Cellule

Définition

La cellule est l'unité biologique fondamentale des êtres vivants, comprenant nécessairement un noyau baigné dans un liquide, le cytoplasme. Cet ensemble, appelé le protoplasme, est enveloppé par une membrane protectrice qui régule les échanges. La cellule est le plus petit élément d'un organisme dit "vivant".

Une cellule dans son cycle de prophase :

Toutes les cellules, ici de type animal, ont des composants appelés organites ou organelles.

Explications

Une cellule est le bloc de construction de la vie, l'unité de base de la vie pour tous les êtres vivants. Elle se compose d'un territoire cytoplasmique uninucléé (avec un seul noyau), limité par une membrane et, éventuellement, entouré d'une paroi.

Dans le noyau des cellules, une molécule d'ADN est regroupée dans des structures filiformes appelées chromosomes. Chaque chromosome est constitué d'ADN étroitement enroulé plusieurs fois autour de protéines appelées histones qui soutiennent la structure d'une cellule. La cellule, bloc anatomique, morphologique et fonctionnel d'un être vivant, a une taille moyenne de 10 microns et une masse d'environ 1 nanogramme. Toutefois, certaines cellules sont beaucoup plus grandes.

⭐ Si le concept de cellule avec noyau est généralement limité aux êtres eucaryotes, le concept cellulaire est souvent étendu aux procaryotes même si ces organismes n'ont pas de noyaux à proprement parler. Habituellement, une cellule sans noyau est appelée un organite.

Au cours de sa vie, la cellule passe par divers cycles (phases) : prophase, interphase, métaphase, anaphase et télophase. La division cellulaire est une mitose ou une méiose. Collectivement, les cellules sont à l'origine de biogenèses.

En météorologie, voir une supercellule.

En SVT

La cellule est l'unité structurale, fonctionnelle et biologique de base de tous les organismes vivants connus. Sa structure est une membrane cellulaire enveloppant le protoplasme (noyau + cytoplasme). Une cellule est la plus petite unité de vie qui peut se répliquer indépendamment. L'étude des cellules est la biologie cellulaire.

Une cellule dans son cycle de prophase :

Les cellules passent par divers stades de développement au cours de leur formation. Ici, une cellule en prophase.

Autrement dit, la cellule est définie comme l'unité morphologique et fonctionnelle de tout être vivant. Les cellules ont généralement une taille de 10 μm et une masse de 1 ng, bien qu'il existe des cellules beaucoup plus grandes.

La cellule possède une membrane phospholipidique avec une perméabilité sélective. Cette perméabilité maintient un environnement interne hautement ordonné qui se différencie de l'environnement externe en termes de composition, soumis à un contrôle homéostatique, constitué de biomolécules et de certains métaux et électrolytes.

La structure de chaque cellule est activement auto-entretenue par le métabolisme, assurant la coordination de tous les éléments cellulaires et leur perpétuation par réplication à travers un génome codé par des acides nucléiques. La partie de la biologie qui la traite est la cytologie.

✅ Les organismes vivants peuvent être classés en fonction du nombre de cellules qu'ils ont : si l'organisme en a une seule, il est unicellulaire (ex. : protozoaires, bactéries et certains organismes microscopiques); si l'organisme en a plus, il est multicellulaire. Chez les organismes multicellulaires, le nombre de cellules est variable : de quelques centaines, comme chez certains Nématodes, à des centaines de milliards (10^{^14}), comme chez l'être humain.

Voir aussi : la cellule souche, la cellule fille, la cellule différenciée, la cellule totipotente (la potence cellulaire)...

La théorie des cellules, ou théorie cellulaire, proposée en 1838 pour les plantes et en 1839 pour les animaux par Matthias Jakob Schleiden et Theodor Schwann, postule que tous les organismes sont composés de cellules et que toutes les cellules dérivent d'autres précédentes.

⭐ De cette manière, toutes les fonctions vitales émanent de la machinerie cellulaire et de l'interaction entre les cellules adjacentes; en outre, la possession d'informations génétiques, la base de l'héritage, dans son ADN permet la transmission de celle-ci de génération en génération.

Types variés

Il existe deux principaux types de cellules :

• Les procaryotes : qui composent les cellules des archées et des bactéries (cellules bactériennes).
• Les eucaryotes qui sont traditionnellement divisés en animaux (cellules animales) et plantes (cellules végétales), bien que les champignons et les protistes soient également inclus.

Trois grands modèles de cellules (animale, végétale et bactérienne) sont distingués :

• cellule animale : les cellules des animaux sont des cellules eucaryotes qui ont à la fois un noyau lié à la membrane et d'autres organites liés à la membrane. Ces organites remplissent des fonctions spécifiques nécessaires au fonctionnement normal de la cellule.
• cellule végétale : les cellules des végétaux et des animaux sont similaires en ce qu'elles sont toutes deux eucaryotes et ont des types d'organites similaires. Les cellules des végétaux ont tendance à avoir des tailles plus uniformes que les cellules des animaux.
• cellule bactérienne : les cellules des bactéries (typiquement des bacilles) ont la particularité d'avoir des flagelles pour pouvoir se déplacer, mais surtout l'absence de noyau.

Comparaison entre types de cellules animale, végétale et bactérienne :
Les cellules (animales, végétales et bactérienne) diffèrent pour certaines structures, mais toutes ont en point commun la présence de cytoplasme, de matériel chromosomique, et d'une membrane plasmique-paroi cellulaire.

En comparaison, les cellules animales sont des cellules eucaryotes ou des cellules avec un noyau lié à la membrane. Contrairement aux cellules procaryotes, l'ADN des cellules animales est logé dans le noyau.

En plus d'avoir un noyau, les cellules animales contiennent également d'autres organites liés à la membrane, ou de minuscules structures cellulaires, qui remplissent des fonctions spécifiques nécessaires au fonctionnement cellulaire normal.

Les organites ont un large éventail de responsabilités qui vont de la production d'hormones et d'enzymes à la fourniture d'énergie aux cellules animales.

Selon leur fonction spécifique ou emplacement, les cellules sont qualifiées de (en exemples) :

• si elle sécrète quelque chose : cellule sécrétrice
• si elle forme du mucilage : cellule sécrétrice de mucilage
• si elles sont endothéliales dans l'épithélium : cellules épithéliales
• si elles sont dans l'endothélium : cellules endothéliales

Une empéripoïèse précise qu'il y a présence d'une cellule à l'intérieur d'une autre. Le biovolume mesure le volume de cellules dans une quantité unitaire d'eau.

Anatomie cellulaire

Les cellules sont constituées d'un protoplasme enfermé à l'intérieur d'une membrane, qui contient de nombreuses molécules biologiques telles que les protéines et les acides nucléiques.

Les organismes unicellulaires sont constitués d'une seule cellule (ex. : la plupart des bactéries) ou multicellulaires (ex. : plantes Plantae et animaux Animalia).

Bien que le nombre de cellules dans les plantes et les animaux varie d'une espèce à l'autre, les humains contiennent environ 100 billions (10^{^14}) de cellules. La plupart des cellules végétales et animales ne sont visibles que sous un microscope, avec des dimensions comprises entre 1 et 100 micromètres.

Chez les végétaux, les bactéries et les champignons, les cellules sont entourées d'une paroi.

Chez les algues rouges, bien que les unités anatomiques comportent souvent plusieurs noyaux, on les nomme malgré tout généralement "cellules": Pourtant, stricto sensu, elles sont des syncytiums.

Deux niveaux d'organisation existent : la cellule procaryote des Archées et des eubactéries, sans noyau, est plus petite et plus simple que la cellule eucaryote qui possède un noyau, chez tous les autres organismes.

Toutes les cellule ont un cytoplasme limité par une membrane plasmique, et de l'ADN dans un noyau ou non. Elles peuvent être isolées (organismes unicellulaires) ou groupées (organismes pluricellulaires).

Les cellules ont des formes et des tailles très variées, des spécialisations diverses selon leur position dans l'organisme ou selon le milieu dans lequel elles se trouvent.

Caractéristiques

Les cellules, en tant que systèmes thermodynamiques complexes, possèdent une série d'éléments structurels et fonctionnels communs qui permettent leur survie. Néanmoins, les différents types de cellules présentent des modifications de ces caractéristiques communes qui permettent leur spécialisation fonctionnelle et donc le gain en complexité.

Étude de la cellule animale :

Les composants d'une cellule animale donnent ses caractéristiques.

Les exemples de structure cellulaire et d'organite incluent : les mitochondries, les centrioles et les centrosomes, le complexe de Golgi, les microtubules, les nucléopores, les peroxysomes, les ribosomes, les lysosomes et les réticulums endoplasmiques.

De cette façon, les cellules restent hautement organisées aux dépens de l'augmentation de l'entropie de l'environnement, une des exigences de la vie.

Les animaux contiennent généralement des milliards de cellules. Par exemple, les humains possèdent également des centaines de types cellulaires différents. La forme, la taille et la structure des cellules vont de pair avec leur fonction spécifique.

Étude des cellules

Les biologistes utilisent divers instruments pour acquérir la connaissance des cellules. Ils obtiennent des informations sur leurs formes, leurs tailles et leurs composants, ce qui les aide à comprendre également les fonctions qui y sont exercées.

Depuis les premières observations de cellules, il y a plus de 300 ans, jusqu'à présent, des techniques et des dispositifs ont été perfectionnés, donnant naissance à une autre branche de la biologie : la microscopie.

Compte tenu de la petite taille de la grande majorité des cellules, l'utilisation du microscope présente un intérêt considérable pour la recherche biologique. À l'heure actuelle, les biologistes utilisent deux types de microscope de base : l'optique et l'électronique.

Communication cellulaire

Les cellules utilisent une variété de mécanismes pour communiquer sur de longues distances. Les informations peuvent être transmises à des organes distants par de petites protéines ou des molécules organiques qui se déplacent vers des récepteurs spécifiques sur des sites cibles.

Alternativement, les informations peuvent être transmises par de longues extensions cellulaires telles que les axones.

Ces processus neuronaux assure la transduction des signaux entre le terminal nerveux et le corps cellulaire en transportant activement des ligands "endocytosés" ou en conduisant des courants électriques.

La communication à longue distance est également impliquée dans le développement des cellules épithéliales, puisque leur croissance est contrôlée par des centres de signalisation qui peuvent être situés à plus de 100 μm. Cependant, les mécanismes qui relient ces cellules aux centres de signalisation ne sont pas compris.

Par exemple, dans le disque imaginal de l'aile de la drosophile, deux protéines, Hedgehog (Hh) et Decapentaplegic (Dpp), assurent les fonctions de signalisation respectives de la bordure du compartiment et du centre de signalisation qu'elle génère. Ces protéines impliquent des ligands, des morphogènes et des cytonèmes.

Cellule et ADN

L'ADN est une molécule active; il doit être répliqué (copié) lorsqu'une cellule est prête à se diviser, et il doit être "lu" pour produire les molécules, telles que les protéines, nécessaires à l'exécution des fonctions de la cellule. Pour cette raison, l'ADN est protégé et conditionné de manière très spécifique.

De plus, les molécules d'ADN peuvent être très longues. Étirées bout à bout, les molécules d'ADN d'une seule cellule humaine atteindraient une longueur d'environ 2 m. Ainsi, l'ADN d'une cellule doit être conditionné de manière très ordonnée pour s'adapter et fonctionner dans une structure (la cellule) qui n'est pas visible à l'oeil nu.

L'information génétique stockée dans l'ADN d'un organisme contient les instructions pour toutes les protéines que l'organisme synthétisera un jour. Chez les eucaryotes, l'ADN est contenu dans le noyau cellulaire.

⭐ De la cellule unique des bactéries aux milliers de milliards chez les humains, les cellules, souvent appelées les "éléments constitutifs de la vie", constituent tous les êtres vivants.

Chacune de ces cellules est une structure discrète entourée d'une membrane cellulaire et remplie d'une solution épaisse appelée cytoplasme. Dans les cellules humaines, la majeure partie de l'ADN se trouve dans un compartiment de la cellule appelé noyau. C'est ce qu'on appelle l'ADN nucléaire.

Origine et histoire

Les cellules sont apparues sur Terre il y a au moins 3,5 milliards d'années. La cellule a été découverte par le physicien anglais Robert Hooke (1635–1703) en 1665.

La première cellule de Robert Hooke en 1665 :

La première cellule découverte par Hooke en 1665 était une microscopie de suber.

La théorie cellulaire, d'abord développée en 1839 par Matthias Jakob Schleiden et Theodor Schwann, stipule que tous les organismes sont composés d'une ou plusieurs cellules, que toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes, que les fonctions vitales d'un organisme interviennent dans les cellules.

Toutes les cellules contiennent l'information héréditaire nécessaire pour la régulation des fonctions cellulaires et pour transmettre des informations à la prochaine génération de cellules.

L'histoire de la biologie cellulaire a été liée au développement technologique susceptible de soutenir son étude.

De cette manière, la première approche de sa morphologie commence avec la popularisation du microscope rudimentaire des lentilles composites au 17^ème siècle, complétée par diverses techniques histologiques pour la microscopie optique aux 19^ème et 20^ème siècles et atteint un niveau de résolution supérieur grâce à des études de microscopie électronique, fluorescence et confocale, entre autres, déjà au 20^ème siècle.

Le développement d'outils moléculaires, basés sur la manipulation d'acides nucléiques et d'enzymes, a permis une analyse plus exhaustive au cours du 20^ème siècle.

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