La cellule est la plus petite unité vivante qui existe.
Caractéristiques
On observe chez elle des caractéristiques communes à tous les êtres vivants, comme la capacité de nutrition, d’adaptation, de relation et de reproduction.
La nutrition permet à la cellule de subvenir à ses fonctions vitales en transformant la matière en énergie.
La cellule peut faire des échanges avec son milieu, mais aussi s’adapter en modifiant sa physiologie ou son comportement si des changements surviennent. En effet, la cellule est en relation avec son environnement et elle réagit aux différents stimuli qu’elle y rencontre.
Finalement, comme tous les êtres vivants, elle peut se reproduire, en engendrant d’autres cellules semblables par division cellulaire.
Constituants des cellules végétales et animales
Au microscope, la cellule ressemble à un minuscule sac rempli d’un liquide gélatineux appelé cytoplasme.
On y retrouve des structures qui jouent chacune un rôle dans le fonctionnement de la cellule, un peu comme les organes dans notre corps. Ce sont les organites (voir image interactive).
Par exemple, les vacuoles sont de petits organites qui servent de compartiment. Chez les cellules animales, elles entreposent les déchets avant leur élimination ou des substances dont la cellule n’a pas besoin immédiatement (nutriments, gras, etc.), alors que chez les cellules végétales, il s’agit plutôt de réserves d’eau.
Les cellules végétales et animales comportent d’autres différences : par exemple, les végétaux ont la capacité de transformer le gaz carbonique en sucre à partir de l’énergie solaire. Ce processus est la photosynthèse. Pour ce faire, les cellules végétales contiennent des chloroplastes, des organites sensibles à la lumière qui renferment la chlorophylle. Les cellules végétales possèdent également une couche protectrice supplémentaire : la paroi cellulaire. Cette paroi supporte les stress physiques et chimiques de l’environnement, un peu comme un exosquelette.
Le plus gros des organites est le noyau de la cellule. On y retrouve la presque totalité de l’ADN (acide désoxyribonucléique), ainsi que la machinerie nécessaire pour décoder et répliquer cet ADN. Les cellules dites eucaryotes ont un tel noyau, tandis que les cellules procaryotes, plus primitives, n’en ont pas. Chez les cellules eucaryotes, le matériel génétique est séparé du reste du cytoplasme par la membrane du noyau, soit la membrane nucléaire. Les cellules procaryotes sont les bactéries et les archéobactéries. Leur matériel génétique se concentre dans une zone irrégulière dans la cellule appelée nucléoïde. Cette région n’est pas bien délimitée, contrairement au noyau des cellules des animaux et des végétaux.
Le contenu de la cellule est englobé par la membrane cellulaire. Celle-ci n’est pas qu’une simple paroi protectrice, elle joue aussi un rôle dans la communication et les échanges entre l’intérieur et l’extérieur. Cette membrane est parsemée de protéines qui peuvent transmettre des signaux qui enclenchent des réactions à l’intérieur de la cellule, par exemple, lorsqu’une hormone vient s’y fixer. Certaines protéines permettent aussi à des substances de traverser la membrane, c’est pourquoi on dit qu’elle est semi-perméable. Des molécules de soluté (ex. : minéraux) peuvent passer du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré par diffusion. Les molécules de solvant (ex. : eau) quant à elles se dirigent du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré par osmose. Les intrants (ex. : nutriments) se dirigent vers l’intérieur de la cellule, tandis que les extrants (ex. : déchets) en sortent.
Unicellulaire ou pluricellulaire
Certains organismes sont unicellulaires, c’est-à-dire qu’ils ne sont formés que d’une seule cellule; c’est le cas des bactéries. Certains, au contraire, sont formés de plusieurs milliards de cellules qui travaillent en équipe, ce sont donc des organismes pluricellulaires. Bien que les cellules contiennent toutes le même ADN, elles ne se ressemblent pas nécessairement : elles se spécialisent pour accomplir une tâche bien précise. Elles peuvent constituer la peau, les muscles, le squelette, le cerveau, etc.
La mitose
Reproduction cellulaire (mitose et méiose)
Nos cellules se reproduisent pour nous permettre de grandir et de nous régénérer. Par exemple, c’est grâce aux cellules qui se dédoublent sans cesse que nos ongles et nos cheveux poussent.
Cette division de la cellule en deux copies génétiquement identiques s’appelle la mitose. Pour accomplir cet exploit, la cellule doit d’abord copier un deuxième exemplaire de tout l’ADN dans son noyau. Ensuite, l’ADN se compacte sous forme de bâtonnets : les chromosomes. Les deux copies des chromosomes restent collées l’une à l’autre par leur centre, c’est pourquoi à ce moment on observe des X au microscope. Une fois la paroi du noyau disparue, les chromosomes s’alignent en une rangée bien nette au centre de la cellule. Les copies des chromosomes sont ensuite séparées et tirées vers les deux pôles de la cellule avant que celle-ci ne se divise en deux cellules filles, équipées du même bagage génétique.
Pour les cellules sexuelles, les ovules et les spermatozoïdes, la division va encore plus loin! On l’appelle alors la méiose. Nos cellules régulières possèdent 23 paires de chromosomes (donc 46 chromosomes) et dans chaque paire, un chromosome nous vient de notre père et l’autre de notre mère. Mais une cellule sexuelle ne doit contenir que la moitié du bagage génétique, car elle est destinée à fusionner avec une autre cellule sexuelle pour produire un nouvel individu. L’ADN des cellules sexuelles doit donc être divisé une fois de plus: 23 chromosomes seulement d’un côté et 23 de l’autre. La méiose produit ainsi quatre cellules génétiquement différentes, dotées d’un demi-bagage génétique.
La réplication de l’ADN
Lorsqu’une cellule se reproduit (mitose ou méiose), elle doit produire deux copies de son ADN. C’est ce qu’on appelle la réplication de l’ADN. Cette étape a lieu juste avant la division cellulaire.
Comme l’ADN a une structure ressemblant à une échelle torsadée, il est d’abord nécessaire de la dérouler puis de séparer les deux brins comme une fermeture éclair avant d’entamer la réplication. Lorsque l’ADN est « fermé », les barreaux de l’échelle sont constitués de deux bases azotées qui se font face. Une fois la molécule séparée en deux sur le sens de la longueur, les bases azotées se retrouvent écartées. Des protéines spéciales (des enzymes) se chargent alors de reconstituer la moitié manquante de chaque côté de l’échelle en attachant de nouvelles bases azotées à leurs partenaires habituelles. Il existe quatre bases azotées : l’adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Les A s’apparient toujours avec les T, et les C avec les G. Le processus se poursuit le long de la fermeture éclair jusqu’à ce que deux molécules d’ADN identiques et distinctes soient obtenues.
