Cellules les tissus et les organes cellulaires cellule

Fractionnement cellulaire

Le fractionnement cellulaire consiste à analyser la structure ou la composition des cellules de manière à isoler les principaux organites et à en étudier les fonctions respectives. Un instrument : la centrifugeuse, tournant à différentes vitesses, sert au fractionnement.

La première étape du fractionnement est l'homogénéisation sont but est de rompre la membrane plasmique. On cherche généralement à garder les organites intacts mais pour cela des précautions sont à prendre. La deuxième étape est la centrifugation différentielle qui permet la purification de l'homogénat en fonction de la taille et de la densité de ses constituants. Pour se faire on centrifuge l'homogénat à différentes vitesses ; à chaque vitesse, différents organites se déposent dans le culot, qui sera prélevé. On recueille le culot pour analyse et on décante le surnageant, après quoi on le centrifuge à nouveau en augmentant chaque fois la vitesse de centrifugation, et on récupère des constituants cellulaires de plus en plus petits.

Organisation cellulaire

Cellules procaryotes et eucaryotes

On distingue deux grands types d'organismes:

• Premiers être vivants de la planète, les Procaryotes sont des êtres unicellulaires, dépourvus de noyau et entourés d'une membrane. Ils appartiennent aux groupes des monères (bactéries et cyanobactéries).

• Les Eucaryotes, composent quand t-a elle les organismes des quatre autres groupes : les protistes, les végétaux, les mycètes (ou champignons) et les animaux.

La cellule procaryote n'a pas de noyau véritable, c'est une unique cellule d'à peine une dizaine de microns de longueur. Quand à la cellule eucaryote, elle est généralement de plus grande taille et renferme un noyau bordés d'une membrane. Le Cytoplasme présent dans les types d'organismes : Procaryote et Eucaryote, désigne le contenu d'une cellule vivante. Il est limité par la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire et ne contient que des substances solubles. Il est rempli d'une phase liquide appelé le cytosol, dans laquelle baignent des organites. La constitution biochimique du cytosol est d'en moyenne 85% d'eau, de molécules (ions inorganiques, glucides, lipides...) et de macromolécules (protéines, glycoprotéines...). La grande majorité des organites présents dans la cellule eucaryote n'existent pas dans la cellule procaryote.

L'enveloppe extérieure d'une cellule s'appelle membrane plasmique ou plasmalemme. Elle forme une pellicule continue délimitant le cytoplasme du milieu extracellulaire. Elle dirige les échanges de substances chimiques entre la cellule et l'environnement, elle joue ainsi un double rôle de protection et de contrôle des changes. La membrane laisse circuler assez d'oxygène, de nutriments et de déchets pour servir le volume entier de la cellule. Il y a une limite à la quantité d'une substance donnée qui peut traverser 1 mm 2 de membrane par seconde. Ainsi, plus la surface (mm 2) est importante par rapport au volume, plus les échanges satisfont les besoin cellulaires. En permanence la cellule contrôle ces échanges à travers la membrane.

La membrane de la cellule eucaryote est divisée en compartiments interne, qui peuvent jouer un role distinct dans le fonctionnement de la cellule .Ce sont les membranes internes.

Bref, les diverses membranes occupent une place fondamentale dans l'organisation complexe de la cellule. En général, les membranes biologiques se composent d'une double couche de phosphoglycérolipides et d'autres lipides associés à diverses protéines. Par exemple, plusieurs enzymes de la respiration cellulaire sont fixées aux membranes internes des mitochondries. Par conséquent, l'étude des cellules se ramène dans une large mesure à l'étude des membranes et des compartiments fonctionnels (organites) qu'elles délimitent. Les différences entre les cellules végétales et les cellules animales quoique non négligeables, sont moins nombreuses que celles qui séparent les cellules eucaryotes des procaryotes.

Noyau

La pluspart des genes sont contenus dans le noyau, le reste sont situés dans le chloroplastes et les mitochondries. Une enveloppe nucleaire entoure le noyau , celui ci etant generalement la partie la plus importante d'une cellule eucariote.

Les chromosomes (proteines + ADN) se trouvent a l'interieur du noyau. Les chromoses sont entremelés ce n'est que lors de la division cellulaire qu'on les distingues precisement. L'enchevretrement des chromosomes au microscope electroniques ou photonique est appellé chromatine.

La synthese des ribosomes a lieu dans le nucléole entre les periodes de division cellulaire. Le ribosome egalement appellé organisateur nucleolaire est composé de chromosomes segmentés , de l' ARN et de proteines. A l'origine de la creation de la proteine , le noyau syntetise les éléments de la proteine grace a l'ADN et le transmet grace a LARN m (messager) en traversant le cytoplasme via les ports le codage genetique est transmis au ribosomes qui peut creer la structure de la proteine.

Ribosomes

Les ribosomes désignent les organites dont leur fonction consiste à regrouper les protéines, répondant aux normes du code génétique. Une cellule bactérienne renferme des milliers de ribosomes alors qu’il en existe des millions dans une cellule hépatique humaine. Les cellules disposant de synthèse protéique élevée sont riches en ribosomes, c’est un autre cas confirmant qu’il existe une liaison entre la structure et la fonction.

Deux types de ribosomes existent, à savoir, les ribosomes libres qui suspendent dans le cytosol et les ribosomes liés qui s’attachent sur le réseau membraneux pour créer le réticulum endoplasmique. Les ribosomes libres génèrent des protéines agissant dans le cytosol et ils sont présents en très grand nombre dans les cellules qui sont en cours de développement. En revanche, les ribosomes liés assurent la synthétisation des protéines pour les organites membraneux ou l’exportation. Les cellules qui secrètent spécialement des protéines, telles que les cellules du pancréas ou certaines glandes qui secrètent des enzymes digestives contiennent une bonne dose de ribosomes liés.

Les ribosomes des procaryotes (plus petits) et ceux des eucaryotes se diffèrent par leur forme et par les molécules qui les composent.

Réseau intracellulaire de membranes

Ce sont les membranes de la cellule eucaryote qui forment le réseau intracellulaire de membranes. La liaison de ces membranes se procède en deux manières, soit elles sont en continuité entre elles, soit elles s’échangent certaines portions via des vésicules mobiles qui sont des sacs membraneux. La structure et la fonction de chaque membrane est différente, en d’autres termes, l’épaisseur, la constitution des molécules ainsi que l’activité métabolique d’une membrane peuvent subir des modifications durant la vie d’une cellule.

Ce qui constitue le réseau intracellulaire de membranes sont : l’enveloppe nucléaire, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les lysosomes, les peroxysomes, les différents types de vacuoles et encore la membrane plasmique. Cette dernière ne fait pas partie d’une membrane interne telle que celle des autres organites membraneux. Pourtant, elle est liée au réticulum endoplasmique et aux autres membranes internes.

Réticulum endoplasmique

Une sorte de vaste labyrinthe membraneux est créée par le réticulum endoplasmique ou RE, occupant plus de la moitié de toute la substance membraneuse que contiennent les cellules eucaryotes. Le réticulum endoplasmique est doté de réseau de tubules ainsi que de sacs membraneux, connus sous l’appellation de « citernes ».La membrane du réticulum endoplasmique écarte ce que les citernes comportent. Puisque cette membrane reste en continuité avec l’enveloppe nucléaire, le contenu des citernes est en relation directe avec la zone sise entre les deux membranes de l’enveloppe nucléaire.

Le réticulum endoplasmique se présente sous deux aspects : le réticulum endoplasmique rugueux et le réticulum endoplasmique lisse.

Le réticulum endoplasmique rugueux dispose de petits grains aux ribosomes éparpillant la face cytoplasmique de sa membrane. Il existe également des ribosomes au niveau de la face cytoplasmique de la membrane externe de l’enveloppe nucléaire qui se lie au réticulum endoplasmique rugueux. A contrario, le réticulum endoplasmique lisse est exempt de ribosomes sur sa face cytoplasmique.

Rôles du réticulum endoplasmique lisse

Le réticulum endoplasmique lisse contribuent aux différentes démarches métaboliques, notamment la synthèse des graisses, le métabolisme des glucides voire la détoxication des médicaments, des drogues et même des poisons.

En premier lieu, les enzymes du réticulum endoplasmique lisse participent activement dans la synthèse des graisses, des phosphoglycérolipides, des stéroïdes ainsi que d’autres lipides. Les hormones sexuelles des vertébrés et certaines hormones stéroïdes produites par les glandes surrénales sont parmi les stéroïdes secrétés par le réticulum endoplasmique lisse.

En second lieu, le réticulum endoplasmique lisse participe aussi dans le métabolisme des glucides, comme c’est le cas avec les cellules hépatiques qui stockent les glucides sous la forme d’un polysaccharide ou glycogène.

Rôles du réticulum endoplasmique rugueux

Bon nombre de cellules spécialisées sécrètent des protéines fabriquées par le réticulum endoplasmique rugueux. Les ribosomes liés au réticulum endoplasmique rugueux fonctionnent pour synthétiser les protéines utilisées en tant que produits de sécrétion. Lors de la synthétisation d’une chaîne polypeptidique par le ribosome, la chaîne traverse la membrane du réticulum endoplasmique via le pore. La protéine, quand elle intègre l’intérieur de la citerne, se replie et sa configuration reprend sa forme initiale. Par ailleurs, la protéine rejoint un petit polysaccharide par covalence et se transforme en glycoprotéine, grâce aux enzymes qui tapissent dans la membrane du réticulum endoplasmique, cela se procède ainsi avec la majorité des protéines sécrétées.

Dès qu’il y ait formation des protéines de sécrétion, celles-ci sont isolées des protéines que les ribosomes libres produisent et qui vont résider dans le cytosol, après l’action de la membrane de réticulum endoplasmique. Les protéines de sécrétion se séparent du réticulum endoplasmique et se logent dans des vésicules de transition qui sont un emplacement spécialisé, connu sous le nom de réticulum endoplasmique de transition.

Outre la contribution à la production de protéines de sécrétion, le réticulum endoplasmique rugueux est capable de synthétiser ses membranes tout en associant les protéines et les phosphoglycérolipides. En conséquence, suite à l’association de protéines adéquates et de phosphoglycérolipides, la membrane du réticulum endoplasmique se prolifère et forme un nouveau matériel pouvant aussi être transféré à d’autres organites dotés de membranes, en prenant la forme de vésicules de transition.

Appareil de Golgi

Quand les vésicules de transition sortent du réticulum endoplasmique, bon nombre d’entre eux vont se loger vers l’appareil de Golgi, qui ressemble à un centre de fabrication, d’affinage d’entreposage, de triage et d’expédition. Ce centre permet de modifier légèrement, activer et entreposer les produits du réticulum endoplasmique avant de les expédier vers d’autres endroits. L’appareil de Golgi est particulièrement étendu à l’intérieur des cellules destinées à la sécrétion.

L’appareil de Golgi est constitué de saccules plats donnant une apparence de pains pita qui s’empilent. L’appareil de Golgi d’une cellule est en mesure de recevoir une multitude d’empilements qui se relient en réseau. Chaque saccule est enveloppé d’une membrane isolant son contenu du cytosol. Les vésicules de sécrétion, qui se trouvent en grande quantité à proximité de l’appareil de Golgi transportent des matières entre l’appareil de Golgi et d’autres cellules.

De manière générale, l’appareil de Golgi dispose d’une polarité bien distincte : l’épaisseur et la composition moléculaire de toutes les membranes des saccules qui s’installent aux côtés opposés d’un empilement ne sont pas identiques. On appelle face cis et face trans les deux pôles d’un empilement. Leurs rôles respectifs consistent à recevoir et envoyer les matières. Se place à côté du réticulum endoplasmique, la face cis, de forme convexe en général, reçoit les vésicules de transition. Une fois que les vésicules de transition se détachent du réticulum endoplasmique, leur membrane ainsi que leur contenu sont incorporés à la face cis tout en mélangeant avec la membrane du saccule. La face trans, concave de manière habituelle, crée des vésicules de sécrétion qui se dirigent vers d’autres sites.

Souvent, lors de la transition entre la face cis et la face trans de l’appareil de Golgi, les produits des vésicules de transition du réticulum font l’objet d’une transformation. Il en est de même avec les protéines et les phosphoglycérolipides des membranes que constituent les vésicules.

L’appareil de Golgi déplace quelques monomères des polysaccharides et les substitue par d’autres qui génèrent des polysaccharides différents. Au-delà de cette fonction de finition, l’appareil de Golgi confectionne lui-même des macromolécules.

Les produits de sécrétion de l’appareil de Golgi se séparent de la face trans dans la lumière des vésicules de sécrétion qui vont rejoindre la membrane plasmique.

L’appareil de Golgi fabrique et épure ses produits de manière progressive, c'est-à-dire par étapes qui font référence aux différents saccules situés entre la face cis et la face trans, contenant chacun des enzymes particulières. Les vésicules se chargent d’évacuer les produits par les suites de saccules.

Lysosomes

Un lysosome désigne un sac membraneux qui contient des enzymes hydrolytiques permettant la digestion des protéines ; des polysaccharides, des lipides et des acides nucléiques. Il fait référence à un organite animal et non végétal. Le lysosome protège la cellule des dommages provoqués par les enzymes hydrolitiques si celles-ci sont laissées librement dans le cytosol.

C’est le réticulum endoplasmique rugueux qui fabrique les enzymes hydrolitiques et la membrane du lysosome pour être déplacées successivement dans l’appareil de Golgi dans lequel continue leur traitement.

Le travail de la digestion intracellulaire des lysosomes joue un rôle important dans divers cas. Les amibes et certains protozoaires s’alimentent par de petits organismes ainsi que des particules alimentaires. Il s’agit d’un processus nommé phagocytose. Celle-ci se trouve également dans les cellules humaines, particulièrement chez les globules blancs qui regroupent les bactéries et les matières étrangères.

L’autre rôle du lysosome consiste à retransformer la substance organique intracellulaire, il s’agit d’un processus nommé autophagie. Dans la démarche de la retransformation, le lysosome réunit un organite ou un peu de cytosol. A titre d’exemple, une cellule hépatique humaine effectue le recyclage de la moitié de ses macromolécules toutes les semaines. La suppression en vue des cellules par leurs propres lysosomes est un processus essentiel dans le développement de certains organismes.

Vacuoles

Les vésicules aussi bien que les vacuoles sont des sacs intracellulaires qui se logent dans une membrane. Les vacuoles sont plus volumineuses que les vésicules et jouent différents rôles, à savoir des vacuoles nutritives, ou phagosomes, créées pendant la phagocytose, et des phagolysosomes obtenus lors de l’union d’un lysosome et d’une vacuole nutritive. Par ailleurs, les vacuoles assurent d’autres fonctions. Bon nombre de protistes d’eau douce ont des vacuoles contractiles qui rejettent l’eau en excès de la cellule. Les cellules végétales matures renferment habituellement une grande vacuole centrale enveloppée d’une membrane appelée tonoplaste.

Par ailleurs, la vacuole contient des ions inorganiques comme les ions potassium et chlorure dans une cellule végétale. Différente de la cellule animale, la cellule végétale ne comporte pas de lysosomes spécialisés.

Peroxysomes

Les peroxysomes font référence à des compartiments métaboliques spécialisés qui se séparent entre eux par une membrane simple. Ils renferment des enzymes qui déplacent l’hydrogène de certains substrats à l’oxygène, d’où le sous-produit appelé peroxyde d’hydrogène, résultat de ce transfert. Les peroxysomes des cellules hépatiques nettoient les toxiques de l’alcool et les autres produits nocifs en modifiant l’hydrogène de ces matières à l’oxygène libre.

Les graines en phase de germination ont des tissus bien lipidiques contenant des peroxysomes spécialisés. Ces organites possèdent des enzymes favorisant la transformation des lipides en glucides, un procédé qui procure de l’énergie au jeune plante jusqu’au moment où il est capable de fabriquer lui-même ses glucides.