Comment identifier les structures cellulaires

Les cellules vivantes vont de celles des algues et des bactéries unicellulaires, en passant par les organismes multicellulaires tels que la mousse et les vers, jusqu'aux plantes et animaux complexes, y compris les humains. Certaines structures se trouvent dans toutes les cellules vivantes, mais les organismes unicellulaires et les cellules des plantes et des animaux supérieurs sont également différents à bien des égards. Les microscopes optiques peuvent agrandir les cellules afin que les structures les plus grandes et les plus définies puissent être vues, mais microscopes électroniques à transmission (MET) sont nécessaires pour voir les plus petites structures cellulaires.

Les cellules et leurs structures sont souvent difficiles à identifier car les parois sont assez minces et différentes cellules peuvent avoir une apparence complètement différente. Les cellules et leurs organites ont chacun des caractéristiques qui peuvent être utilisées pour les identifier, et il est utile d'utiliser un grossissement suffisamment élevé pour montrer ces détails.

Par exemple, un microscope optique avec un grossissement de 300X montrera les cellules et certains détails mais pas les petits organites à l'intérieur de la cellule. Pour cela, un TEM est nécessaire. Les MET utilisent des électrons pour créer des images détaillées de minuscules structures en projetant des électrons à travers l'échantillon de tissu et en analysant les motifs lorsque les électrons sortent de l'autre côté. Les images des TEM sont généralement étiquetées avec le type de cellule et le grossissement - une image marquée "tem of human les cellules épithéliales marquées 7900X" sont agrandies 7 900 fois et peuvent montrer les détails des cellules, le noyau et d'autres structure. L'utilisation de microscopes optiques pour des cellules entières et de MET pour des caractéristiques plus petites permet une identification fiable et précise des structures cellulaires les plus insaisissables.

Les micrographies sont les images agrandies obtenues à partir de microscopes optiques et de MET. Les micrographies cellulaires sont souvent prises à partir d'échantillons de tissus et montrent une masse continue de cellules et de structures internes difficiles à identifier individuellement. Typiquement, ces micrographies montrent beaucoup de lignes, de points, de taches et d'amas qui composent la cellule et ses organites. Une approche systématique est nécessaire pour identifier les différentes parties.

Il est utile de savoir ce qui distingue les différentes structures cellulaires. Les cellules elles-mêmes sont le plus grand corps fermé de la micrographie, mais à l'intérieur des cellules se trouvent de nombreuses structures différentes, chacune avec son propre ensemble de caractéristiques d'identification. Une approche de haut niveau où des limites fermées sont identifiées et des formes fermées sont trouvées permet d'isoler les composants sur l'image. Il est alors possible d'identifier chaque pièce distincte en recherchant des caractéristiques uniques.

Parmi les structures cellulaires les plus difficiles à identifier correctement figurent les minuscules organites liés à la membrane au sein de chaque cellule. Ces structures sont importantes pour les fonctions cellulaires et la plupart sont de petits sacs de matière cellulaire tels que des protéines, des enzymes, des glucides et des graisses. Ils ont tous leur propre rôle à jouer dans la cellule et représentent une partie importante de l'étude cellulaire et de l'identification de la structure cellulaire.

Toutes les cellules n'ont pas tous les types d'organites et leur nombre varie considérablement. La plupart des organites sont si petits qu'ils ne peuvent être identifiés que sur des images MET d'organites. Bien que la forme et la taille aident à distinguer certains organites, il est généralement nécessaire de voir la structure intérieure pour être sûr du type d'organite représenté. Comme pour les autres structures cellulaires et pour la cellule dans son ensemble, les particularités de chaque organite facilitent l'identification.

Par rapport aux autres sujets trouvés dans les micrographies cellulaires, les cellules sont de loin les plus grandes, mais leurs limites sont souvent étonnamment difficiles à trouver. Les cellules bactériennes sont indépendantes et ont une paroi cellulaire relativement épaisse, de sorte qu'elles peuvent généralement être vues facilement. Toutes les autres cellules, en particulier celles des tissus des animaux supérieurs, n'ont qu'une fine membrane cellulaire et aucune paroi cellulaire. Sur les micrographies de tissus, il n'y a souvent que de faibles lignes montrant les membranes cellulaires et les limites de chaque cellule.

Les cellules ont deux caractéristiques qui facilitent leur identification. Toutes les cellules ont une membrane cellulaire continue qui les entoure, et la membrane cellulaire renferme un certain nombre d'autres structures minuscules. Une fois qu'une telle membrane continue est trouvée et qu'elle renferme de nombreux autres corps qui ont chacun leur propre structure interne, cette zone fermée peut être identifiée comme une cellule. Une fois que l'identité d'une cellule est claire, l'identification des structures intérieures peut se poursuivre.

Toutes les cellules n'ont pas de noyau, mais la plupart de celles des tissus animaux et végétaux en ont un. Les organismes unicellulaires tels que les bactéries n'ont pas de noyau, et certaines cellules animales telles que les globules rouges matures humains n'en ont pas non plus. D'autres cellules communes telles que les cellules du foie, les cellules musculaires et les cellules de la peau ont toutes un noyau clairement défini à l'intérieur de la membrane cellulaire.

Le noyau est le plus gros corps à l'intérieur de la cellule, et il a généralement une forme plus ou moins ronde. Contrairement à la cellule, il n'y a pas beaucoup de structures à l'intérieur. Le plus gros objet du noyau est le nucléole rond qui est responsable de la fabrication des ribosomes. Si le grossissement est suffisamment élevé, les structures vermiformes des chromosomes à l'intérieur du noyau peuvent être observées, en particulier lorsque la cellule se prépare à se diviser.

Les ribosomes sont de minuscules amas de protéines et d'ARN ribosomique, le code selon lequel les protéines sont fabriquées. Ils peuvent être identifiés par leur absence de membrane et par leur petite taille. Dans les micrographies des organites cellulaires, ils ressemblent à de petits grains de matière solide, et il y a beaucoup de ces grains dispersés dans toute la cellule.

Certains ribosomes sont attachés au réticulum endoplasmique, une série de plis et de tubules près du noyau. Ces ribosomes aident la cellule à produire des protéines spécialisées. À très fort grossissement, il peut être possible de voir que les ribosomes sont constitués de deux sections, la plus grande partie composée d'ARN et un plus petit groupe constitué des protéines fabriquées.

Présent uniquement dans les cellules qui ont un noyau, le réticulum endoplasmique est une structure composée de sacs et de tubes repliés situés entre le noyau et la membrane cellulaire. Il aide la cellule à gérer l'échange de protéines entre la cellule et le noyau, et il possède des ribosomes attachés à une section appelée réticulum endoplasmique rugueux.

Le réticulum endoplasmique rugueux et ses ribosomes produisent des enzymes spécifiques aux cellules telles que l'insuline dans les cellules du pancréas et des anticorps pour les globules blancs. Le réticulum endoplasmique lisse n'a pas de ribosomes attachés et produit des glucides et des lipides qui aident à maintenir les membranes cellulaires intactes. Les deux parties du réticulum endoplasmique peuvent être identifiées par leur connexion au noyau de la cellule.

Les mitochondries sont les centrales électriques de la cellule, digérant le glucose pour produire la molécule de stockage ATP que les cellules utilisent pour l'énergie. L'organite est composé d'une membrane externe lisse et d'une membrane interne pliée. La production d'énergie se fait par un transfert de molécules à travers la membrane interne. Le nombre de mitochondries dans une cellule dépend de la fonction cellulaire. Les cellules musculaires, par exemple, ont de nombreuses mitochondries car elles consomment beaucoup d'énergie.

Les mitochondries peuvent être identifiées comme des corps lisses et allongés qui sont le deuxième plus grand organite après le noyau. Leur caractéristique distinctive est la membrane interne pliée qui donne à l'intérieur des mitochondries sa structure. Sur une micrographie cellulaire, les plis de la membrane interne ressemblent à des doigts faisant saillie à l'intérieur des mitochondries.

Les lysosomes sont plus petits que les mitochondries, ils ne peuvent donc être vus que sur des images MET fortement agrandies. Ils se distinguent des ribosomes par la membrane qui contient leurs enzymes digestives. Ils peuvent souvent être considérés comme des formes arrondies ou sphériques, mais ils peuvent également avoir des formes irrégulières lorsqu'ils ont entouré un déchet cellulaire.

La fonction des lysosomes est de digérer la matière cellulaire qui n'est plus nécessaire. Les fragments cellulaires sont décomposés et expulsés de la cellule. Les lysosomes attaquent également les substances étrangères qui pénètrent dans la cellule et constituent ainsi une défense contre les bactéries et les virus.

Les corps de Golgi ou les structures de Golgi sont des piles de sacs et de tubes aplatis qui semblent avoir été pincés ensemble au milieu. Chaque sac est entouré d'une membrane visible sous un grossissement suffisant. Ils ressemblent parfois à une version plus petite du réticulum endoplasmique, mais ce sont des corps séparés qui sont plus réguliers et ne sont pas attachés au noyau. Les corps de Golgi aident à produire des lysosomes et à convertir les protéines en enzymes et hormones.

Les centrioles viennent par paires et se trouvent généralement près du noyau. Ce sont de minuscules faisceaux cylindriques de protéines et sont la clé de la division cellulaire. Lors de la visualisation de nombreuses cellules, certaines peuvent être en train de se diviser et les centrioles deviennent alors très proéminents.

Lors de la division, le noyau cellulaire se dissout et l'ADN présent dans les chromosomes est dupliqué. Les centrioles créent alors un fuseau de fibres le long duquel les chromosomes migrent vers les extrémités opposées de la cellule. La cellule peut alors se diviser, chaque cellule fille recevant un complément complet de chromosomes. Au cours de ce processus, les centrioles sont à chaque extrémité du fuseau de fibres.

Toutes les cellules doivent conserver une certaine forme, mais certaines doivent rester rigides tandis que d'autres peuvent être plus flexibles. La cellule conserve sa forme avec un cytosquelette composé de différents éléments structurels en fonction de la fonction cellulaire. Si la cellule fait partie d'une structure plus vaste telle qu'un organe qui doit conserver sa forme, le cytosquelette est constitué de tubules rigides. Si la cellule est laissée céder sous la pression et n'a pas à garder sa forme complètement, le cytosquelette est plus léger, plus flexible et constitué de filaments protéiques.

Lors de la visualisation de la cellule sur une micrographie, le cytosquelette apparaît sous la forme de lignes doubles épaisses dans le cas des tubules et de lignes simples minces pour les filaments. Certaines cellules peuvent n'avoir pratiquement pas de telles lignes, mais dans d'autres, des espaces ouverts peuvent être remplis par le cytosquelette. Lors de l'identification des structures cellulaires, il est important de maintenir les membranes des organites séparées en traçant leur circuit fermé tandis que les lignes du cytosquelette sont ouvertes et traversent la cellule.

Pour une identification complète de toutes les structures cellulaires, plusieurs micrographies sont nécessaires. Ceux montrant la cellule entière, ou plusieurs cellules, n'auront pas assez de détails pour les plus petites structures comme les chromosomes. Plusieurs micrographies d'organites avec un grossissement progressivement plus élevé montreront les plus grandes structures telles que les mitochondries, puis les plus petits corps tels que les centrioles.

Lors de l'examen initial d'un échantillon de tissu agrandi, il peut être difficile de voir immédiatement les différentes structures cellulaires, mais le traçage des membranes cellulaires est un bon début. L'identification du noyau et des organites plus gros tels que les mitochondries est souvent la prochaine étape. Dans les micrographies à plus fort grossissement, les autres organites peuvent souvent être identifiés par un processus d'élimination, à la recherche de caractéristiques distinctives clés. Les numéros de chaque organite et structure donnent alors un indice sur la fonction de la cellule et de ses tissus.