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La cellule

   L'anatomie et la physiologie sont les disciplines complémentaires de la biologie, la science qui étudie les organes vivants. L'anatomie humaine étudie la structure du corps et les relations entre les structures du corps.La physiologie humaine s'intéresse au fonctionnement des différentes parties du corps. De manière générale, c'est la structure qui détermine la fonction. 
   La complexité du corps humain provient de la multiplicité de ses organes assurant chacun une fonction spécifique. Les différentes fonctions physiologiques abordées sont provenues d’une action spécialisée des tissus constituant ces organes.
   Ils possèdent donc des structures et des rôles très différents et participent chacune au bon fonctionnement de l’organisme. Cependant, en observant le corps humain d’un point de vue microscopique, des ressemblances fondamentales apparaissent. Chaque tissu est en effet constitué d’une unité de base vivante commune que l’on appelle une cellule. 
   Le corps humain est donc un regroupement de cellule organisées en groupes fonctionnels appelés tissus qui sont composés de différentes variétés cellulaires au nombre de 210 chez l’homme. 

1- Définition de la cellule 

  La cellule (du latin cellula, petite chambre, monastique par ex.) est une unité fondamentale, structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant tout ou partie d'un être vivant. 
    Le corps humain en contient 50 à 100 millions de millions. On trouve environ 200 types de cellules aux formes, tailles et fonctions très diverses. Les plus petites font 2 micromètres et les plus grandes peuvent faire 1 mètre (neurones qui nous permettent de bouger les orteils). Elles sont principalement composées de : carbone, hydrogène, azote, O2. 
   Toutes les cellules sont constituées de trois régions principales : membrane plasmique, cytoplasme et noyau.

 2- Morphologie de la cellule 

   Chaque cellule a une forme particulière en rapport avec sa fonction, et une durée de vie différente. Ses dimensions varient généralement entre 5 et 50 μm. Sa structure ne peut être étudiée qu’à l’aide d’un microscope. 

3- Structure de la cellule 

  Toutes les cellules sont délimitées par une membrane plasmique qui renferme le cytoplasme, les différentes organites, et un noyau contenant l’ADN (chromatine et nucléole) isolé du cytoplasme par une enveloppe nucléaire. On distingue deux types de cellules : la cellule eucaryote et la cellule procaryote. 

4- La différence entre une cellule eucaryote et procaryote 

  

Figure 1 : Schéma annoté d’une cellule procaryote 



 Figure 2: Schéma annoté d’une cellule eucaryote 
  
      Les cellules procaryotes ne possèdent pas de noyau, peu d'organites, une paroi cellulaire rigide ou semi rigide entoure la membrane plasmatique. Les bactéries sont des organismes procaryotes unicellulaires. 
      Les cellules eucaryotes possèdent un noyau contenant plusieurs chromosomes et plusieurs sortes d'organites spécialisés. Toutes les cellules humaines étant des cellules eucaryotes, les champignons, les algues, les végétaux, les animaux vertébrés et invertébrés, sont des organismes eucaryotes. 
   Comme les cellules procaryotes, les cellules eucaryotes sont délimitées par une membrane cellulaire (plasmique). 

Tableau 1 : tableau comparatif entre la cellule procaryote et la cellule eucaryote 



 5- Les éléments constitutifs de la cellule eucaryote 

Les éléments constituants sont comme suit : 
  • Membrane cellulaire : qui sépare la partie interne de la cellule du milieu externe.
  • Cytoplasme : substance fondamentale dans laquelle se trouve les différents composants cellulaires. 
  • Organites : composants cellulaires spécialisés dans certaines spécialités. En fonction de sa spécificité, chaque types de cellules comportent ces éléments en nombres et qualités différents.

Figure 3 : Schéma annoté des éléments structurels d’une cellule eucaryote 

6- La description et le rôle de chaque élément composant une cellule

6.1. La membrane plasmique 

6.1.1. Structure : 

   La membrane plasmique est une couche à la surface de la cellule qui mesure 7,5 nm d’épaisseur, extrêmement fine, constituée d’une bicouche de lipides, principalement des phospholipides mais aussi en moindre quantité, du cholestérol et des glycolipides. Les phospholipides ont une tête polaire hydrophile et une queue non polaire hydrophobe qui les empêchent de se retourner. Les têtes sont en surface et les queues à l’intérieur. 


 Figure 4 : Schéma annoté De la Membrane plasmique 

6.1.2. Les fonctions de la membrane plasmique : 

  • Enveloppe continue qui forme une frontière (=barrière) entre le milieu extracellulaire et le cytoplasme afin :
                     - Assure l’intégrité de la cellule 
                     - Délimiter la taille et la forme de la cellule
  • Faciliter le contact avec les autres cellules 
  • Permettre l’action de substances chimiques grâce à ses récepteurs spécifiques 
  • Fonction d’échange membranaire : La perméabilité de la membrane plasmique est sélective, c'est à dire que certains composés peuvent traverser et d'autres pas. L'eau, l'alcool et les gaz peuvent franchir facilement cette membrane, alors que les ions, les grosses protéines et les glucides ne le peuvent pas.

 6.1.3. Les principaux processus de passage à travers la membrane plasmique 

   Grâce à la forme amphiphile de la membrane, le transport de molécules devient possible car celles ci peuvent ou ne peuvent pas traverser la partie hydrophile ou hydrophobe. Il y a donc des transports différents selon la molécule à transporter. 
   La diffusion membranaire est sélective ; elle est perméable aux molécules très petites (H2O, CO2, O2) et aux molécules liposolubles (diffusion simple). Alors qu’elle est imperméable aux grosses molécules et à la plupart des molécules polaires et Aux ions (K+, Cl--, Na+) (transport actif et passif). 

 Tableau 2 : Les principaux processus de passage à travers la membrane plasmique 



 6.2. Le cytoplasme 

   Le cytoplasme est défini comme le matériel biologique contenu entre la membrane plasmique (membrane cellulaire) et l’enveloppe nucléaire. 
   Il s’agit d’une phase liquide qui comporte de nombreux organites et structures en suspension dans le cytosol tels que:
  • Ribosomes 
  • Réticulums endoplasmiques lisse et granuleux 
  • Appareil de Golgi 
  • Vésicules, lysosomes… 
  • Mitochondries 
  • Cytosquelette 

6.3. Cytosol : 

   Le cytosol (ou hyaloplasme) est la phase liquide, translucide ou baignent les organites. Il peut être également défini comme étant la fraction liquide du cytoplasme obtenue après centrifugation et élimination des organites. 




 Figure 5 : schéma du cytosol 

6.4. Les organites intracellulaires 

6.4.1. Le réticulum endoplasmique lisse (REL) et granuleux (REG): 

   Le réticulum endoplasmique granuleux (RER) est un réseau de membranes internes interconnectées tubules et sacs (citernes) issues des membranes nucléaires. Ce réseau permet la circulation de molécules dans la cellule, et notamment le transport des protéines. 
   Le qualificatif de « granuleux » est employé car le RER est tapissé de petits organites sphériques appelés ribosomes. 
   Le réticulum endoplasmique a de nombreuses fonctions, mais il est particulièrement important pour la synthèse des protéines (REG) et des lipides (REL). 




 Figure 6 : Schéma du REL et REG 

 6.4.2. Ribosome : 

   Les ribosomes sont des Petits grains composes d’ARN (acide ribonucléique) ribosomal, organites constitués de protéines, composés de protéines et d'acide ribonucléique (ARN ribosomal). 
   Ils sont le siège de la synthèse des protéines. Ils sont soit sous forme libres dans le cytoplasme et ou fixé au réticulum endoplasmique.
 

6.4.3. Appareil de Golgi (AG) : 

   Il est formé de sacs membraneux aplatit appelés des citernes. Elles sont empilées les unes sur les autres et présentent des renflements à leurs extrémités qui se détachent pour former des vésicules. Il récupère les protéines qui ont été synthétisées par les ribosomes libres et il les excrète dans le milieu extra cellulaire. 
  L’AG assure plusieurs fonctions : 
(a) la maturation des protéines synthétisée dans le RE, 
(b) les Modifications post-traductionnelles, la sécrétion et l’endocytose, 
(c) le contrôle d’adressage des protéines (retour vers le RE, adressage vers le lysosome). 


Figure 7: Schéma explicatif des fonctions de l’AG 

6.4.4. Mitochondrie 

   La mitochondrie est un organite délimité par deux membranes. La membrane interne présente des plis appelés crêtes mitochondriales. Le milieu intérieur de la mitochondrie est la matrice. 


 Figure 8: Schéma du mitochondrie
   Les mitochondries sont des organites qui permettent à une cellule de produire de l’énergie qui lui est nécessaire pour assurer sa survie mais la cellule ne peut utiliser qu’une seule forme d’énergie, matérialisée par une molécule appelée ATP (adénosine tri-phosphate), directement utilisable. 

6.4.5. Lysosomes 

   Les lysosomes sont des sortes de poches dérivées de l’appareil de Golgi ou du réticulum endoplasmique, contenant des enzymes lytiques capables de dégrader les protéines, hydrates de carbones, produits de dégradation cellulaire où les particules pénétrant dans la cellule par endocytose telles que les bactéries. 

6.4.6. Centrosome 

   A l’intérieur de chaque cellule, il existe toujours 2 centrioles qui sont disposées perpendiculairement l’un à l’autre à proximité du noyau car ils dirigent le sens de la division cellulaire. 

6.4.7. Cytosquelette 

   C’est un réseau complexe de bâtonnets traversant le cytosol, il soutient la structure cellulaire et produit mouvements de la cellule. 
   Il y a 3 types de bâtonnets : 
  • (a) microtubules 
  • (b) microfilaments  
  • (c) filaments intermédiaires. 

6.4.8. Noyau 

   C’est un organite sphérique ou ovaloïde, séparé par la membrane nucléaire qui contient des pores. Structure du noyau : 
1. L’enveloppe nucléaire:
  •  Protection. 
  • Transport et échange noyau/cytoplasme. 
2. Le nucléole: C’est un corps sphérique, sombre et réfringent qui assure la synthèse de l’ARN ribosomal et la préparation à la mitose. 
3. La chromatine: C’est une substance filamenteuse qui s'individualise en chromosomes au moment de la division cellulaire. Ces chromosomes sont constitués par de l’acide désoxyribonucléique (ADN), qui porte les gènes, responsables de la transmission de caractères héréditaires. 
4. Le nucléoplasme : liquide gélatineux 
 Figure 9: Schéma du noyau 
 
Fonction du noyau : 
  •  Dirige les activités métaboliques cellulaires par la synthèse des protéines 
  •  Transmission du matériel génétique au moment de la reproduction des cellules. Il est indispensable à la vie cellulaire. 
  •  Il transmet aux organites intra cytoplasmiques des informations transmises par l'ARN 

7. Mitose et méiose 

7.1. La mitose 

   La mitose est le processus normal de la division cellulaire. Elle se produit lorsque l'organisme a besoin de plus de cellules pour sa croissance, pour des réparations ou pour le remplacement de cellules. 
La mitose produit deux cellules filles identiques qui ont le même contenu chromosomique que la cellule mère. 
   On lui décrit quatre étapes : la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase (voir la figure ci-dessous). 
  •  La prophase commence par une modification de la chromatine qui se condense et se raccourcit pour former des chromosomes visibles et doubles, attachés au niveau du centromère. Chaque moitié est appelé chromatide. Le nucléole disparait ainsi que la membrane nucléaire. Chaque paire de centriole migre vers le pole opposé de la cellule ou ils réarrangent les microtubules pour former le fuseau de division. 
  •  La métaphase : les doubles chromosomes se déplacent vers le milieu de la cellule de telle façon que leurs centromères se disposent au centre du fuseau appelé équateur. 
  •  L’anaphase : les doubles chromosomes se fissurent au niveau du centromère et chaque chromatide devient un chromosome complet avec son propre centromère. Les fibres du fuseau se contractent ce qui a pour effet d’entrainer un chromosome de chaque nouvelle paire vers une extrémité opposée de la cellule. 
  •  La télophase : ensemble des chromosomes se transforme en chromatine. D’autres événements surviennent : la reconstitution de la membrane nucléaire, la disparition du fuseau et la réapparition du nucléole. 

7.2. La méiose  

   La méiose est le processus de formation des gamètes (cellules sexuelles). Elle ressemble à la mitose par bien des points, mais aboutit à la formation de 4 cellules filles contenant chacune la moitié du contenu chromosomique de la cellule mère. Dans l'espèce humaine, les cellules somatiques (du corps) ont toutes 46 chromosomes, soit 23 paires de chromosomes (diploïdie= 46 chromosomes). 
   A l'issue de la méiose, les gamètes possèdent 2 chromosomes (haploïdie= 23 chromosomes), soit 2 fois moins de chromosomes. 


 Figure 10 : les étapes de la méiose et la mitose

 8. Communication et spécialisation des cellules 

   Si un organisme est un assemblage de cellules, ce n’est pas un assemblage désorganisé. Comment une coupure de la peau peut permettre d’attirer les cellules immunitaires pour empêcher l’infection, comment la sensation du sucre sur la langue provoque la sécrétion d’insuline par le pancréas pour le stocker, comment une main mise dans l’eau froide fait frissonner le corps entier ? Tous ces mécanismes sont dus à la communication entre les cellules. 
   Cette communication peut se faire par différents moyens :

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