Cellule (biologie) - Définition

Introduction

Cellules épithéliales en culture. L'ADN est coloré en vert, les filaments de kératine en rouge.

Une petite section d'une membrane cellulaire. Cette membrane de cellule moderne est bien plus sophistiquée que la simple phospholipide à deux couches originelle (les petites sphères à deux queues). Protéines et glucides ont plusieurs fonctions de régulation du passage de matériau à travers la membrane et de réaction à l'environnement.

La cellule (du latin cellula petite chambre) est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant tout ou partie d'un être vivant (à l'exception des virus). Chaque cellule est une entité vivante qui, dans le cas d'organismes multicellulaires, fonctionne de manière autonome, mais coordonnée avec les autres. Les cellules de même type sont réunies en tissus, eux-mêmes réunis en organes.

La théorie cellulaire implique l'unité de tout le vivant : tous les êtres vivants sont composés de cellules dont la structure fondamentale est commune ainsi que l'homéostasie du milieu intérieur, milieu de composition physico-chimique régulé et propice au développement des cellules de l'espèce considérée.

Histoire du concept

Dessin de « cellules » observées dans des coupes d'écorce d'arbre par Robert Hooke en 1665.

• 1665 : Robert Hooke découvre des cellules mortes dans du liège, ces cellules lui font penser aux cellules d'un monastère, d'où le nom. Puis il observe des cellules dans des plantes vivantes, en utilisant les premiers microscopes.
• 1839 : Theodor Schwann découvre que les plantes et les animaux sont tous faits de cellules, concluant que la cellule est l'unité commune de structure et de développement, ce qui fonda la théorie cellulaire. Il donna son nom aux cellules de Schwann.
• La croyance selon laquelle des formes de vie peuvent apparaître spontanément (génération spontanée) est réfutée par Louis Pasteur (1822-1895).
• 1858 : Rudolf Virchow affirma que les cellules naissent du résultat de la division cellulaire (« omnis cellula ex cellula »), ce qui repose en termes cellulaires la question de l'œuf et de la poule. C'est précisément cette partie qui est attaquée par les tenants du créationnisme ou de son dernier avatar, le dessein intelligent.

Théorie cellulaire

1. La cellule est l'unité constitutive des organismes vivants. Elle en est aussi l'unité fonctionnelle.
2. L'organisme dépend de l'activité des cellules isolées ou groupées en tissus pour assurer les différentes fonctions.
3. Les activités biochimiques des cellules sont coordonnées et déterminées par certaines structures présentes à l'intérieur des cellules.
4. La multiplication des cellules permet le maintien des organismes et leur multiplication.
5. Cette théorie est formulée en 1838 par Schleiden et Schwann : la cellule est unité de vie (tout ce qui est vivant est cellulaire). Cette théorie évoque également la présence d'organites à l'intérieur de ces mêmes cellules.

Les principales structures cellulaires

Il existe deux types fondamentaux de cellules selon qu'elles possèdent ou non un noyau :

• les procaryotes dont l'ADN est libre dans le cytoplasme (les bactéries, par exemple). Ils comprennent les eubactéries et les archéobactéries ;
• les eucaryotes qui ont une organisation complexe, de nombreux organites et dont le noyau est entouré d'une membrane nucléaire.

Eubactéries

• Le cytoplasme des procaryotes (le contenu de la cellule) est diffus et granulaire, du fait des ribosomes (complexe macromoléculaire responsable de la synthèse des protéines).
• La membrane plasmique isole l'intérieur de la cellule de son environnement, et sert de filtre et de porte de communication.
• Il y a souvent une paroi cellulaire. Elle est formée de peptidoglycane chez les eubactéries, et joue le rôle de barrière supplémentaire contre les forces extérieures. Elle empêche également la cellule d'éclater sous la pression osmotique dans un environnement hypotonique.
• L'ADN des procaryotes se compose d'une molécule circulaire super enroulée. Bien que sans véritable noyau, l'ADN est toutefois condensé en un nucléoïde.

Les procaryotes peuvent posséder un ADN extra-chromosomal, organisé en molécules circulaires appelées plasmides. Ils peuvent avoir des fonctions supplémentaires, telles que la résistance aux antibiotiques. Certains procaryotes ont un flagelle leur permettant de se déplacer activement, plutôt que de dériver passivement.

Spécificités des archées

Les archéobactéries (archaea) sont considérées comme similaires à certains des premiers organismes qui existèrent sur Terre. On les rencontre notamment dans des milieux extrêmes (elles sont souvent appelées extrémophiles), tels que geysers, monts hydrothermaux, les fonds abyssaux. Certaines peuvent résister à des pressions et des températures extrêmes, et avoir un métabolisme basé sur le méthane ou le soufre.

Cellule eucaryote

Organisation d'une cellule animale eucaryote typique.

1. Nucléole
2. Noyau
3. Ribosome
4. Vésicule
5. Réticulum endoplasmique rugueux (granuleux)
6. Appareil de Golgi
7. Microtubule
8. Réticulum endoplasmique lisse
9. Mitochondrie
10. Lysosome
11. Cytoplasme (rempli par le cytosol)
12. Peroxysome
13. Centrosome

• Le cytoplasme n'est pas aussi granulaire que celui des procaryotes, puisque la majeure partie de ses ribosomes sont rattachés au réticulum endoplasmique.
• La membrane plasmique ressemble, dans sa fonction, à celle des procaryotes, avec quelques différences mineures dans sa configuration.
• La paroi cellulosique, quand elle existe (végétaux), est composée de polysaccharides, principalement la cellulose.
• L'ADN des eucaryotes est organisé en une ou plusieurs molécules linéaires. Ces molécules se condensent en s'enroulant autour d'histones lors de la division cellulaire. Tous les chromosomes de l'ADN sont stockés dans le noyau, séparés du cytoplasme par une membrane. Les eucaryotes ne possèdent pas de plasmides : seuls quelques organites peuvent contenir de l'ADN.
• Certaines cellules eucaryotes peuvent devenir mobiles, en utilisant un cil ou un flagelle (spermatozoïde par exemple). Leur flagelle est plus évolué que celui des procaryotes.

Les eucaryotes contiennent plusieurs organites. Ce sont des compartiments cellulaires baignant dans le hyaloplasme. Ils sont délimités par une membrane plasmique (simple, double ou triple) et possèdent des fonctions spécifiques.

• Le réticulum endoplasmique (RE) est une extension de la membrane du noyau. Il est divisé en RE lisse (REL) et RE rugueux (RER) (parfois appelé RE granuleux REG), en fonction de son apparence au microscope. La surface du RE rugueux est couverte de ribosomes qui insèrent les protéines néosynthétisées dans le RE. Du RE, les protéines sont transportées vers l'appareil de Golgi grâce à des vésicules.
• L'appareil de Golgi est le lieu de transformation finale des protéines. La glycosylation (ajout de chaînes glucidiques complexes) se réalise à ce niveau.
• Les mitochondries jouent un rôle important dans le métabolisme de la cellule. Elles contiennent leur propre génome (l'ADN mitochondrial). C'est là que se déroulent la respiration cellulaire et la fabrication de l'énergie, l'ATP (Adénosine TriPhosphate). Cette énergie est indispensable aux réactions métaboliques.
• Le cytosquelette permet à la cellule de conserver sa forme (Tenségrité) et de se mouvoir. Il est également important lors de la division cellulaire, et dans le système de transport intracellulaire.
• Les plastes sont présents dans les plantes et les algues. Les plus connus sont les chloroplastes, dans les cellules d'organismes photosynthétiques, qui convertissent l'énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique utilisée pour fabriquer des sucres à partir de dioxyde de carbone (phase sombre de la photosynthèse). Ils possèdent également leur propre génome. Ils sont le fruit de l'endosymbiose d'une cyanobactéries.
• Chez les plantes, les algues et les champignons, la cellule est encerclée par une paroi cellulaire pectocellulosique qui fournit un squelette à l'organisme. Des dépositions de composés tels que la subérine ou la lignine modulent les propriétés physico-chimiques de la paroi, la rendant plus solide ou plus imperméable, par exemple.

Certains eucaryotes unicellulaires peuvent former des structures multicellulaires. Ces colonies consistent soit en des groupes de cellules identiques, capables de rester en vie une fois séparées de la colonie principale (par exemple, les champignons), soit en des groupes de cellules spécialisées interdépendantes.