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Physiologie cellulaire

Cellules

Spécialisation des cellules : une physiologie particulière

L’ADN (Acide désoxyribonucléique) est une très grande molécule (macromolécule) formée d’une double hélice. Cette molécule est à la base de la structure et du fonctionnement du vivant. Chaque hélice est composée par une séquence précise de nucléotides choisis parmi quatre : l’Adénine (A), la Thymine (T), la Cytosine (C) et la Guanine (G). Chaque hélice ou brin d’ADN est complémentaire de l’autre : A correspond à T et C correspond à G et vice versa. La séquence des nucléotides détermine par tronçons, les gènes qui codent la formation de protéines particulières et propres à chaque gènes. Les protéines déterminent les fonctions et les structures des cellules et des organismes.

Chez les organismes unicellulaires, toutes les fonctions sont assurées par une seule cellule. Les cellules bactériennes (procaryotes) n’ont pas de noyau (ADN directement dans le cytoplasme), alors que les cellules animales ou végétales en possèdent un (eucaryotes)… et parfois plusieurs. Dans le cas des eucaryotes l’ADN se trouve dans le noyau décondensé sous forme de chromatine. Les procaryotes et les cellules végétales présentent une ou plusieurs parois autour de la membrane cytoplasmique.

Chez les organismes pluricellulaires, les organes sont constitués de cellules spécialisées formant des tissus, et assurant des fonctions particulières. Les tissus sont regroupés en organes et les organes en systèmes qui constituent tout l’organisme.

Un bel exemple et concentré de la diversité et de la spécialisation des cellules : la peau humaine

Toutes les cellules d’un organisme sont issues d’une cellule unique à l’origine de celui-ci. Les cellules possèdent toutes initialement la même information génétique organisée en gènes constitués d’ADN. Cependant, les cellules spécialisées n’expriment qu’une partie de l’ADN. Chaque individu est issu, chez les animaux, de la rencontre d’un spermatozoïde et d’un ovule (fécondation) qui forme une cellule unique appelée cellule-œuf et qui se divise pour forme la multitude de cellules de l’organisme. Chez des végétaux supérieurs comme les Plantes à fleur (Angiospermes) c’est un grain de pollen qui féconde les ovules cachés dans les fleurs. Les cellules se spécialisent selon les tissus et ont leur fonction et leur structure propre.

Tous issus d’une cellule-œuf, nous nous développons et prenons notre aspect spécifique selon nos gènes

Les cellules fonctionnent par leur métabolisme

Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques d’une cellule ou d’un organisme. On distingue des réactions qui construisent des molécules (anabolisme : A+B → AB) et des réactions qui les détruisent (catabolisme : AB → A+B). Ce sont des protéines particulières, les enzymes qui favorisent la réalisation de toute réaction chimique chez les êtres vivants. On peut établir une relation entre les gènes et les enzymes, car ces dernières, comme toutes protéines sont codées par la molécule d’ADN.

Le métabolisme dépend de l’équipement spécialisé de chaque cellule.

Ainsi les végétaux chlorophylliens ou végétaux verts ont de nombreuses cellules qui possèdent des chloroplastes (organites contenant de la chlorophylle), notamment au niveau des feuilles. Les chloroplastes réalisent la photosynthèse qui est une réaction de l’anabolisme en présence de lumière (Soleil) qui en fourni l’énergie : CO2 + H2O → C6H12O6 + O2 ; alors que du dioxyde de carbone est consommé, du glucose (C6H12O6) et du dioxygène sont produits. Ces végétaux qui produisent leur propre matière organique à partir de matière minérale sont dits autotrophes. Ils stockent leurs sucres sous forme d’amidon ou (C6H10O5)n qui est une macromolécule souvent accumulée dans des amyloplastes. L’amidon est un polymère de glucose.

Que ce soit les cellules animales, végétales ou celles des champignons (Fonge), toutes possèdent des mitochondries. Ce sont des organites incolores qui réalisent la respiration cellulaire. La respiration est une voie métabolique du catabolisme : C6H12O6 + O2 → H2O + CO2. Du dioxygène est nécessaire à la transformation de glucose en eau et en dioxyde de carbone. Ceci produit de l’énergie cellulaire utile au fonctionnement des cellules et en particulier des mouvements chez les animaux. A la différence des végétaux chlorophylliens, les animaux ou les champignons doivent consommer leur matière organique dans l’environnement afin de se développer ou se multiplier. De tels êtres vivants sont dits hétérotrophes. Ils dépendent d’autres êtres vivants et doivent se nourrir.

Conclusion et développement

Les unicellulaires assurent toutes les fonctions. Les pluricellulaires ont des cellules spécialisées dans des fonctions particulières. Le génome est le même pour toutes les cellules d’un organisme. Une partie seulement des gènes intervient pour une cellule donnée ce qui lui donne sa spécificité. Par exemple une cellule musculaire peut se contracter par l’expression d’une partie spéciale de son ADN qui intervient dans la physiologie de la contraction musculaire.

On distingue deux types de métabolisme : l’autotrophie qui fait intervenir la photosynthèse et l’hétérotrophie où seule la respiration intervient. Il existe d’autres types de métabolismes (chimiosynthèse, fermentation) connus chez certaine Bactéries ou quelques Champignons.

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