Cellule végétale

Les cellules végétales, tout comme les cellules animales, les champignons et les protistes, présentent tous les caractéristiques typiques des cellules eucaryotes. Toutefois, les plantes se distinguent par leur incapacité à se déplacer et par la présence d'organites et de structures cellulaires spécialisées exclusives, tels que les chloroplastes et les vacuoles, qui leur permettent de produire leur propre nourriture. Cette adaptation est liée à leur physiologie et à leur écologie. Sais-tu d'où vient le croquant du céleri, des carottes ou des pommes ? C'est ce que tu apprendras dans ce résumé de cours, et bien d'autres choses encore !

Différences entre les cellules végétales et animales

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 animales et végétales possèdent des organites qui les différencient :

• la cellule animale contient des lysosomes (organites qui digèrent les macromolécules) et des centrioles (cylindres de microtubules dans le centrosome, impliqués dans la division cellulaire) ;

• la cellule végétale contient des vacuoles (vésicules membranaires aux fonctions variées), des plastes (organites aux fonctions diverses, dont la photosynthèse) et une paroi cellulaire (couche protectrice recouvrant l'extérieur de la membrane plasmique).

Schéma d'une cellule végétale

La figure 1 ci-dessous montre une cellule végétale généralisée avec ses organites et structures caractéristiques étiquetés, mettant en évidence les organites que l'on trouve exclusivement dans les cellules végétales :

Fig. 1 - Schéma d'une cellule végétale généralisée et de ses composants. Les composants exclusifs des cellules végétales sont encadrés.

Organites des cellules végétales

Nous aborderons la structure et 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.

Vacuoles

Les vacuoles sont abondantes chez les plantes et les champignons et ont des fonctions diverses. Il s'agit de sacs membraneux dont la structure est similaire à celle des vésicules, et ces termes sont parfois utilisés de manière 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 est appelée 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 remplissent différentes fonctions et une cellule peut avoir plusieurs vacuoles ayant des fonctions différentes.

• Les vacuoles 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 apporte un soutien mécanique aux cellules lorsqu'elles sont gonflées ou turgescentes. Lorsqu'on oublie d'arroser une plante, elle devient flasque parce qu'il n'y a pas de pression hydrostatique contre la paroi. La vacuole centrale sert également de réservoir d'ions inorganiques, maintenant l'équilibre du pH dans le cytoplasme.

• Elles permettent le stockage de molécules nutritives dans les graines et les pigments chez 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 dans 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.

Plastes

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 lipidique, et possèdent leur propre ADN.

Ils ont des fonctions spécialisées qui dépendent du besoin de la cellule. Ils sont très polyvalents et peuvent changer de fonction au cours de la vie de la cellule. Voici une liste des différents types de plastes :

• les chromoplastes produisent et stockent des 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 ;

• les leucoplastes 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 oléoplastes synthétisent et stockent les lipides ;

• les chloroplastes réalisent la photosynthèse. Nous les décrivons plus en détail ci-dessous.

Chloroplastes

Les chloroplastes sont des organites cellulaires présents dans les cellules végétales et les algues. Ils réalisent la photosynthèse, processus de transformation de l'énergie lumineuse en énergie chimique utilisable par la cellule. La membrane interne des chloroplastes renferme des thylakoïdes, des sacs membranaires remplis de liquide et interconnectés, contenant des pigments comme la chlorophylle, qui capture l'énergie lumineuse (figure 2A).

Les pigments permettent à la cellule de capter la lumière de différentes longueurs d'onde pour optimiser la photosynthèse. La photosynthèse est la principale source d'énergie pour la vie sur Terre et est essentielle pour la production d'oxygène dans l'atmosphère.

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

Paroi d'une cellule végétale

Les cellules végétales, ainsi que celles des champignons et de certains protistes, possèdent une paroi cellulaire externe recouvrant 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 compter 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 moyenne. Les composants de la paroi peuvent être remplacés en cas de dégradation ou au cours de la croissance cellulaire. Dans certaines cellules, la paroi peut devenir complètement rigide lorsque sa composition change et que la cellule cesse de croître.

Fig. 3 - Ce schéma montre les composants de la paroi d'une cellule végétale 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 sur la paroi, comme nous l'avons vu plus haut. C'est en partie ce qui leur donne leur croquant lorsque nous mangeons du céleri ou une carotte !

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, de sorte que les cellules ne sont pas complètement séparées par leurs membranes plasmiques.

Fig. 4 - Ce schéma montre comment un plasmodesme agit comme canal entre deux cellules végétales adjacentes.

Organites et structures des cellules végétales

Nous avons fait référence ici aux organites et aux structures des cellules végétales. Le terme « organite » est largement utilisé pour désigner presque toutes les structures cellulaires, ce qui peut parfois prêter à confusion.

Les structures cellulaires qui sont le plus souvent appelées organites sont intracellulaires (elles sont intégrées dans le cytosol) et délimitées par une membrane. Ainsi, dans une cellule végétale, les éléments suivants sont généralement considérés comme des organites :

Les structures des cellules végétales qui ne sont pas délimitées par une membrane sont généralement appelées structures ou composants, tels que :

• le cytosquelette ;

• les ribosomes ;

• la membrane plasmique ;

• la paroi cellulaire.

Ainsi, les structures cellulaires peuvent se trouver à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule (la membrane plasmique est une membrane qui délimite la cellule, mais elle n'est pas elle-même délimitée par une membrane). Le ribosome est typiquement appelé organite, mais certains auteurs sont plus spécifiques et les appellent organites non membranaires.

En résumé, selon l'auteur, les termes organite et structure cellulaire sont normalement interchangeables, et c'est correct. L'important est de connaître la structure et la fonction d'une structure cellulaire et d'être capable de les classer en fonction d'une définition spécifique.

Liste des organites et des structures de la cellule végétale

Le tableau ci-dessous fournit une liste des organites et des structures de la cellule végétale avec un résumé de leur fonction :

Tableau 1 : résumé des organites et des structures de la cellule végétale et de leur fonction générale.