Cellule - Glossaire

Introduction à la cellule

Cellule

La cellule est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice de tout organisme vivant, qu'il soit unicellulaire ou pluricellulaire, eucaryote ou procaryote. Elle représente le plus petit système vivant capable de maintenir l’homéostasie, de se reproduire, de répondre à des stimuli et d’effectuer un métabolisme autonome. Toutes les cellules possèdent une membrane plasmique délimitant un cytoplasme, dans lequel se trouvent des biomolécules essentielles à la vie. Chez les cellules eucaryotes, ce cytoplasme contient également des organites compartimentés, dont un noyau abritant l’ADN. Chez les cellules procaryotes, l’ADN est libre dans le cytoplasme, regroupé dans une zone appelée nucléoïde. Ainsi, malgré leurs différences structurales, toutes les cellules partagent des propriétés fondamentales qui les définissent comme vivantes.

Organisation cellulaire

Eucaryote

Les cellules eucaryotes sont caractérisées par la présence d'un noyau délimité par une enveloppe nucléaire et d'organites spécialisés. Elles forment les organismes unicellulaires complexes (comme les protozoaires) et tous les organismes pluricellulaires (animaux, végétaux, champignons). Leur compartimentation interne permet une régulation fine des processus biologiques.

Procaryote

Les cellules procaryotes (bactéries, archées) ne possèdent pas de noyau : l'ADN est libre dans le cytoplasme sous forme d'un nucléoïde. Elles sont généralement plus petites que les eucaryotes et ne possèdent pas d'organites membraneux. Leur paroi cellulaire (souvent composée de peptidoglycane) confère rigidité et protection, et certaines présentent des structures spécialisées comme les flagelles ou les pili.

Êtres vivants

Les êtres vivants peuvent être unicellulaires ou pluricellulaires. Les organismes unicellulaires accomplissent toutes les fonctions vitales au sein d’une seule cellule. Les organismes pluricellulaires sont constitués de cellules spécialisées organisées en tissus, organes et systèmes coopérants pour assurer les fonctions du corps.

Structure cellulaire

Membrane cytoplasmique

La membrane plasmique est constituée d’une bicouche de phospholipides dans laquelle s’insèrent des protéines. Elle contrôle les échanges avec le milieu extérieur (perméabilité sélective) et permet la reconnaissance cellulaire, la transmission de signaux et l’adhésion intercellulaire. Les lipides assurent la fluidité membranaire, tandis que les protéines assurent des fonctions de transport, de réception ou enzymatiques.

Paroi cellulaire

Structure rigide externe présente chez les végétaux (cellulose), les champignons (chitine) et les bactéries (peptidoglycane). Elle maintient la forme de la cellule, prévient l’éclatement osmotique et joue un rôle dans les interactions cellule-environnement.

Cytoplasme

Le cytoplasme désigne l’ensemble du contenu cellulaire hors noyau : le cytosol (phase liquide) et les organites. C’est le siège de nombreuses réactions métaboliques (glycolyse, synthèse protéique, etc.) et un milieu de circulation des substances.

Organites cellulaires

Noyau

Présent uniquement chez les eucaryotes, le noyau est un organite délimité par une double membrane percée de pores nucléaires. Il contient la chromatine (ADN + protéines histones) et un ou plusieurs nucléoles. Il est le centre de régulation de l'expression génétique, de la réplication de l'ADN et de la synthèse des ARN ribosomiques.

Mitochondrie

Organite à double membrane, présent chez quasiment tous les eucaryotes. Elle est le siège de la respiration cellulaire aérobie et de la production d'ATP. Elle contient son propre ADN et des ribosomes, ce qui suggère une origine endosymbiotique.

Chloroplaste

Organite spécifique aux cellules végétales et à certaines protistes photosynthétiques. Il contient la chlorophylle et réalise la photosynthèse. Comme la mitochondrie, il possède une double membrane, de l’ADN circulaire et des ribosomes.

Réticulum endoplasmique (RE)

Organite membranaire interconnecté, divisé en deux types : le RE rugueux (porteur de ribosomes), qui synthétise les protéines destinées à la membrane ou à la sécrétion ; le RE lisse (sans ribosomes), impliqué dans la synthèse lipidique, la détoxification et le stockage de calcium. Présent uniquement chez les eucaryotes.

Appareil de Golgi

Organite formé de saccules aplatis et empilés, il modifie, trie et exporte les protéines et lipides issus du RE. Il est impliqué dans la glycosylation et la formation des lysosomes. Exclusif aux cellules eucaryotes.

Lysosome

Vésicule entourée d'une membrane, riche en enzymes hydrolytiques actives à pH acide. Il participe à la digestion intracellulaire, à l'autophagie et à la destruction de pathogènes. Spécifique aux cellules animales.

Peroxysome

Vésicule membraneuse contenant des enzymes oxydases et catalases. Il dégrade les acides gras à très longue chaîne et détoxifie le peroxyde d'hydrogène. Présent chez la plupart des eucaryotes.

Vacuole

La vacuole est un compartiment cellulaire délimité par une membrane (le tonoplaste dans les cellules végétales), présent dans de nombreuses cellules eucaryotes. Sa taille, son nombre et ses fonctions varient selon les organismes.

Dans les cellules végétales, la vacuole centrale est généralement volumineuse et joue un rôle majeur dans le stockage de l'eau, des solutés, des pigments, des métabolites secondaires et des déchets. Elle maintient également la pression de turgescence, participe à la croissance cellulaire par expansion vacuolaire et intervient dans la détoxification et la dégradation de macromolécules.

Chez les champignons, des vacuoles plus petites remplissent des fonctions analogues de stockage, d’homéostasie ionique et de digestion intracellulaire.

Dans certains protistes (ex. paramécies, amibes), des vacuoles contractiles régulent la pression osmotique et des vacuoles digestives assurent la dégradation des particules phagocytées.

Enfin, bien que les cellules animales ne possèdent pas de vacuole centrale, elles contiennent diverses vésicules ou petites vacuoles assurant des fonctions similaires : transport, digestion intracellulaire ou stockage temporaire de substances.

Ribosome

Complexe ribonucléoprotéique non membraneux, présent dans toutes les cellules. Il assure la synthèse des protéines en traduisant l’ARNm. Chez les eucaryotes, il peut être libre dans le cytoplasme ou associé au RE rugueux. Chez les procaryotes, il est librement dispersé dans le cytoplasme.

Centrosome

Centre organisateur des microtubules (MTOC) chez les cellules animales, composé de deux centrioles perpendiculaires entourés de matériel péricentriolaire. Il intervient dans la formation du fuseau mitotique. Absent chez les végétaux supérieurs.

Cytosquelette

Réseau dynamique de fibres protéiques : microfilaments d’actine, microtubules et filaments intermédiaires. Il soutient la cellule, permet sa motilité, le transport intracellulaire et la division. Présent chez les eucaryotes ; des structures apparentées existent chez les procaryotes (protéines FtsZ, MreB...).

Inclusions cytoplasmiques

Structures non membraneuses composées de substances de réserve (glycogène, lipides, cristaux, granules pigmentaires). Leur composition varie selon le type cellulaire et l’organisme.

Thylakoïdes

Systèmes de membranes internes présents dans les chloroplastes, organisés en grana. C’est le lieu des réactions photochimiques de la photosynthèse.

Plastes

Famille d’organites spécifiques aux cellules végétales : chloroplastes (photosynthèse), chromoplastes (pigments), amyloplastes (stockage d’amidon), etc. Tous dérivent d’un proplaste.

Glyoxysome

Type de peroxysome présent chez les végétaux et certaines levures. Il contient des enzymes du cycle du glyoxylate permettant la conversion des lipides en sucres.

Magnetosome

Inclusions membranaires contenant des cristaux magnétiques (ex. magnétite), trouvées chez certaines bactéries magnétotactiques. Permet la détection du champ magnétique terrestre.

Carboxysome

Microcompartiment protéique présent chez certaines bactéries autotrophes. Il contient la Rubisco et permet la fixation du CO₂ dans le cycle de Calvin.

Cytosquelette et mouvements cellulaires

• Cytosquelette: Ensemble de filaments (microtubules, microfilaments d’actine, filaments intermédiaires) qui soutient la cellule, maintient sa forme, permet les mouvements cellulaires et intracellulaires (transport, division).

Fonctionnement cellulaire

• Métabolisme cellulaire: Ensemble des réactions chimiques permettant à la cellule de produire de l’énergie (catabolisme) et de construire ses constituants (anabolisme).

• Expression génique: Processus par lequel l’information contenue dans l’ADN est transcrite en ARN, puis traduite en protéine. Contrôlée finement par la cellule selon ses besoins.

• Signalisation cellulaire: Ensemble de mécanismes de communication entre cellules (hormones, neurotransmetteurs) et au sein d’une cellule. Implique des récepteurs, des seconds messagers et des cascades de signalisation.

• Apoptose: Mort cellulaire programmée. Mécanisme génétiquement régulé permettant d’éliminer les cellules inutiles ou défectueuses sans inflammation.

Transport cellulaire

Osmose

Diffusion passive de l’eau à travers une membrane semi-perméable, de la solution la moins concentrée vers la plus concentrée en solutés.

Diffusion facilitée

Transport passif de molécules (ex : glucose) selon leur gradient de concentration à l’aide de protéines de transport spécifiques.

Transport actif

Transport nécessitant de l’énergie (ATP) pour déplacer des substances contre leur gradient de concentration (ex : pompe Na+/K+).

Cycle cellulaire et division

Cycle cellulaire

Succession d’étapes par lesquelles une cellule passe entre deux divisions : phase G1 (croissance), S (réplication de l’ADN), G2 (préparation à la division) et M (mitose). Régulé par des points de contrôle et des protéines kinases cyclines-dépendantes (CDK).

Mitose

Division équationnelle aboutissant à deux cellules filles identiques à la cellule mère. Comporte les phases : prophase, métaphase, anaphase, télophase.

Méiose

Division réductionnelle produisant quatre cellules haploïdes (gamètes) à partir d’une cellule diploïde. Permet la diversité génétique (enjambement, réassortiment).

Cytocinèse

Division du cytoplasme qui suit la mitose ou la méiose, séparant physiquement les cellules filles.

Différenciation et spécialisation

Différenciation cellulaire

Processus par lequel une cellule acquiert une structure et une fonction spécialisées, sous l'effet de signaux internes et externes modulant l'expression génique.

Cellule souche

Cellule indifférenciée capable d’auto-renouvellement et de différenciation en différents types cellulaires. Elles sont à la base du développement embryonnaire et de la régénération tissulaire.

Applications et pathologies

• Culture cellulaire: Technique consistant à faire croître des cellules en milieu artificiel, utilisée en recherche, diagnostic et thérapie.

• Cancer: Maladie caractérisée par une prolifération cellulaire incontrôlée, due à des mutations affectant les gènes régulant le cycle cellulaire, l’apoptose et la réparation de l’ADN.