La Cellule
La cellule est l'unite structurale et fonctionnelle de base de tous les etres vivants. Cette decouverte fondamentale, formalisee par la theorie cellulaire au XIXe siecle, stipule que tout organisme est constitue d'une ou plusieurs cellules, que la ce...
Cours
Introduction : La cellule, unite fondamentale du vivant
La cellule est l'unite structurale et fonctionnelle de base de tous les etres vivants. Cette decouverte fondamentale, formalisee par la theorie cellulaire au XIXe siecle, stipule que tout organisme est constitue d'une ou plusieurs cellules, que la cellule est l'unite de vie, et que toute cellule provient d'une cellule preexistante. Les premiers observateurs, comme Robert Hooke en 1665 qui donna son nom aux cellules en observant du liege, ou Antonie van Leeuwenhoek qui decouvrit les protozoaires, ont ouvert la voie a la biologie moderne. Toutes les fonctions vitales, comme la nutrition, la respiration, la croissance ou la reproduction, s'effectuent au niveau cellulaire. Les organismes peuvent etre unicellulaires, comme les bacteries ou les levures, ou pluricellulaires, comme les plantes et les animaux, ou des millions, voire des milliards de cellules se specialisent et cooperent. Comprendre la cellule, c'est comprendre les mecanismes intimes de la vie elle-meme, depuis la production d'energie jusqu'a la transmission de l'information genetique.
Cellule animale vs cellule vegetale : deux modeles eucaryotes
Les cellules animales et vegetales sont toutes deux des cellules eucaryotes, partageant une organisation complexe avec un noyau et des organites. Cependant, des differences majeures reflectent leurs modes de vie distincts. La cellule vegetale est entouree d'une paroi pectocellulosique rigide, exterieure a la membrane plasmique, qui lui confere sa forme et une protection mecanique. Elle possede egalement des chloroplastes, organites contenant la chlorophylle et permettant la photosynthese, transformant l'energie lumineuse en energie chimique. Enfin, elle contient une grande vacuole centrale, un reservoir d'eau et de substances qui maintient la turgescence de la cellule. A l'inverse, la cellule animale n'a pas de paroi rigide (seulement une membrane plasmique flexible), pas de chloroplastes, et ses vacuoles, si presentes, sont petites et nombreuses. Elle peut posseder des structures comme les lysosomes (pour la digestion intracellulaire) ou des centrioles (impliques dans la division cellulaire), souvent absents chez les vegetaux. Ces differences illustrent l'adaptation des cellules a leur fonction : autotrophie pour la plante, heterotrophie pour l'animal.
Les organites cellulaires : une usine bien organisee
Le cytoplasme, milieu interne de la cellule, n'est pas un simple gel. Il abrite des structures specialisees, les organites, qui assurent des fonctions precises, comme les ateliers d'une usine. Le noyau est le centre de controle. Enferme dans une enveloppe nucleaire perforee, il contient l'ADN, la molecule support de l'information genetique organisee en chromosomes. C'est ici que s'effectue la replication de l'ADN et la transcription en ARN. Les mitochondries, souvent decrites comme les centrales energetiques, produisent l'ATP (adenosine triphosphate), la molecule universelle d'energie, via la respiration cellulaire qui utilise le glucose et l'oxygene. Les chloroplastes, specifiques aux vegetaux, sont le site de la photosynthese. Le reticulum endoplasmique, reseau de membranes, participe a la synthese des proteines (RE rugueux avec ribosomes) et des lipides (RE lisse). L'appareil de Golgi trie, modifie et expedie les molecules synthetisees. Tous ces organites baignent dans le cytosol, un milieu aqueux riche en ions et en molecules, ou ont lieu de nombreuses reactions chimiques essentielles.
La division cellulaire : la mitose et le cycle cellulaire
Pour qu'un organisme pluricellulaire grandisse ou repare ses tissus, ses cellules doivent se diviser. Ce processus, appele mitose chez les cellules somatiques (non reproductrices), assure la production de deux cellules filles genetiquement identiques a la cellule mere. La mitose s'inscrit dans un cycle cellulaire plus large, compose de l'interphase (phase de croissance et de replication de l'ADN) et de la phase mitotique (M). La mitose elle-meme se deroule en quatre etapes continues. La prophase voit la condensation des chromosomes (deux chromatides soeurs) et la disparition de l'enveloppe nucleaire. La metaphase est marquee par l'alignement des chromosomes a l'equateur de la cellule. Durant l'anaphase, les chromatides soeurs se separent et migrent vers les poles opposes de la cellule. Enfin, la telophase voit la decondensation des chromosomes et la reapparition des enveloppes nucleaires autour des deux lots genetiques. La cytodierese, division du cytoplasme, acheve alors la formation des deux cellules filles. Ce mecanisme precis et controle est fondamental pour la croissance, le renouvellement et la maintenance de l'organisme.
Procaryotes et eucaryotes : deux grands plans d'organisation
Le monde vivant se divise en deux grands groupes fondamentaux bases sur l'organisation cellulaire : les procaryotes et les eucaryotes. Les cellules procaryotes, representees par les bacteries et les archaees, sont les plus anciennes et les plus simples. Leur materiel genetique, un chromosome circulaire unique, n'est pas enferme dans un noyau mais libre dans le cytoplasme, dans une region appelee nucleoide. Elles ne possedent pas d'organites membranaires internes comme les mitochondries ou le reticulum endoplasmique. Leurs ribosomes, plus petits, assurent la synthese proteique. Leur taille est generalement reduite, de l'ordre de 1 a 5 micrometres. A l'oppose, les cellules eucaryotes, qui constituent les plantes, les animaux, les champignons et les protistes, sont caracterisees par la presence d'un noyau veritable delimitant l'ADN. Leur cytoplasme est compartimente en de nombreux organites specialises, permettant une complexite fonctionnelle bien superieure. Leur taille est generalement plus grande, de 10 a 100 micrometres. Cette distinction procaryote/eucaryote est une des grandes lignes de partage dans l'arbre du vivant.
Observation et echelle : des outils pour voir l'invisible
L'etude des cellules est indissociable du developpement des outils d'observation. La taille des cellules, generalement comprise entre 1 et 100 micrometres (µm), les place bien au-dela des limites de resolution de l'oeil nu. Le microscope optique, utilisant la lumiere visible et des lentilles de verre, permet d'observer des cellules vivantes ou fixees, avec un grossissement utile allant jusqu'a environ 1500 fois et une resolution de l'ordre de 0,2 µm. Il revele les structures principales comme le noyau, les chloroplastes ou la membrane. Pour observer les details ultrastructuraux des organites, le microscope electronique est indispensable. Utilisant un faisceau d'electrons, il offre une resolution bien superieure (environ 0,2 nanometres) et des grossissements de plusieurs centaines de milliers de fois, revelant la structure fine des membranes, des ribosomes ou de l'ADN. La microscopic a fluorescence permet, quant a elle, de localiser et de suivre des molecules specifiques dans la cellule vivante. Ces outils, combines a des techniques de coloration et de preparation, ont permis et permettent encore les decouvertes majeures en biologie cellulaire.
Vocabulaire
Unite structurale et fonctionnelle fondamentale de tout etre vivant, delimitee par une membrane et capable d'assurer les fonctions vitales.
Structure specialisee a l'interieur d'une cellule eucaryote, delimitee ou non par une membrane, et assurant une fonction precise (ex : noyau, mitochondrie).
Enveloppe fine et flexible composee principalement de lipides et de proteines, qui delimite la cellule, controle les echanges et recoit les signaux.
Organisme dont les cellules possedent un noyau veritable enfermant le materiel genetique, et des organites membranaires dans le cytoplasme.
Organisme unicellulaire dont la cellule ne possede pas de noyau ni d'organites membranaires internes ; le materiel genetique est libre dans le cytoplasme.
Processus de division cellulaire aboutissant a la formation de deux cellules filles genetiquement identiques a la cellule mere, pour la croissance et le renouvellement.
