La cellule.

La cellule. La cellule est l'unité élémentaire de la vie animale ou végétale. C'est la plus petite portion de matière capable de vivre de façon autonome et de se reproduire. Il n'en existe pas de modèle unique mais d'innombrables variétés. Les bactéries sont constituées d'une seule cellule ; des organismes plus élaborés peuvent en contenir plusieurs milliards. En dépit de leur différence de taille, de forme et de fonction, les cellules qui constituent les organismes vivants présentent des caractéristiques communes qui sont l'essence même de la vie. L'Anglais Robert Hooke mentionna en 1665 pour la première fois le nom de cellules pour désigner, par analogie avec les cellules de moine, les cavités qu'il observait dans une tranche d'écorce. Ce mot est resté, bien que la définition actuelle ne corresponde pas aux trous observés par Hooke, mais aux entités qui remplissent les trous dans l'arbre vivant. La cellule est l'unité morphologique et physiologique de tous les êtres vivants. Tout être vivant est constitué de cellules qui proviennent de la croissance et de la division de cellules préexistantes. C'est la théorie cellulaire formulée au XIXe siècle par Mathias Jacob Schleiden (1837), Theodor Schwann (1839) et Rudolf Virchow (1855). Les êtres vivants sont constitués de cellules et de substances dérivées de leur activité. Leurs composés, très variés, sont formés à partir de quelques types de molécules. D'une génération à l'autre, la vie est caractérisée par une succession ininterrompue de cellules. Leur organisation et leur fonctionnement montrent une unité remarquable, quelle que soit leur complexité. L'étude de la croissance et du développement de l'organisme, de sa reproduction, de sa génétique, de sa pathologie est en rapport avec la structure et le fonctionnement de ses cellules. Outre l'unité d'organisation et de fonctionnement postulée par la théorie cellulaire, qui constitue jusqu'à nos jours la base fondamentale de la biologie, les cellules présentent une rare unité de composition, comme l'a montré André Lwoff en 1962. Malgré leur diversité de taille, de forme et de fonction, les cellules, qu'elles soient dotées de noyau (chez les eucaryotes) ou qu'elles en soient dépourvues (chez les procaryotes), sont organisées selon un plan général commun et sont construites à partir d'un nombre très limité de matériaux. Les cellules peuvent vivre de manière autonome en tant qu'organismes unicellulaires (bactéries, amibes, paramécies) ou faire partie d'organismes complexes qui peuvent contenir des billions d'unités spécialisées interagissant les unes sur les autres. Si le diamètre de la plupart des cellules est compris entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres, le diamètre de certaines cellules spécialisées se mesure en centimètres (oeuf de poule, cellule nerveuse, cellule musculaire). Leur observation fut tributaire du développement de l'optique (microscope optique, électronique). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Hooke Robert Lwoff André Virchow Rudolf Les livres sciences (histoire des) - la cellule d'après Theodor Schwann, page 4693, volume 9 Eucaryotes, procaryotes et virus Les cellules eucaryotes. Les cellules eucaryotes (animales et végétales) possèdent un noyau, des organites spécialisés et un système membranaire complexe. Le groupe des eucaryotes comprend environ 1,6 million d'espèces. Il englobe des organismes unicellulaires (amibes, paramécies, etc.), les plantes à fleur, les vertébrés. Les cellules eucaryotes sont extrêmement diversifiées, mais les caractéristiques de leurs organites sont très semblables d'un type cellulaire à l'autre. Plusieurs propriétés distinguent les cellules végétales des cellules animales. Les plastes (chloroplastes, amyloplastes) n'existent que chez les cellules végétales; la paroi de ces cellules est le plus souvent doublée d'une paroi pectocellulosique assurant une certaine rigidité compatible avec la turgescence cellulaire. Les cellules animales présentent une membrane souple (plasmique). Le vacuome est généralement très développé chez les plantes réalisant une photosynthèse où il se forme une grande vacuole centrale. Les cellules animales ont des centrioles et des inclusions de réserve différents de ceux des végétaux (glycogène au lieu d'amidon). Enfin, le mode d'association de ces cellules est très différent : chez les végétaux, les points d'ancrage intercellulaires (plasmodesmes) sont très nombreux (jusqu'à 5 000 microns/m2) ; chez les animaux, les points de communication sont plus rares et présentent une spécificité structurale et métabolique. L'organisme peut être représenté par une seule cellule (unicellulaire), par exemple chez les protistes (30 000 espèces). Certains protistes (protozoaires) sont de nature animale : ils absorbent des proies vivantes, des débris organiques ; d'autres (protophytes), pourvus de plastes, appartiennent au règne végétal. Les organismes pluricellulaires sont des métazoaires ; ils ne constituent pas une simple mosaïque cellulaire, mais comportent des organes bien différenciés qui assurent le fonctionnement de l'organisme dans son ensemble. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats cytosquelette ergastoplasme métazoaires plaste protistes protozoaires Les livres végétal (règne) - cellules végétales, page 5441, volume 10 Les cellules procaryotes. Les procaryotes n'ont pas de noyau individualisé, ni de réticulum endoplasmique, ni de mitochondrie. Les bactéries appartiennent à ce groupe, qui comporte d'innombrables espèces. Elles vivent sous forme d'individus isolés ou en colonies très primitives (telles les algues bleues ou cyanobactéries). Les bactéries sont indispensables à la vie des eucaryotes ; elles sont, entre autres, responsables de mécanismes de recyclage des organismes morts. Certaines bactéries cependant sont dangereuses, car pathogènes (par exemple, le bacille de Koch entraîne la tuberculose). Les bactéries existent sous forme d'innombrables variétés, et ce dans les conditions les plus inhospitalières (sources chaudes, mers salées, etc.). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats bactérie cyanophytes Les livres végétal (règne) - cellules végétales, page 5441, volume 10 Les virus. Ce ne sont pas à proprement parler des cellules puisqu'ils ne peuvent vivre de façon autonome. Ils possèdent cependant leur propre matériel génétique. Pour se reproduire, ils envahissent une cellule. Les virus qui parasitent les bactéries sont appelés bactériophages ou phages. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats phage virus Cellules et environnement. Simultanément à Robert Hooke, son contemporain, Antonie Van Leeuwenhoek fit la description, d'une rare exactitude, de cet univers cellulaire, monde clos qui vit, se reproduit, meurt. Pour se développer ou se multiplier, la cellule doit obligatoirement puiser dans le milieu extérieur les éléments nécessaires à la vie et évacuer les déchets. La membrane cellulaire présente une perméabilité sélective qui permet des échanges passifs ou actifs (consommateurs d'énergie) : exocytose, endocytose (pinocytose, phagocytose). De plus, la membrane cellulaire présente une sélectivité susceptible de varier en fonction des espèces, des tissus, des conditions externes (physiques, chimiques, pharmacologiques). Les qualités intrinsèques permettent à la cellule de répondre à divers facteurs de l'environnement (par exemple, calcium, stress, hormones, stimuli) permettant les mouvements, la transmission de messages informatifs (influx nerveux, potentiel d'action, c'est-à-dire une dépolarisation qui correspond à l'inversion des polarités membranaires). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats endocytose e xocytose phagocytose pinocytose Van Leeuwenhoek Antonie Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats amibe dépolarisation différence de potentiel - 2.BIOLOGIE évolution - L'évolution et la génétique - L'évolution « moléculaire « glycogène Hooke Robert réticulum endoplasmique turgescence végétal (règne) - La cellule végétale végétal (règne) - La cellule végétale - Introduction végétal (règne) - La cellule végétale - Les cellules eucaryotes végétal (règne) - La cellule végétale - Les cellules procaryotes Les livres cellule - schéma de la structure de la membrane plasmique répondant au modèle de la mosaïque fluide, page 918, volume 2 cellule - membrane plasmique de cellule animale, observée après cryofracture, page 918, volume 2 cellule végétale, page 919, volume 2 cellule animale, page 919, volume 2 Les différentes parties de la cellule Cet univers autonome paraît de prime abord constitué du noyau et du cytoplasme. Le noyau. Détenteur du patrimoine génétique, ou génome, il présente chez les cellules eucaryotes des amas de chromatine hétérogène, un gel ou nucléoplasme et des structures circulaires, les nucléoles. Une double membrane fixe les limites du noyau. La chromatine présente un aspect différent lors de la division cellulaire, ou mitose, au cours de laquelle elle s'individualise en paires de segments, condensés et spécialisés : les chromosomes. À l'exception des hématies et des fibres du cristallin qui sont anucléées, toutes les cellules comportent au moins un noyau dont la privation entraîne la mort cellulaire. Certaines cellules sont plurinucléées (cellules musculaires, cancéreuses...). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats chromatine c hromosome noyau - 1.BIOLOGIE nucléole nucléoplasme Le cytoplasme. Il consiste en une gelée particulière (le cytosol) : il est soutenu par un cytosquelette et renferme un certain nombre d'organites aux fonctions spécifiques de biosynthèse, de manière à assurer le maintien et le renouvellement des structures. L'énergie nécessaire à ces fonctions est fournie chez les végétaux chlorophylliens à partir de l'énergie lumineuse et de molécules simples (eau, gaz carbonique, ammoniaque). La cellule animale utilise l'énergie de ses constituants chimiques complexes par voie métabolique (anabolisme, catabolisme). Les systèmes responsables de ces activités sont situés dans le cytosol et dans certains organites, en rapport étroit avec lui : les mitochondries, « centrales énergétiques « qui permettent les réactions d'oxydo-réduction avec libération d'ATP (leur ensemble constitue le chondriome) ; les chloroplastes, responsables de la photosynthèse chez la plante ; les microcorpuscules (peroxysomes) ; les protéines contractiles. Les ribosomes sont des centres de synthèses protéiques. Dans le noyau, la partie de l'ADN correspondant aux gènes est copiée en ARN au cours d'un mécanisme appelé transcription. Cet ARN messager est transporté dans le cytoplasme ; la lecture du message qu'il contient aboutit à la synthèse des protéines. Enfin, des structures diverses, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes, sont impliquées dans les activités de communication et d'échange de matière entre les cellules et leur environnement. Ces structures servent au stockage, au remaniement et au transport intracellulaire de matériaux intégrés (endocytose) ou extériorisés (exocytose) sans jamais rompre la continuité de la membrane cellulaire. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats anabolisme ATP (adénosine triphosphate) catabolisme chloroplaste cytoplasme cytosquelette Golgi (appareil de) lysosome membrane - 1.BIOLOGIE mitochondrie plaste réticulum endoplasmique ribosome transcription Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats chromatides jonction - 1.BIOLOGIE nucléoprotéine organite ribonucléique (acide) La destinée cellulaire La jeune cellule croît par la réalisation de biosynthèses qui augmentent sa masse. Cette croissance est caractéristique de chaque type cellulaire. La cellule doit se diviser pour survivre ; cette division, ou mitose, serait déterminée par le rapport nucléocytoplasmique (volume du noyau/volume du cytoplasme) et par des signaux cytoplasmiques spécifiques. La mitose conserve l'information génétique, à l'identique, de génération en génération ; elle est, pour les eucaryotes unicellulaires comme pour les cellules peu différenciées des métazoaires, un mode de reproduction. En revanche, les cellules différenciées des pluricellulaires ne sont généralement plus capables de se diviser (cellules nerveuses, musculaires, ligneuses, etc.) ; ces cellules, après un temps de vie (cycle cellulaire) déterminé par l'espèce et le type cellulaire, vieillissent et meurent sans que les raisons de cette sénescence nous soient connues. Seules les cellules cancéreuses sont immortelles ; elles constituent un matériel de recherche précieux. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats anaphase biosynthèse métastase mitose télophase La division cellulaire Les cellules au cours de leur croissance traversent un cycle cellulaire qui comporte deux phases : une phase de division avec duplication de l'ADN et transmission de copies identiques de l'information génétique à chaque cellule fille et une interphase, période de croissance cellulaire. La division directe, ou scissiparité. Elle affecte les animaux inférieurs et certains globules blancs par simple étirement du noyau et du cytoplasme. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats reproduction - La reproduction animale - La reproduction asexuée scissiparité La division indirecte, ou mitose. Chez les eucaryotes, la division cellulaire ou mitose se produit en plusieurs étapes de durée variable selon le type cellulaire et le milieu ; elle comprend la division du noyau (caryocinèse), suivie de la division du cytoplasme (cytocinèse). La mitose est la division d'une cellule eucaryote en deux cellules filles, dont chaque noyau possède le même nombre et les mêmes types de chromosomes que ceux de la cellule mère. La constance du patrimoine chromosomique (2 n) à travers les générations implique sa duplication (4 n) préalablement à la mitose. La mitose s'effectue en quatre phases successives (prophase, métaphase, anaphase, télophase), au cours desquelles les chromatides se séparent pour donner deux noyaux fils. Lors de la prophase, la condensation et la spiralisation de la chromatine individualisent les chromosomes, chaque centriole migre vers un pôle de la cellule, et les fibres du fuseau achromatique apparaissent, alors que membrane nucléaire et nucléoles disparaissent. Lors de la métaphase, les chromosomes se disposent au centre de la cellule sur un même plan (plaque équatoriale) où leur centromère se fixe, alors que les chromatides pointent leurs extrémités vers les pôles de la cellule. Lors de l'anaphase, les centromères se divisent, permettant la migration des chromatides sur les fibres fuseauriales aux pôles opposés : les chromatides, en s'individualisant, sont devenues des chromosomes. Enfin, lors de la télophase, la membrane nucléaire se reconstitue, tandis que les chromosomes se déroulent en un réseau chromatinien, les nucléoles réapparaissent et le clivage du cytoplasme s'opère par étranglement, chez la cellule animale, pour donner deux cellules autonomes. Chez les cellules végétales, la rigidité membranaire empêche une cytocinèse immédiate ; il y a apparition d'une membrane mitoyenne (plaque cellulaire) qui viendra renforcer les fibres de cellulose. On appelle interphase la période de vie cellulaire qui sépare deux mitoses. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats anaphase aster - 2.BIOLOGIE caryocinèse chromatine cytocinèse fuseau mitotique interphase métaphase mitose prophase reproduction - La reproduction animale - La reproduction asexuée télophase Les médias cellule - mitose La division réductionnelle, ou méiose. Chez les protistes, les plantes et les animaux, la sexualité se traduit par l'apparition, au sein de l'organisme, de gamètes ou cellules germinales haploïdes (n) susceptibles de fusionner leurs génomes deux à deux pour constituer un zygote, première cellule primordiale du nouvel organisme. Le mécanisme qui permet le passage de l'état diploïde à l'état haploïde, régulation indispensable à la constance du nombre spécifique de chromosomes, donc de l'information génétique, à travers les générations successives, est la méiose. Chez les plantes, la méiose ne conduit pas directement aux gamètes, mais à des spores qui engendrent un organisme (haploïde) qui produira les gamètes. Cette formation de gamètes peut se faire chez des individus différents (sexes séparés), comme c'est le cas chez les espèces gonochoriques (vertébrés, insectes, etc.), ou chez un même individu : espèces hermaphrodites (par exemple, l'escargot, le ver de terre, la douve du foie). Les processus de la méiose sont fondamentalement semblables chez tous les organismes eucaryotes doués de sexualité. Une cellule diploïde produit, par deux divisions successives, quatre cellules haploïdes. La première division réductionnelle (méiose I) réduit de moitié, dans les deux cellules filles, le nombre de chromosomes présents dans la cellule initiale. Au cours de cette première division, les chromosomes homologues s'associent par paires et échangent des segments chromosomiques homologues (crossing-over). Au cours de la seconde division équationnelle (méiose II), les deux cellules filles se dédoublent par mitose et donnent quatre gamètes. La méiose de la cellule initiale produit donc quatre cellules filles haploïdes, génétiquement différentes l'une de l'autre. La gamétogenèse, phénomène au cours duquel sont formées les cellules reproductrices, ou gamètes (cellules mâles et femelles), chez les organismes pluricellulaires, est variable. Chez les plantes, les gamètes sont produits par mitose et différenciation cellulaire. Chez les animaux, ce sont les divisions méiotiques qui produisent les gamètes. Il n'y a pas de gamétogenèse chez les champignons supérieurs, qui ont une sexualité très particulière. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats centromère diploïde (cellule) gamète gamétophyte haploïde méiose mutation - 1.BIOLOGIE reproduction - La reproduction animale - La reproduction sexuée reproduction - La reproduction végétale segmentation - 1.BIOLOGIE sexualité z ygote Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats hermaphrodisme interphase végétal (règne) - L'organisation des végétaux - Les végétaux unicellulaires Les livres interphase, page 2558, volume 5 cellule - mitose, page 920, volume 2 cellule - méiose, page 920, volume 2 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats cytologie différenciation - 1.BIOLOGIE fusion cellulaire sciences (histoire des) - La vie - Naissance de la cellule vie Les médias cellule - unité fonctionnelle du vivant Les livres cellule - coupe transversale d'une tige de tilleul grossie quarante fois, page 918, volume 2 Les indications bibliographiques B. Alberts, Biologie moléculaire de la cellule, Flammarion, Paris, 1989. H. Firket, la Cellule vivante, « Que sais-je? «, PUF, Paris, 1992. C.-L. Gallien, Biologie cellulaire, PUF, Paris, 1991 (1980). M. Maillet, Cytologie, Masson, Paris, 1989. D. Morello, Au coeur de la vie : la cellule, Pocket, Paris, 1991. La Révolution biologique, Science & Vie, numéro spécial 775.