Chapitre 1.
Compartimentation
fonctionnelle de la cellule
Chap.1. Compartimentation fonctionnelle de la cellule (vue d’ensemble)
Dans ce chapitre, nous allons présenter la plus petite unité structurelle et fonctionnelle du vivant, la cellule. Nous allons voir tout d’abord leur fonction d’une manière générale, leur diversité et leurs structures internes.
Les constituants élémentaires de la cellule et la fonctionnalité essentielle de chaque constituant seront étudiés successivement.
Objectifs du cours :
Savoir légender une cellule eucaryote.
Connaître la notion d’organismes uni et pluricellulaires.
Connaître les principaux organites et savoir décrire brièvement leur rôle.
I. Généralité
Tous les êtres vivants sont constitués d’unités invisibles à l’œil nu : les cellules. C'est avec l'avènement du microscope que l'on se rendit compte que la cellule est l'unité de base de la matière vivante. C'est à Robert Hooke que l'on doit la première observation d'une cellule d'une mince tranche de liège. Le concept de cellule a été énoncé en 1838 par Schwann et Schleiden(Favro et Nicolle, 2011 ; Chevaletet al., 2015). Il faut noter le développement de la théorie cellulaire.
II. Variétés cellulaires
La cellule c’est l’unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant les organismes vivants. Certains organismes sont construits à partir de milliard de cellules (1014 chez l’homme) groupées en tissus, ayant des fonctions différentes et complémentaires, et reliées par des systèmes de communication(Favro et Nicolle, 2011).L’étude des structures internes des cellules révèle deux types de structures : procaryote et eucaryote.
II.1. Cellules procaryotes
Les procaryotessont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et bordés d'une membrane.Ilssont de très petite taille. Elles ont une structure interne plus simple(figure 01). Les procaryotes sont composés des Bacteria et des Archaea(Favro et Nicolle, 2011 ; Thiry et al.,2014 ; Chevaletet al., 2015).
Figure 01. Structure d'une bactérie de type bacille flagellé (Favro et Nicolle, 2011)
II.2. Cellules eucaryotes
Les cellules eucaryotes composent les champignons, les animaux et les végétaux. Leur métabolisme est aérobie. Ce sont des unicellulaires (levures par exemple) ou des pluricellulaires (mammifère par exemple). Toutes les cellules eucaryotes comportent deux compartiments le noyau et le cytoplasme. Elles sont séparées du milieu extracellulaire par la membrane plasmique (Favro et Nicolle, 2011 ; Chevaletet al., 2015).
Tous les végétaux et animaux multicellulaires sont composés de cellules eucaryotes. Les micro-organismes eucaryotes comprennent les algues, les champignons et les protozoaires.
Dans la cellule végétale (figure.2.b), la membrane plasmique est recouverte et protégée extérieurement par une paroi cellulosique percée de canalicules. Dans les cellules animales (figure. 2.a), on trouve l’enveloppe externe (Callen, 2009).
a. Cellule animale
1. Réticulum endoplasmique granuleux 2. Réticulum endoplasmique lisse 3. Glycogène 4. Lysosome 5.
Vésicule 6. Appareil de Golgi 7. Mitochondrie 8.
Nucléole 9. Nucléoplasme 10. Chromatine 11.
Enveloppe nucléaire 12. Lipide de réserve
b. Cellule végétale
A. Mitochondrie B. Réticulum endoplasmique rugueux C. Enveloppe nucléaire D. Chromatine E. Nucléole F.
Nucléoplasme G. Réticulum endoplasmique lisse H.
Gouttelette lipide I. Chloroplaste J. Amidon K. Vacuole L. Membrane plasmique
Figure 02. Cellule eucaryote (De Marius et al.,2019)
Le tableau suivant récapitule les différences principales qui existent entre les cellules animales et végétales.
Tableau 01. Comparaison entre la cellule animale et végétale
Cellule Végétale Cellule Animale
Présence d’une paroi pecto-cellulosique Absence d’une paroi pecto-cellulosique Présence de vacuoles de grande taille Présence de vacuoles de petite taille
Présence de chloroplastes Absence de chloroplastes Présence de peroxysome Présence de lysosomes et peroxysome Absence du complexe centriolaire Présence du complexe centriolaire
Tableau 02. Comparaison des caractéristiques des cellules Procaryotes et Eucaryotes Caractéristiques Cellule Procaryote Cellule Eucaryote
Taille typique 1-10 µm 10-100 µm
Type de noyau nucléoïde (pas de véritable noyau)
vrai noyau avec double membrane Division de la cellule division simple
mitose (réplication de la cellule)
méiose (menant à la
formation de gamètes) Organisation génétique
Membrane nucléaire non oui
Nombre de chromosomes généralement 1 > 1
Chromosome circulaire oui non
Histones non oui
Nucléole non oui
Echange génétique transfert unidirectionnel fusion de gamètes
ARN et synthèse des protéines couplé au cytoplasme
synthèse d'ARN dans le noyau
synthèse de protéines dans le cytoplasme Premier acide aminé initiant la
synthèse
d'une chaînepolypeptidique
méthionine ou N-
formylméthionine méthionine
Structures cellulaires et organites
Réticulum endoplasmique non oui
Appareil de Golgi non oui
Lysosomes non oui
Mitochondries non oui
Chloroplastes non oui chez les plantes
Microtubules non oui
Paroi cellulaire avec
peptidoglycane oui non
Présence de stérols dans les
membranes non oui
Endospores oui, parfois non
Taille des ribosomes 70 S 80 S, sauf mitochondries et chloroplastes Localisation des ribosomes dispersés dans
le cytoplasme
dispersés dans le cytoplasme ou liés au réticulum endoplasmique Constantes de
sédimentationdes ARN ribosomaux
16S, 23S, 5S 18S, 28S, 5,8S, 5S Attributs fonctionnels
Phagocytose non oui, parfois
Pinocytose non oui, parfois
Flux cytoplasmique non oui
Mouvement de la cellule flagelles faites
de flagelline flagelle et cils faits de tubuline Site du transport des
électrons
membrane
cellulaire membrane des organites
III.Compartimentation de la cellule
III.1. Noyau eucaryote
Le noyau est le centre organisateur de la cellule bien que quelques-unes puissent y’en être dépourvus (les globules rouges des mammifères). Il est délimité par l’enveloppe nucléaire, percée de pores nucléaires qui permettent les échanges nucléocytoplasmiques. Il se caractérise par sa structure (sphérique ou ovoïde), renfermant l’information génétique de la cellule(Callen, 2009 ; Favro et Nicolle, 2011 ; Chevaletet al., 2015). Le noyau contrôle les réactions chimiques du cytoplasme et stocke les informations nécessaires à la division cellulaire (figure 03).
Figure 03.Schéma d’un noyau cellulaire eucaryote (Favro et Nicolle, 2011)
III.2. Centrioles
Ce sont des corpuscules cylindriques formés de tubules groupés par trois. Généralement situés près du noyau, ils jouent un rôle essentiel lors de la division cellulaire. En général ils sont absents chez les plantes(Favro et Nicolle, 2011).
III.3. Génome
Le génome est constitué de un ou plusieurs chromosomes dont le nombre total dépend de l'espèce considérée, chaque chromosome étant constitué d'une unique molécule d'ADN, linéaire chez les eucaryotes et le plus souvent circulaire chez les procaryotes(Favro et Nicolle, 2011).
III.4. Nucléole
Le nucléole est un organite cellulaire eucaryote situé dans le noyau(Callen, 2009). C’est le siège de la transcription des ARN ribosomiques (ARNr) par l'enzyme ARN polymérase 1.
III.5. Cytoplasme
Le cytoplasme, limité par la membrane cellulaire, renferme des éléments différenciés, ou organites, permettant à la cellule d'assurer ses fonctions (Favro et Nicolle, 2011). Il contient plusieurs types de constituants individualisés sur le plan morphologique, mais métaboliquement interactifs (Callen, 2004).
III.6. Cytosol (hyaloplasme)
Le cytosol est une sorte de gel colloïdale visqueu et neutre, dans lequel baignent organites cellulaires. Il assure différentes fonctions suivantes: réserve de matériaux, carrefour de voies métaboliques et transduction du signal (Favro et Nicolle, 2011).
III.7 Système endomembranaire
C’est un ensemble de compartiments membranaires intercommunicants. Ils communiquent entre eux par l’intermédiaire de vésicules(Favro et Nicolle, 2011). On distingue ainsi le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, endosomes, lysosomes et les vésicules(Callen, 2004).
III.8. Réticulum endoplasmique
Un organite prépondérant des cellules eucaryotes (absent chez les procaryotes). Un ensemble de cavités ou citernes. C’est une extension de la membrane du noyau. Il a de nombreuses fonctions : la biosynthèse des protéines, le transfert des protéines néo synthétisées vers l’appareil de Golgi, la biosynthèse des phopholipides membranaires, la détoxification(Favro et Nicolle, 2011).
Deux types de réticulum endoplasmique sont définis : rugueux ou granulaire(REG), pourvu de ribosomes et lisse (REL) dépourvu de ribosomes. La répartition et l’abondance du REG et du REL varient en fonction du type cellulaire, et pour une même cellule, en fonction de son état physiologique(Thiry et al.,2014).
Figure 04. Structure de réticulum endoplasmique(Callen, 2004)
III.9. Appareil de Golgi
Il est formé par des empliments de vésicules aplaties constituant un dictyosome où s’opère la glycosylation et l’encapsulation des protéines secrétées (figure 05).
Figure 05. Structure de l’appareil de Golgi(Callen, 2004)
III.10. Mitochondries
Les mitochondries assurent la respiration cellulaire et la synthèse de molécules riches en énergie. Elles jouent aussi un rôle majeur dans la mort cellulaire programmée ou apoptose. Elles contiennent leur propre petite partie d’ADN (Callen, 2009 ; Thiry et al.,2014) (figure 06).
Figure 06. Structure mitochondrie(Callen, 2004)
III.11. Péroxysomes
Ils sont de petits organites intracellulaires qui renferment des enzymes hydrolytiques. Ils sont responsables de la lyse cellulaire sous l’action d’agents physiques, chimiques ou enzymatiques(Thiry et al.,2014).
III.12. Cytosquelette
Le cytosquelette est un réseau de filaments protéiques permettant de maintenir la forme de la cellule dans le cytoplasme. On a trois catégories. Filaments d'actine (microfilaments) : 7nm, filaments intermédiaires : 10 nm et microtubules : 25 nm (Terro, 2011) (figure 07).
Figure 07. Trois types de filaments du cytosquelette(Terro, 2011)
III.13. Membrane plasmique (plasmalemme)
C’est une frontière entre le cytoplasme et l’environnement extracellulaire. Elle permet et régule les échanges entre les deux milieux (figure 08). Elles a différents rôles : perception et la
transmission de l'information, régulation des échanges entre les compartiments et participe aux mouvements cellulaires(Thiry et al.,2014).
Figure 08. Membrane plasmique (Callen, 2004)
III.14. Inclusions
Sont des substances chimiques qui peuvent être présentes ou non, selon le type de cellule considéré (exp : absence de granules de glycogène dans les cellules du foie et des muscles, présence de mélanine dans les cellules de la peau, poils…).
III.15. Vacuoles
Enclaves inertes limitées par une membrane, présentes à l’état physiologique ou pathologique dans le cytoplasme d’une cellule ou d’unebactérie.
III.16. Paroi cellulosique (pecto-cellulosique)
Elle est constituée depolysaccharides, cellulose et pectine (figure 09) (Callen, 2009).
Figure 09. Schémad'une paroi cellulaire végétale (Callen, 2004)
III.17. Chloroplastes
Ces organites sont présents dans les organismes photosynthétiques. Ils convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique. Ils contiennent également de l’ADN(Callen, 2009).
