Anatomie et Fonctionnement de la Cellule : Guide Complet

La Cellule : Unité Structurale et Fonctionnelle du Vivant

La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants, car tous les êtres vivants sont constitués d'une ou plusieurs cellules et parce qu'elle est la plus petite unité de matière qui peut exercer les fonctions de base des êtres vivants (chaque cellule provient d'une autre cellule existante).

Cellules : Point de Vue Structural

Les cellules peuvent être regroupées en :

• Eucaryotes : Elles possèdent un ADN séparé du cytoplasme et du noyau par une membrane (les cellules végétales et animales sont eucaryotes).
• Procaryotes : L'ADN n'est pas séparé du cytoplasme par une membrane, mais dispersé en son sein (les bactéries sont des cellules procaryotes).

Composants Cellulaires

Membrane Cellulaire (ou Membrane Plasmique)

La membrane cellulaire est la gaine membraneuse qui contient le cytoplasme. Sa fonction de barrière est de sélectionner les substances qui entrent ou sortent des cellules. Dans les cellules végétales, la membrane cellulaire est épaissie par un pont rigide constitué de cellulose. C'est la limite de la cellule, elle contrôle l'échange de substances entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. Elle est formée par une bicouche lipidique dans laquelle des protéines sont insérées.

Cytoplasme

Le cytoplasme est l'endroit où sont embarqués les composants ou les organites de la cellule. Il a une consistance gélatineuse et est composé principalement d'eau et de sels minéraux. Il est divisé en compartiments appelés organites entourés de membranes ; la solution dans laquelle ils sont incorporés est appelée hyaloplasme.

Noyau (Noyau)

Rappelons que les cellules eucaryotes diffèrent des procaryotes, étant généralement plus grandes et possédant un noyau, séparé du cytoplasme par la membrane nucléaire ou le jus nucléaire. Au noyau se trouve l'information héréditaire de la cellule sous la forme d'ADN, abréviation de l'acide désoxyribonucléique (polymère de petites unités appelées nucléotides). Normalement, l'ADN dans le noyau est lié à des protéines pour former la chromatine. Durant la division cellulaire, la chromatine se condense en chromosomes.

Structures Membranaires

• Nucléole : Structure ronde ou ovale, facilement visible même au microscope optique dans le noyau des cellules eucaryotes, structurée pour la production d'ARN (acide ribonucléique ribosomique). Dans le noyau sont immergés : la chromatine, formée par des fibrilles constituées d'une molécule d'ADN, qui contrôle et régule les fonctions vitales de la cellule, et le nucléole, un ou plusieurs domaines d'aspect granuleux où se forment les ribosomes.
• Appareil de Golgi : Ensemble de sacs membraneux sphériques avec des vésicules à leurs extrémités, généralement situé à proximité du noyau. Il est responsable du transport des composés synthétisés vers l'extérieur de la cellule. L'appareil de Golgi est relié à la membrane plasmique pour excréter le contenu hors de la cellule. Il est constitué de cellules membraneuses entourées de vésicules ; sa fonction est de stocker à l'intérieur des vésicules les macromolécules synthétisées pour les expulser à l'étranger (décharge).
• Mitochondries : Elles sont formées par une double membrane externe lisse et une membrane interne plissée formant des crêtes. À l'intérieur des mitochondries se trouvent des protéines, des enzymes et de l'ATP. Les mitochondries sont dispersées dans le cytoplasme de la cellule ; leur fonction est de produire de l'ATP, ou l'énergie de la respiration cellulaire dans le cycle de Krebs. Elles sont connues comme les centrales électriques. Elles sont entourées d'une double membrane qui tapisse l'espace extra-atmosphérique appelé utérus. La membrane interne se prolonge en formant des crêtes dans la matrice (qui contient de petites molécules d'ADN) et sont responsables de la production d'énergie.
• Ribosomes : Plus ou moins sphériques, distribués dans la matrice cytoplasmique ou attachés aux membranes du réticulum endoplasmique. Les ribosomes sont constitués d'ARN (acide ribonucléique) et de protéines. Ils assurent la synthèse des protéines et des enzymes.
• Réticulum Endoplasmique (RE) : Divisé en réticulum endoplasmique rugueux (RER) et lisse (REL). Sa fonction est l'échange de matière entre la matrice et la cavité interne et il est impliqué dans la synthèse des protéines en interaction avec les ribosomes. Le REL (lisse) semble tubulaire, sans ribosomes, et synthétise les lipides. Le RER (rugueux) est couvert extérieurement par des ribosomes et est impliqué dans la synthèse des protéines.
• Lysosomes : Vésicules membraneuses qui contiennent des enzymes digestives (digestion).

Structures Non Membranaires

• Cytosquelette : Ensemble de filaments protéiques distribués dans l'hyaloplasme. Il donne la forme aux cellules et est responsable de leurs mouvements.
• Centrosome : Zone proche du noyau d'où naissent les filaments du cytosquelette (composé de centrioles dans les cellules animales).

Vacuoles

Organites plus caractéristiques des cellules végétales, elles apparaissent et disparaissent en fonction des besoins. Les vacuoles sont présentes dans le cytoplasme pour stocker des produits chimiques et maintenir la turgescence des cellules, excréter et digérer les solides. Il existe plusieurs types : phagocytaires, digestives, de sécrétion, etc. Elles peuvent occuper jusqu'à 90% de la cellule et effectuent le stockage.

Cellule Végétale : Structures Uniques

Les cellules végétales sont dépourvues de centrioles et possèdent des organites et structures uniques tels que les chloroplastes, la paroi cellulaire et de grandes vacuoles.

• Paroi Cellulaire : Principalement formée de cellulose, elle protège la cellule et conserve sa forme.
• Chloroplastes : Ils conduisent la photosynthèse. Ils possèdent une double membrane qui tapisse l'espace intérieur appelé stroma, qui contient des formations membranaires appelées thylacoïdes où se trouve la chlorophylle.

La Cellule comme Unité Fonctionnelle

Métabolisme Cellulaire

Dans les cellules se produisent des réactions chimiques appelées métabolisme. Il existe 2 processus métaboliques :

• Anabolisme : Fabrication de leur propre nourriture à partir de produits chimiques ou d'éléments nutritifs intégrés de l'environnement, soit à partir de l'énergie solaire nécessaire et accumulée dans les composés chimiques.
• Catabolisme : Les composés chimiques sont décomposés en éléments plus simples et libèrent l'énergie contenue dans les liaisons énergétiques qui sont utilisées pour le déplacement et le transport des nutriments à travers la membrane.

L'ATP

L'ATP est l'intermédiaire le plus courant des processus métaboliques qui libèrent de l'énergie (photosynthèse et respiration). Une molécule d'ATP est un nucléotide composé d'une base azotée (l'adénine), d'un sucre (le ribose) et d'un groupement phosphate de 3 liens appelés « liaisons à haute énergie ».

Échange de Matière avec l'Environnement

Nutrition

• Nutrition Autotrophe : Cellule qui fabrique ses propres substances organiques à partir de nutriments inorganiques tels que le CO2 et l'H2O.
• Nutrition Hétérotrophe : La cellule a besoin d'intégrer de la matière organique produite par d'autres organismes de l'environnement.

Transport par la Membrane Plasmique

La membrane plasmique laisse passer certaines substances et en empêche d'autres selon la taille. Le transport est effectué par différents mécanismes :

• Petites molécules : Traversent la membrane plasmique par des mécanismes de diffusion : lorsque deux solutions séparées par une membrane perméable sont en contact, l'eau et les solutés se déplacent jusqu'à atteindre une concentration intermédiaire (ils traversent du côté de concentration la plus élevée vers le côté le moins concentré).
• Osmose : Lorsque des membranes semi-perméables n'autorisent que le passage de l'eau, celle-ci passe de la solution la plus diluée (hypotonique) à la plus concentrée (hypertonique) jusqu'à ce que les deux soient égales (isotonique).
• Transport Actif : Les petites molécules sont transportées dans la direction opposée au gradient de concentration, c'est-à-dire de l'endroit où leur concentration est la plus faible vers l'endroit où elle est la plus élevée (nécessite de l'énergie ATP).

Caractéristiques des Cellules

Procaryotes

• Le génome se trouve dans l'ADN, brin simple, et n'est limité par aucune membrane.
• Manque d'organites cytoplasmiques.
• Manque de membranes complexes à l'intérieur des cellules.
• Possèdent des flagelles sans capacité contractile.

Eucaryotes

• Différenciation des zones du noyau et du cytoplasme séparées par la membrane nucléaire.
• Le noyau de la cellule est généralement situé au centre.
• Le noyau se compose de : membrane nucléaire, matériel génétique, nucléoplasme, un ou plusieurs nucléoles.
• Tous les organites cytoplasmiques sont séparés par des membranes.
• Possèdent des flagelles à structure complexe et contractile.