A quoi servent toutes les parties d'une cellule ?

Les cellules sont les éléments de base de la vie. Moins poétiquement, ce sont les plus petites unités d'êtres vivants qui conservent toutes les propriétés de base associées à la vie elle-même (par exemple, la synthèse des protéines, la consommation de carburant et le matériel génétique). En conséquence, malgré leur petite taille, les cellules doivent remplir une grande variété de fonctions, à la fois coordonnées et indépendantes. Cela signifie à son tour qu'ils doivent contenir un large éventail de parties physiques distinctes.

La plupart des organismes procaryotes ne sont constitués que d'une seule cellule, alors que les corps des eucaryotes comme vous en contiennent des milliards. Les cellules eucaryotes contiennent des structures spécialisées appelées organites, qui comprennent une membrane similaire à celle entourant la cellule entière. Ces organites sont les troupes au sol de la cellule, s'assurant en permanence que tous les besoins de la cellule sont satisfaits à chaque instant.

Toutes les cellules contiennent, au minimum, une membrane cellulaire, du matériel génétique et un cytoplasme, également appelé cytosol. Ce matériel génétique est l'acide désoxyribonucléique, ou ADN. Chez les procaryotes, l'ADN est regroupé dans une partie du cytoplasme, mais il n'est pas entouré d'une membrane car seuls les eucaryotes ont un noyau. Toutes les cellules ont une membrane cellulaire constituée d'une bicouche phospholipidique; les cellules procaryotes ont une paroi cellulaire directement à l'extérieur de la membrane cellulaire pour une stabilité et une protection accrues. Les cellules des plantes, qui avec les champignons et les animaux sont des eucaryotes, ont également des parois cellulaires.

Toutes les cellules ont également des ribosomes. Chez les procaryotes, ceux-ci flottent librement dans le cytoplasme; chez les eucaryotes, ils sont généralement liés au réticulum endoplasmique. Les ribosomes sont souvent classés comme un type d'organite, mais dans certains schémas, ils ne sont pas qualifiés en tant que tels car ils n'ont pas de membrane. Le fait de ne pas étiqueter les organites des ribosomes rend cohérent le schéma « seuls les eucaryotes ont des organites ». Ces organites eucaryotes comprennent, outre le réticulum endoplasmique, les mitochondries (ou chez les plantes, les chloroplastes), les corps de Golgi, les lysosomes, les vacuoles et le cytosquelette.

La membrane cellulaire, également appelée membrane plasmique, est une frontière physique entre l'environnement interne de la cellule et le monde extérieur. Cependant, ne confondez pas cette évaluation de base avec la suggestion que le rôle de la membrane cellulaire est simplement protecteur, ou que la membrane est simplement une sorte de ligne de propriété arbitraire. Cette caractéristique de toutes les cellules, procaryotes comme eucaryotes, est le produit de quelques milliards d'années d'évolution et est en fait une merveille multifonctionnelle et dynamique qui fonctionne sans doute plus comme une entité dotée d'une véritable intelligence que comme un simple barrière.

La membrane cellulaire est constituée d'une bicouche phospholipidique, ce qui signifie qu'elle est composée de deux couches identiques composées de molécules de phospholipides (ou plus exactement de phosphoglycérolipides). Chaque couche est asymétrique, constituée de molécules individuelles qui ont une relation avec les calmars ou avec des ballons portant quelques glands. Les "têtes" sont les portions de phosphate, qui ont un net déséquilibre de charge électrochimique et sont donc considérées comme polaires. Étant donné que l'eau est également polaire et que les molécules ayant des propriétés électrochimiques similaires ont tendance à s'agréger, cette partie du phospholipide est considérée comme hydrophile. Les "queues" sont des lipides, en particulier une paire d'acides gras. Contrairement aux phosphates, ceux-ci sont non chargés et donc hydrophobes. Le phosphate est attaché à un côté d'un résidu de glycérol à trois carbones au milieu de la molécule, et les deux acides gras sont liés à l'autre côté.

Parce que les queues lipidiques hydrophobes s'associent spontanément les unes aux autres en solution, la bicouche est mise en place de telle sorte que les deux les couches de phosphate sont tournées vers l'extérieur et vers l'intérieur de la cellule, tandis que les deux couches lipidiques se mélangent à l'intérieur de la bicouche. Cela signifie que les doubles membranes sont alignées comme des images miroir, comme les deux côtés de votre corps.

La membrane n'empêche pas simplement les substances nocives d'atteindre l'intérieur. Il est sélectivement perméable, laissant entrer les substances vitales mais en interdisant les autres, comme le videur d'une boîte de nuit branchée. Il permet également sélectivement l'éjection des déchets. Certaines protéines intégrées dans la membrane agissent comme des pompes à ions pour maintenir l'équilibre (équilibre chimique) au sein de la cellule.

Le cytoplasme cellulaire, également appelé cytosol, représente le ragoût dans lequel les divers composants de la cellule « nagent ». Toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes, ont un cytoplasme, sans lequel la cellule ne pourrait pas avoir plus d'intégrité structurelle qu'un ballon vide.

Si vous avez déjà vu un dessert à la gélatine avec des morceaux de fruits incrustés à l'intérieur, vous pourriez penser à la gélatine lui-même en tant que cytoplasme, le fruit en tant qu'organites et le plat contenant la gélatine en tant que membrane cellulaire ou cellule mur. La consistance du cytoplasme est aqueuse, et il est également appelé matrice. Quel que soit le type de cellule en question, le cytoplasme contient une densité beaucoup plus élevée de protéines et de « machines » moléculaires que l'eau de mer ou tout autre élément non vivant. l'environnement, qui témoigne du travail que fait la membrane cellulaire pour maintenir l'homéostasie (un autre mot pour « l'équilibre » appliqué aux êtres vivants) à l'intérieur cellules.

Chez les procaryotes, le matériel génétique de la cellule, l'ADN qu'il utilise pour se reproduire ainsi que pour diriger le reste de la cellule pour fabriquer des produits protéiques pour l'organisme vivant, se trouve dans le cytoplasme. Chez les eucaryotes, il est enfermé dans une structure appelée noyau.

Le noyau est délimité du cytoplasme par une enveloppe nucléaire, qui est physiquement similaire à la membrane plasmique de la cellule. L'enveloppe nucléaire contient des pores nucléaires qui permettent l'entrée et la sortie de certaines molécules. Cet organite est le plus grand de toutes les cellules, représentant jusqu'à 10 pour cent du volume d'une cellule, et est facilement visible à l'aide de n'importe quel microscope suffisamment puissant pour révéler les cellules elles-mêmes. Les scientifiques connaissent l'existence du noyau depuis les années 1830.

À l'intérieur du noyau se trouve la chromatine, le nom de la forme que prend l'ADN lorsque la cellule ne se prépare pas à se diviser: enroulée, mais non séparée en chromosomes qui semblent distincts à la microscopie. Le nucléole est la partie du noyau contenant l'ADN recombinant (ADNr), l'ADN dédié à la synthèse d'ARN ribosomique (ARNr). Enfin, le nucléoplasme est une substance aqueuse à l'intérieur de l'enveloppe nucléaire qui est analogue au cytoplasme de la cellule proprement dite.

En plus de stocker le matériel génétique, le noyau détermine quand la cellule se divisera et se reproduira.

Les mitochondries se trouvent chez les eucaryotes animaux et représentent les « centrales énergétiques » des cellules, car ces organites oblongs sont le lieu où se déroule la respiration aérobie. La respiration aérobie génère 36 à 38 molécules d'ATP ou d'adénosine triphosphate (la principale source d'énergie des cellules) pour chaque molécule de glucose (le carburant ultime du corps) qu'elle consomme; la glycolyse, d'autre part, qui ne nécessite pas d'oxygène pour se dérouler, ne génère qu'environ un dixième de cette quantité d'énergie (4 ATP par molécule de glucose). Les bactéries peuvent se débrouiller uniquement avec la glycolyse, mais pas les eucaryotes.

La respiration aérobie se déroule en deux étapes, à deux endroits différents au sein des mitochondries. La première étape est le cycle de Krebs, une série de réactions qui se produisent sur la matrice mitochondriale, qui s'apparente au nucléoplasme ou au cytoplasme ailleurs. Dans le cycle de Krebs – également appelé cycle de l'acide citrique ou cycle de l'acide tricarboxylique – deux molécules de pyruvate, une molécule à trois carbones produite en glycolyse, entre dans la matrice pour chaque molécule de glucose à six carbones consommé. Là, le pyruvate subit un cycle de réactions qui génèrent du matériel pour d'autres cycles de Krebs et, plus important, porteurs d'électrons à haute énergie pour la prochaine étape du métabolisme aérobie, le transport d'électrons chaîne. Ces réactions ont lieu sur la membrane mitochondriale et sont le moyen par lequel les molécules d'ATP sont libérées lors de la respiration aérobie.

Les animaux, les plantes et les champignons sont les eucaryotes les plus connus qui habitent actuellement la Terre. Alors que les animaux utilisent le glucose et l'oxygène pour produire du carburant, de l'eau et du dioxyde de carbone, les plantes utilisent l'eau, le dioxyde de carbone et l'énergie du soleil pour alimenter la fabrication d'oxygène et de glucose. Si cet arrangement ne ressemble pas à une coïncidence, ce n'est pas le cas; le processus que les usines utilisent pour leurs besoins métaboliques s'appelle la photosynthèse, et c'est essentiellement la respiration aérobie qui s'exécute exactement dans la direction opposée.

Parce que les cellules végétales ne décomposent pas les sous-produits du glucose en utilisant de l'oxygène, elles n'ont pas ou n'ont pas besoin de mitochondries. Au lieu de cela, les plantes possèdent des chloroplastes, qui convertissent en fait l'énergie lumineuse en énergie chimique. Chaque cellule végétale contient entre 15 ou 20 et environ 100 chloroplastes qui, comme les mitochondries des cellules animales, auraient existé autrefois de manière autonome. les bactéries à l'époque avant que les eucaryotes n'évoluent après avoir apparemment englouti ces organismes plus petits et incorporé la machinerie métabolique de ces bactéries dans leur propre.

Si les mitochondries sont les centrales électriques des cellules, les ribosomes en sont les usines. Les ribosomes ne sont pas liés par des membranes et ne sont donc pas techniquement des organites, mais ils sont souvent regroupés avec de véritables organites pour plus de commodité.

Les ribosomes se trouvent dans le cytoplasme des procaryotes et des eucaryotes, mais sur ces derniers ils sont souvent attachés au réticulum endoplasmique. Ils se composent d'environ 60% de protéines et d'environ 40% d'ARNr. L'ARNr est un acide nucléique, comme l'ADN, l'ARN messager (ARNm) et l'ARN de transfert (ARNt).

Les ribosomes existent pour une raison simple: fabriquer des protéines. Ils le font via le processus de traduction, qui est la conversion d'instructions génétiques codées dans l'ARNr via l'ADN en produits protéiques. Les ribosomes assemblent les protéines des 20 types d'acides aminés du corps, dont chacun est transporté vers le ribosome par un type particulier d'ARNt. L'ordre dans lequel ces acides aminés sont ajoutés est spécifié par l'ARNm, dont chacun contient les informations dérivées d'un seul Gène d'ADN - c'est-à-dire une longueur d'ADN qui sert de modèle pour un seul produit protéique, que ce soit une enzyme, une hormone ou un œil pigment.

La traduction est considérée comme la troisième et dernière partie du dogme dit central de la biologie à petite échelle: l'ADN fabrique l'ARNm, et l'ARNm fabrique, ou du moins transporte des instructions pour les protéines. Dans le grand schéma, le ribosome est la seule partie de la cellule qui repose simultanément sur les trois types standard d'ARN (ARNm, ARNr et ARNt) pour fonctionner.

La plupart des organites restants sont des vésicules, ou des « sacs » biologiques en quelque sorte. Les corps de Golgi, qui ont un agencement caractéristique en « pile de crêpes » à l'examen microscopique, contiennent des protéines nouvellement synthétisées; les corps de Golgi les libèrent dans de petites vésicules en les pinçant, à quel point ces petits corps ont leur propre membrane fermée. La plupart de ces petites vésicules se retrouvent dans le réticulum endoplasmique, qui ressemble à un système routier ou ferroviaire pour toute la cellule. Certains types d'endoplasmiques ont de nombreux ribosomes qui leur sont attachés, ce qui leur donne un aspect « rugueux » au microscope; en conséquence, ces organites portent le nom de réticulum endoplasmique rugueux ou RER. En revanche, le réticulum endoplasmique sans ribosome est appelé réticulum endoplasmique lisse, ou SER.

Les cellules contiennent également des lysosomes, des vésicules qui contiennent de puissantes enzymes qui décomposent les déchets ou les visiteurs indésirables. C'est comme la réponse cellulaire à une équipe de nettoyage.