Organisation cellulaire

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Classe(s) : Tle ST2S | Thème(s) : Organisation cellulaire

Organisation cellulaire

A l’échelle macroscopique, le corps humain comporte des organes regroupés en appareils chargés d’assurer une fonction (respiration, digestion, etc.). Au laboratoire d’histopathologie, les spécialistes analysent la morphologie et l’agencement des cellules sur des biopsies, des prélèvements de tissus réalisés chez patients, pour détecter d’éventuelles anomalies.

1Notion de tissu

A Organisation tissulaire : exemple de la muqueuse trachéale


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Une muqueuse est un ensemble de deux tissus, épithélium et tissu conjonctif lâche (également appelé chorion), tapissant une cavité du corps ouverte sur l’extérieur.

L’organisation des cellules dans un tissu est liée à la fonction de ce tissu. Par exemple, l’épithélium trachéal est d’abord protecteur : il comporte des cellules jointives constituant un film continu. Quelques cellules à mucus sont intercalées entre des cellules ciliées. Le mucus sécrété permet d’épurer l’air en fixant les poussières. Il est mis en mouvement vers le pharynx grâce aux battements ciliaires.

Le tissu conjonctif est situé en dessous de la lame basale, c’est un tissu de liaison. Il est constitué de cellules isolées dans une matrice acellulaire riche en fibres. Il comporte des vaisseaux sanguins assurant la nutrition des cellules conjonctives et de l’épithélium.

Les mots à savoir

Appareil ou système : ensemble d’organes concourant à une même fonction. Les organes d’un appareil sont généralement regroupés de manière à coordonner leurs actions.

Organe : unité anatomique comportant au moins deux tissus primaires et assurant une fonction spécifique. Par exemple, la trachée, la bronche droite, le poumon droit sont des organes.

Tissu (racine histo-) : ensemble de cellules différenciées, généralement semblables, organisées pour assurer une fonction.

Cellule (racine cyto- ou suffixe -cyte) : unité structurale et fonctionnelle du vivant.

Noyau (racines nucléo- et caryo-) : organite cellulaire stockant le matériel génétique.

B Les quatre tissus primaires


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2Structure des cellules


Structure cellulaire

Organisation de la cellule étudiée au microscope optique. Le microscope optique permet d’observer des cellules colorées, éventuellement des cellules vivantes. En revanche, il ne permet pas l’étude précise des organites du cytoplasme.

La cellule est un petit volume dont le diamètre est de l’ordre de quelques dizaines de micromètres. La cellule eucaryote est limitée par une membrane plasmique et contient un cytoplasme avec un noyau.

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La membrane plasmique délimite la cellule et contrôle les échanges avec le milieu extracellulaire ; elle est souple, ce qui autorise certaines déformations. Elle permet la communication avec les autres cellules par l’intermédiaire de molécules (hormones par exemple) ou de phénomènes électriques (cas du neurone).

Le cytoplasme est le milieu riche en eau où se produisent les réactions du vivant. Sa texture apparaît granuleuse du fait de la présence d’organites.

Le noyau stocke le matériel génétique (aisément colorable) et permet son expression (synthèse des protéines).

Les cellules sont différenciées, c’est-à-dire spécialisées dans une fonction.

Chaque cellule possède une forme définie et des caractéristiques cytoplasmiques propres. Il n’y a pas une cellule type mais 200 types de cellules différenciées dans le corps humain.

3Ultrastructure des cellules


L’ultrastructure est étudiée au microscope électronique à transmission (MET). La préparation, en coupe ultrafine, est traversée par un faisceau d’électrons. Sur l’image obtenue, les régions en noir sont opaques aux électrons et les zones blanches sont transparentes. L’intérêt de la MET vient de sa résolution : on peut en effet voir des détails de l’ordre du nanomètre (10-9 m).

Ultrastructure cellulaire

Son étude révèle que toutes les cellules comportent les mêmes organites cytoplasmiques, mais en proportion variable selon la spécialisation de la cellule.

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En (1) le noyau : organite volumineux, souvent sphérique, délimité par l’enveloppe nucléaire (10). Celle-ci est constituée de 2 membranes juxtaposées, équivalentes à un élément de réticulum (4) et comporte des pores (11). Le nucléoplasme correspond à une zone transparente aux électrons ; il apparaît en blanc sur la figure 3. C’est un gel équivalant au cytosol, mais de composition différente. Le noyau comporte de la chromatine (8). La chromatine stocke le matériel génétique (molécules d’ADN) et permet son expression lors de la synthèse des protéines. Le noyau comporte un nucléole (9) correspondant à la zone de production des ribosomes.

En (2) la membrane cellulaire ou membrane plasmique limite la cellule. Elle est très fine, 7 à 8 nm d’épaisseur. Sa surface est irrégulière, avec des évaginations et des invaginations. De nombreuses membranes sont présentes dans le cytoplasme ; elles délimitent les organites. Certaines de ces membranes peuvent se former à partir de la membrane plasmique ou fusionner avec elle (vésicules repérées en (5) notamment).

En (3) les mitochondries sont des organites de forme variable, d’environ 1 µm de diamètre. Elles sont assimilées à des centrales énergétiques cellulaires ; plus une cellule est active, plus elle contient de mitochondries. La matrice comporte des enzymes permettant la dégradation des substrats énergétiques. Les crêtes sont le siège de la respiration cellulaire ; c’est à ce niveau que se fait l’utilisation d’O2 par la cellule.

En (4) et (12), le réticulum se présente en coupe sous forme d’un espace délimité par deux membranes et constitue un réseau dans la cellule. Lorsque le réticulum comporte des ribosomes sur sa face externe, côté cytosol, il est dit « granulaire » (acronyme REG). Le REG assure la synthèse des protéines non destinées au cytosol.

Ces protéines sont ensuite dirigées vers l’appareil de Golgi (6). Quand il ne porte pas de ribosome (12), le réticulum est dit « lisse », (acronyme REL). Le REL assure la synthèse des lipides.

En (5) les vésicules cytoplasmiques, de forme, taille et contenu variable sont limitées par une membrane et servent à stocker des constituants à l’écart du cytosol. En fonction de ce contenu et de leur origine, on distingue différents types de vésicules :

– les vésicules de sécrétion qui contiennent des substances en attente d’être sécrétées. Elles sont destinées à l’exocytose, c’est-à-dire à fusionner avec la membrane plasmique pour déverser leur contenu dans le milieu extracellulaire ;

– les endosomes qui proviennent de l’invagination de la membrane plasmique, par endocytose. Elles contiennent des constituants du milieu extracellulaire ;

– les lysosomes qui contiennent des enzymes hydrolytiques, destinées à fusionner avec d’autres vésicules, les endosomes par exemple, pour former des vésicules de digestion.

En (6), l’appareil de Golgi peut comporter 1 ou plusieurs empilements de 3 à 4 saccules aplatis. Il se forme à partir d’éléments de réticulum et se dissocie en libérant des vésicules golgiennes. Durant leur transit dans les saccules golgiens, les protéines provenant du réticulum peuvent subir des modifications et sont soumises à un tri. En fonction de leur nature et de leur destination, elles sont regroupées dans un type de vésicules. Ainsi, une vésicule de sécrétion et un lysosome auront des contenus protéiques très différents.

En (7), le cytosol ou hyaloplasme est une solution aqueuse de texture gélifiée. Le cytosol est le milieu réactionnel, riche en enzymes, où se produisent de nombreuses réactions du métabolisme. Il peut comporter des substances de réserves, granules de glycogène ou gouttelettes lipidiques. On trouve de très nombreuses particules de ribosomes, d’un diamètre de 20 à 30 nm, dans le cytosol. Elles permettent la synthèse des protéines et, le cas échéant, elles s’attachent sur les membranes du réticulum (REG). Le cytosol abrite aussi le cytosquelette, ensemble de protéines fibreuses donnant la forme à la cellule. Les protéines du cytosquelette interviennent dans la déformation des cellules et la motricité cellulaire.

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4De la cellule aux molécules : exemple de la membrane

A Constituants membranaires


Les membranes comportent en masse environ 50 % de protéines et autant de lipides. Les protéines sont des macromolécules. Leur masse moléculaire est très élevée et elles présentent une conformation globulaire. Les lipides sont des molécules beaucoup plus petites et sont prépondérants en nombre. Il y a 2 types de lipides : les phospholipides, qui sont majoritaires, et le cholestérol qui représente moins de 25 % des lipides membranaires. Les molécules de lipides comportent 2 pôles : un pôle hydrophile qui tend à attirer l’eau et un pôle hydrophobe qui repousse l’eau. Conséquence : les parties hydrophobes se rassemblent et les lipides se disposent en double couche.

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Les molécules de lipides sont juxtaposées et forment un film dont l’épaisseur correspond à deux fois la longueur des molécules lipidiques, soit environ 7 nm. Ce film lipidique, dans lequel sont insérées des protéines, est fluide à 37 °C. Les protéines peuvent donc se déformer et se déplacer dans les lipides, d’où l’appellation de mosaïque fluide donnée au modèle.

Les propriétés de la membrane sont directement en lien avec les caractéristiques des molécules qui la constituent. Les lipides constituent une barrière imperméable à l’eau et aux molécules solubles dans l’eau, le film lipidique fait office de frontière pour la cellule. A priori, il ne laisse passer que les molécules hydrophobes, insolubles dans l’eau. Les protéines membranaires ont des fonctions spécifiques :

– certaines interviennent dans le transport de molécules : elles peuvent constituer un canal laissant passer des substances de manière sélective (influence de la taille, de la charge) ou bien ce sont des transporteurs. La protéine transporteur prend en charge la molécule d’un côté de la membrane, la fait traverser et la libère de l’autre côté ;

– d’autres sont des récepteurs : par exemple, une protéine récepteur fixe de manière très sélective l’hormone sur la face extracellulaire de la membrane et transmet un message vers le cytoplasme ;

– il existe aussi des protéines enzymatiques et des protéines de liaison. Ces dernières permettent l’arrimage des cellules entre elles mais aussi l’arrimage des protéines du cytosquelette. Elles interviennent ainsi dans le maintien de la forme de la cellule et éventuellement dans ses déplacements.

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