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La cellule végétale ou animale a une dimension de l’ordre de 10-8 cm3, qui se réduit à 10-12 cm3 chez les bactéries. Elle est principalement constituée d’oxygène, d’hydrogène, de carbone et d’azote, éléments que l’on retrouve dans la majorité des composants organiques. Elle comprend de 60 à 70% d’eau, 20% de protéines et environ 4% d’acides nucléiques. Les 6% restants sont partagés entre les acides gras (lipides), les hydrates de carbone (polysaccharides) et d’autres constituants à l’état de traces. Toutes les structures solides que l’on trouve dans une cellule sont des combinaisons complexes de ces différentes macromolécules. La quantité d’eau présente dans la cellule est importante car elle représente un environnement propice au développement des réactions chimiques.
Avant toute chose, il faut faire la distinction entre la cellule procaryote, sans noyau, et la cellule eucaryote, qui dispose d’un véritable noyau. La première regroupe les algues bleues et vertes, les bactéries, ainsi que les actinomycètes proches des moisissures. Les cellules eucaryotes reprennent toutes les autres cellules. Leur différence de structure est le signe vraisemblable d’un stade d’évolution différent, dame Nature ayant tout d’abord créé une cellule simple, la procaryote, avant que l’évolution ne façonne la cellule eucaryote. Elles ont évolué chacune à partir d’une forme ancestrale qui est probablement apparue il y a plus de 3 milliards d’années. Les deux génomes procaryotes et eucaryotes se différencient également par la présence chez les cellules eucaryotes d’une beaucoup plus grande proportion d’ADN non fonctionnels ou de protéines. A côté des quelques 30000 gènes lourds de sens qui représentent environ 10% de l’ADN nucléaire, quelque 90% n’est pas exprimé. Il s’agit de fragments d’ADN contenant des séquences régulatrices, des traces de duplications et de mutations antérieures ou des gènes morts que l’évolution n’a pu éliminer.
Structure interne d'une cellule La cellule eucaryote dispose d’une structure interne fort complexe, marquée par le cloisonnement important de ses sous-structures comme en témoigne l'illustration figurant en haut de cette page. La cellule eucaryote est une entité autonome. Elle vit, se divise parfois, se nourrit et rejette les déchets de son métabolisme dans le sang. Voyons les différentes structures formant cette cellule. Le cytoplasme ou cytosol est une matrice riche en eau dans laquelle baigne tous les constituants cellulaires. Il ressemble plus à un gel visqueux qu’à une solution liquide mais il peut se liquéfier quand on l’agite fortement. Sa capacité de passer de l’état de gel à celui de liquide participe également au déplacement des constituants cellulaires. Observé au microscope électronique, le gel cytoplasmique apparaît comme un entrecroisement tridimensionnel de minces fils riches en protéines. Ce maillage est le résidu d’une structure interne qui remonte à l’époque des éponges trabeculae, d’où son nom de réseau microtrabéculaire. Selon C.de Duve, cette structure pourrait avoir un effet sur la cinétique de certaines réactions ou même conduire à la formation d’authentiques systèmes multienzymatiques doués de propriétés spéciales.
Les échanges entre le noyau et le cytoplasme ont lieu à travers les pores nucléaires. Le noyau en effet enveloppé dans une membrane formée d’un double feuillet de protéines percé de minuscules pores dont le passage ne fait que 9 nm de diamètre. Ces ouvertures permettent le transfert des substances nécessaires au métabolisme cellulaire. Seules les molécules comprises entre 10 et 60000 daltons[5] peuvent traverser ces pores, quitte à ce que leur passage soit facilité par des protéines de transport situées sur le pourtour et qui reconnaissent certaines substances. On estime que chaque pore voit sortir 100 molécules d’histones et entrer 3 mitochondries chaque minute dans la membrane cellulaire. A côté du noyau et du cytoplasme, la cellule eucaryote contient des cytomembranes qui enveloppent le noyau et la cellule toute entière, lui permettant d’atteindre une dimension très supérieure à celle de la cellule procaryote. Ces membranes sont constituées d’un bicouche lipidique de 5 à 6 nm d’épaisseur constitué de deux couches de molécules hydrocarbonées hydrophobes. L’une des faces est hydrophile et orientée vers l’extérieur de la membrane. Cette pellicule biomoléculaire contient diverses protéines qui sont enchâssées dans le bicouche, assurant les échanges de substances à travers la membrane ainsi que d‘autres fonctions. Sans ce bicouche il n’est pas exagéré d’affirmer que la vie telle que nous la connaissons n’existerait pas. Le cytosquelette à peine visible contribue à donner une forme et une certaine rigidité aux cellules. Sans sa présence toutes les cellules tendraient vers une forme sphérique. Il est constitué de polymères allongés formés de protéines double alpha et bêta tubuline agencés en cercles superposés. Ils forment les microtubules, sortes de petits cylindres rigides qui représentent l’ossature des cellules et qui participent également à la mitose. Le cytosquelette contient également des microfilaments qui peuvent être considérés comme les “muscles” de nos cellules et des filaments de taille intermédiaire dont le rôle reste inconnu.
Document CUL/CPPE Dans le cytoplasme, à côté du noyau qui renferme l’ADN, se trouve les ribosomes, petites sphérules constituées de protéines ARN participant à l’élaboration des protéines. Autour du noyau se développe le réseau complexe du réticulum endoplasmique qui assure le transport des substances à l’intérieur de la cellule. Ses parois sont recouvertes de ribosomes et participent donc également à la synthèse des protéines. Celles-ci sont synthétisées à la surface du réticulum et passent dans la membrane endoplasmique où elles sont stockées avant d’être sécrétées à l’extérieur de la cellule. D’autres protéines sont synthétisées par les ribosomes mais ne sont pas attachées au réticulum. Elles ne participent pas aux sécrétions et restent donc des protéines de structure ou enzymes métaboliques. Le cytoplasme contient également des centaines, si ce n’est des milliers de mitochondries faisant office de centrale énergétique de la cellule, en fournissant de l’énergie sous forme d’ATP. Comme les chloroplastes végétaux, les mitochondries sont autonomes : elles disposent de leur propre acides nucléiques, elles peuvent synthétiser leurs propres enzymes et se reproduisent elles-mêmes.
Des dizaines d’autres éléments sont encore enfouis dans le cytoplasme : les lysosomes, sortes de sphérules opaques et sans structure interne contenant des vésicules chargées d’enzymes digestives capables de détruire les bactéries et d’autres agents toxiques. Si elles venaient à s’ouvrir dans le cytoplasme, leur acide détruirait la cellule, d’où leur surnom de “sacs-suicides”; l'appareil de Golgi constitué d’un empilement de saccules bourgeonnantes, d’apparence similaire au réticulum endoplasmique dont il peut être un prolongement. Il participe à la formation des lysosomes et des sécrétions en libérant de petites vésicules; les peroxysomes caractérisés par une membrane contenant de gros cristaux caractéristiques dont le rôle, relique de l’évolution, est d’éviter l’oxydation des molécules; les centrioles que l’on retrouve par paire dans toutes les cellules eucaryotes sauf chez les végétaux supérieurs. Il s’agit de structures cylindriques composées de microtubules courtes entourées d’un nuage de substances dont la fonction exacte est inconnue. Le rôle des centrioles est de contrôler l’arrangement des microtubules dans le cytosquelette de la cellule. Ils participent également aux mouvements des chromosomes pendant la mitose. Citons enfin les vacuoles chez les plantes qui se mêlent à diverses vésicules et organites. Prochain chapitre Communication et reproduction cellulaires |
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