LA CELLULE I- GENERALITES 1- Historique C est le savant anglais Robert Hooke qui découvrit en 1665 l organisation cellulaire des êtres vivants en observant avec un microscope qui ne grossissait que 40 fois, une fine lamelle de liège. Il vit alors qu elle était formée d une multitude de petites chambres qui lui rappelaient celles d une ruche d abeilles. C est pourquoi il leur a donné le nom de cellules. 2- Unité fonctionnelle Toutes les fonctions vitales d un organisme ont lieu dans la cellule. L être vivant pluricellulaire n est pas un simple assemblage de cellules mais le résultat de l activité coordonnée de toutes les cellules qui le composent. 3- Unité d origine Toutes les cellules qui composent un être vivant proviennent elles-mêmes d autres cellules. Les cellules se reproduisent par divisions successives, donnant ainsi naissance à de nouvelles cellules. 4- Cytologie : définition L étude des cellules est la cytologie qui apprécie leur forme, leur composition chimique, leur fonctionnement. 5- Différenciation cellulaire Chez les êtres unicellulaires, toutes les fonctions vitales sont réunies dans la même cellule qui est dite indifférenciée. A l inverse, chez les êtres pluricellulaires, chaque fonction est dévolue à un groupe de cellules spécialisées, regroupées au sein d un même tissu et dites différenciées (ex: cellules hépatiques, sanguines, nerveuses, etc...). 1
II- MORPHOLOGIE CELLULAIRE 1- Moyens d étude Le microscope optique classique grossit environ 2000 fois. La microscopie électronique permet des grossissements de 200 000 à 2 millions. L examen microscopique peut porter sur des cellules vivantes ce qui renseigne sur la structure et la physiologie cellulaire. Il peut également porter sur des cellules fixées et colorées ce qui permet une étude plus précise de la structure cellulaire en fonction des colorants utilisés. L utilisation de micro-manipulateurs permet de réaliser de micro-interventions chirurgicales au niveau cellulaire, par exemple dans les opérations de fécondation in vitro et de clonage. 2-Taille des cellules Une cellule mesure en règle générale de 5 à 50 microns (µ). Par exemple, le diamètre du globule rouge est de 7 µ. 3- Forme et structure Les cellules sont de forme variable, cubique, cylindrique, ovoïde, en forme de disque biconcave comme dans le cas du globule rouge. Toutes les cellules comprennent un corps cellulaire contenant le cytoplasme dans lequel se trouve le noyau. III- CYTOPLASME Le cytoplasme est composé de hyaloplasme renfermant des inclusions cytoplasmiques. Il est limité par la membrane cellulaire qui isole la cellule du milieu extérieur. 1- Le hyaloplasme C est une substance visqueuse, transparente, homogène. 2
2- La membrane cellulaire La membrane cellulaire est très complexe. C est une bi-couche lipidique traversée par des protéines. Elle présente des pores qui mettent la cellule en communication avec l extérieur. Les protéines transmembranaires assurent des transports actifs dans les deux sens. Par exemple le système de la pompe à sodium chasse le sodium vers l extérieur de la cellule et fait entrer du potassium. La membrane possède aussi des récepteurs spécifiques pour diverses substances hormonales ou chimiques ou permettant la fixation et la pénétration de certains virus. 3- L appareil mitochondrial Les mitochondries L appareil mitochondrial est constitué de mitochondries soit isolées, soit groupées en filaments. Les mitochondries sont limitées par une double membrane, la membrane interne formant des crêtes mitochondriales vers l intérieur. Les mitochondries sont les centrales énergétiques de la cellule. Elles produisent l énergie sous forme d ATP en dégradant le glucose en présence d oxygène. Le cyanure agit en bloquant cette production d énergie. Les mitochondries contiennent de l ADN qui a la particularité d être uniquement d origine maternelle. 4- L appareil de Golgi L appareil de Golgi est composé d un ensemble de 5 à 10 sacs en forme de disque, dont la fonction est de synthétiser les sucres, de stocker et de concentrer diverses substances puis de les transporter en dehors de la cellule. 5- Les lysosomes Les lysosomes sont des granulations remplies d enzymes assurant la dégradation des substances que la cellule a captées. Pour éviter de digérer leur propre membrane, les lysosomes disposent d un revêtement interne les protégeant de l action de leurs propres enzymes. 6- Le réticulum endoplasmique C est un réseau de cavités de forme tubulaire qui assure le stockage et le transport de diverses substances à l intérieur de la cellule. 7- Les ribosomes Les ribosomes sont composés d ARN et de protéines. Ils se composent de deux sous-unités. Ils interviennent dans la synthèse des protéines en traduisant l information génétique recopiée à partir de l ADN et contenue dans l ARN messager. Ils sont le plus souvent groupés à la surface des canalicules du réticulum endoplasmique. 3
8- L ergastoplasme En période d activité sécrétoire intense de la cellule, le réticulum endoplasmique se développe et les ribosomes deviennent très nombreux. L ensemble de ces deux formations prend le nom d ergastoplasme. 9- Le centre cellulaire ou centrosome Il est formé de quatre centioles groupés en deux paires. Les centrioles, de forme cylindrique sont formés de microtubules. Le centrosome intervient lors de la division cellulaire. 10- Les vacuoles Ces cavités contiennent des substances de réserve ou des déchets. IV- LE NOYAU Il est de forme sphérique, ovoïde, parfois polylobée comme dans les polynucléaires du sang. Il est limité par une membrane nucléaire présentant des pores qui permettent les échanges avec le cytoplasme. Il contient une substance visqueuse, le suc nucléaire, contenant les nucléoles et de l ADN. Les nucléoles, petites sphères très colorables, sont constituées d acide ribonucléique (ARN). L ADN se présente dans le noyau cellulaire sous deux formes différentes: 1- lorsque la cellule est au repos, le noyau cellulaire contient des blocs très colorés, la chromatine. Son étude en microscopie électronique montre qu elle est formée de fibres chromatiniennes qui sont constituées d ADN dont la double hélice est entourée d un manchon de protéines. Ces fibres sont enroulées en spirale formant un filament qui est à son tour torsadé sur lui-même. 2- lorsque la cellule va se diviser, les fibres chromatiennes se transforment en chromosomes dont le nombre et l aspect sont constants pour une même espèce. L ADN possède schématiquement deux grandes propriétés : il est capable de se répliquer pour permettre la reproduction des cellules il commande la synthèse des protéines, constituants essentiels des êtres vivants. 4
V- LES CONSTITUANTS DE LA CELLULE Différents éléments simples se combinent entre eux pour former des molécules complexes que l on peut classer en deux grands groupes : 1. Les substances minérales : eau, potassium, sodium, calcium, magnésium,fer, zinc, phosphore, soufre,chlore, iode, fluor. L eau représente 70% du poids total du corps humain. Elle est présente dans la cellule sous forme d eau liée (entrant dans la composition chimique de la matière vivante) et sous forme d eau libre du sang ou de la lymphe. Seule l eau libre peut se transformer en glace au-dessous de zéro degré. 2. Les substances organiques composées uniquement de carbone, d hydrogène, d oxygène, d azote. Selon leurs propriétés chimiques, les substances organiques sont classées en trois catégories : Les protides. Les plus simples sont les acides aminés. La combinaison de plusieurs acides aminés forme les polypeptides. Enfin la combinaison des polypeptides forme les protéines, constituants fondamentaux des êtres vivants. Les lipides. Ils sont contenus dans des inclusions lipidiques ou encore liés au protéines pour donner des lipoprotéines. Ils entrent dans la constitution des membranes. Les glucides ou sucres. Le glucose est le fournisseur d énergie de la cellule. VI- LE FONCTIONNEMENT DE LA CELLULE Les fonctions vitales de la cellule sont les suivantes : 1- Nutrition et métabolisme La cellule puise dans le milieu extérieur les éléments nécessaires à son fonctionnement. Cette absorption peut être soit passive à travers la membrane (pression osmotique), soit active à l aide des protéines de transport. L absorption par la cellule de particules volumineuses se fait parfois par d autres processus : la phagocytose comme dans le cas des polynucléaires la cellule émet des pseudopodes qui entourent puis incluent la particule dans le cytoplasme la pinocytose la membrane s invagine entraînant les particules dans un canal qui se referme ensuite. Les matériaux ingérés sont utilisés par la cellule pour produire sa propre matière vivante ce qui porte le nom d anabolisme ou pour produire de l énergie. La dégradation par la cellule des aliments ou de ses constituants usés porte le nom de catabolisme. L ensemble des réactions dont la cellule est le siège constitue le métabolisme cellulaire (anabolisme + catabolisme = métabolisme). 5
2- Respiration cellulaire Les mitochondries, grâce à des phénomènes d oxydo-réduction, dégradent le glucose en présence d oxygène avec production d énergie et de gaz carbonique. 3- Reproduction cellulaire Les êtres unicellulaires se multiplient par division directe, c est l amitose. La division cellulaire indirecte ou mitose est le seul mode de division observé chez les êtres pluricellulaires. Elle aboutit à la formation de deux cellules filles identiques à la cellule mère. La mitose comporte plusieurs phases : 1. L interphase. Cette phase se situe entre les phases de division cellulaire. C est durant cette phase que la cellule va doubler son stock d ADN en vue d une prochaine mitose. 2. La prophase. C est l étape qui précède la division cellulaire. Les chromosomes commencent à apparaître. La membrane nucléaire disparaît. Le fuseau achromatique formé de petits tubules de protéines apparaît entre les deux pôles de la cellule. 3. La métaphase. Les chromosomes s unissent aux petits tubules du fuseau et se disposent sur l équateur de ce fuseau. 4. L anaphase. Il y a division longitudinale de tous les chromosomes en deux moitié rigoureusement identiques et migration de chaque moitié le long du fuseau vers l un des pôles de la cellule. 5. La télophase. Les nouveaux chromosomes sont entourés par une membrane nucléaire. Les deux cellules filles se séparent. 6
Il existe un autre mode de division particulier, réservé uniquement aux cellules sexuelles ou gamètes (ovule chez la femme, spermatozoïde chez l homme), c est la méiose. Elle aboutit à la formation de cellules ayant la moitié du nombre initial de chromosomes (1N), car au sein de chaque paire, c est soit le chromosome d origine paternelle, soit celui d origine maternelle qui se retrouve dans la cellule germinale. Ceci permet le brassage de l information génétique. La fusion d un gamète mâle et d un gamète femelle aboutira à la formation de l œuf qui possède alors le nombre normal de chromosomes (2N) 4- Mort cellulaire Elle peut survenir brutalement par coagulation lors d une brûlure par exemple. Elle peut survenir lentement, précédée par une période d agonie plus ou moins longue, au cours de laquelle on peut observer l agonie puis la mort des organites intra-cellulaires. Les altérations cellulaires visibles au microscope portent le nom de dégénérescence: dégénérescence graisseuse, hyaline, amyloïde, muqueuse, colloïde. Après la mort survient la période de nécrose, caractérisée par la destruction de la cellule. Ce qui reste de la cellule est phagocyté par les macrophages. V- LES PRINCIPAUX TISSUS 1- Définitions Un ensemble de cellules différenciées en vue de la même fonction constitue un tissu. L étude des tissus est l histologie. Il existe quatre grandes variétés de tissus: 1. épithéliaux 2. conjonctifs 3. musculaires 4. nerveux Un ensemble de tissus différents mais concourant à une même fonction constituent un organe. L ensemble des organes qui participent à une même fonction constituent un appareil (Ex: appareil digestif). 2- Les quatre variétés de tissus 2-1- Les épithéliums On distingue les épithéliums de revêtement et les épithéliums 7
glandulaires. Les épithéliums de revêtement sont constitués d une seule couche de cellules (épithéliums simples) ou de plusieurs couches (épithéliums stratifiés) reposant sur une membrane basale. La forme des cellules qui les composent permet de distinguer les épithéliums cylindriques, cubiques, pavimenteux. Epithélium simple Epithélium simple Epithélium simple cylindrique cubique pavimenteux Epithélium pavimenteux stratifié non kératinisé Epithélium pavimenteux stratifié kératinisé Les cellules qui composent les épithéliums glandulaires élaborent des substances particulières et les excrètent. Les glandes qui peuvent excréter leurs produits de sécrétion dans le sang sont dites endocrines. Les glandes qui déversent leurs sécrétions à l extérieur ou dans un organe creux (estomac, intestin) sont les glandes exocrines. 2-2- Le tissu conjonctif C est un tissu de remplissage qui comble les vides entre les organes. Il est constitué par : des cellules conjonctives: fibroblastes et fibrocytes, qui sont fixes des cellules mobiles, les histiocytes qui ont des capacités de phagocytose des fibres de collagène, épaisses et résistantes, qui comblent les espaces entre les cellules des fibres élastiques plus fines 8
des fibrilles de réticuline Le tissu conjonctif peut subir des transformations et donner: 1. le tissu adipeux (surchage en graisse de ses cellules) 2. le tissu osseux ou cartilagineux (calcification de sa substance interstitielle) 3. le sang et les cellules hématopoïétiques 2-3- Le tissu musculaire Le tissu musculaire possède une propriété physiologique, la contractilité, assurée par les cellules musculaires ou myocytes. Ces cellules sont caractérisées par la présence dans leur cytoplasme de nombreuses myofibrilles composées de myofilaments groupés parallèlement selon le grand axe de la cellule. Il existe trois types de tissu musculaire composés de cellules musculaires ou myocytes : le tissu musculaire strié, qui est généralement associé au squelette, et est composé de cellules (rhabdomyocytes) qui présentent une striation transversale. Il est à contraction volontaire. le tissu musculaire lisse, formé de léiomyocytes, est localisé dans la paroi des viscères (estomac, intestins) et des vaisseaux. La contraction des muscles lisses, sous la dépendance du système nerveux végétatif, est involontaire. le tissu musculaire cardiaque est composé de cardiomyocytes. Il est très semblable au tissu musculaire strié et on ne le trouve chez l'homme qu'au niveau du myocarde. Il se caractérise par son aptitude à se contracter rythmiquement et harmonieusement de façon spontanée. Il est innervé par le système nerveux végétatif : le rythme des battements cardiaques est déterminé par l'activité du noeud sino-auriculaire mais peut être modifié par les influx sympathiques et parasympathiques 2-4- Le tissu nerveux Le tissu nerveux comprend essentiellement 4 catégories cellulaires : 1- les neurones : leur corps cellulaire est localisé dans le système nerveux central (SNC) à l exception de deux types de neurones : i) les neurones végétatifs ; le corps cellulaire de ces neurones est localisé dans les ganglions végétatifs situés à proximité ou au sein même des tissus cibles. ii) les neurones sensitifs ; le corps cellulaire de ces neurones est localisé dans les ganglions spinaux, situés le long de la moelle épinière, à l'extérieur du canal rachidien. 2- les cellules de la névroglie : le terme névroglie recouvre un ensemble de types cellulaires qui assure, notamment, le soutien architectural, trophique et nutritif des neurones. La névroglie du SNC est composée d astrocytres, d oligodendrocytes et d épendymocytes alors que la névroglie du système 9
nerveux périphérique est composée de cellules de Schwann. 3- les macrophages : le système nerveux central accueille une population de macrophages résidents qui proviennent du tissu hématopoïétique. On trouve également des macrophages au niveau du système nerveux périphérique, dans le tissu conjonctif qui est associé aux nerfs périphériques. 4- les cellules souches neurales : depuis une dizaine d années la notion du non renouvellement du tissu nerveux à été remise en cause. On sait en effet qu un faible contingent de cellules souches est présent au niveau du SNC et participe non seulement au développement, mais également au renouvellement permanent du tissu nerveux et, le cas échéant, à sa régénérescence. 10
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