Introduction à la Structure Cellulaire

La cellule est l'unité fonctionnelle de la vie, séparée de son environnement par une membrane plasmique.
La théorie cellulaire, formulée par Schleiden et Schwann en 1833, repose sur les observations suivantes:
- Tous les êtres vivants sont constitués d'une ou plusieurs cellules
- Toute cellule provient d'une autre cellule par division cellulaire
- La cellule est une entité autonome capable de réaliser des fonctions nécessaires à sa survie.
- La cellule est individualisée par une membrane plasmique qui contrôle les échanges avec son environnement.
- La cellule contient de l'ADN qui porte l'information pour son fonctionnement et sa reproduction.
La cellule est l'unité structurelle, fonctionnelle et reproductrice.

Organisation Générale des Cellules

Les cellules sont classées en deux catégories: les eucaryotes et les procaryotes.

Cellules Eucaryotes

Présentent un noyau bien défini, délimité par une membrane nucléaire.
Possèdent des organites cellulaires spécialisés, comme les mitochondries, le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, etc.
On distingue deux types principaux de cellules eucaryotes:
- Cellules animales: sans paroi cellulaire ni chloroplastes
- Cellules végétales: avec une paroi cellulaire et des chloroplastes

Cellules Procaryotes

Manquent de noyau défini.
Possèdent un ADN circulaire nu situé dans une zone appelée nucléoïde.
Ont une structure plus simple que les cellules eucaryotes.

Comparaison entre Cellules Eucaryotes et Procaryotes

Ressemblances:
- Toutes les cellules possèdent une membrane plasmique.
- Toutes les cellules contiennent de l'ADN.
- Toutes les cellules peuvent produire des protéines.
Différences:
- Les cellules eucaryotes ont un noyau, alors que les cellules procaryotes n'en ont pas.
- Les cellules eucaryotes ont des organites cellulaires, alors que les cellules procaryotes n'en ont pas.
- Les cellules eucaryotes sont généralement plus grandes que les cellules procaryotes.

Composition Chimique de la Cellule

La cellule est constituée de composants minéraux et organiques.

Constituants Minéraux

Eau: composant principal de la cellule, solvant pour les réactions métaboliques.
Sels minéraux: impliqués dans le maintien de l'équilibre ionique et des gradients de concentration.

Substances Organiques

Glucides: source d'énergie, éléments structurels.
Lipides: réserve énergétique, éléments structurels des membranes.
Protides: protéines, enzymes, hormones, éléments structurels.
Acides nucléiques: ADN et ARN, porteurs de l'information génétique.

Méthodes d’Étude de la Cellule

L'étude de la cellule repose sur des techniques de microscopie et de fractionnement cellulaire.

Microscopie Optique

Microscopie à polarisation: utile pour l'étude des structures biréfringentes.
Microscopie à contraste de phase: permet d'observer les structures transparentes.
Microscopie à fluorescence: utilise des molécules fluorescentes pour visualiser des structures spécifiques.

Microscopie Electronique

Microscopie électronique à transmission (MET): permet d'observer la structure interne de la cellule à haute résolution.
Microscopie électronique à balayage (MEB): permet d'observer la surface de la cellule en 3 dimensions.

Techniques de Fractionnement Cellulaire

Centrifugation: permet de séparer les différents composants de la cellule en fonction de leur densité.
Electrophorèse: permet de séparer les protéines en fonction de leur taille et de leur charge.
Chromatographie: permet de séparer les molécules en fonction de leur affinité pour une phase stationnaire.

Marquage Radioactif et Autoradiographie

Technique de marquage radioactif: utilise des isotopes radioactifs pour suivre le trajet des molécules dans la cellule.
Détection de la radioactivité: permet de visualiser les molécules marquées.

Culture Cellulaire

Permet d'étudier le comportement des cellules en conditions contrôlées.
Intérêt fondamental:
- Étude du cycle cellulaire
- Étude de la différenciation cellulaire
- Tests pharmacologiques
Conditions de culture:
- Milieu de culture adapté
- Température contrôlée
- Atmosphère contrôlée
Immortalisation: processus qui permet aux cellules de se multiplier indéfiniment.

Membrane Plasmique

Fonctions:
- Délimite la cellule et permet de la distinguer de son environnement.
- Régule les échanges entre la cellule et son environnement.
- Participe à la communication cellulaire.
Structure:
- Constituée d'une bicouche lipidique, composée de phospholipides, de cholestérol et de glycolipides.
- Présente des protéines membranaires intégrales et périphériques.
Composition:
- Lipides membranaires:
  - Phospholipides: forment la bicouche lipidique.
  - Cholestérol: augmente la stabilité de la membrane.
  - Glycolipides: impliqués dans la reconnaissance cellulaire.
- Protéines membranaires:
  - Protéines intégrales: traversent la membrane.
  - Protéines périphériques: liées à la surface de la membrane.
- Glucides membranaires:
  - Glycoprotéines: protéines liées à des glucides.
  - Glycolipides: lipides liés à des glucides.
Propriétés:
- Fluidité membranaire: permet à la membrane de se déformer et de s'adapter aux changements de l'environnement.
- Asymétrie des membranes: la composition de la face interne de la membrane est différente de celle de la face externe.
Transports à travers la membrane plasmique:
- Transports passifs: ne nécessitent pas d'énergie.
  - Diffusion simple: molécules traversent la membrane selon leur gradient de concentration.
  - Diffusion facilitée: molécules traversent la membrane avec l'aide de protéines transporteuses.
- Transports actifs: nécessitent de l'énergie.
  - Pompe à ions: transporte des ions contre leur gradient de concentration.
  - Co-transport: le transport d'une molécule est couplé au transport d'une autre molécule.
Transport cytotique:
- Endocytose: processus d'entrée des molécules dans la cellule.
- Exocytose: processus de sortie des molécules de la cellule.
Reconnaissance et adhérence cellulaire:
- Mécanismes:
  - Interactions entre les glycoprotéines et les glycolipides membranaires.
  - Interactions entre les protéines membranaires et les molécules de la matrice extracellulaire.
- Rôles:
  - Formation de tissus et d'organes.
  - Fixation des cellules aux surfaces.
Jonctions cellulaires:
- Jonctions d'ancrage: assurent la cohésion entre les cellules et la matrice extracellulaire.
- Jonctions de type gap (communicantes): permettent la communication entre les cellules.
- Jonctions serrées: empêchent le passage des molécules entre les cellules.