Introduction
Le terme cellule vient du Latin cella qui signifie réservoir et la science consacrée à l’étude de la cellule est dite cytologie. Les cellules ont de nombreux caractères en commun, indépendants de toute fonction spécialisée.
1. Membranes cellulaires
La membrane externe entourant chaque cellule (membrane plasmique) et les membranes délimitant les organites intracellulaires ont une structure de base connue : double couche de lipides contenant des protéines spécialisées et glucides de surface (fig1).
Les constituants fondamentaux de la structure membranaire sont les lipides. Chaque type de molécule lipidique membranaire possède :
– une extrémité hydrophile et
– une extrémité hydrophobe (fig2).
Les lipides constituent 50% de la masse des membranes cellulaires. Il en existe trois catégories majeures : phospholipides, cholestérol et glycolipides.
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Fig.1 : Aspect de la membrane cytoplasmique
Fig.2 : Caractère amphipathique des lipides
2. Cytoplasme
Le cytoplasme est la matrice liquide de la cellule. Il contient les constituants importants suivants :
– Une grande partie de la machinerie impliquée dans la synthèse et le métabolisme des protéines (il est par conséquent riche en systèmes enzymatiques) ;
– Des protéines filamenteuses constituant le cytosquelette ;
– Certains produits du métabolisme, tels que le glycogène et les lipides libres, pour lesquels il sert de lieu de stockage ;
– De nombreux ribosomes, libres ou fixé sur la surface cytoplasmique du réticulum endoplasmique granuleux.
3. Ribosomes
Les ribosomes sont de petites particules dont le rôle est de synchroniser l’alignement de l’ARN messager et de l’ARN de transfert lors de la production des chaînes peptidiques, au cours de la synthèse des protéines.
Chaque ribosome est composé :
– d’une petite sous-unité qui fixe l’ARN messager et
– d’une sous-unité plus volumineuse qui catalyse la formation de liaisons peptidiques (fig.3).
Ils sont présents dans le cytosol en chaînes, appelées polyribosomes (fig.4). On les trouve aussi fixés à la surface cytosolique du réticulum endoplasmique granulaire.
4. Noyau
Le noyau est l’organite le plus volumineux de la cellule (diamètre 5-10 µm). Il renferme l’ADN cellulaire. Les noyaux sont limités par deux membranes (interne, externe) ayant des fonctions différentes.
La membrane nucléaire interne contient des protéines membranaires spécifiques servant de points d’ancrage aux protéines fibrillaires (lamines) qui maintiennent la forme sphérique.
La membrane nucléaire externe délimite un espace, l’espace péri nucléaire, en continuité avec le réticulum endoplasmique. L’enveloppe nucléaire est percée de nombreux pores qui assurent la continuité entre le cytosol et la chromatine laminale (fig.5).
L’ADN est enroulé autour de protéines dites histones pour former des nucléosomes. La chaîne de nucléosomes est ensuite enroulée en spirale pour former des filaments qui constituent la structure de la chromatine (fig.6).
5. Nucléole
Le nucléole est un corps sphérique situé à l’intérieur du noyau mesurant 1-3 µm de diamètre. Il produit de l’ARN ribosomique qui s’associe à des protéines pour constituer les sous-unités des ribosomes et passe dans le cytosol à travers les pores nucléaires.
6. Mitochondries
Les mitochondries sont des organites cylindriques, limités par une membrane, mesurant 0,5-2 µm de long, et qui fournissent de l’énergie à la cellule. Chaque mitochondrie est constituée de deux membranes, l’une externe et l’autre interne.
On note que la chambre interne contient l’ADN mitochondrial et les enzymes mitochondriales spécifiques nécessaires à la transcription de l’ADN mitochondrial (fig.7).
7. Réticulum endoplasmique et Appareil de Golgi
Le réticulum endoplasmique (RE) et l’appareil de Golgi sont deux composants intracellulaires limités par des membranes et inter-communiquent par l’intermédiaire de vésicules.
Ils sont impliqués dans la biosynthèse et le transport de protéines et de lipides cellulaires. Ils sont constitués de sacs aplatis ou de tubes allongés, fortement plissés.
Le RE lisse est un système de membrane vital pour la cellule. Il métabolise les protéines synthétisées et il est le siège de la synthèse des lipides, en particulier des phospholipides membranaires.
Les processus métaboliques des macromolécules synthétisées, initiées dans le RE, se poursuivent dans l’appareil de Golgi. Pour atteindre l’appareil de Golgi, des vésicules se forment par bourgeonnement dans le RE lisse et cheminent dans le cytosol pour fusionner avec sa face interne (fig.8).
8. Vésicules
Les vésicules sont de petits organites sphériques entourés d’une membrane. Elles sont formées par le bourgeonnement de portions de membranes préexistantes et possèdent deux fonctions principales :
– Elles transportent ou stockent des substances dans leur lumière ;
– Elles permettent des échanges de membranes cellulaires entre les différents compartiments de la cellule.
Les types principaux de vésicules sont :
– Les vésicules provenant de l’endocytose ;
– Les vésicules de transport et de sécrétion dérivées de l’appareil de Golgi ;
– Les vésicules de transfert issues du RE ;
– Les lysosomes, métabolisant soit les substances phagocytées par la cellule soit les constituants cellulaires inutiles ;
– Les peroxysomes, contenant des enzymes impliquées dans l’oxydation de plusieurs substrats.
9. Cytosquelette
Plusieurs fonctions de la cellule sont remplies par des protéines fibrillaires du cytosol, les protéines du cytosquelette, dont il existe trois catégories basées sur la taille des filaments :
– Microfilaments (5 nm de diamètre) composés d’actine ;
– Filaments intermédiaires (10 nm de diamètre) formés de six protéines principales qui varient selon les types cellulaires ;
– Microtubules (25 nm de diamètre) composés de deux protéines de la tubuline (tubuline α et β).
10. Endocytose et exocytose
Des substances provenant des espaces extracellulaires, aussi bien que de la surface membranaire, peuvent être incorporées dans la cellule par invagination de la surface cellulaire, au cours d’un processus appelé endocytose. La membrane plasmique invaginée fusionne pour constituer une vésicule d’endocytose ou endosome, qui est un organite clos, sphérique, entouré d’une membrane. La membrane, ainsi que toute substance incorporée dans cette vésicule, peuvent alors être métabolisés à l’intérieur de la cellule.
L’exocytose est le contraire de l’endocytose et désigne la fusion d’une vésicule limitée par une membrane plasmique afin de déverser son contenu dans l’espace extracellulaire. La fusion des vésicules avec la membrane plasmique permet aussi à une nouvelle membrane d’être incorporée à la surface cellulaire (fig.10).