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Définition de la cellule

Les cellules sont l’unité de base de la vie. Dans le monde moderne, elles sont le plus petit monde connu qui remplit toutes les fonctions de la vie. Tous les organismes vivants sont soit des cellules uniques, soit des organismes multicellulaires composés de nombreuses cellules travaillant ensemble.

Les cellules sont la plus petite unité connue qui peut accomplir toutes ces fonctions. Les caractéristiques déterminantes qui permettent à une cellule d’accomplir ces fonctions comprennent :

Ci-après, nous allons discuter des fonctions que les cellules doivent remplir pour faciliter la vie, et comment elles remplissent ces fonctions.

Fonction des cellules

Les scientifiques définissent sept fonctions qui doivent être remplies par un organisme vivant. Ce sont :

1. Un être vivant doit réagir aux changements de son environnement.
2. Un être vivant doit croître et se développer tout au long de sa vie.
3. Un être vivant doit pouvoir se reproduire, ou faire des copies de lui-même.
4. Un être vivant doit avoir un métabolisme.
5. Un être vivant doit maintenir l’homéostasie, ou garder son environnement interne identique quels que soient les changements extérieurs.
6. Un être vivant doit être constitué de cellules.
7. Un être vivant doit transmettre des traits à sa descendance.

C’est la biologie des cellules qui permet aux êtres vivants de remplir toutes ces fonctions. Nous abordons ci-dessous comment elles rendent possibles les fonctions de la vie.

Comment fonctionnent les cellules

Pour les accomplir, elles doivent posséder :

• Une membrane cellulaire qui sépare l’intérieur de la cellule de l’extérieur. En concentrant les réactions chimiques de la vie à l’intérieur d’une petite zone dans une membrane, les cellules permettent aux réactions de la vie de se dérouler beaucoup plus rapidement qu’elles ne le feraient autrement.
• Un matériel génétique qui est capable de transmettre des traits à la descendance de la cellule. Toutes les cellules modernes y parviennent grâce à l’ADN, dont les propriétés d’appariement des bases permettent aux cellules de faire des copies précises des « plans » et du « système d’exploitation » de la cellule. Certains scientifiques pensent que les premières cellules auraient pu utiliser de l’ARN à la place.
• Protéines qui remplissent une grande variété de fonctions structurelles, métaboliques et reproductives.
  Il existe d’innombrables fonctions différentes que les cellules doivent remplir pour obtenir de l’énergie et se reproduire.
  Selon la cellule, des exemples de ces fonctions peuvent inclure la photosynthèse, la décomposition du sucre, la locomotion, la copie de son propre ADN, le fait de permettre à certaines substances de traverser la membrane cellulaire tout en en empêchant d’autres d’entrer, etc.
  Les protéines sont constituées d’acides aminés, qui sont comme les « Legos » de la biochimie. Les acides aminés se présentent sous différentes tailles, différentes formes et avec différentes propriétés telles que la polarité, la charge ionique et l’hydrophobie.
  En assemblant les acides aminés sur la base des instructions de leur matériel génétique, les cellules peuvent créer une machinerie biochimique pour réaliser presque n’importe quelle fonction.
  Certains scientifiques pensent que les premières cellules auraient pu utiliser l’ARN pour accomplir certaines fonctions vitales, puis passer à des acides aminés beaucoup plus polyvalents pour faire le travail à la suite d’une mutation.

Les différents types de cellules dont nous allons parler ci-dessous ont différentes façons d’accomplir ces fonctions.

Types de cellules

En raison des millions d’espèces diverses de vie sur Terre, qui se développent et changent progressivement au fil du temps, il existe d’innombrables différences entre les innombrables types de cellules existants.

Cependant, nous examinerons ici les deux principaux types de cellules, et deux sous-catégories importantes de chacun.

Procaryotes

Les procaryotes sont le plus simple et le plus ancien des deux principaux types de cellules. Les procaryotes sont des organismes unicellulaires. Les bactéries et les archéobactéries sont des exemples de cellules procaryotes.

Les cellules procaryotes possèdent une membrane cellulaire, et une ou plusieurs couches de protection supplémentaire contre l’environnement extérieur. De nombreux procaryotes ont une membrane cellulaire faite de phospholipides, enfermée par une paroi cellulaire faite d’un sucre rigide. La paroi cellulaire peut être entourée d’une autre « capsule » épaisse faite de sucres.

De nombreuses cellules procaryotes ont également des cils, des queues ou d’autres moyens par lesquels la cellule peut contrôler son mouvement.

Ces caractéristiques, ainsi que la paroi cellulaire et la capsule, reflètent le fait que les cellules procaryotes font cavalier seul dans l’environnement. Elles ne font pas partie d’un organisme multicellulaire, qui pourrait avoir des couches entières de cellules consacrées à la protection d’autres cellules contre l’environnement, ou à la création de mouvements.

Les cellules procaryotes ont un seul chromosome qui contient tout le matériel héréditaire essentiel de la cellule et les instructions de fonctionnement. Ce chromosome unique est généralement rond. Il n’y a pas de noyau, ni d’autres membranes ou organites internes. Le chromosome flotte simplement dans le cytoplasme de la cellule.

Des traits et des informations génétiques supplémentaires peuvent être contenus dans d’autres unités génétiques au sein du cytoplasme, appelées « plasmides », mais il s’agit généralement de gènes transmis de part et d’autre par les procaryotes par le processus de « transfert horizontal de gènes », c’est-à-dire lorsqu’une cellule donne du matériel génétique à une autre. Les plasmides contiennent de l’ADN non essentiel dont la cellule peut se passer et qui n’est pas nécessairement transmis à la descendance.

Lorsqu’une cellule procaryote est prête à se reproduire, elle fait une copie de son unique chromosome. Puis la cellule se divise en deux, répartissant une copie de son chromosome et un assortiment aléatoire de plasmides à chaque cellule fille.

Il existe deux grands types de procaryotes connus des scientifiques à ce jour : les archébactéries, qui constituent une très ancienne lignée de vie présentant quelques différences biochimiques avec les bactéries et les eucaryotes, et les bactéries, parfois appelées « eubactéries » ou « vraies bactéries » pour les différencier des archébactéries.

Les bactéries seraient des descendants plus « modernes » des archébactéries.

Les deux familles ont « bactéries » dans le nom parce que les différences entre elles n’étaient pas comprises avant l’invention des techniques modernes d’analyse biochimique et génétique.

Lorsque les scientifiques ont commencé à examiner en détail la biochimie et la génétique des procaryotes, ils ont découvert ces deux groupes très différents, qui ont probablement des relations différentes avec les eucaryotes et des histoires évolutives différentes !

Certains scientifiques pensent que les eucaryotes comme les humains sont plus étroitement liés aux bactéries, car les eucaryotes ont une chimie de membrane cellulaire similaire à celle des bactéries. D’autres pensent que les archéobactéries sont plus étroitement liées à nous, les eucaryotes, puisqu’elles utilisent des protéines similaires pour reproduire leurs chromosomes.

D’autres encore pensent que nous pourrions descendre des deux – que les cellules eucaryotes pourraient avoir vu le jour lorsque les archéobactéries ont commencé à vivre à l’intérieur d’une cellule bactérienne, ou vice versa ! Cela expliquerait comment nous avons d’importants attributs génétiques et chimiques des deux, et pourquoi nous avons de multiples compartiments internes comme le noyau, les chloroplastes et les mitochondries !

Eucaryotes

On pense que les cellules eucaryotes sont le type de cellule majeur le plus moderne. Tous les organismes multicellulaires, y compris vous, votre chat et vos plantes d’intérieur, sont des eucaryotes. Les cellules eucaryotes semblent avoir « appris » à travailler ensemble pour créer des organismes multicellulaires, alors que les procaryotes semblent incapables de le faire.

Les cellules eucaryotes ont généralement plus d’un chromosome, qui contient de grandes quantités d’informations génétiques. Dans le corps d’un organisme multicellulaire, différents gènes au sein de ces chromosomes peuvent être activés et désactivés, ce qui permet d’avoir des cellules ayant des traits différents et remplissant des fonctions différentes au sein du même organisme.

Les cellules eucaryotes ont également une ou plusieurs membranes internes, ce qui a conduit les scientifiques à la conclusion que les cellules eucaryotes ont probablement évolué lorsqu’un ou plusieurs types de procaryotes ont commencé à vivre dans des relations symbiotiques à l’intérieur d’autres cellules.

Les organelles avec des membranes intérieures que l’on trouve dans les cellules eucaryotes comprennent généralement :

• Pour les cellules animales – Les mitochondries, qui libèrent l’énergie du sucre et la transforment en ATP de manière extrêmement efficace.
  Les mitochondries ont même leur propre ADN, distinct de l’ADN nucléaire des cellules, ce qui donne un appui supplémentaire à la théorie selon laquelle elles étaient autrefois des bactéries indépendantes.
• Pour les cellules végétales – Les chloroplastes, qui réalisent la photosynthèse, en fabriquant de l’ATP et du sucre à partir de la lumière du soleil et de l’air.
  Les chloroplastes ont également leur propre ADN, ce qui suggère qu’ils pourraient être à l’origine des bactéries photosynthétiques.
• Nucléus – Dans les cellules eucaryotes, le noyau contient les plans essentiels de l’ADN et les instructions de fonctionnement de la cellule.
  On pense que l’enveloppe nucléaire fournit une couche supplémentaire de protection pour l’ADN contre les toxines ou les envahisseurs qui pourraient l’endommager.
  On ne sait pas si le noyau aurait pu aussi être un procaryote endosymbiotique à un moment donné, ou si sa membrane a simplement évolué comme une couche supplémentaire de protection pour l’ADN de la cellule.
• Réticulum endoplasmique – Cette membrane interne complexe est un site majeur de création de protéines pour les cellules. L’origine évolutive du réticulum endoplasmique n’est pas connue.
• Appareil de Golgi – Ce complexe membranaire interne peut être considéré comme le « bureau de poste » du réticulum endoplasmique. Il reçoit les protéines du RE, les emballe et les « étiquette » en y attachant des sucres si nécessaire, puis les expédie vers leur destination finale !
• Autres – De nombreuses cellules eucaryotes peuvent créer des « sacs » temporaires à membrane interne, appelés « vacuoles », pour stocker les déchets ou emballer des matériaux importants.
  Certaines cellules, par exemple, ont des vacuoles spéciales appelées « lysosomes » qui sont pleines de substances corrosives et d’enzymes digestives. Les cellules déversent simplement leurs « déchets » dans les lysosomes, où l’environnement rude les décompose en composants plus simples qui peuvent être réutilisés!

Exemples de cellules

Archaebactéries

Comme mentionné ci-dessus, les archébactéries sont une forme très ancienne de cellules procaryotes. Les biologistes les placent en fait dans leur propre « domaine » de vie, distinct des autres bactéries.

Les principales différences entre les archébactéries et les autres bactéries sont les suivantes :

Les attributs chimiques uniques des archébactéries leur permettent de vivre dans des environnements extrêmes, tels que l’eau surchauffée, l’eau extrêmement salée et certains environnements qui sont toxiques pour toutes les autres formes de vie.

Les scientifiques sont devenus très enthousiastes ces dernières années à la découverte de Lokiarchaeota – un type d’archaebactéries qui partage avec les eucaryotes de nombreux gènes qui n’avaient jamais été trouvés auparavant dans les cellules procaryotes !

On pense maintenant que Lokiarchaeota pourrait être notre plus proche parent vivant dans le monde procaryote.

Bactéries

Vous connaissez très probablement le type de bactéries qui peuvent vous rendre malade. En effet, les agents pathogènes courants comme le streptocoque et le staphylocoque sont des cellules bactériennes procaryotes.

Mais il existe également de nombreux types de bactéries utiles – notamment celles qui décomposent les déchets morts pour transformer les matériaux inutiles en sol fertile, et les bactéries qui vivent dans notre propre tube digestif et nous aident à digérer les aliments.

Les cellules bactériennes peuvent couramment être trouvées vivant dans des relations symbiotiques avec des organismes multicellulaires comme nous, dans le sol, et partout ailleurs où ce n’est pas trop extrême pour qu’elles puissent vivre !

Les cellules végétales

Les cellules végétales sont des cellules eucaryotes qui font partie d’organismes multicellulaires et photosynthétiques.

Les cellules végétales possèdent des organites chloroplastiques, qui contiennent des pigments qui absorbent les photons de lumière et récoltent l’énergie de ces photons.

Les chloroplastes ont la remarquable capacité de transformer l’énergie lumineuse en carburant cellulaire, et utilisent cette énergie pour prendre le dioxyde de carbone de l’air et le transformer en sucres qui peuvent être utilisés par les êtres vivants comme carburant ou matériau de construction.

En plus d’avoir des chloroplastes, les cellules végétales ont aussi typiquement une paroi cellulaire faite de sucres rigides, pour permettre aux tissus végétaux de maintenir leurs structures verticales comme les feuilles, les tiges et les troncs d’arbres.

Les cellules végétales ont aussi les organites eucaryotes habituels, y compris un noyau, un réticulum endoplasmique et un appareil de Golgi.

Cellules animales

Pour cet exercice, intéressons-nous à un type de cellule animale qui a une grande importance pour vous : votre propre cellule hépatique.

Comme toutes les cellules animales, elle possède des mitochondries qui effectuent la respiration cellulaire, transformant l’oxygène et le sucre en grandes quantités d’ATP pour alimenter les fonctions cellulaires.

Elle possède également les mêmes organites que la plupart des cellules animales : un noyau, un réticulum endoplasmique, un appareil de Golgi, etc…

Mais en tant que partie d’un organisme multicellulaire, votre cellule hépatique exprime également des gènes uniques, qui lui donnent des traits et des capacités uniques.

Les cellules du foie en particulier contiennent des enzymes qui décomposent de nombreuses toxines, ce qui permet au foie de purifier votre sang et de décomposer les déchets corporels dangereux.

La cellule du foie est un excellent exemple de la façon dont les organismes multicellulaires peuvent être plus efficaces en faisant travailler ensemble différents types de cellules.

Votre corps ne pourrait pas survivre sans cellules hépatiques pour décomposer certaines toxines et déchets, mais la cellule hépatique elle-même ne pourrait pas survivre sans cellules nerveuses et musculaires qui vous aident à trouver de la nourriture, et un tube digestif pour décomposer cette nourriture en sucres facilement digestibles.

Et tous ces types de cellules contiennent l’information pour fabriquer tous les autres types de cellules ! Il s’agit simplement de savoir quels gènes sont activés ou désactivés au cours du développement.

• Épigénétique – Processus par lequel les gènes sont activés ou désactivés en ajoutant ou en retirant des groupes chimiques de certaines parties du chromosome.
• Eucaryotes – Cellules complexes dotées de plusieurs chromosomes et d’organites internes tels que les mitochondries, les chloroplastes et les noyaux.
• Prokaryote – Organismes unicellulaires à structure simple, possédant généralement un chromosome et aucun organite interne.

Quiz

1. Lequel des éléments suivants n’est PAS une fonction essentielle que tous les êtres vivants doivent accomplir ?
A. Un être vivant doit se reproduire.
B. Un être vivant doit être capable de maintenir son environnement interne, indépendamment des changements externes.
C. Un être vivant doit répondre aux changements de son environnement.
D. Aucune de ces réponses.

2. Lequel des éléments suivants n’est PAS un type de cellule procaryote?
A. Archaebactéries
B. Les bactéries staphylocoques
C. Bactéries streptocoques
D. Cellule hépatique

3. Lequel des éléments suivants n’est PAS un organite de cellule eucaryote ?
A. Plasmide
B. Noyau
C. Mitochondries
D. Chloroplaste