Cellule (biologie)

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

La cellule (en latin cellula signifie petite chambre)^[1] est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant tout ou partie d'un être vivant. 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 même 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.

Pour l'espèce humaine, et de manière plus générale chez les métazoaires, les cellules adultes proviennent, par différenciation, de trois lignées embryologiques distinctes : l'endoderme, le mésoderme et l'ectoderme. Plusieurs centaines de types cellulaires dérivent de ces trois lignées fondamentales. Il en existe environ 220 chez l'homme. On peut citer, à titre d'exemple, le globule rouge, le neurone, le myocyte... Chaque cellule possède l'intégralité du patrimoine génétique, mais, par des processus de régulations complexes et encore imparfaitement compris, elle n'en exprime qu'une partie. C'est ainsi que, par exemple, les canaux sodium activés par dépolarisation ne sont rencontrés que chez les neurones où ils participent à la genèse du potentiel d'action. Les filaments de myosine ne sont rencontrés que dans les cellules musculaires, ce qui leur confère leur capacité de contraction. C'est le rôle de la biologie moléculaire et de la génétique d'élucider comment chaque cellule exprime une partie du génome et pas une autre. On peut introduire à ce niveau la notion de gène de ménage, qui sont les gènes exprimés par toutes les cellules et qui participent aux fonctions fondamentales des toutes les cellules. On peut citer la Pompe sodium/potassium ou bien les protéines constitutives du ribosome ou encore les histones.

Selon que l'ADN est séparé du cytoplasme ou non, la cellule sera eucaryote ou procaryote.

Sommaire

1 Constitution d'une cellule
2 La composition chimique des cellules
3 Historique
- 3.1 Théorie cellulaire
4 Types de cellules
5 Numération des cellules
6 Notes
7 Voir aussi
- 7.1 Liens internes
- 7.2 Liens externes

[modifier] Constitution d'une cellule

Toutes les cellules contiennent certains composants fondamentaux communs :

l'ADN, l'information génétique qui contient l'information permettant de coder les autres composants,
les protéines, enzymatiques ou constitutives.
la membrane plasmique, qui isole la cellule de son environnement, agis comme un filtre ou un système de communication avec l'extérieur. Elle délimite le milieu intérieur: le cytoplasme.

Les cellules ont également en commun certaines capacités :

la reproduction cellulaire, par division de la cellule, appelée mitose.
le métabolisme cellulaire, utilisant de la matière brute, pour convertir de l'énergie en énergie cellulaire (gradients ioniques, ATP), à partir des éléments de la digestion ou de l'énergie solaire pour les cellules végétales, pour produire des composants de la cellule, et rejetant des produits dérivés.
la synthèse des protéines, par la transcription de l'ADN en ARN puis par la traduction par les ribosomes de l'ARN en protéine.

On estime qu'il y a 10¹³ cellules dans le corps humain, subdivisés en 220 types différents, propres à autant de tissus. En effet, chaque type de cellule est propre au tissu dont il fait partie. Cette parenté est indiquée par les protéines qui couvrent la cellule.

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). Les procaryotes sont des cellules plus primitives, qui sont apparues en premier au cours de l'évolution. Ce groupe se subdivise en deux autres : celui des eubactéries et celui des archéobactéries.
les eucaryotes qui ont une organisation complexe, de nombreux organites et dont le noyau est entouré d'une membrane nucléaire.

**Principales différences entre les cellules procaryote et eucaryotes**
	Procaryotes	Eucaryotes
Organismes typiques	bactéries, archées	protistes, champignons, plantes, animaux
Taille typique	~ 1-10 µm	~ 10-100 µm
Type de noyau	nucléoïde; pas de véritable noyau	vrai noyau avec double membrane
ADN	circulaire	molécules linéaires (chromosomes) avec des protéines histone
ARN/synthèse des protéines	couplé au cytoplasme	synthèse d'ARN dans le noyau synthèse de protéines dans le cytoplasme
Ribosomes	23S+16S+5S	28S+18S+5,8S+5S
Structure cytoplasmatique	très peu de structures	très structuré par des membranes intra cellulaires et un cytosquelette
Mouvement de la cellule	flagelle fait de flagelline	flagelle et cils fait de tubuline
Métabolisme	anaérobie ou aérobie	habituellement aérobie
Mitochondries	aucune	de une à plusieurs douzaines
Chloroplastes	aucun	dans les algues et les plantes
Organisation	habituellement des cellules isolées	cellules isolées, colonies, organismes évolués avec des cellules spécalisées
Division de la cellule	division simple	Mitose (réplication de la cellule) Méiose (formation de gamètes)

[modifier] La structure procaryote

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 ^[2] 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.

[modifier] La structure eucaryote

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 ou double) 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), en fonction de son apparence au microscope. La surface du RE rugueux est couverte de ribosomes qui insèrent les protéines neosynthétisées 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 petite partie d'ADN (l'ADN mitochondrial). C'est là que se déroulent la respiration cellulaire et la fabication 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 à se mouvoir. Il est également important lors de la division cellulaire, et dans le système de transport intracellulaire.
Les chloroplastes sont présents dans les plantes et les algues (organismes photosynthétiques). Ils 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 contiennent également de l'ADN. Ils sont dérivés de cyanobactéries qui sont devenues symbiotiques.

Les eucaryotes peuvent former des colonies 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. Ce second type forme les organismes les plus évolués, tels que les plantes, les animaux, et le lecteur de cet article…

**Organisation d'une cellule eucaryote typique.**
1. Nucléole
2. Noyau
3. Ribosome
4. Vésicule
5. Réticulum endoplasmique granuleux
6. Appareil de Golgi
7. Microtubule
8. Réticulum endoplasmique lisse
9. Mitochondrie
10. Vacuole
11. Cytoplasme
12. Lysosome
13. Centriole

[modifier] Les archéobactéries

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

[modifier] La composition chimique des cellules

Composants	Pourcentage de la masse totale
Eau	70%
Protéines	18%
Lipides	5%
ADN	0,25%
ARN	1,1%
Polyosides	2%
Molécules simples (acides aminés, acides gras, glucose)	3%
Ions minéraux	1%

[modifier] Historique

1665 : Robert Hooke découvre des cellules dans du liège, puis 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 : Rudolph 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.

[modifier] Théorie cellulaire

Voir l'article Théorie cellulaire

La cellule est l'unité constitutive des organismes vivants ; elle en est aussi l'unité fonctionnelle.
L'organisme dépend de l'activité des cellules isolées ou groupées en tissus pour assurer les différentes fonctions.
Les activités biochimiques des cellules sont coordonnées et déterminées par certaines structures présentes à l'intérieur des cellules.
La multiplication des cellules permet le maintien des organismes et leur multiplication.
Cette théorie est formulée en 1838 par Scheiden 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.

[modifier] Types de cellules

Les cellules animales portent un nom différent selon leur fonction dans un organisme. Ce nom se termine fréquemment en « -cyte » :

Gamète (spermatozoïde et ovule), ou cellules reproductrices
Globules blancs du système immunitaire dont les leucocytes, lymphocytes et globules rouges servant à transporter l'oxygène dans le sang (aussi appelés hématie ou érythrocyte).
Neurone, unité de base du tissu nerveux, servant à transporter les informations
Hépatocyte, cellule de foie
etc.

Il y a aussi les cellules végétales, de forme plutôt carrée, qui se retrouvent dans les plantes.

[modifier] Numération des cellules

Il est fréquent de devoir compter le nombre de cellules vivantes dans une boite de culture et de le comparer au nombre de cellule total, par exemple pour déterminer la toxicité d'un produit. L'une de ces méthodes de numération est réalisée grâce au test MTT.