L’anatomie et les fonctions des cellules

Communication et reproduction cellulaires (V)

Ainsi qu'on le constate à travers la complexité de son génome et des mécanismes qui contrôlent sa reproduction, la cellule eucaryote est loin d'être un organisme primitif, végétatif ou même passif. Si je voulais caricaturer son état, je dirais qu'elle est aussi intelligente que nous, si ce n'est qu'elle vit à une autre échelle. C'est difficile à imaginer mais une cellule vivante est quelque chose de très élaboré, que l'on peut littéralement comparé à la complexité d'une usine pilotée par ordinateur.

Non seulement une cellule entretien des réactions internes mais elle vit également au contact de ses voisines et du monde extérieur. La membrane plasmique dispose donc de fonctions de reconnaissance du milieu, de zones d’ancrage pour les cellules voisines et de récepteurs pour les messages du monde extérieur. 

La fécondation sexuée.

Le rôle essentiel de cette membrane plasmique est d’assurer une juste pression osmotique afin de faciliter les échanges d’eau et de substances. Cette paroi cellulaire doit également être en bon état et c’est le rôle des vésicules épineuses extraites de l’appareil de Golgi de retapisser régulièrement la membrane, c’est l’exocytose. Inversement, sa perméabilité lui permet d’incorporer de temps en temps des gouttelettes du milieu extérieur, c’est l’endocytose.

Ces mécanismes permettent également de distribuer des substances à travers la cellule ou vers l’extérieur, transférant par fusion avec la membrane puis pincement, des molécules et parfois des virus, qui sont trop volumineux pour diffuser.

Enfin, sur la surface lipidique externe de la membrane cellulaire se trouve des récepteurs constitués de protéines. Au nombre de plusieurs milliers dans une cellule animale, ces récepteurs sont érigés tous les 100 nm environ et permettent aux substances de venir s’accrocher à la paroi cellulaire. Ils permettent à la cellule de réagir avec le monde extérieur, en l’occurrence avec les hormones, les partenaires sexuels ou les ennemis et de déclencher une réaction interne appropriée. Les relations avec les cellules voisines s’établissent d’ordinaire par un ancrage de la structure (desmosomes), une mise en commun partielle des couches lipidiques externes ou encore, comme chez les plantes, par un canal étroit qui traverse la paroi cellulosique (plasmodesme).

Le cycle de la mitose

De haut en bas et de gauche à droite évolution d'une division cellulaire par mitose (un seul parent) : l'interphase, la prophase, ma prométaphase, la métaphase, l'anaphase, la télophase, la citokinèse et l'interphase terminale. Document Cell alive.

La paroi extérieure de la plupart des cellules végétales et animales est constituée d’un complexe de polysaccharides. Chez les plantes supérieures il s’agit de la cellulose. Cette paroi assure la rigidité et la solidité de la cellule mais pose de nombreux problèmes techniques lors des échanges de substances.

La reproduction : mitose et méiose

Bien entendu, la fonction vitale de toute cellule est sa capacité de reproduction. Si théoriquement cela consiste en une duplication de tous les constituants cellulaires, ce mécanisme n’est envisageable que pour les cellules procaryotes. En effet, l’ADN contenu dans une cellule eucaryote est beaucoup plus abondant que celui d’une cellule procaryote. La scission de tous les brins ne peut pas se réaliser en l’espace d’une demi-heure comme on peut le découvrir en observant la division d’une bactérie. La double hélice de l’ADN mesurant plus d’un mètre chez l’être humain et étant mainte fois torsadée, le dénouement de cette inextricable boule de fil serait bien trop long. La division cellulaire s’établit donc sur plusieurs morceaux d’ADN en même temps qui sont ensuite transformés en chromosomes, facilement transférables lors de la méiose.

Quand il s'agit de créer deux cellules filles à partie d'un seul parent comme dans le cas de la division bactérienne, on parle de mitose, cycle au cours duquel les chromosomes sont dupliqués et se séparent. La mitose est divisée en plusieurs phases : l'interphase ou phase G elle-même divisée en trois phases intermédiaires : la mitose proprement dite ou phase M durant laquelle le noyau et le cytoplasmes se divisent,  la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase, le cycle se terminant par la division physique du cytoplasme ou cytocynèse qui scinde la cellule en deux parties.

Chez une cellule eucaryote la mitose dure entre 20 minutes et 24 heures, terme au bout duquel la cellule s'est transformée en deux cellules filles. 

A voir : Fécondation humaine in vitro, Groupe Hospitalier COCHIN

De gauche à droite, la mitose d'une cyanobactérie Nostoc, de cellules d'oursins et d'un embryon de Xénope (grenouille d'Afrique du Sud) au stade 4 cellules (des cellules souches totipotentes). Documents Microscopy, anonyme et IGH/CNRS.

Dans le cas du génome humain la division cellulaire porte le nom de méiose. Elle ressemble à la mitose à la différence près qu'il s'agit d'une division cellulaire réductionnelle. La cellule ne se divise pas à l'identique mais nous assistons à une réduction de moitié du nombre de ses chromosomes en vue de la reproduction : les gamètes (spermatozoïde et ovule) libérés par les parents contiennent chacun 23 chromosomes. Leur fusion redonnera les 46 chromosomes nécessaires à la formation du zygote (embryon). Durant ce processus, la cellule assure un rythme de travail infernal : 100000 éléments doivent être séparés à chaque seconde durant 6 heures puis réassemblés ! A ce rythme il est compréhensible qu'il y ait des erreurs au cours de la réplication et c'est ici qu'interviennent des systèmes de corrections d'erreur, un dispositif très évolué que ne possède pas les virus ce qui explique leurs nombreuses mutations.

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