C’est quoi une cellule ?

Ronde, cubique, en étoile ou plate, j’ai un rôle essentiel à la vie, j’aime me diviser, parfois me déplacer, je suis… une cellule !

J’en parlais dans mon dernier article, notre corps est composé de milliards de cellules. C’est impressionnant, difficile à se représenter, mais en fait…c’est quoi une cellule ? La réponse à cette question, vous l’aurez après avoir lu cet article (du moins je l’espère !). Nous allons faire le tour de l’histoire de la cellule, de ses principales structures et composants, de ses mécanismes de fonctionnement, le tout bien entendu basé sur les cellules humaines.

Des premières cellules à aujourd’hui…

Les premiers organismes cellulaires seraient apparus sur terre il y a 3.7 milliards d’années1. C’est très tôt dans l’existence de la terre sachant qu’on estime l’âge de cette dernière à 4.5 milliards d’années2. Ces premiers organismes étaient des organismes unicellulaires qui se divisent en deux groupes : les archées et les bactéries. Le terme employé pour les désigné est : Procaryote.

Procaquoi ??

Pro-ca-ryote

On commence tout d’abord par un peu d’étymologie, comme d’habitude 😉 . On a là un mélange de latin et de grec. « Pro- » vient du latin signifiant « avant » et « -caryote » du grec « karyon » signifiant « noyau ». Le sens n’est pas tout de suite flagrant, je vous l’accorde. Littéralement cela signifie « avant le noyau » et avant le noyau il y avait quoi ? Pas de noyau… Les procaryotes n’ont donc pas de noyau, et c’est ça qui fait leur particularité.

Euh de noyau ? genre comme une pêche ?

Un peu comme une pêche, oui. Je viendrai plus en détail sur le rôle et la constitution du noyau cellulaire plus tard dans cet article, mais pour le moment il faut que vous sachiez simplement que la grande majorité des cellules humaines ont un noyau. Et que ce noyau contient tout votre ADN, ou autrement dit votre code génétique.

Mais ça veut dire que les bactéries n’ont pas de code génétique ?

Autant vous aviez raison concernant la pêche, autant là, vous avez tort. Les procaryotes n’ont pas de noyau, mais ça ne signifie pas pour autant qu’ils n’ont pas d’ADN. Leur ADN flotte simplement librement en elle.

Continuons notre petite histoire des cellules.

Les eucaryotes[3]

Avec le temps, nos amis les procaryotes ont fini par rentrer en contact et parfois, s’assembler. De petits procaryotes se sont ainsi retrouvés dans de gros procaryotes et au fil de l’évolution, cela a donné un nouveau type de cellule : Les eucaryotes. Et ça, c’est nous, les animaux, les plantes et certains organismes unicellulaires (qui ne sont faits que d’une seule cellule) tel que les amibes.

Encore une fois, afin de mieux comprendre ce terme, un peu d’étymologie. Il y a une seule particule qui change du mot « procaryote« , c’est le « eu-« . Et en grec « eu » signifie « bien, vrai, véritable ». On a donc une cellule qui a un véritable noyau. Je vous rappelle pour les moins attentifs d’entre vous que « -cariote » vient du grec « karyon » signifiant « noyau ».

On ne connait pas exactement le moment d’apparition des eucaryotes. Cependant certaines molécules spécifiques aux eucaryotes ont été retrouvées dans des roches, et on estime ces premières traces datant d’il y a 2.7 milliards d’années. C’est donc environ 1 milliards d’années après l’apparition des procaryotes.

La suite de l’histoire, on la connait. Au fur et à mesure les organismes d’abord unicellulaires ont évolué en organisme pluricellulaires, donnant tous les différents types de vie sur la Terre.

 

Vous connaissez maintenant les deux types fondamentaux de cellules qui sont responsables de la vie sur terre, et leur principale différence: l’absence de noyau chez les procaryotes et sa présence chez les eucaryotes.

Avant de continuer notre petite histoire des cellules, je dois faire une remarque. Il faut savoir que certaines personnes critiquent cette classification en deux classes principales. Pour des questions de compréhension et de simplicité, toutes les classifications et différentes théories présentées dans cet article sont basées sur les plus reconnues actuellement.

La découverte [4]
Le microscope avec lequel Hooke a découvert l’existence des cellules

Tout a commencé à l’époque de la Grèce antique, avec Aristote. Il avait déjà établi une théorie selon laquelle tous les organismes seraient composés de plus petits éléments qui se répétaient de nombreuses fois afin d’en créer de plus grand. Des siècles plus tard, en 1665, au travers d’un microscope rudimentaire, un savant anglais du nom de Robert Hooke découvre de minuscules unités composant des végétaux qu’il appela, cellules. Quelques années après, c’est Antony Van Leeuwenhoeck inventeur du microscope, qui fit une description beaucoup plus détaillée de nombreux type de cellules.

A partir de là, on découvrit de nombreux types de cellules et autres organismes tel que les champignons, tout en comprenant également de mieux en mieux leur fonctionnement.

Et justement, comment ça fonctionne une cellule ?

Je sais, c’est pour ça que vous êtes entrain de lire cet article. Vous avez tenu jusque là ? Alors je continue, et on arrive tout de suite au thème du jour :

La constitution et le fonctionnement des cellules

En guise d’introduction, commençons par parler d’ordre de grandeur. Les cellules humaines sont de tailles extrêmement variables, des plus petites mesurant environ 5 micromètres aux plus grosses qui mesurent environ 150 micromètres. Pour avoir une cellule qu’on pourrait qualifier de « modèle » ou « standard », l’hépatocyte, cellule du foie, est souvent prise en exemple. Elle mesure environ 30 micromètres et contient la majorité des éléments constitutifs des cellules.

Toutes les cellules n’ont donc pas les mêmes éléments constitutifs ?

Effectivement, selon leur rôle, les cellules auront ou n’auront pas certains éléments. On peut faire la comparaison avec les différents métiers que l’on trouve dans notre société. Un maçon aura besoin d’un truelle pour étaler du plâtre, alors que le médecin aura besoin d’un stéthoscope et absolument pas d’une truelle. L’hépatocyte est quant à lui un peu un médecin-maçon-pêcheur-menuisier-… je pourrais encore continuer longtemps, mais vous l’avez compris, notre cellule du foie a presque tout !

Et tu nous les présentes ces éléments constitutifs ?

Oui, les voilà.

Schéma d’une cellule typique : 1-nucléole; 2-noyau; 3-ribosomes; 4-vésicule; 5-réticulum endoplasmique rugueux; 6-appareil de golgi; 7-cytosquelette; 8-réticulum endoplasmique lisse; 9-mitochondrie; 10-vacuole; 11-cytoplasme; 12-lysosome; 13-centriole

Ci-dessous commence une description plus détaillée de ce que vous pouvez voir sur ce schéma.

La membrane plasmique

Cette membrane, c’est la peau de la cellule. C’est l’enveloppe extérieure qui permet de lui donner sa forme, une certaine étanchéité (mais aussi une possibilité de laisser passer les éléments dont elle a besoin), de s’accrocher aux autres cellules, de se déplacer (pour celle qui sont capable de le faire) et aussi de communiquer. Elle délimite l’extérieur de la cellule avec ce que l’on appelle le cytoplasme qui constitue la majeure partie du contenu de la cellule. C’est un liquide dans lequel « flotte » tous les éléments décrits sur le schéma.

La membrane plasmique est composée d’une double couche de lipide, principalement faite de cholestérol et de phospholipides. Mais ils ne sont pas seul ! Car s’ils sont la charpente, il y a aussi de nombreuses protéines qui permettent justement d’exercer les diverses fonctions de cette membrane dont j’ai parlé juste au-dessus.

Les mitochondries

Les mitochondries, on leur doit la vie !

Belle rime. 

Merci.

Elles ont un rôle essentiel, la production d’énergie. Sans elles pas de vie (humaine en tout cas, car d’autres organismes ont trouvé d’autres moyens de produire de l’énergie). Elles ont la capacité de créer une molécule nommée ATP qui permet la libération d’énergie lorsqu’elle est transformée en une autre molécule nommée ADP. Grâce à cette énergie libérée, les mouvements sont possibles, ou plus globalement, la vie humaine est possible !

Le cytosquelette

Ou littéralement le squelette de la cellule. Tout est dit, c’est une structure interne qui à une rôle majeur dans la forme de la cellule, dans ses changements de forme ainsi que dans le déplacement de certaines d’entre elles.

On a déjà entendu ça quelque part…

Tout à fait, dans le description de la membrane plasmique. Cette dernière et le cytosquelette agissent de manière conjointe. Par exemple, en ce qui concerne le mouvement, la membrane plasmique va tout d’abord recevoir des signaux extérieurs lui indiquant de se déplacer. Cette information va être transmise à l’intérieur de la cellule et indiquer au cytosquelette de changer sa forme d’une manière bien particulière afin de se déplacer, pendant que la membrane plasmique s’accrochera à son environnement pour pouvoir avancer. Pour donner une image, imaginer le déplacement d’une pieuvre au fond de la mer, c’est très similaire.

Vésicule, vacuole et lysosome

Si on devait les classer, on pourrait dire que le lysosome est une vésicule et que la vésicule est un synonyme de la vacuole. Ce sont des petits poches présentes dans le cytoplasme, formées d’une enveloppe très similaire à la membrane plasmique.

Les vésicules/vacuoles ont des rôles de transport permettant de déplacer notamment des protéines de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule, ou à l’inverse de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule. C’est indispensable notamment lors de la sécrétion de protéines hors de la cellule.

Les lysosomes sont des vésicules qui contiennent des molécules et des protéines permettant la digestion intracellulaire. Ils peuvent par exemple digérer/détruire des protéines destinées à être éliminées, ou encore des bactéries afin de les éradiquer.

Le noyau

Nous parlions précédemment de vésicules transportant des protéines en dehors de la cellule, mais d’où viennent ces protéines ? Tout commence dans le noyau. Le noyau de la cellule contient l’ADN qui contient tout notre code génétique. Un de ses rôles principal est la formation de protéines, ce qui nécessite tout un processus.

Il faut imaginer l’ADN comme 23 paires de long colliers enroulés sur lui-même dont chaque paire est fait d’une suite de perles de couleur différente. Chacun de ces colliers est ce que l’on appelle un chromosome. Il y a en tout 4 couleurs de « perles » dans notre ADN et à elles seules elles permettent la vie.

Une protéine est formée d’acides aminés qui en s’assemblant forment une chaîne qui sera notre protéine. Chacun de ces acides aminés correspond à une combinaison différente de trois de ces quatre « perles » qui forment notre « collier ADN ».

Lorsqu’une protéine doit être créée, la première étape est de copier la partie de ce collier correspondant à la protéine en question. Une fois la copie effectuée elle est sortie du noyau de la cellule et arrive dans le réticulum endoplasmique. Voyons tout de suite ce que c’est !

Réticulum endoplasmique et ribosomes

C’est là que les protéines sont fabriquées. On peut imaginer le réticulum endoplasmique comme une grosse usine contenant pleins de petits robots fabriquant chacun une protéine. Ces petits robots c’est les ribosomes et ils assemblent inlassablement des acides aminés les uns après les autres, en suivant scrupuleusement le modèle qui leur vient tout droit du noyau cellulaire. Ce modèle c’est donc cette copie d’une partie de l’ADN dont je parlais plus haut.

Une fois formées, les protéines doivent encore subir certains ajustements. Les ribosomes produisent en quelque sorte une pièce brute qui nécessite d’être améliorée. Cette amélioration se fait lors de la traversée du réticulum endoplasmique, puis principalement en traversant l’appareil de Golgi.

L’appareil de Golgi

C’est lui l’artiste qui va transformer la protéine grossièrement fabriquée par le ribosome en une belle petite protéine fonctionnelle. La protéine va traverser ses différentes couches et une fois arrivée à la dernière, elle sera, selon sa fonction future, soit libérée dans le cytoplasme soit transportée par une vésicule à l’extérieur de la cellule.

Et voilà, petite protéine est maintenant toute grande, petite protéine peut maintenant commencer sa vie active.

Centriole et nucléole

Malgré les apparences, ils n’ont rien à voir ensemble. Si j’ai décidé de les mettre sous le même titre c’est simplement parce qu’ils sont très rapides à décrire.

Le centriole est nécessaire lorsque la cellule se divise. En effet, lors de ce processus il est nécessaire que chacune des nouvelles cellules reçoivent un chromosome de chaque pair. Le centriole sert à séparer les paires de chromosomes afin de les répartir équitablement dans les deux cellules en formation.

Le nucléole est simplement l’endroit où se passe la première partie de la fabrication des ribosomes. La deuxième se terminant en dehors du noyau dans le cytoplasme.

Vous savez tout, ou pas…!

Oui vous savez tout et en même temps vous ne savez rien. Vous savez tout car vous connaissez tous les éléments indispensables au bon fonctionnement d’une cellule, et pourtant vous ne savez rien car comme je le disais au début de cette article, tous les différents types de cellules ont des particularités et toutes n’utilisent pas tous les mécanismes décrits ici. Mais bon, comme nous le savons tous, mieux vaut savoir qu’on ne sait rien plutôt que ne rien savoir du tout !

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1 Nutman AP, & al., Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures, Science 2015, vol. 537, pp. 535-538

2 http://pubs.usgs.gov/gip/geotime/age.html

3 Brocks JJ, Logan GA, Buick R, Summons RE, Archean molecular fossils and the early rise of eukaryotes 1999, Science, vol. 285, pp. 1033–6

4 http://www.snv.jussieu.fr/enseignement/DOB/Cellule.html

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