Cellule (biologie)

Page d'aide sur l'homonymie Cet article concerne l'unité de base du vivant. Pour la subdivision d'aile d'insectes, voir Cellule (entomologie). Pour les autres significations, voir Cellule.
Dessin de « cellules » observées dans des coupes d'écorce d'arbre par Robert Hooke en 1665, à l'origine du nom latin cellula « cellule de moine », ayant aussi le sens de cella « petite chambre, chambrette [1] ».
Dessin d' Edmund Beecher Wilson publié en 1900 [2] dont la légende originale était : « Vue générale de cellules situées à la pointe de croissance d'une racine d' oignon à partir d'une coupe longitudinale agrandie 800 fois.
    a. cellules qui ne se divisent pas, avec réseau de chromatine et nucléoles fortement colorés ;
    b. noyaux se préparant à la division ;
    c. Cellules en cours de division présentant des figures de mitose ;
    e. Paire de cellules filles peu après la division. »

La cellule — du latin cellula « cellule de moine [1] » — est l'unité biologique structurelle et fonctionnelle fondamentale de tous les êtres vivants connus. C'est la plus petite unité vivante capable de se reproduire de façon autonome. La science qui étudie les cellules est appelée biologie cellulaire.

Une cellule est constituée d'une membrane plasmique contenant un cytoplasme, lequel est formé d'une solution aqueuse ( Cytosol) dans laquelle se trouvent de nombreuses biomolécules telles que des protéines et des acides nucléiques, organisées ou non dans le cadre d' organites. De nombreux être vivants ne sont constitués que d'une seule cellule : ce sont les organismes unicellulaires, comme les bactéries, les archées et la plupart des protistes. D'autres sont constitués de plusieurs cellules : ce sont les organismes multicellulaires, comme les plantes et les animaux. Ces derniers contiennent un nombre de cellules très variable d'une espèce à l'autre ; le corps humain en compte ainsi de l'ordre de cent mille milliards (1014), mais est colonisé par un nombre de un [3] à dix [4] fois plus grand de bactéries, qui font partie de son microbiote et sont bien plus petites que les cellules humaines. La plupart des cellules des plantes et des animaux ne sont visibles qu'au microscope, avec un diamètre compris entre 10 et 100  µm.

L'existence des cellules a été découverte en 1665 par le naturaliste anglais Robert Hooke, qui leur a donné le nom latin cellula en référence aux petites chambres occupées par les moines dans les monastères. La théorie cellulaire a été formulée pour la première fois en 1839 par le botaniste allemand Matthias Jakob Schleiden et l' histologiste allemand Theodor Schwann : elle expose que tous les êtres vivants sont constitués d'une ou plusieurs cellules, que les cellules sont les unités fondamentales de toutes les structures biologiques, qu'elles dérivent toujours d'autres cellules préexistantes, et qu'elles contiennent l' information génétique nécessaire à leur fonctionnement ainsi qu'à la transmission de l' hérédité aux générations de cellules suivantes. Les premières cellules sont apparues sur Terre par un phénomène d' abiogenèse il y a au moins 3,7 milliards [5] d'années.

Principales structures cellulaires

On considère généralement deux types fondamentaux de cellules selon qu'elles possèdent ou non un noyau enveloppé d'une membrane nucléaire :

Principales différences entre les cellules de procaryotes et cellules d'eucaryotes
  Procaryotes Eucaryotes
Représentants Bactéries, archées Protistes, mycètes, plantes, animaux
Taille typique ~ 1 à 5 μm ~ 10 à 100 μm
Type de noyau Nucléoïde ; pas de véritable noyau Vrai noyau avec membrane nucléaire
ADN Généralement circulaire Molécules linéaires ( chromosomes) avec histones
Transcription/ Traduction génétique Biosynthèse des protéines intégralement dans le cytoplasme Transcription et traduction séparées spatialement :
Ribosomes Grande et petite sous-unités : Grande et petite sous-unités :
Compartiments cellulaires Peu de structures intracellulaires Nombreuses structures : système endomembranaire, cytosquelette
Motilité cellulaire Flagelle constitué de flagelline Flagelle et cils constitués de tubuline
Métabolisme anaérobie ou aérobie selon les cas Généralement aérobie
Mitochondries Aucune D'aucune à plusieurs milliers
Chloroplastes Aucun Dans les algues et les plantes chlorophylliennes
Organisation unicellulaire
ou multicellulaire
Cellules généralement isolées ( unicellulaires) Cellules isolées, colonies, organismes complexes avec des cellules spécialisées ( multicellulaires)
Division cellulaire Scissiparité (division simple) Mitose (multiplication conforme de la cellule)
Méiose (formation de gamètes)
Matériel génétique Chromosome unique et plasmides Chromosomes multiples

Procaryotes

Article détaillé : procaryote.

Les procaryotes sont la première forme de vie apparue sur Terre, définie comme étant autosuffisante et pourvue de tous les processus biologiques vitaux, y compris les mécanismes de signalisation cellulaire. Plus petites et plus simples que les cellules d' eucaryotes, les cellules de procaryotes sont dépourvues de système endomembranaire et des organites qui le constituent, à commencer par le noyau. Les bactéries et les archées sont les deux domaines du vivant regroupant les procaryotes. L' ADN d'un procaryote forme un unique chromosome en contact direct avec le cytoplasme. La région nucléaire du cytoplasme est appelée nucléoïde et n'est pas nettement séparée du reste de la cellule. La plupart des procaryotes sont les plus petits des êtres vivants connus, avec un diamètre compris entre 0,5 et 2 µm.

Structure d'un procaryote typique, montrant les éléments suivants :

Une cellule de procaryote contient trois régions distinctes :

  • l'extérieur de la cellule porte des flagelles et des pili qui sortent de la surface cellulaire chez un grand nombre de procaryotes. Ces structures permettent à ces cellules de se déplacer ( motilité cellulaire) et de communiquer entre elles.
  • la surface de la cellule est délimitée par l' enveloppe cellulaire  (en), formée généralement d'une paroi cellulaire recouvrant une membrane plasmique, certaines bactéries étant recouvertes d'une couche supplémentaire appelée capsule. L'enveloppe confère sa rigidité à la cellule et sépare l'intérieur de la cellule de l'environnement de cette dernière en jouant le rôle d'une filtre protecteur. La plupart des procaryotes sont dotés d'une paroi cellulaire, mais il existe des exceptions telles que les genres Mycoplasma (une bactérie) et Thermoplasma (une archée). La paroi cellulaire des bactéries est constituée de peptidoglycane et agit comme barrière supplémentaire contre les agents extérieurs. Elle empêche également la cellule de se dilater et d'éclater ( cytolyse) sous l'effet de sa pression osmotique interne dans un environnement hypotonique. Certains eucaryotes sont également pourvus d'une paroi cellulaire, par exemple les cellules végétales et les cellules fongiques.
  • l'intérieur de la cellule possède une région qui contient le génome ( ADN) et contient également des ribosomes et divers types d'inclusions. Les ribosomes sont responsables de l'aspect granulaire du cytoplasme des procaryotes. Le matériel génétique est libre dans le cytoplasme. Les procaryotes peuvent porter des éléments extrachromosomiques appelés plasmides, qui sont généralement circulaires. Ces plasmides encodent des gènes supplémentaires, comme des gènes de résistance aux antibiotiques. Des plasmides bactériens linéaires ont été identifiés chez plusieurs espèces de spirochètes, notamment le genre Borrelia, et particulièrement Borrelia burgdorferi, responsable de la maladie de Lyme. À la place du noyau des eucaryotes, les procaryotes possèdent une région nucléaire diffuse appelée nucléoïde.

Eucaryotes

Article détaillé : eucaryote.
Animal Cell.svg
  1. Nucléole
  2. Noyau
  3. Ribosome
  4. Vésicule
  5. Réticulum endoplasmique rugueux (granuleux) (REG)
  6. Appareil de Golgi
  7. Cytosquelette
  8. Réticulum endoplasmique lisse
  9. Mitochondries
  10. Péroxysome
  11. Cytosol
  12. Lysosome
  13. Centrosome (constitué de deux centrioles)
  14. Membrane plasmique

Les plantes, les animaux, les mycètes, les protozoaires et les algues sont des eucaryotes. Ces cellules sont en moyenne 15 fois plus grandes qu'un procaryote typique, et peuvent être jusqu'à mille fois plus volumineuses. La principale caractéristique qui distingue les eucaryotes des procaryotes est leur compartimentation en organites spécialisés au sein desquels se déroulent des processus métaboliques spécifiques. Parmi ces organites se trouve le noyau, qui héberge l' ADN de la cellule. C'est la présence de ce noyau qui donne son nom à ce type de cellules, eucaryote étant forgé à partir de racines grecques signifiant « à vrai noyau ». Par ailleurs :

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