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Petit Larousse 2014 - Sciences de la vie
1. La cellule, unité de base des êtres vivants
1.1. Cellule procaryote versus cellule eucaryote
La cellule procaryote
La cellule eucaryote
1.2. Organisation de la cellule
La membrane plasmique
Le cytoplasme
Le cytosquelette
Les organites
Caractéristiques particulières de la cellule végétale
1.3. La biologie de la cellule
Les échanges cellulaires
Les biosynthèses
Les divisions cellulaires
2. Les cellules souches
2.1. Différents types
2.2. Cellules souches et clonage thérapeutique
(latin cellula, diminutif de cella, chambre)
Cellules vues au microscopeConsulter aussi dans le dictionnaire : cellule
Cet article fait partie du dossier consacré à la vie.
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acide désoxyribonucléique (ADN)
allèle
gène
génome
hérédité
méiose
mitose
Cellules vues au microscope
Structure microscopique complexe, constitutive de tous les êtres vivants et caractérisée par son pouvoir d'assimilation.
Cellule animale
Amibe
Élément de base constituant tous les êtres vivants (animaux, plantes, champignons ou micro-organismes), la cellule est une entité biologique d'une très grande complexité, en dépit de ses dimensions microscopiques. Si l'homme, les animaux et les végétaux sont formés de l'assemblage d'un très grand nombre de cellules, la plupart des bactéries et de nombreux autres micro-organismes (les protistes, tels les amibes ou les paramécies) se limitent à une cellule unique, ce qui fait de celle-ci le plus petit élément capable d'une vie autonome. La discipline de la biologie qui a pour objet la cellule vivante est la cytologie, ou biologie cellulaire.
Unité structurale et fonctionnelle des organismes vivants, la cellule est un espace clos séparé du milieu environnant par une membrane périphérique, la membrane plasmique. Une enveloppe protectrice de structure variable, la paroi cellulaire, entoure la membrane plasmique des cellules des végétaux et de celles de la plupart des bactéries. 1.1. Cellule procaryote versus cellule eucaryote
L'organisation interne diffère selon le type de cellule : alors que les cellules des bactéries, dites « procaryotes », ne sont pas cloisonnées, celles de tous les autres organismes (à l’exception des virus, qui n’ont pas de structure cellulaire du tout), dites « eucaryotes », sont subdivisées en nombreux compartiments par un ensemble de membranes, de même structure que la membrane plasmique.
Les cellules procaryotes présentent l'organisation la plus simple. Leur milieu interne, le cytoplasme, renferme une molécule unique d'ADN (acide désoxyribonucléique) double brin, de forme circulaire, souvent appelée « chromosome bactérien » (bien qu’il ne s’agisse pas d’un chromosome au sens strict du terme). Divers éléments internes (vacuoles, inclusions de différentes natures, ribosomes impliqués dans la fabrication des protéines, etc.) baignent dans le cytoplasme bactérien.
Certaines bactéries sont mobiles grâce à de longs filaments, les flagelles, qui s'insèrent dans leur paroi externe et se déploient dans l'environnement. En outre, la plupart des bactéries possèdent de petites molécules d'ADN circulaires en dehors du chromosome, appelées « plasmides ».
Structure d'une cellule
La cellule de tous les organismes non bactériens, unicellulaires comme pluricellulaires, du plus simple au plus complexe, est de type eucaryote. Elle possède un noyau qui renferme le matériel génétique et l’isole au sein de la cellule. Par ailleurs, elle se caractérise par un système de membranes internes formant des cloisons dont certaines délimitent des éléments internes, clos et distincts, les organites. Les différents types d’organites assurent des fonctions biologiques particulières (les mitochondries, par exemple, sont responsables de la respiration cellulaire). 1.2. Organisation de la cellule
Membrane plasmique
Enveloppe externe de la cellule (doublée par une paroi à base de cellulose chez les végétaux), la membrane plasmique, ou membrane cellulaire, est constituée de molécules de lipides (40 % du poids sec, phospholipides principalement), de protéines (50 %) et de glucides (10 %). Outre son rôle protecteur, cette enveloppe d'une grande mobilité (permettant à de nombreuses cellules de se déformer) est le siège des mécanismes de reconnaissance des éléments venant à son contact et d'échanges avec le milieu extérieur. Dans la cellule eucaryote, la membrane se prolonge par un important réseau interne, qui délimite les organites, ainsi que des vacuoles (vésicules remplies de liquide).
Dans la cellule procaryote, le cytoplasme contient, en « suspension », à la fois le matériel génétique sous forme d’ADN et toutes les molécules responsables des différentes fonctions de la cellule (respiration, synthèses, dégradations, etc.).
Dans la cellule eucaryote, le cytoplasme renferme de nombreux organites spécialisés chacun dans une fonction. Un système de cloisons membranaires, constituant le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi (qui font également partie des organites cellulaires), le compartimente. Un réseau de nature protéique, le cytosquelette, le quadrille.
Au sein du cytoplasme, les organites baignent dans une gelée aqueuse, le cytosol, renfermant de nombreuses protéines (notamment des enzymes) et des ribosomes libres (impliqués dans la fabrication des protéines par la cellule).
constitue à la fois la charpente de la cellule et le moteur de ses mouvements. Ses filaments protéiques, tous reliés entre eux, appartiennent à trois grands types de structures : les microfilaments (diamètre : 7 à 9 nanomètres [nm]), les microtubules (diamètre : 30 nm) et les filaments intermédiaires (diamètre : 8 à 14 nm). La contraction des microfilaments est à l'origine de tous les mouvements au sein du cytoplasme, ainsi que des déformations de la cellule.
Réticulum endoplasmique
Appareil de Golgi
N’existant que dans la cellule eucaryote, ils forment un ensemble d'éléments distincts, entourés d'une membrane. Les principaux organites de la cellule eucaryote sont le noyau (qui renferme l'ADN), les mitochondries (qui assurent la respiration et la production d'énergie), les plastes (présents uniquement chez les végétaux), le réticulum endoplasmique (responsable de la fabrication des matériaux cellulaires, notamment des protéines) et l'appareil de Golgi (qui assure la maturation des protéines).
Le noyau
En dehors des phases de division (mitose et méiose), la cellule eucaryote possède un noyau bien individualisé, entouré par une double membrane, l'enveloppe nucléaire. Cette enveloppe est percée de pores et sa face externe est en continuité avec le réticulum endoplasmique. Le noyau renferme la chromatine, composée d'ADN lié à des protéines (les histones), et porte une ou plusieurs « taches », les nucléoles ; lors de la division cellulaire, la chromatine se condense pour former les chromosomes, et le noyau se déstructure.
Les nucléoles sont des zones fibreuses où est synthétisé l'ARN (acide ribonucléique) qui entre dans la composition des ribosomes, par transcription des portions d’ADN correspondantes : assemblé avec des protéines, l'ARN ribosomique forme les ribosomes, qui passent dans le cytoplasme. C'est au niveau des ribosomes, dans le cytoplasme, que sont fabriquées toutes les protéines cellulaires (phénomène de traduction).
Les mitochondries
Ces organites limités par une double membrane produisent l'énergie nécessaire à la vie de la cellule (respiration cellulaire). Mesurant de 2 à 10 micromètres de long, les mitochondries sont plus abondantes là où la demande énergétique est plus forte (cellules musculaires, par exemple). Leur membrane interne s'invagine pour former des crêtes, qui les traversent souvent entièrement dans le sens de la largeur. Elles renferment un matériel génétique qui leur est propre (ADN mitochondrial).
Le réticulum endoplasmique
Présent chez toutes les cellules eucaryotes, le réticulum endoplasmique assure à la fois des fonctions de synthèse et de transport des protéines et des lipides. Le réticulum endoplasmique rugueux est parsemé de ribosomes, tandis que le réticulum endoplasmique lisse ne porte aucun ribosome.
L'appareil de Golgi
Localisé près du noyau, il se présente sous la forme d'un ou de plusieurs empilements de saccules, entourés de nombreuses petites vésicules. C'est à son niveau que se font le tri et la maturation de la majorité des protéines issues du réticulum endoplasmique.
Cellule végétale
La cellule végétale (ainsi que celle de nombreux protistes) partage avec la cellule animale l'essentiel de ses caractéristiques, mais présente trois structures originales : une paroi cellulosique, des plastes (principalement des chloroplastes) et une ou plusieurs vacuoles.
La paroi cellulosique
La paroi cellulosique est située à l'extérieur de la membrane plasmique. Composée de cellulose et d'une protéine, la pectine (sauf chez certaines algues et chez les champignons), elle joue un rôle protecteur et donne sa rigidité à la cellule végétale.
Les chloroplastes
Les chloroplastes convertissent l'énergie solaire pour synthétiser de la matière organique (sous forme de glucides) à partir de gaz carbonique et d'eau. C’est le phénomène de photosynthèse. Ainsi, grâce aux chloroplastes, les végétaux fabriquent leurs propres constituants ; on dit qu’ils sont autotrophes (→ nutrition).
Les vacuoles
Les vacuoles, qui se forment par la fusion de vésicules provenant de l'appareil de Golgi, jouent un rôle important dans les échanges d'eau entre la cellule et le milieu extérieur et contribuent à son soutien (phénomène de turgescence). En outre, les vacuoles représentent le lieu préférentiel d'accumulation de substances de réserve ou d'excrétion.
Outre les réactions énergétiques assurées par les mitochondries (respiration cellulaire) et par les chloroplastes des végétaux (photosynthèse), la cellule effectue des échanges avec l'extérieur ; ces échanges, en partie déterminés par les concentrations des substances situées de part et d'autre de la membrane, sont contrôlés par des protéines enchâssées dans celle-ci. Par ailleurs, la cellule est capable d'édifier ses propres constituants (phénomène de biosynthèse) et de se reproduire (mitose et méiose).
L'eau et quelques molécules de petite taille traversent la membrane par simple diffusion (dont le sens est déterminé par leurs concentrations de part et d'autre de la membrane). Dans le cas de l'eau, il s'agit du phénomène d'osmose. Toutefois, des protéines membranaires assurent un transport spécifique, qui augmente considérablement la vitesse de transit de la plupart des substances. Le transport passif, ou diffusion facilitée, tend toujours à équilibrer les concentrations, alors que le transport actif, qui consomme de l'énergie, se fait dans le sens opposé à celui que déterminent les différences de concentrations.
Quant aux grosses molécules et aux particules de grande taille (débris divers, bactéries, voire autres cellules eucaryotes), elles peuvent être « ingérées » par la cellule, selon différents types d'endocytose. Ceux-ci impliquent une invagination de la membrane plasmique. À l'inverse, la cellule libère des grosses molécules dans le milieu extérieur par exocytose.
La cellule élabore des molécules complexes, lipides et protéines, à partir de molécules simples. Les lipides sont pratiquement tous synthétisés au niveau du réticulum endoplasmique lisse, alors que la synthèse des protéines s'effectue au niveau des ribosomes libres dans le cytoplasme ou fixés au réticulum endoplasmique rugueux. La structure de chaque protéine est codée par l'ADN du noyau. Cette biosynthèse, qui fait intervenir de nombreux composés (ARN, protéines diverses), s'achève dans l'appareil de Golgi.
Cycle de reproduction cellulaire
Phases de la mitose
Mitose, division d'une cellule animale
Phases de la méiose
Méiose, reproduction cellulaire non conforme
Le principal mode de multiplication cellulaire est la mitose. Celle-ci, qui engendre des cellules filles identiques à la cellule mère, est appelée également reproduction asexuée ou clonale, car elle conduit à une population de cellules ayant toutes la même origine et les mêmes caractéristiques génétiques, et qui forme donc un clone.
Cependant, la reproduction sexuée des êtres vivants fait intervenir un autre mode de reproduction cellulaire, qui ne concerne que la lignée des cellules sexuelles (ou gamètes) : la méiose. Les gamètes issus de la méiose comprennent la moitié du nombre initial de chromosomes. Le stock de chromosomes propre à l'espèce concernée se reconstitue lors de la fusion de deux gamètes de sexe opposé, c'est-à-dire lors de la fécondation.
On distingue les cellules souches embryonnaires, dont les potentialités diminuent au fur et à mesure du développement de l'embryon (d'abord totipotentes, c'est-à-dire susceptibles d'engendrer tous les types de cellules de l'organisme, elles se spécialisent ensuite), et les cellules souches des « adultes », telles que les cellules hématopoïétiques, de la moelle rouge des os. Ces dernières sont à l'origine des cellules sanguines tout au long de la vie.
Des cellules souches humaines peuvent être isolées et cultivées à partir d'embryons ou de fœtus, mais leur utilisation médicale, qui n'apparaît pas sans risques, pose des problèmes éthiques liés à l'emploi d'embryons humains (embryons surnuméraires de la procréation médicalement assistée, entre autres). Par ailleurs, les cellules souches adultes sont plus difficiles à prélever et à cultiver du fait de leur plus faible aptitude à se multiplier.
Cependant, on peut aussi obtenir des cellules souches en incluant le matériel génétique d'une cellule adulte dans une cellule œuf non fécondée (ovocyte) et privée de son noyau – ou dans une cellule embryonnaire précoce, elle aussi énucléée. Cette méthode, qui est celle du clonage, est à la base des programmes de recherche sur le « clonage thérapeutique ». En effet, de telles cellules souches apportent l'espoir de multiples applications médicales. Elles ont déjà été utilisées dans des greffes de moelle lors de leucémies et pourraient permettre de régénérer les tissus lésés dans de nombreuses maladies dégénératives (maladie de Parkinson ou d'Alzheimer, diabète, infarctus, etc.).
En France, le clonage thérapeutique est interdit, mais les recherches sur l'embryon humain « susceptibles de permettre des progrès thérapeutiques » sont autorisées ; l'importation de cellules souches embryonnaires ne faisant pas l'objet d'un projet parental (utilisation pour une procréation médicalement assistée) a été autorisée en 2004.
Pour en savoir plus, voir l'article cellule souche
Documents associésMédiasAmibeAppareil de GolgiCellule animaleCellules vues au microscopeCellule végétaleCycle de reproduction cellulaireMéiose, reproduction cellulaire non conformeMembrane plasmiqueMitose, division d'une cellule animalePhases de la méiosePhases de la mitoseRéticulum endoplasmiqueStructure d'une celluleEncyclopédieabsorption [BIOLOGIE] Pénétration de liquides ou de gaz dans un organisme vivant à...acide désoxyribonucléique (ADN). Acide nucléique caractéristique des chromosomes, constitué de deux brins enroulés...allèle. Se dit d'une variante d'un gène, résultant d'une mutation et...animal. Par opposition à végétal, être vivant organisé, généralement capable de se déplacer et...bactérie. Être unicellulaire, à structure très simple, dépourvu de noyau (procaryote) et...biochimie Science qui étudie la composition et les réactions chimiques de...biologie. Ensemble de toutes les sciences qui étudient les espèces vivantes...centrosome. Nodule existant parfois dans le cytoplasme de la cellule, à côté...chloroplaste. Organite cellulaire des plantes vertes, de structure complexe, contenant la...chromosome. Structure en forme de bâtonnet du noyau cellulaire, constituant le...cyanophycée. Végétal procaryote chlorophyllien pluricellulaire, aquatique ou des lieux humides, coloré...différenciation cellulaire. Apparition, au cours du développement d'un individu animal ou végétal...division cellulaire. Étape de la multiplication cellulaire au cours de laquelle les deux nouvelles cellules...électronique. Guerre électronique...embryogenèse. Développement de l'individu vivant, depuis sa première cellule (zygote) jusqu'à...endosmose. Pénétration d'eau dans les cellules vivantes, dont l'intérieur a une...flagelle. Filament mobile, unique ou multiple, long, fixé à la surface de...gamète. Cellule reproductrice, mâle ou femelle, dont le noyau ne contient...gamétogenèse. Mécanisme de formation des gamètes.génétique. Partie de la biologie qui étudie les lois de l'hérédité.Golgi (appareil de). Ensemble de granulations réunies en réseau, situées dans le protoplasma...Golgi. Camillo Golgi. Médecin et histologiste italien...hyménoptère. Insecte à métamorphose complète qui, comme les abeilles, guêpes, fourmis, possède...Jacob. François Jacob. Médecin et biologiste français...Krebs (cycle de). Suite de réactions intracellulaires constituant la principale source d'énergie de...locomotion. Fonction des êtres vivants, et principalement des animaux, par laquelle...membrane. [BIOLOGIE] Enveloppe souple, sélectivement perméable, entourant un organe, une cellule ou...métabolisme. Ensemble des processus complexes et incessants de transformation de matière...métazoaire. Animal dont le corps est constitué de plusieurs cellules organisées...Monod. Jacques Monod. Biologiste français...noyau [BIOLOGIE] Organite central et vital de toute cellule vivante, séparé du...oosphère. Gamète femelle, qui, après sa fécondation par le gamète mâle...ovogenèse. Ensemble des phénomènes qui concourent à la formation des ovules.ovule. [BOTANIQUE] Chez les phanérogames, partie différenciée du carpelle qui, après la fécondation...parthénogenèse. Reproduction sans intervention d'un mâle dans une espèce, caractérisée par...photographie. Technique permettant d'enregistrer l'image des objets par action de la...plaste. Organite cellulaire caractéristique des végétaux.potentiel d'un champ de vecteurs f. Fonction numérique ...procaryote. Se dit d'un organisme dont le noyau cellulaire n'est jamais...protiste. Être vivant constitué d'une seule cellule à noyau distinct.respiration. Ensemble des phénomènes permettant l'absorption de l'oxygène et le rejet...tissu. [BOTANIQUE] Ensemble homogène de cellules vivantes ou de fibres, nettement délimité...transgenèse végétale (la). La transgenèse ou la transformation génétique est la modification héréditaire d'un génome...tumeur. Processus pathologique où la prolifération exagérée des cellules aboutit à une...végétal. Être vivant généralement chlorophyllien et fixé au sol, doué d'une...zygote. Nom scientifique donné à l'œuf fécondé, c'est-à-dire à la cellule vivante, encore...Chronologie1665 Première mention de la notion de cellule par R. Hooke.1831 Découverte du noyau cellulaire par le Britannique R. Brown.1839 L'Allemand T. Schwann montre que la cellule est le constituant fondamental des tissus animaux, rejoignant ainsi les conclusions de son compatriote M. J. Schleiden pour ce qui concerne les végétaux (élaboration de la théorie cellulaire).1858 L'Allemand R. Virchow fonde la pathologie cellulaire.1873 Le Suisse H. Fol fournit les premières descriptions exactes des phases de la division cellulaire (ou mitose).1882 L'Allemand W. Flemming décrit et nomme la mitose (mode général de division de la cellule), et signale la similitude de ce phénomène chez les animaux et les plantes.1883 Le Belge E. Van Beneden montre, en étudiant l'œuf fécondé de l'ascaris, que le spermatozoïde et l'ovule fournissent chacun la moitié des chromosomes et que ceux-ci sont ensuite maintenus en nombre constant dans toutes les divisions cellulaires de l'embryon.1883 Le Russe É. Metchnikoff découvre le phénomène de la phagocytose (processus par lequel certaines cellules et certains protozoaires capturent et ingèrent des particules ou des micro-organismes).1897 Le Britannique Ch. S. Sherrington propose de désigner sous le nom de synapse le point de jonction de deux cellules nerveuses.1981 Des chercheurs britanniques parviennent à décoder le patrimoine génétique complet gouvernant l'ensemble des réactions biochimiques d'un organite de cellule humaine, la mitochondrie.1986 Le Britannique S. Willedson annonce qu'il a réussi le clonage d'une brebis, c'est-à-dire la production de jumeaux par transfert du noyau entre cellule et œuf fécondé.2007 Deux équipes de chercheurs, l’une au Japon dirigée par Shinya Yamanaka (université de Tokyo), l’autre aux États-Unis dirigée par James Thomson (université du Wisconsin), parviennent pour la première fois à transformer des cellules adultes humaines (de la peau) en cellules souches pluripotentes ayant des capacités identiques à celles des cellules souches embryonnaires (décembre).