Organisation de la cellule

I. La structure cellulaire : architecture de la cellule observée au microscope optique

La cellule végétale apparaît, au microscope optique, sous forme géométrique et est constituée d’une enveloppe avec une paroi pectocellulosique et une membrane plasmique qui délimite un cytoplasme dans lequel se trouvent le noyau et d’autres organites tels que les plastes et les vacuoles.

La cellule animale a une forme variée : ronde (les globules sanguins), ovoïde (la paramécie), étoilée (le neurone), allongée en fuseau (la cellule musculaire). Chaque cellule est entourée d’une membrane plasmique qui délimite un cytoplasme dans lequel se trouvent le noyau et d’autres organites tels que les vacuoles.

II. L’ultrastructure cellulaire : architecture de la cellule observée au microscope électronique

La membrane plasmique : elle apparaît avec deux feuillets sombres de 20 Å d’épaisseur, séparés par un feuillet clair de 35 Å d’épaisseur. Du point de vue chimique, la membrane plasmique contient environ 60% de protéines et 40% de lipides. Chaque phospholipide possède deux pôles : un pôle hydrophobe et un pôle hydrophile.

Ces données ont permis aux chercheurs, Danielli et Dawson ; Singer et Nicholson, de proposer des modèles d’ultrastructures cellulaires de la membrane plasmique.
Le modèle de Danielli et Dawson : ce modèle membranaire laisse croire que l’eau et les substances dissoutes ne pourraient pas franchir la membrane plasmique. En plus, le microscope électronique ne donne pas la même image de la membrane plasmique après fixation au tétroxyde d’osmium. Ce modèle est donc insuffisant.
Le modèle de Singer et Nicholson : il montre que l’eau et les substances dissoutes peuvent traverser la membrane par ses protéines qui sont mobiles d’où l’appellation de modèle ou structure en mosaïque fluide. Cette structure confère à la membrane une grande souplesse fonctionnelle. Donc la membrane est vivante et en perpétuel remaniement.

La membrane plasmique joue plusieurs rôles : protection ; reconnaissance de signaux et molécules du milieu extracellulaire grâce à ses récepteurs extracellulaires ;  permet aux cytoplasmes de deux cellules voisines d’être en continuité grâce à plusieurs types de contacts (jonctions cellulaires dont le desmosome, la jonction serrée et l’engrenage cellulaire) ; échanges cellulaires en sélectionnant et en orientant les molécules ; communication nerveuse (membranes des cellules nerveuses qui sont capables de propager des messages nerveux et de les transmettre).

Le cytoplasme : il comprend le hyaloplasme et le morphoplasme (ensemble des organites).

Le hyaloplasme : c’est une sorte de gelée homogène plus ou moins fluide, constituée d’eau (80%), de sels minéraux, d’acides gras, de gaz respiratoires (O₂ et CO₂₎ et d’inclusions diverses (glycogène dans les cellules animales, amidon dans les cellules végétales) formant le cytosol. Il renferme aussi le cytosquelette formé de microfibrilles qui assurent une certaine élasticité et une certaine cohésion du contenu cellulaire.

Le réticulum endoplasmique : c’est un ensemble de canalisations communiquant entre elles. Elles proviennent de certaines invaginations de la membrane cytoplasmique ou de la membrane nucléaire. On distingue 2 types de réticulum : 

• l’ergastoplasme ou réticulum endoplasmique granuleux ou rugueux (REG) dont la face externe de la membrane porte des granulations de ribosome. Il joue un rôle de synthèse de protéine, de stockage de substances au niveau des saccules et de transit de substances à travers le cytoplasme ;
• le réticulum endoplasmique lisse dont la membrane endoplasmique est dépourvue de ribosomes. Il joue le rôle de synthèse de lipide et de stockage d’ions calcium.

L’appareil de Golgi : il est constitué d’un empilement de saccules libres appelés dictyosomes, disposés en forme de croissant lunaire et émettant des vésicules appelées vésicules golgiennes. Il a pour rôle de :

• stocker les protéines synthétisées au niveau du REG. Ces protéines se retrouvent dans les
  vésicules de sécrétion ou grains de zymogènes qui migrent dans le hyaloplasme qui déversent leur contenu par exocytose dans le sang (cas des hormones et anticorps) ou dans les canaux sécréteurs (cas des enzymes digestives).
  
• sécréter les polysaccharides et la cellulose nécessaires à la formation de la paroi
  pectocellulosique chez la cellule végétale.  

Les lysosomes : ce sont des vésicules, à membrane dure, contenant des enzymes digestives (hydrolases) capables de dégrader les organites morts et de détruire les corps étrangers. 

Les mitochondries : organites en forme de bâtonnet d’environ 1ųm de long avec des extrémités arrondies. L’ensemble des mitochondries forme le chondriosome. Elles sont le siège de la respiration cellulaire conduisant à la synthèse d’énergie sous forme d’ATP.

Les plastes : organites spécifiques à la cellule végétale autotrophe. Les plus connus sont les chloroplastes qui renferment de la chlorophylle, pigment intervenant dans le processus de la photosynthèse (fabrication de matières organiques à partir de matières minérales sous l’action de la lumière). Le chloroplaste est enveloppé d’une double membrane qui délimite le stroma (matrice) dans lequel se trouvent des lamelles (thylakoïdes et grana). 

Le centrosome (ou diplosome) : organite particulier à la cellule animale et situé à proximité du noyau, le centrosome est constitué de deux centrioles disposés perpendiculairement. Chaque centriole est constitué de neuf triplets de microtubules. Le centrosome se transforme en aster pour former le fuseau de division lors de la mitose. Les centrioles sont aussi des constituants des cils et flagelles. 

La vacuole : c’est une enclave cytoplasmique entourée d’une simple membrane, le tonoplaste, qui délimite le suc vacuolaire renfermant essentiellement de l’eau et des substances dissoutes. Les vacuoles sont souvent volumineuses et en nombre réduit dans la cellule végétale (où elles peuvent être colorées) et très petites et nombreuses dans la cellule animale. Elles jouent un rôle important dans la régulation de l’eau.

Le noyau : exceptées les hématies adultes des mammifères, toutes les cellules possèdent au moins un noyau. Le noyau est un organite arrondi constitué d’une enveloppe nucléaire (avec une membrane externe pourvue de ribosomes et une membrane interne) qui délimite un nucléoplasme renfermant de la chromatine et un ou des nucléole(s).
Le noyau possède plusieurs fonctions : contrôle de la fabrication de matières ; la transmission des caractères héréditaires à travers des générations (rôle génétique) ; la reproduction cellulaire.

La paroi pectocellulosique (PPC) : elle n’existe que chez la cellule végétale. Elle est formée de deux couches de cellulose séparées par une couche de pectine. Elle présente par endroit de fins trous, les plasmodesmes. 

Rôles de la paroi : sa rigidité lui confère plusieurs rôles (donner à la cellule sa forme) ; protection contre les fortes pressions dues à une entrée excessive d’eau dans la cellule ; à travers ses plasmodesmes, elle permet au cytoplasme des cellules adjacentes d’être en continuité.

Comparaison entre cellule animale et cellule végétale au microscope électronique

L’ultrastructure de la cellule montre qu’elle est généralement la même à quelques exceptions près. En effet, le centrosome n’est présent que chez la cellule animale, alors que la PPC et les chloroplastes ne se trouvent que chez la cellule végétale.