent glycoprotéines, destinées à être sécrétées. Le REG produit également ses propres phosphoglycérolipides membranaires, que des enzymes incorporées à sa membrane assemblent à partir de précurseurs venant du cytosol, afin d’étendre sa propre membrane ou celles de l’ensemble du réseau membranaire interne. Les glycoprotéines et phosphoglycérolipides sont respectivement sécrétées ou transférés vers les autres organites du réseau par des vésicules de transport se détachant du réticulum endoplasmique de transition.

L’appareil de Golgi: un centre d’expédition et de réception

Il joue le rôle d’intermédiaire dans la création et l’exploitation de biomolécules qui seront par la suite dans la cellule ou hors de celle-ci. Il est intermédiaire entre deux autres organites de la cellule: le réticulum endoplasmique et la membrane plasmique. Le Golgi régule les vésicules dans la cellule et modifie les protéines par plusieurs procédés chimiques. Il faut savoir que l’appareil de Golgi possède deux face: la face cis (cette partie possède environ 70% de protéines et 30% de lipides) et la face trans  (celle-ci possède environ 60 % de protéines et 40% de lipides). Durant l’acheminement des protéines au sein ou hors d’une cellules, ces dernières passent d’abord par la face cis puis par la face trans.

Le rôle de l’appareil de Golgi dans une cellule peut être comparé aux machines d’assemblages dans une usine de constructeur automobile. En effet, c’est un lieu d’assemblage et en conséquence un lieu ou les protéines sont modifiées; des chaînes polypeptidiques lourdes ou légères sont associées aux protéines pour qu’elles puissent par la suite effectuer leur rôle correctement au sein ou non de la cellule. Elle est donc liée à l’exocytose et participe aussi au renouvellement membranaire.

Les lysosomes: compartiments destinés à la digestion

Réduits à un sac membraneux, sorte de vésicule provenant de l’appareil de Golgi, ils sont remplis d’enzymes hydrolytiques, actives à pH = 5, digérant toutes sortes de macromolécule par hydrolyse. La fonction de digestion intracellulaire entre en jeu dans diverses circonstances:

L’endocytose consiste en l’invagination de la membrane plasmique autour de particules nutritives du milieu extracellulaire, formant de ce fait une vacuole à l’intérieur du cytoplasme. Cette vacuole fusionnera ensuite avec un lysosome qui en digérera le contenu. Les produits de la digestion; des glucides simples, acides aminés et autres monomères; seront ensuite libérés dans le cytosol et fourniront à nouveau de la matière et de l’énergie.

La phagocytose consiste en la déformation de la cellule afin d’entourer complètement un corps étranger qui sera alors emprisonné dans une vacuole digestive. C’est ce principe qui est utilisé par les macrophages du système immunitaire.

L’autophagie consiste en l’encerclement d’un organite défectueux ou une petite quantité de cytosol par une double membrane (d’origine inconnue) formant une vésicule appelée autophagosome. Celle ci fusionnera avec un lysosome permettant le recyclage de la matière organique intracellulaire.

Les vacuoles: compartiments d’entretien

Elles sont de grosses vésicules provenant du RE ou du Golgi dont la composition interne diffère de celle du cytosol et est également différente pour chaque type de vacuole. Chez les végétaux, elles sont le site de stockage de nombreux composés organiques comme des réserves protéiques, des pigments ou des substances toxiques destinée à la protection contre les nuisibles.

La vacuole centrale des cellules végétales matures se développe par coalescence de vacuoles plus petites. La sève cellulaire qu’elle contient est le principal dépôt d’ions inorganiques (potassium et chlorure) et de substances organiques (protéines ou polysaccharides) de la cellule. Elle joue également un rôle primordial dans la croissance de la cellule, laquelle grossit à mesure que la vacuole absorbe de l’eau: elle se dilate sous l’effet de la pression intravacuolaire et le cytosol se résume à une fine couche entre la vacuole centrale et la membrane plasmique.

Les mitochondries et chloroplastes: convertisseurs d’énergie.

Les mitochondries: convertisseurs d’énergie chimique

Formée de deux membranes mesurant de 1 à 10 µm et présente chez la quasi totalité des cellules eucaryotes, elle est le site de la respiration cellulaire aérobie, elle utilise l’oxygène pour extraire l’énergie des lipides, des glucides et autres substances pour produire de l’ATP. La membrane externe est lisse alors que la membrane interne est repliée en crêtes. La mitochondrie est donc composée d’un espace intermembranaire situé entre les membranes internes et externe et d’une matrice mitochondriale délimité par la membrane interne. Cette matrice contient l’ADN mitochondrial ainsi que de nombreuses enzymes et ribosomes. Des protéines nécessaires à la respiration cellulaire sont contenues dans les crêtes, notamment l’enzyme responsable de la production d’ATP.

Les chloroplastes: capteurs d’énergie lumineuse

Mesurant de 1 à 10 µm et présent chez la grande majorité des végétaux et algues, il possède également deux membranes séparées par un espace mince.

A l’intérieur du chloroplaste on trouve un réseau de petits sacs plats empilés appelés thylakoïdes, les structures formées par les piles de thylakoïdes sont appelés granas et contiennent plusieurs pigments, parmi lesquels se trouve la chlorophylle. Les thylakoïdes baignent dans le stroma qui contient l’ADN du chloroplaste, des ribosomes et de nombreuses enzymes. Le chloroplaste est donc compartimenté en trois parties, l’espace intermembranaire, le stroma et le lumen des thylakoïdes. Il converti l’énergie lumineuse en énergie chimique grâce à la photosynthèse.

Les peroxysomes, organite oxydatifs

Organite à membrane simple spécialisé dans plusieurs fonctions métaboliques, il contient des enzymes qui transfèrent l’hydrogène de différents substrats à du dioxygène. Un des sous-produits de ce processus est le peroxyde d’hydrogène(H2O2). Celui ci est ensuite converti en eau par une enzyme; la catalase.

Certains peroxysomes décomposent les acides gras des lipides en petites molécules intervenant dans la respiration cellulaire. D’autres interviennent dans la détoxification d’agents nocifs comme l’alcool.

Le cytosquelette: réseau de fibres protéiques organisant les structures et activités de la cellule

Composé de microtubules, microfilaments et filaments intermédiaires il assure le soutien mécanique et le maintien de la forme de la cellule. Résistant et élastique, il se stabilise en équilibrant les forces opposées exercées par ses éléments structuraux, fournit des points d’ancrage à de nombreux organites et est capable de modifier la forme de la cellule par sa dynamique.

Les microtubules:

Cylindres creux d’un diamètre d’environ 25nm et de longueur variant entre 200nm et 25µm, ils se composent d’un enchaînement de protéines globulaires appelées tubulines étant des dimères constitués de deux sous unités de tubulines alpha et beta. Les microtubules sont dynamiques, c’est à dire qu’ils peuvent polymériser comme dépolymériser, et l’une de leur extrémité est beaucoup plus dynamique que l’autre: on l’appelle l’extrémité “plus”.

Ils servent à façonner et soutenir la cellule ainsi que de voies de circulation pour les organites qui, associés à des protéines motrices (dynéine, myosine ou kinésine) peuvent alors se déplacer en leur long. Ils participent également à la séparation des chromosomes pendant la division cellulaire.

C’est autour du centrosome que s’organise la disposition rayonnante des microtubules qui servent alors de “poutres” dans la  “charpente” cellulaire qu’est le cytosquelette. Le centrosome contient une paire de centrioles comprenant chacune neuf triplets de microtubules formant un cercle. La disposition particulière des microtubules permet également les battements des flagelles et cils servant par exemple, respectivement, au déplacement de cellules telles que les spermatozoïdes ou à celui de substances telles que le mucus recouvrant les cellules de la trachée. L’ovule est également propulsé des trompes vers l’utérus grâce aux cils présents sur les cellule de l’épithélium des voies génitales féminines. Chez les invertébrés, le battements des cils sert à capter des particules de nourriture.

Ils sont composé de neuf doublets de microtubules adhérent les uns aux autres et formant un anneau autour de deux microtubules centraux non jumelés, disposition que l’on appelle “9 + 2”. Ils sont ancrés à la cellule par un corpuscule basal de structure similaire à celle du centriole. Les cils mesurent environ 0,25µm de diamètre et de 2 à 20µm de long tandis que les flagelles, eux, mesurent entre 10 à 200µm.

Le cil primaire, au nombre d’un seul par cellule, est immobile et sert d’antenne réceptrice des signaux cellulaire externes qui seront transmis par signaux moléculaire vers l’intérieur de la cellule grâce aux protéines membranaires du cil. (Contrairement aux cils mobiles, ceux ci sont dépourvus de microtubules centraux et présentent donc une disposition de “9 + 0”.)

Les microfilaments:

Ce sont des filaments cylindriques d’un diamètre d’environ 7nm formés par deux chaînes d’actine torsadées (chaque chaîne étant un polymère de sous unités d’actine). Ils ont pour fonction de rendre la cellule résistante aux tensions qui peuvent s’exercer sur elle, donc de garder sa forme mais aussi de modifier cette dernière lorsque la cellule en a besoin, notamment lors de la contraction musculaire, pendant laquelle des milliers de microfilaments d’actine et de myosine disposés parallèlement se mouvent en sens inverse, raccourcissant ainsi la cellule.

Ils sont aussi responsables de contractions localisées donnant naissance au mouvement amiboïde grâce auquel une cellule peut ramper sur une surface en formant des prolongements cellulaire. Ceci se fait conjointement à l’interaction avec des protéines motrices qui collaborent avec les molécules de la membrane plasmique pour permettre le déplacement de la cellule.

Ils entraîne également l’invagination de la membrane plasmique et la formation des vacuoles digestives et provoque, enfin, le mouvement du cytosquelette (cyclose) qui assure la circulation des matériaux dans de nombreuses cellule végétales.

Les filaments intermédiaires:

Ces filaments sont appelés “intermédiaire” d’après leur taille qui est de 8 à 12nm c’est-à-dire entre les microfilaments et les microtubules. Ces filaments sont très solides et se composent de plusieurs assemblages de petite unités protéiques appartenant à la famille de protéines dont font partie les kératines. Ils sont connus aussi pour leurs stabilité. En effet, le réseau de filaments intermédiaires persiste dans la cellule même après la mort de celle ci. Les filaments intermédiaires permettent le maintient d’une forme par exemple on les retrouvent autour du noyau, ils forment une cage afin de maintenir celui ci à l’aide de ramifications jusqu’au cytoplasme. L’enveloppe nucléaire en possède aussi ce qui lui permet de se démantelé lors de la division.

Présentation des différents organites modélisés.

Bonus : Marius le Virus

Licence Creative Commons
Les composants de la cellule de Salomé Bourgeau, Clovis Basier et Killian Basto est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution – Partage dans les Mêmes Conditions 3.0 France.

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