Organites cellulaires végétaux

Les plantes présentent toutes les caractéristiques typiques des cellules eucaryotes: membrane plasmique, cytoplasme, noyau, ribosomes, mitochondries, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, vésicules et cytosquelette.

Malgré tous ces composants communs, les cellules végétales et animales possèdent quelques organites exclusifs qui les différencient :

• Cellule animale: Les lysosomes (organites qui digèrent les macromolécules), et les centrioles (cylindres de microtubules dans le centrosome, impliqués dans la division cellulaire).
• Cellule végétale: Vacuoles (vésicules entourées de membrane aux fonctions variées), plastes (organites aux fonctions diverses dont la photosynthèse), et paroi cellulaire (couche protectrice, recouvrant l'extérieur de la membrane plasmique).

Nous discuterons de la structure et de la fonction des vacuoles, des plastes et de la paroi cellulaire. Techniquement, la paroi cellulaire n'est pas un organite, mais nous l'incluons ici car il s'agit d'une structure importante et distinctive des cellules végétales.

Les vacuoles sont abondantes chez les plantes et les champignons, et ont des fonctions diverses. Ce sont des sacs membraneux, dont la structure est similaire à celle des vésicules, et ces termes sont parfois utilisés de façon interchangeable. En général, les vacuoles sont plus grandes (elles sont formées par la fusion de plusieurs vésicules) et peuvent persister plus longtemps que les vésicules. La membrane bicouche qui délimite une vacuole s'appelle le tonoplaste. Les vacuoles sont principalement formées par la fusion de vésicules provenant du côté trans de l'appareil de Golgi (celui qui fait face à la membrane plasmique) et font donc partie du système endomembranaire.

Selon le tissu ou l'organe, elles rempliront différentes fonctions et une cellule peut avoir plusieurs vacuoles ayant des fonctions différentes :

• Ils remplissent la plupart des fonctions du lysosome dans les cellules des plantes et des champignons. Elles contiennent donc des enzymes hydrolytiques.
• Dans les cellules végétales matures, les petites vacuoles fusionnent pour former une vacuole centrale plus grande. Les cellules végétales se développent principalement en ajoutant de l'eau à cette vacuole (qui représente jusqu'à 80 % du volume d'une cellule). Lorsque la vacuole centrale est pleine, elle exerce une pression hydrostatique contre la paroi cellulaire. Cette pression est importante chez les plantes, car elle donne un soutien mécanique aux cellules lorsqu'elles sont gonflées ou turgescentes. Lorsque tu oublies d'arroser une plante, elle devient flasque car il n'y a plus de pression hydrostatique contre la paroi. La vacuole centrale sert également de réservoir d'ions inorganiques, ce qui permet de maintenir l'équilibre du pH dans le cytoplasme.
• Stockage de molécules nutritives dans les graines et de pigments dans les fleurs. Elles peuvent également stocker des composés toxiques ou peu appétissants utilisés contre les herbivores (animaux qui mangent les plantes).
• Les déchets et les composés toxiques pour la cellule (comme les métaux lourds absorbés dans le sol) sont également stockés par les vacuoles.

Certains protistes forment des vacuoles alimentaires par phagocytose, et d'autres qui vivent dans l'eau douce ont des vacuoles contractiles pour expulser l'excès d'eau.

Les plastes sont un groupe d'organites qui produisent et stockent des molécules nutritives et des pigments (molécules qui absorbent la lumière visible à des ondes spécifiques) dans les cellules des plantes et des algues (figure 2). Ils sont présents dans le cytoplasme de différents types de cellules, entourés d'une double membrane bicouche phospholipidique, et possèdent leur propre ADN. Ils ont des tâches spécialisées selon la fonction de la cellule. Ils sont très polyvalents et peuvent changer de fonction au cours de la vie de la cellule et certains ont des fonctions spécialisées. Nous nous concentrons sur trois groupes principaux de plastes :

• Leschromoplastes produisent et stockent les pigments caroténoïdes (une gamme de couleurs jaune, orange et rouge) qui donnent aux fleurs et aux fruits leur couleur caractéristique. La coloration des plantes sert à attirer les pollinisateurs.
• Lesleucoplastes sont dépourvus de pigments et sont donc plus fréquents dans les tissus non photosynthétiques. Ils stockent les nutriments dans les cellules des graines, des racines et des tubercules. Les amyloplastes convertissent le glucose en amidon pour le stocker (figure 2B). Ils sont présents principalement dans les tissus spécialisés des graines, des racines, des tubercules et des fruits. Les protéinoplastes (ou aleuroplastes) stockent les protéines dans les graines. Les élaïoplastes synthétisent et stockent les lipides.
• Leschloroplastes effectuent la photosynthèse, transférant l'énergie de la lumière du soleil en molécules d'ATP qui sont utilisées pour synthétiser le glucose. La membrane interne renferme de nombreuses piles de disques membraneux remplis de liquide et interconnectés, appelés thylakoïdes. Les thylakoïdes contiennent plusieurs pigments incorporés dans leur membrane. La chlorophylle est le pigment le plus abondant et le principal qui capte l'énergie de la lumière du soleil (figure 2A).

Figure 2 : A) Cellules photosynthétiques contenant de nombreux chloroplastes de forme ovale. B) Amyloplastes contenant des granules d'amidon.

Les cellules des plantes, ainsi que celles des champignons et de certains protistes, ont une paroi cellulaire externe qui recouvre leur membrane plasmique (figure 3). Cette paroi protège la cellule, lui donne un soutien structurel et maintient sa forme, empêchant ainsi l'absorption excessive d'eau. Chez les plantes, la paroi est constituée de polysaccharides et de glycoprotéines. La composition exacte de la paroi dépend de l'espèce végétale et du type de cellule, mais le principal composant est le polysaccharide cellulose (composé de glucose formant de longues chaînes droites pouvant aller jusqu'à 500 molécules). Les autres polysaccharides présents dans les parois cellulaires sont l'hémicellulose et la pectine.

Structurellement, la paroi cellulaire est composée de fibres de cellulose et de molécules d'hémicellulose intégrées dans une matrice de pectine. Les différents types de cellules végétales peuvent être identifiés par les caractéristiques de leur paroi cellulaire.

Les parois cellulaires des cellules adjacentes sont collées par une autre couche de pectine (polysaccharides collants, comme ceux que nous mangeons dans la gelée) appelée lamelle intermédiaire. Les composants de la paroi peuvent être remplacés s'ils sont dégradés ou pendant la croissance de la cellule. Dans certaines cellules, la paroi peut devenir complètement rigide lorsque sa composition change et que la cellule cesse de croître.

Figure 3. Ce schéma montre les éléments de base d'une paroi cellulaire typique.

La paroi cellulaire est responsable de la rigidité des plantes et de leur maintien en position verticale. Cela résulte de la pression hydrostatique exercée par la vacuole centrale contre la paroi, comme nous l'avons mentionné plus haut. C'est en partie ce qui leur donne leur croquant lorsque nous mangeons du céleri ou une carotte, par exemple.

Les cellules végétales ont toujours besoin de communiquer entre elles, même avec une paroi cellulaire rigide. Des canaux appelés plasmodesmes permettent une communication directe entre le cytoplasme des cellules voisines (figure 4). La membrane plasmique entre les cellules voisines est continue le long de ces canaux, les cellules ne sont donc pas complètement séparées par leur membrane plasmique.

Figure 4. Ce diagramme montre comment un plasmodesme agit comme un canal entre deux cellules végétales adjacentes.