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Biologie Molécules Divisions Génétique Évolution Cellule  

Chapitre 6
La cellule

 

 

Cellule

La cellule est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice de tout être vivant. Chaque cellule est une unité vivante qui, chez les organismes multicellulaires, fonctionne de manière autonome, mais coordonnée avec les autres. Les cellules identiques ou semblables sont réunies en tissus qui sont eux-mêmes réunis en organes qui eux, sont réunis en systèmes. Afin de maintenir l'homéostasie du milieu intérieur, la composition physico-chimique doit être régulée grâce à différentes protéines et différents organites.

 

Diversité des cellules

Dans le corps humain, il y a entre 50 et 100 millions de millions de cellules. Elles sont regroupées en environ 200 types différents dont voici quelques exemples :

 

Cellules sphériques

 
Cellule adipeuse
 

Cellules adipeuses

(http://www.pharmessen.co.za/images/fat_cell.JPG)

 

Cellules discoïdes

 
Globule rouge
 

Érythrocyte (globule rouge)

(http://bio.m2osw.com/gcartable/hematiesimag.jpg)

 

 

Cellules ramifiées

 
neurone
 

Neurone

(http://faculty.ccri.edu/kamontgomery/neuron%20network.jpg)

 

 

Cellules cubiques

 
cellules cubiques du tube digestif
 

Épithélium cubique du tube digestif

(http://anatomy.iupui.edu/courses/histo_D502/D502f04/Labs.f04/epithelia%20lab/s90.100x.6.jpg)

 

 

Cellules flagellées

 
spermatozoïde
 

Spermatozoïde humain

(http://www.saxon.ch/ecoles/4pyves/ed-sex/spermatozoide.jpg)

 

 

Cellules allongées

 
Muscle
 

Cellules musculaires

(http://www.theses.ulaval.ca/2004/21775/21775003.jpg)

 

 

Cytoplasme

 

Le cytoplasme désigne tout ce qui se trouve entre la membrane cellulaire et celle du noyau. C'est un colloïde nommé cytosol dans lequel baignent les organites, les inclusions et diverses molécules organiques.

 

 
cytoplasme
 

Cellule

(http://www.ogm-info.com/cytoplasme.jpg)

 

 

Noyau

 

Seules les cellules eucaryotes possèdent un noyau. Celui-ci contient la majorité du matériel génétique de la cellule. Il a pour fonction de contrôler les réactions biochimiques du cytoplasme en régulant l'expression des gènes et de stocker l'information génétique nécessaire à la vie de la cellule et à sa division.

 

Où retrouve-t-on de l'ADN ailleurs que dans le noyau dans la cellule eucaryote?

Le noyau est entouré par une membrane double (enveloppe nucléaire) où l'on retrouve des pores nucléaires qui permettent les échanges entre le noyau et le cytoplasme comme la sortie des ARNm vers le cytoplasme. Elle protège également le matériel génétique précieux.

 

Quelles autres molécules peuvent passer à travers les pores nucléaires?

La membrane externe est en continuité avec le réticulum endoplasmique rugueux. La membrane interne est recouverte par la lamina (un réseau d'environ 2000 types de protéines) sur sa face nucléoplasmique qui joue un rôle de soutien et participerait à l'organisation des mouvements de la chromatine pendant les différentes phases du cycle cellulaire.

 
Noyau
 

Noyau, nucléole et réticulum endoplasmique rugueux

(1) Enveloppe nucléaire (2) Ribosomes

(3) Pores nucléaires (4) Nucléole

(5) Chromatine (6) Noyau

(7) Réticulum endoplasmique granuleux

(8) Nucléoplasme

(Wikipedia)

 

 

Nucléoplasme

 

Le nucléoplasme est un liquide contenu dans le noyau délimité par l'enveloppe nucléaire.

 

 

Nucléole

 

Le nucléole est une région du noyau impliquée dans la biosynthèse des ribosomes par la transcription des ARN ribosomiques.

 

 

Matériel génétique

 

Le noyau contient le matériel génétique (ADN) qui peut être sous deux formes : chromatine et chromosome.

 

 

Chromatine

 

La chromatine est la forme sous laquelle se présente l'ADN dans le noyau pendant l'interphase qui permet l'expression des gènes.

 

 

Chromosome

 

Le chromosome est une forme super enroulée de l'ADN présent pendant les divisions cellulaires.

 

 

Organites de la cellule

 

Les organites sont les sous-unités fonctionnelles de la cellule. La plupart d'entre eux sont entourés d'une ou de deux membranes afin de créer des sous-compartiments à l'intérieur de la cellule. D'autres sont libres dans le cytoplasme.

 

 

Réticulum endoplasmique

 

Le réticulum endoplasmique est présent dans les cellules eucaryotes. Il est attaché à la membrane extérieure du noyau dont il prolonge l'enveloppe nucléaire. Il est constitué d'un réseau d'espaces entourés de membranes contenant du liquide appelé citernes. On trouve deux types de réticulum endoplasmique : le lisse et le rugueux.

 

 

Réticulum endoplasmique rugueux

 

Une partie du réticulum endoplasmique est couverte de ribosomes qui fabriquent les protéines membranaires et celles destinées à être sécrétées, c'est le réticulum endoplasmique rugueux. Ces protéines sont fabriquées dans la lumière du réticulum endoplasmique rugueux. Elles y acquièrent leur structure tertiaire avant de se diriger vers le complexe golgien où elles subiront diverses transformations.

 

 
Réticulum endoplasmique

 

Réticulum endoplasmique et complexe golgien

(1) Noyau (2) Pore nucléaire (3) Réticulum endoplasmique rugueux

(4) Réticulum endoplasmique lisse (5) Ribosome

(6) Protéines transportées (7) Vésicule golgienne

(8) Complexe golgien (9) Face cis du complexe golgien

(10) Face trans du complexe golgien

(11) Citerne du complexe golgien

(Wikipedia)

 

 

Réticulum endoplasmique lisse

 

Le réticulum endoplasmique lisse ne contient pas de ribosomes à sa surface. Il participe à la biosynthèse des lipides (phospholipides membranaires, acides gras, stéroïdes...) qui engendrent le complexe golgien et les vésicules d'exocytose qui elles, régénèrent la membrane cytoplasmique. Il joue également un rôle important dans le métabolisme des glucides (dégradation du glycogène dans les cellules du foie), la détoxification des cellules (dans le foie et les reins) et le stockage du calcium.

 

Pourquoi les cellules hépatiques d'un alcoolique

ont-elles un réticulum endoplasmique lisse très développé?

Complexe golgien (Appareil de Golgi)

 

Le complexe golgien (Camillo Golgi) est constitué d'un ou de plusieurs empilements de saccules membranaires de forme discoïdale (dictyosomes). Il participe au renouvellement membranaire en libérant des vésicules qui fusionneront avec la membrane cytoplasmique. C'est là que certaines protéines sont modifiées, triées, concentrées et emballées après leur synthèse dans le réticulum. Les protéines passant par le complexe golgien sont soit destinées à l'exportation, soit demeureront dans des vésicules à l'intérieur de la cellule.

 

 
Appareil de Golgi
 

Microphotographie d'un complexe golgien

(http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/TexteTD/5TDBioCellL1/1TD

ComparProEucar/3Figures/2Organites/3Figures/9golgi.gif)

 

 

Ribosome

 

Les ribosomes se retrouvent à la fois chez les cellules eucaryotes et procaryotes. Leur rôle est de synthétiser les protéines à l'aide de l'information contenue dans l'ARNm. Ils sont constitués d'ARN ribosomique (ARNr) et de protéines ribosomiques et sont fabriqués dans le nucléole chez les eucaryotes. Les ribosomes sont constitués de deux sous-unités, une plus petite qui «lit» l'ARNm et où se fixent les ARNt et une plus grosse qui catalyse les liaisons peptidiques entre les acides aminés. Le ribosome se déplace le long de l'ARNm.

 

 

On les retrouve dans le cytoplasme, libres ou associés au réticulum endoplasmique ou à l'enveloppe nucléaire. Lorsque plusieurs ribosomes sont attachés à un ARNm, il est appelé polyribosome. On retrouve également des ribosomes dans les mitochondries et chloroplastes. Les ribosomes libres servent à fabriquer les protéines solubles qui demeureront dans le cytosol tandis que ceux attachés au réticulum endoplasmique fabriquent les protéines destinées aux membranes, aux vésicules ou qui seront exportées à l'extérieur de la cellule.

 

 
ribosome
 
ribosome
 

Ribosomes (S) Petite sous unité (L) Grande sous unité

http://www.biochimie.univ-montp2.fr/maitrise/ribosome/ribosome_forme_a.gif

http://www.biochimie.univ-montp2.fr/maitrise/ribosome/ribosome_forme_c.gif

 

 

Mitochondrie

 

La fonction principale des mitochondries est de récupérer l'énergie fournie par les molécules organiques et de la stocker sous forme d'ATP par le processus de phosphorylation oxydative. Les mitochondries sont entourées de deux membranes de phospholipides. La membrane externe est lisse tandis que la membrane interne porte de nombreux replis (crêtes) qui augmentent la surface de membrane (là où se réalise la phosphorylation oxydative). L'espace entre les deux membranes se nomme espace intermembranaire et tout ce qui se trouve à l'intérieur de la membrane interne se nomme matrice.

 

 

Le nombre de mitochondries à l'intérieur d'une cellule varie selon les besoins physiologiques de la cellule. Les mitochondries ont la capacité de se reproduire de façon autonome. Elles sont aussi capables de se déplacer et de fusionner entre elles.

 

 

La mitochondrie possède son propre ADN (tous comme les chloroplastes). On pense qu'il s'agit d'une endosymbiose c’est-à-dire que des cellules primitives ont ingéré des bactéries (anaérobactérie) puis ont vécu en symbiose avec ces dernières. Ceci explique la présence des deux membranes (une provenant de l'anérobactérie et l'autre de la vésicule d'endocytose de la cellule hôte).

 

 

L'ADN mitochondrial se transmet toujours de la mère vers ses enfants. Il est utilisé dans des recherches phylogénétiques.

 

Pourquoi l'ADN mitochondrial du père ne se transmet-il généralement pas à sa descendance?

mitochondrie

Schéma de la structure mitochondriale

(1) Membrane interne (2) Membrane externe

(3) Espace intermembranaire (4) Matrice

(Wikipedia)

 


 

Plastes

 

Les plastes sont un groupe d'organites retrouvés chez les végétaux qui comprend :

  • les amyloplastes, qui sont incolores et contiennent de l'amidon,
  • les chromoplastes, qui contiennent des pigments orangés et jaunes et
  • les chloroplastes, qui contiennent des pigments verts (chlorophylle).

 

 

Chloroplastes

 

Les chloroplastes se retrouvent dans les cellules végétales et chez les algues. Ils possèdent un pigment photosensible, la chlorophylle, qui leur permet de transférer l'énergie véhiculée par les photons à des molécules chimiques (eau et gaz carbonique) et de fabriquer des molécules organiques (sucres) grâce à un mécanisme nommé photosynthèse. La plupart des parties aériennes des végétaux contiennent des chloroplastes (surtout les feuilles).

 

Pourquoi les feuilles des

arbres du nord de

l'hémisphère changent-elles

de couleur à l'automne?

Chaque chloroplaste est entouré de deux membranes et contiens un réseau membraneux constitué de sacs aplatis (thylakoïdes) qui baignent dans un liquide (stroma). Un empilement de thylakoïdes se nomme granum (au pluriel : des grana). Les membranes des thylakoïdes contiennent des pigments verts (chlorophylle) et jaune-orangés (caroténoïdes). Les chloroplastes contiennent également de l'ADN, des ribosomes et des enzymes.

 

 

Tout comme les mitochondries, les chloroplastes sont le résultat d'une endosymbiose (ce sont des cyanobactéries dans le cas des chloroplastes) et sont capables de se déplacer et de se reproduire.

 

 
chloroplaste
 

Schéma d'un chloroplaste

(http://www.vscht.cz/eds/knihy/uid_es-002/figures/chloroplast.01.jpg)

 

 

Vacuole

 

Une vacuole est un sac entouré d'une membrane. On en retrouve dans les cellules animales et végétales et chez certains organismes unicellulaires vivants généralement en eau douce.

 

 

Cellules animales

 

On peut retrouver chez certaines cellules animales des vésicules remplies d'enzymes digestives (cellules du pancréas) ou de neurotransmetteurs (neurones) par exemple. Ces vésicules sont produites par le complexe golgien.

 

 
Synapse
 

Vésicules remplies de neurotransmetteurs

(http://www.food-info.net/nl/national/synaps.jpg)

 

 

Cellules végétales

 

La vacuole centrale des cellules végétales et des champignons permet d'assurer la turgescence cellulaire. Sa membrane se nomme tonoplaste et possède des pompes ioniques. La vacuole contient de l'eau, des glucides, des ions et des pigments. Certaines vacuoles centrales accumulent des réserves ou des substances particulières (parfois toxiques comme l'opium) ou des déchets ce qui leur permet de détoxifier la cellule. La vacuole représente la majorité du volume cellulaire de la cellule adulte (entre 80 et 90 %). Les réserves de saccharose chez la betterave et la canne à sucre sont accumulées en solution dans les vacuoles. Les vacuoles sont fabriquées par le réticulum endoplasmique lisse. Elles peuvent aussi protéger la plante contre les prédateurs, car elles renferment parfois des composés toxiques ou désagréables au goût.

 

 
vacuole déséchéeVacuole gorgée d'eau
 

Vacuole selon la turgescence cellulaire

 

 

Unicellulaires

 

Des vacuoles contractiles sont présentes chez certains protozoaires vivant en eau douce. Elles permettent d'évacuer l'eau en excès dans le cytoplasme et la locomotion. Des vacuoles de phagocytose (vacuoles digestives) se rencontrent chez les unicellulaires qui se nourrissent par endocytose. Ces vacuoles fusionnent avec des lysosomes et après digestion s'ouvrent à l'extérieur, rejetant les éléments non digérés.

 

 
Protozoaire
 

Protozoaire

(http://science.kennesaw.edu/biophys/biodiversity/protista/pictures/paramecium.gif)

 

 

Lysosome

 

Les lysosomes sont présents dans le cytosol de toutes les cellules eucaryotes. Ils contiennent des enzymes digestives (hydrolases acides), qui fonctionnent à un pH voisin de 4,8. Ils sont formés par le complexe golgien.

 

 

Les lysozymes sont les enzymes du lysosome. Toutes ces enzymes sont produites par le réticulum endoplasmique et transportées et modifiées par le complexe golgien. On y retrouve des lipases (dégradent les lipides en acides gras), des carbohydrases (dégradent les sucres), des protéases (dégradent les protéines en peptide), des peptidases (dégradent les peptides en acides aminés) et des nucléases (dégradent les acides nucléiques en nucléosides). Les lysosomes sont en fait le " système digestif " des cellules en s'attaquant aux nutriments et " l'usine de démolition " en dégradant les vieux organites.

 

Qu'arriverait-il à la cellule advenant une rupture de la membrane des lysosomes remplis d'enzymes digestives?
Lysosome
 

Lysosome

(http://sun.menloschool.org/~cweaver/cells/e/lysosomes/lysozome.jpg)

 

 

Peroxysome

 

Les peroxysomes sont des sacs membraneux qui s'occupent de la détoxification grâce à leurs enzymes oxydases et catalases. Elles s'attaquent aux radicaux libres, à l'alcool et au formaldéhyde. Elles oxydent également certains acides gras. Les peroxysomes se reproduisent eux-mêmes en se coupant en deux.

 

Saviez-vous qu'un groupe de musique composé de biochimistes se nomme " Radicaux libres "?

peroxysome
 

Peroxysome

(http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/gbb.cel.fa.108.b3/

content/images/08_06_peroxisome.jpg)

 

 

Centrosome

 

Chez les cellules animales, le centrosome est le centre organisateur des microtubules. Il est composé d'une paire de centrioles, perpendiculaire l'une à l'autre. Les microtubules croissent à partir de ce centre pour former un réseau impliqué dans la division cellulaire.

 

 
Centrosome
 

Centrosome

(http://www.khayma.com/fatsvt/gen/centrosome.JPG)

 

 

Cytosquelette

 

Le cytosquelette est l'ensemble des polymères biologiques qui confèrent à la cellule l'essentiel de ses propriétés mécaniques et est à l'origine de la plupart des forces exercées par la cellule pour se déplacer et se nourrir.

 

 

Il est formé de microtubules qui aident à résister à la compression, de microfilaments d'actine qui aident à supporter la tension et de filaments intermédiaires qui supportent également la tension.

 

 
cytosquelette
 

Cytosquelette : en bleu, le noyau, en vert, les

microtubules et en rouge, les filaments d'actine.

(Wikipedia)

 

 

Microtubules

 

Un microtubule est un tube dont la paroi est constituée de plusieurs filaments de tubuline (13 en général par microtubule). Chaque filament est constitué de deux tubulines (α et β).

 

 

Ils aident à maintenir la forme des cellules en résistant à la compression. Ils assurent le mouvement des chromosomes lors de la division cellulaire. Ils participent au transport cytoplasmique en transportant diverses molécules et divers organites dans l'axone et les dendrites des neurones par exemple. On les retrouve autour du centrosome, dans le cytosquelette, les cils et les flagelles.

 

 
microtubules
 

Microtubules

(http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/

gbb.cel.fa.104.b3/content/access.htm)

 

 

Microfilaments d'actine

 

Les microfilaments d'actine sont constitués de deux chaînes d'actine entortillées. Elles contribuent au maintien de la forme des cellules en supportant la tension. Elles sont impliquées dans la contraction musculaire (avec la myosine). Elles participent au transport intracellulaire et sont responsables de la formation du sillon lors de la division cellulaire.

 

 
Actine
 

Microfilaments d'actine

 

 

 
Actine
Actine
 

Animations sur le fonctionnement de l'actine et de la troponine

 

 

Filaments intermédiaires

 

Les filaments intermédiaires ont une taille intermédiaire entre les microtubules et les microfilaments d'actine (d'où leur nom!). Ce sont des filaments de kératine enroulés à la manière d'un gros câble. Ils contribuent au maintien de la forme des cellules en supportant la tension et servent à fixer le noyau et certains organites dans la cellule.

 

 
Kératine
 

Filaments intermédiaires de kératine

(http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/gbb.cel.fa.104.b3/content/images/fig17.jpg)

 

 
Cytosquelette
 

Cytosquelette

(http://www.bio.espci.fr/scolarite/c_BIO/cell/cell21.jpg)

 

 

Cils et flagelles

 

Les cils et les flagelles permettent aux cellules de se déplacer ou de déplacer du liquide. Ils sont constitués de microtubules.

 

 

Cils

 
Les cils sont des structures filiformes situées à la surface de certaines cellules. Elles permettent soit un mouvement de la cellule (chez les procaryotes), soit une agitation du milieu extérieur (procaryotes et eucaryotes). Chez l'humain, ils peuvent contrôler le déplacement de l'ovocyte dans les trompes utérines, du mucus dans les voies respiratoires ou du liquide cérébrospinal dans la moelle épinière et l'encéphale.  
Cils
 

Mouvements des cils

(http://kentsimmons.uwinnipeg.ca/cm1504/Image117.gif)

 

Flagelles

 

Le flagelle assure la mobilité des spermatozoïdes et de plusieurs procaryotes. C'est un prolongement cytoplasmique dont la structure est composée de protéines qui ondule à la manière d'un serpent.

 

 
flagelles
 

Flagelles

(Wikipedia)

 

 
Flagelle
 

Mouvement des flagelles

(http://kentsimmons.uwinnipeg.ca/cm1504/Image117.gif)

 

 
 

Animation sur le mouvement des cils et des flagelles

 

 

Inclusions

 

Les inclusions sont des réserves qui ne se trouvent pas dans toutes les cellules. On trouve des inclusions de lipides dans les cellules adipeuses, des inclusions de glycogène dans les cellules musculaires et du foie et des inclusions de mélanine (pigment) dans les cellules de la peau.

 

 
inclusions cytoplasmiques
 

inclusions cytoplasmiques

(http://path.upmc.edu/divisions/neuropath/bpath/cases/case37/images/figure3.jpg)

 

 

Paroi cellulaire

 

Les cellules végétales, les champignons et les bactéries possèdent une paroi qui les protège, maintient leur forme et prévient l'absorption excessive d'eau.

 

 

Paroi végétale

 

La paroi végétale évolue selon l'âge des tissus végétaux. La première paroi à apparaître est dite primaire puis évolue pour devenir la paroi secondaire.

 

 

Paroi primaire

 

La paroi primaire est composée de fibres de cellulose, d'hémicellulose et de chaînes peptidiques et d'eau (jusqu'à 80 % de la masse de la paroi). La paroi doit être rigide pour jouer son rôle de squelette et assurer une élasticité permettant la croissance et la division cellulaire.

 

 

Paroi secondaire

 

La paroi secondaire est constituée des mêmes éléments que la paroi primaire avec en plus de la lignine. Elle devient plus rigide que la paroi primaire et ne permet plus la croissance cellulaire. On y trouve une plus grande proportion de cellulose et elle se situe sous la paroi primaire puisqu'elle est synthétisée plus tard.

 

 

Lamelle moyenne

 

Une couche externe nommée lamelle moyenne est formée de pectines et d'autres éléments (polysaccharides adhésifs) assurent l'adhésion entre les cellules.

 

 
paroi végétale
 

Paroi végétale

(http://taste.versailles.inra.fr/inapg/reactdef/images/intro/paroi.gif)

 

 
Constituants de la paroi végétale
 

Constituants de la paroi végétale

(http://www.spectrosciences.com/spip.php?article51)

 

 

Paroi bactérienne

 

La paroi bactérienne donne la forme et protège les bactéries. Sa composition varie d'un groupe de bactéries à l'autre (Gram positif et Gram négatif).

 

 
Paroi bactérienne
 

Paroi bactérienne (Gram négatif)

(http://stl_bjb.ac-dijon.fr/microbio/mparoibacterienne.htm)

 

 
Gram plus
 

Paroi bactérienne (Gram positif)

(http://stl_bjb.ac-dijon.fr/microbio/mparoibacterienne.htm)

 

 

Exercice

 

Comparez les caractéristiques des cellules animales, végétales et bactériennes (voir figures suivantes) dans un tableau. Trouvez les différences et similitudes.

 

 
Cellule animale
 

Cellule animale

(http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/fencmed/targets/illus/ilt/T059292A.gif)

 

 
Cellule animale
 

Cellule animale

(http://www.peres-fondateurs.com/zarathoustra/docs/Cellanim.jpg)

 

 
Cellule végétale
 

Cellule végétale

(http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/fencmed/targets/illus/ilt/T059293A.gif)

 

 
Cellule végétale  

Cellule végétale

(http://www.infovisual.info/01/001_fr.html)

 

 
Cellule bactérienne
 

Cellule bactérienne

(http://www.respectdugolfe.org/news/bacterie.jpg)

 

 
Cellule bactérienne
 

Cellule bactérienne

(Wikipedia)

 

 

Exercice sur la cellule 1 (Anne-Marie Bernier) Présentement innaccessible

Exercice sur la cellule 2 (Anne-Marie Bernier) Présentement innaccessible

Exercice aur la cellule 3 (La biologie.net)

Exercice sur la cellule 4 (Biologie humaine)

Exercice sur la cellule 5 (bacpro-assp.fr)

Exercice sur la cellule 6 (Académie de Créteil)