Structure Cellulaire

Structures cellulaires procaryotes et eucaryotes

La définition de procaryote se traduit approximativement du grec par : "sans noyau", ce qui signifie "sans noyau" . Les procaryotes n'ont donc jamais de noyau. Les procaryotes sont généralement unicellulaires, ce qui signifie que les bactéries, par exemple, ne sont constituées que d'une seule cellule. Il existe cependant des exceptions à cette règle : l'organisme est unicellulaire mais possède un noyau, il s'agit donc d'un eucaryote. La levure en est un exemple.

D'autre part, eukaryote en grec se traduit par "vrai noyau". Cela signifie que tous les eucaryotes ont un noyau . À l'exception de la levure, les eucaryotes sont multicellulaires car ils peuvent être constitués de millions de cellules. Les humains, par exemple, sont des eucaryotes, tout comme les plantes et les animaux. En termes de structure cellulaire, les eucaryotes et les procaryotes partagent certains traits mais sont différents sur d'autres points. Le tableau suivant montre les similitudes et les différences tout en nous donnant un aperçu général des structures cellulaires dont nous parlerons dans cet article.

Tableau 1. Caractéristiques des cellules procaryotes et eucaryotes.

Fig. 1 - Un exemple de cellule procaryote

Fig. 2 - Une cellule animale

Structure et fonction des cellules humaines

La structure d'une cellule humaine, comme pour toute cellule, est étroitement liée à sa fonction. Globalement, toutes les cellules ont les mêmes fonctions de base : elles donnent une structure aux organes ou aux organismes dont elles font partie, elles transforment les aliments en nutriments et en énergie utilisables et remplissent des fonctions spécialisées. C'est pour ces fonctions spécialisées que les cellules humaines (et d'autres cellules animales) ont des formes et des adaptations distinctes.

Structures à l'intérieur d'une cellule

Il existe de nombreux organites cellulaires, la présence et l'abondance de chaque organite dépendant du fait qu'un organisme est procaryote ou eucaryote, ainsi que du type et de la fonction de la cellule.

Membrane cellulaire

Les cellules eucaryotes et procaryotes contiennent toutes deux des membranes cellulaires constituées d'une bicouche de phospholipides (comme on peut le voir ci-dessous). Les phospholipides (en rouge sur la figure) sont constitués de têtes et de queues. Les têtes sont hydrophiles (elles aiment l'eau) et sont orientées vers le milieu extracellulaire, tandis que les queues sont hydrophobes (elles n'aiment pas l'eau) et sont orientées vers l'intérieur.

La membrane cellulaire sépare le contenu cellulaire du milieu environnant. La membrane cellulaire est une membrane unique.

Fig. 3 - Bicouche phospholipidique de la membrane plasmique

Si la membrane comporte deux bicouches lipidiques, on parle de double membrane (figure 4).

La plupart des organites ont une membrane simple, à l'exception du noyau et des mitochondries, qui ont une double membrane. En outre, les membranes cellulaires comportent différentes protéines et des protéines liées aux sucres(glycoprotéines) intégrées dans la bicouche phospholipidique. Ces protéines liées à la membrane ont différentes fonctions, par exemple faciliter la communication avec d'autres cellules (signalisation cellulaire) ou permettre à des substances spécifiques d'entrer ou de sortir de la cellule.

Fig. 4 - Différences structurelles entre les membranes simples et doubles

Indépendamment des différences structurelles, ces membranes assurent la compartimentation, en séparant les contenus individuels que ces membranes entourent. Une bonne façon de comprendre la compartimentation est d'imaginer les murs d'une maison qui séparent l'intérieur de la maison de l'environnement extérieur.

Cytosol (matrice)

Le cytosol est un liquide gélatineux qui se trouve à l'intérieur de la cellule et qui soutient le fonctionnement de tous les organites de la cellule. Lorsque tu fais référence à l'ensemble du contenu de la cellule, y compris les organites, tu l'appelles le cytoplasme. Le cytosol est constitué d'eau et de molécules telles que des ions, des protéines et des enzymes (protéines qui catalysent une réaction chimique). Divers processus ont lieu dans le cytosol, comme la traduction de l'ARN en protéines, également connue sous le nom de synthèse des protéines.

Flagelle

Bien que les flagelles se trouvent aussi bien dans les cellules procaryotes que dans les cellules eucaryotes, leur structure moléculaire est différente. Ils ont cependant la même fonction : la mobilité.

Fig. 5 - Un spermatozoïde. Le long appendice est un exemple de flagelle eucaryote.

Les ribosomes

Lesribosomes sont de petits complexes protéine-ARN. Tu peux les trouver soit dans le cytosol, soit dans les mitochondries, soit liés à la membrane ( réticulum endoplasmique rugueux ). Leur fonction principale est de produire des protéines lors de la traduction. Les ribosomes des procaryotes et des eucaryotes ont des tailles différentes, les procaryotes ayant des ribosomes 70S plus petits et les eucaryotes des ribosomes 80S.

Fig. 6 - Ribosome during transcription

Structure des cellules eucaryotes

La structure des cellules eucaryotes est beaucoup plus complexe que celle des cellules procaryotes. Les procaryotes sont également unicellulaires et ne peuvent donc pas "créer" de structures spécialisées. Par exemple, dans le corps humain, les cellules eucaryotes forment les tissus, les organes et les systèmes organiques (par exemple, le système cardiovasculaire).

Voici quelques structures propres aux cellules eucaryotes.

Noyau et nucléole

Le noyau contient la majeure partie du matériel génétique d'une cellule et possède sa propre double membrane appelée membrane nucléaire. La membrane nucléaire est recouverte de ribosomes et comporte des pores nucléaires. La plus grande partie du matériel génétique des cellules eucaryotes est stockée dans le noyau (différent dans les cellules procaryotes) sous forme de chromatine. La chromatine est une structure dans laquelle des protéines spéciales appelées histones emballent les longs brins d'ADN pour qu'ils tiennent à l'intérieur du noyau. À l'intérieur du noyau se trouve une autre structure appelée nucléole qui synthétise l'ARNr et assemble les sous-unités ribosomiques, toutes deux nécessaires à la synthèse des protéines.

Fig. 7 - Structure du noyau

Les mitochondries

Les mitochondries sont souvent appelées les centrales énergétiques de la cellule, et ce pour une bonne raison : elles fabriquent l'ATP qui est essentiel pour que la cellule puisse remplir ses fonctions.

Fig. 8 - Structure de la mitochondrie

Elles sont également l'un des rares organites cellulaires à posséder leur propre matériel génétique, l'ADN mitochondrial. Les chloroplastes des plantes sont un autre exemple d'organite possédant son propre ADN.

Les mitochondries ont une double membrane tout comme le noyau, mais sans pores ni ribosomes attachés. Les mitochondries produisent une molécule appelée ATP qui est la source d'énergie de l'organisme. L'ATP est indispensable au fonctionnement de tous les systèmes organiques. Par exemple, tous nos mouvements musculaires nécessitent de l'ATP.

Réticulum endoplasmique (RE)

Il existe deux types de réticulum endoplasmique - le réticulum endoplasmique rugueux (RER) et le réticulum endoplasmique lisse (SER).

Fig. 9 - Le système endomembranaire de la cellule eucaryote

Le RER est un système de canaux qui est directement relié au noyau. Il est responsable de la synthèse de toutes les protéines ainsi que de l'emballage de ces protéines dans des vésicules qui sont ensuite transportées vers l'appareil de Golgi pour être transformées. Pour que les protéines soient synthétisées, il faut des ribosomes. Ceux-ci sont directement attachés au RER, ce qui lui donne un aspect rugueux.

En revanche, le SER synthétise différentes graisses et stocke le calcium. Le SER ne possède pas de ribosomes et a donc un aspect plus lisse.

Appareil de Golgi

L'appareil de Golgi est un système de vésicules qui s'enroule autour du RER d'un côté (également appelé côté cis), l'autre côté (côté trans) étant tourné vers l'intérieur de la membrane cellulaire. L'appareil de Golgi reçoit les vésicules du RE, transforme les protéines et les emballe pour les transporter hors de la cellule à d'autres fins. En outre, il synthétise les lysosomes en les chargeant d'enzymes. Chez les plantes, l'appareil de Golgi synthétise également les parois cellulaires en cellulose.

Fig. 10 - Structure de l'appareil de Golgi

Lysosome

Les lysosomes sont des organites membranaires remplis d'enzymes digestives spécifiques appelées lysozymes. Les lysosomes décomposent toutes les macromolécules indésirables (c'est-à-dire les grosses molécules composées de nombreux éléments), qui sont ensuite recyclées en nouvelles molécules. Par exemple, une grosse protéine est décomposée en acides aminés, qui peuvent ensuite être réassemblés pour former une nouvelle protéine.

Le cytosquelette

Le cytosquelette est comme les os des cellules. Il donne à la cellule sa forme et l'empêche de se replier sur elle-même. Toutes les cellules ont un cytosquelette, qui est constitué de différents filaments protéiques : les grands microtubules, les filaments intermédiaires et les filaments d'actine, qui sont la plus petite partie du cytosquelette. Le cytosquelette se trouve dans le cytoplasme, près de la membrane cellulaire d'une cellule.

Structure des cellules végétales

Les cellules végétales sont des cellules eucaryotes tout comme les cellules animales, mais elles possèdent des organites spécifiques que l'on ne trouve pas dans les cellules animales. Les cellules végétales possèdent néanmoins un noyau, des mitochondries, une membrane cellulaire, un appareil de Golgi, un réticulum endoplasmique, des ribosomes, un cytosol, des lysosomes et un cytosquelette. Ils possèdent également une vacuole centrale, des chloroplastes et une paroi cellulaire.

Fig. 11 - Structure de la cellule végétale

Vacuole

Les vacuoles sont de grandes cavités permanentes que l'on trouve principalement dans les cellules végétales. La vacuole d'une plante est un compartiment rempli de sève cellulaire isotonique . Elle stocke le liquide qui maintient la pression de turgescence et contient des enzymes qui digèrent les chloroplastes dans les cellules du mésophylle .

Les chloroplastes

Les chloroplastes sont des organites présents dans les cellules du mésophylle des feuilles. Comme les mitochondries, ils possèdent leur propre ADN, appelé ADN de chloroplaste. C'est dans les chloroplastes que se déroule la photosynthèse au sein de la cellule. Ils contiennent de la chlorophylle, qui est

un pigment responsable de la couleur verte typiquement associée aux feuilles.

Fig. 12 - Structure d'un chloroplaste

La paroi cellulaire

La paroi cellulaire entoure la membrane cellulaire et, chez les plantes, elle est constituée d'un matériau très solide appelé cellulose. Elle protège les cellules de l'éclatement en cas de potentiel hydrique élevé, la rend plus rigide et donne aux cellules végétales une forme particulière.

Structure des cellules procaryotes

La structure et le fonctionnement des procaryotes sont beaucoup plus simples que ceux des eucaryotes. Voici quelques caractéristiques de ces types de cellules.

Plasmides

Les plasmides sont des anneaux d'ADN que l'on trouve généralement dans les cellules procaryotes. Dans les bactéries, ces anneaux d'ADN sont séparés du reste de l'ADN chromosomique. Ils peuvent être transférés dans d'autres bactéries pour partager des informations génétiques. Les plasmides sont souvent à l'origine des avantages génétiques des bactéries, comme la résistance aux antibiotiques.

Capsule

Une capsule se trouve généralement dans les bactéries. Sa couche extérieure collante empêche la cellule de se dessécher et aide les bactéries, par exemple, à se coller les unes aux autres et à adhérer aux surfaces. Elle est constituée de polysaccharides (sucres).