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4.3 : Cellules eucaryotes

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    Compétences à développer

    • Décrire la structure des cellules eucaryotes
    • Comparez les cellules animales aux cellules végétales
    • Préciser le rôle de la membrane plasmique
    • Résumez les fonctions des principaux organites cellulaires

    Avez-vous déjà entendu l'expression « la forme suit la fonction » ? C'est une philosophie pratiquée dans de nombreux secteurs. En architecture, cela signifie que les bâtiments doivent être construits pour soutenir les activités qui s'y dérouleront. Par exemple, un gratte-ciel devrait être construit avec plusieurs banques d'ascenseurs ; un hôpital devrait être construit de manière à ce que sa salle d'urgence soit facilement accessible.

    Notre monde naturel utilise également le principe selon lequel la forme suit la fonction, en particulier en biologie cellulaire, et cela deviendra clair au fur et à mesure que nous explorerons les cellules eucaryotes (Figure\(\PageIndex{1}\)). Contrairement aux cellules procaryotes, les cellules eucaryotes possèdent : 1) un noyau lié à la membrane ; 2) de nombreux organites liés à la membrane tels que le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les chloroplastes, les mitochondries et autres ; et 3) plusieurs chromosomes en forme de bâtonnets. Comme le noyau d'une cellule eucaryote est entouré d'une membrane, on dit souvent qu'elle possède un « véritable noyau ». Le mot « organite » signifie « petit organe » et, comme nous l'avons déjà mentionné, les organites ont des fonctions cellulaires spécialisées, tout comme les organes de votre corps ont des fonctions spécialisées.

    À ce stade, il devrait être clair pour vous que les cellules eucaryotes ont une structure plus complexe que les cellules procaryotes. Les organites permettent de compartimenter différentes fonctions dans différentes zones de la cellule. Avant de passer aux organites, examinons d'abord deux composants importants de la cellule : la membrane plasmique et le cytoplasme.

    Partie a : Cette illustration montre une cellule animale eucaryote typique, en forme d'œuf. Le liquide à l'intérieur de la cellule est appelé cytoplasme, et la cellule est entourée d'une membrane cellulaire. Le noyau occupe environ la moitié de la largeur de la cellule. À l'intérieur du noyau se trouve la chromatine, qui est composée d'ADN et de protéines associées. Une région de la chromatine est condensée dans le nucléole, structure où les ribosomes sont synthétisés. Le noyau est enfermé dans une enveloppe nucléaire perforée par des pores garnis de protéines qui permettent à la matière de pénétrer dans le noyau. Le noyau est entouré par le réticulum endoplasmique rugueux et lisse, ou ER. Le RE lisse est le site de synthèse des lipides. Le RE rugueux possède des ribosomes intégrés qui lui donnent une apparence bosselée. Il synthétise les protéines membranaires et sécrétoires. En plus du RE, de nombreux autres organites flottent à l'intérieur du cytoplasme. Il s'agit notamment de l'appareil de Golgi, qui modifie les protéines et les lipides synthétisés dans les urgences. L'appareil Golgi est constitué de couches de membranes plates. Les mitochondries, qui produisent de la nourriture pour la cellule, possèdent une membrane externe et une membrane interne fortement repliée. Les autres organites plus petits incluent les peroxysomes qui métabolisent les déchets, les lysosomes qui digèrent les aliments et les vacuoles. Les ribosomes, responsables de la synthèse des protéines, flottent également librement dans le cytoplasme et sont représentés par de petits points. Le dernier composant cellulaire illustré est le cytosquelette, qui comprend quatre types de composants différents : les microfilaments, les filaments intermédiaires, les microtubules et les centrosomes. Les microfilaments sont des protéines fibreuses qui tapissent la membrane cellulaire et constituent le cortex cellulaire. Les filaments intermédiaires sont des protéines fibreuses qui maintiennent les organites en place. Les microtubules forment le fuseau mitotique et conservent la forme des cellules. Les centrosomes sont constitués de deux structures tubulaires perpendiculaires l'une à l'autre. Ils forment le centre organisateur des microtubules.
    (a)
    Partie b : Cette illustration représente une cellule végétale eucaryote typique. Le noyau d'une cellule végétale contient de la chromatine et un nucléole, comme celui d'une cellule animale. Les autres structures que la cellule végétale a en commun avec la cellule animale incluent le réticulum endoplasmique rugueux et lisse, l'appareil de Golgi, les mitochondries, les peroxysomes et les ribosomes. Le liquide à l'intérieur de la cellule végétale est appelé cytoplasme, tout comme il l'est dans une cellule animale. La cellule végétale possède trois des quatre composants cytosquelettiques présents dans les cellules animales : les microtubules, les filaments intermédiaires et les microfilaments. Les cellules végétales n'ont pas de centrosomes. Les cellules végétales possèdent quatre structures que l'on ne trouve pas dans les cellules animales : des chloroplastes, des plastes, une vacuole centrale et une paroi cellulaire. Les chloroplastes sont responsables de la photosynthèse ; ils possèdent une membrane externe, une membrane interne et un empilement de membranes à l'intérieur de la membrane interne. La vacuole centrale est une très grande structure remplie de liquide qui maintient la pression contre la paroi cellulaire. Les plastiques stockent les pigments. La paroi cellulaire se trouve à l'extérieur de la membrane cellulaire.
    (b)
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Ces figures montrent les principaux organites et autres composants cellulaires d'une cellule animale typique et (b) d'une cellule végétale eucaryote typique. La cellule végétale possède une paroi cellulaire, des chloroplastes, des plastes et une vacuole centrale, structures que l'on ne trouve pas dans les cellules animales. Les cellules végétales ne possèdent ni lysosomes ni centrosomes.

    Exercice\(\PageIndex{1}\)

    Si le nucléole n'était pas capable de remplir sa fonction, quels autres organites cellulaires seraient affectés ?

    La membrane plasmique

    Comme les procaryotes, les cellules eucaryotes possèdent une membrane plasmique (Figure\(\PageIndex{2}\)), une bicouche de phospholipides contenant des protéines qui sépare le contenu interne de la cellule de son environnement environnant. Un phospholipide est une molécule lipidique comportant deux chaînes d'acides gras et un groupe contenant du phosphate. La membrane plasmique contrôle le passage des molécules organiques, des ions, de l'eau et de l'oxygène à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Les déchets (tels que le dioxyde de carbone et l'ammoniac) quittent également la cellule en traversant la membrane plasmique.

    La membrane plasmique est composée d'une bicouche de phospholipides. Dans la bicouche, les deux longues queues hydrophobes des phospholipides sont orientées vers le centre et le groupe de tête hydrophile fait face à l'extérieur. Les protéines membranaires intégrées et les canaux protéiques couvrent l'ensemble de la bicouche. Les canaux protéiques ont un pore au milieu. Les protéines de la membrane périphérique se trouvent à la surface des phospholipides et sont associées aux groupes de tête des phospholipides. Sur la face extérieure de la membrane, les glucides sont attachés à certaines protéines et à certains lipides. Des filaments du cytosquelette tapissent l'intérieur de la membrane.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : La membrane plasmique eucaryote est une bicouche de phospholipides contenant des protéines et du cholestérol.

    Les membranes plasmiques des cellules spécialisées dans l'absorption sont repliées en projections en forme de doigts appelées microvillosités (singulier = microvillosités) ; (Figure\(\PageIndex{3}\)). Ces cellules recouvrent généralement l'intestin grêle, l'organe qui absorbe les nutriments contenus dans les aliments digérés. C'est un excellent exemple de fonction de suivi de formulaire. Les personnes atteintes de la maladie cœliaque ont une réponse immunitaire au gluten, une protéine présente dans le blé, l'orge et le seigle. La réponse immunitaire endommage les microvillosités et, par conséquent, les personnes atteintes ne peuvent pas absorber les nutriments. Cela entraîne de la malnutrition, des crampes et de la diarrhée. Les patients atteints de la maladie cœliaque doivent suivre un régime sans gluten.

    La partie gauche de cette figure est une micrographie électronique à transmission de microvillosités, qui se présentent sous la forme de longues tiges élancées s'étendant à partir de la membrane plasmique. Le côté droit illustre les cellules contenant des microvillosités. Les microvillosités recouvrent la surface de la cellule faisant face à l'intérieur de l'intestin grêle.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : Les microvillosités, présentées ici lorsqu'elles apparaissent sur les cellules qui tapissent l'intestin grêle, augmentent la surface disponible pour l'absorption. Ces microvillosités se trouvent uniquement sur la zone de la membrane plasmique qui fait face à la cavité à partir de laquelle les substances seront absorbées. (crédit « micrographie » : modification de l'œuvre de Louisa Howard)

    Le cytoplasme

    Le cytoplasme est la région entière d'une cellule située entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire (structure qui sera discutée prochainement). Il est composé d'organites en suspension dans le cytosol gélatineux, le cytosquelette et divers produits chimiques (Figure\(\PageIndex{1}\)). Même si le cytoplasme est composé de 70 à 80 pour cent d'eau, il a une consistance semi-solide, qui provient des protéines qu'il contient. Cependant, les protéines ne sont pas les seules molécules organiques présentes dans le cytoplasme. On y trouve également du glucose et d'autres sucres simples, des polysaccharides, des acides aminés, des acides nucléiques, des acides gras et des dérivés du glycérol. Des ions de sodium, de potassium, de calcium et de nombreux autres éléments sont également dissous dans le cytoplasme. De nombreuses réactions métaboliques, y compris la synthèse des protéines, se produisent dans le cytoplasme.

    Le Nucleus

    En général, le noyau est l'organite le plus important d'une cellule (Figure\(\PageIndex{1}\)). Le noyau (pluriel = noyaux) abrite l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines. Regardons-le plus en détail (Figure\(\PageIndex{4}\)).

    Le noyau est entouré de structures diffuses appelées réticulum endoplasmique. Elles sont jonchées de structures rondes partout. Le revêtement extérieur du noyau est l'enveloppe nucléaire, qui comporte des pores nucléaires. Le noyau est rempli de nucléoplasme, dans lequel sont incorporés le nucléole circulaire foncé et les brins de chromatine ressemblant à des spaghettis.
    Figure\(\PageIndex{4}\) : Le noyau stocke la chromatine (ADN et protéines) dans une substance semblable à un gel appelée nucléoplasme. Le nucléole est une région condensée de la chromatine où se produit la synthèse des ribosomes. La limite du noyau est appelée enveloppe nucléaire. Il est constitué de deux bicouches de phospholipides : une membrane externe et une membrane interne. La membrane nucléaire est continue avec le réticulum endoplasmique. Les pores nucléaires permettent aux substances d'entrer et de sortir du noyau.

    L'enveloppe nucléaire

    L'enveloppe nucléaire est une structure à double membrane qui constitue la partie la plus externe du noyau (Figure\(\PageIndex{4}\)). Les membranes interne et externe de l'enveloppe nucléaire sont toutes deux des bicouches de phospholipides.

    L'enveloppe nucléaire est ponctuée de pores qui contrôlent le passage des ions, des molécules et de l'ARN entre le nucléoplasme et le cytoplasme. Le nucléoplasme est le liquide semi-solide à l'intérieur du noyau, où se trouvent la chromatine et le nucléole.

    Chromatine et chromosomes

    Pour comprendre la chromatine, il est utile de considérer d'abord les chromosomes. Les chromosomes sont des structures du noyau composées d'ADN, le matériel héréditaire. Vous vous souvenez peut-être que chez les procaryotes, l'ADN est organisé en un seul chromosome circulaire. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures linéaires. Chaque espèce eucaryote possède un nombre spécifique de chromosomes dans les noyaux des cellules de son corps. Par exemple, chez l'homme, le nombre de chromosomes est de 46, tandis que chez les mouches des fruits, il est de huit. Les chromosomes ne sont visibles et peuvent être distingués les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. Lorsque la cellule est dans les phases de croissance et de maintien de son cycle de vie, les protéines sont attachées aux chromosomes et ressemblent à un ensemble de fils déroulés et mélangés. Ces complexes protéine-chromosome non enroulés sont appelés chromatine (Figure\(\PageIndex{5}\)) ; la chromatine décrit le matériau qui compose les chromosomes à la fois lorsqu'ils sont condensés et décondensés.

    Partie a : Dans cette illustration, l'ADN étroitement enroulé en deux cylindres épais est représenté en haut à droite. Un gros plan montre comment l'ADN est enroulé autour de protéines appelées histones. Partie b : Cette image montre des chromosomes appariés.
    (a)
    Partie a : Dans cette illustration, l'ADN étroitement enroulé en deux cylindres épais est représenté en haut à droite. Un gros plan montre comment l'ADN est enroulé autour de protéines appelées histones. Partie b : Cette image montre des chromosomes appariés.
    (b)
    Figure\(\PageIndex{5}\) : (a) Cette image montre différents niveaux d'organisation de la chromatine (ADN et protéine). (b) Cette image montre des chromosomes appariés. (crédit b : modification des travaux par les NIH ; données à barres d'échelle fournies par Matt Russell)

    Le nucléole

    Nous savons déjà que le noyau dirige la synthèse des ribosomes, mais comment s'y prend-il ? Certains chromosomes possèdent des sections d'ADN qui codent pour l'ARN ribosomal. Une zone sombre du noyau appelée nucléole (pluriel = nucléoles) agrège l'ARN ribosomal avec les protéines associées pour assembler les sous-unités ribosomales qui sont ensuite transportées par les pores de l'enveloppe nucléaire vers le cytoplasme.

    Ribosomes

    Les ribosomes sont les structures cellulaires responsables de la synthèse des protéines. Lorsqu'ils sont observés au microscope électronique, les ribosomes apparaissent soit sous forme d'amas (polyribosomes), soit sous forme de petits points qui flottent librement dans le cytoplasme. Ils peuvent être attachés au côté cytoplasmique de la membrane plasmique ou au côté cytoplasmique du réticulum endoplasmique et à la membrane externe de l'enveloppe nucléaire (Figure\(\PageIndex{1}\)). La microscopie électronique nous a montré que les ribosomes, qui sont de grands complexes de protéines et d'ARN, sont constitués de deux sous-unités, appelées à juste titre grande et petite (Figure\(\PageIndex{6}\)). Les ribosomes reçoivent leurs « ordres » de synthèse des protéines à partir du noyau où l'ADN est transcrit en ARN messager (ARNm). L'ARNm se déplace vers les ribosomes, qui traduisent le code fourni par la séquence des bases azotées de l'ARNm en un ordre spécifique d'acides aminés dans une protéine. Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines.

    Le ribosome se compose d'une petite sous-unité et d'une grande sous-unité, environ trois fois plus grande que la petite. La grande sous-unité se trouve au-dessus de la petite. Chaîne de fils d'ARNm entre les grandes et les petites sous-unités. Une chaîne protéique part du sommet de la grande sous-unité.
    Figure\(\PageIndex{6}\) : Les ribosomes sont composés d'une grande sous-unité (en haut) et d'une petite sous-unité (en bas). Au cours de la synthèse des protéines, les ribosomes assemblent les acides aminés en protéines.

    La synthèse des protéines étant une fonction essentielle de toutes les cellules (y compris les enzymes, les hormones, les anticorps, les pigments, les composants structuraux et les récepteurs de surface), les ribosomes sont présents dans pratiquement toutes les cellules. Les ribosomes sont particulièrement abondants dans les cellules qui synthétisent de grandes quantités de protéines. Par exemple, le pancréas est responsable de la création de plusieurs enzymes digestives et les cellules qui produisent ces enzymes contiennent de nombreux ribosomes. Ainsi, nous voyons un autre exemple de fonction de suivi de formulaire.

    Mitochondries

    Les mitochondries (singulier = mitochondrie) sont souvent appelées les « centrales » ou les « usines énergétiques » d'une cellule parce qu'elles sont responsables de la fabrication de l'adénosine triphosphate (ATP), la principale molécule porteuse d'énergie de la cellule. L'ATP représente l'énergie stockée à court terme de la cellule. La respiration cellulaire est le processus de fabrication de l'ATP à l'aide de l'énergie chimique présente dans le glucose et d'autres nutriments. Dans les mitochondries, ce processus utilise de l'oxygène et produit du dioxyde de carbone en tant que déchet. En fait, le dioxyde de carbone que vous expirez à chaque respiration provient des réactions cellulaires qui produisent du dioxyde de carbone en tant que sous-produit.

    Conformément à notre thème selon lequel la forme suit la fonction, il est important de souligner que les cellules musculaires contiennent une très forte concentration de mitochondries qui produisent de l'ATP. Vos cellules musculaires ont besoin de beaucoup d'énergie pour maintenir votre corps en mouvement. Lorsque vos cellules ne reçoivent pas assez d'oxygène, elles ne produisent pas beaucoup d'ATP. Au contraire, la faible quantité d'ATP qu'ils produisent en l'absence d'oxygène s'accompagne de la production d'acide lactique.

    Les mitochondries sont des organites à double membrane de forme ovale (Figure\(\PageIndex{7}\)) qui possèdent leurs propres ribosomes et ADN. Chaque membrane est une bicouche de phospholipides incorporée à des protéines. La couche interne comporte des plis appelés crêtes. La zone entourée par les plis est appelée matrice mitochondriale. Les crêtes et la matrice jouent des rôles différents dans la respiration cellulaire.

    Cette micrographie électronique à transmission d'une mitochondrie montre une membrane externe ovale et une membrane interne comportant de nombreux plis appelés crêtes. À l'intérieur de la membrane interne se trouve un espace appelé matrice mitochondriale.
    Figure\(\PageIndex{7}\) : Cette micrographie électronique montre une mitochondrie vue au microscope électronique à transmission. Cet organite possède une membrane extérieure et une membrane intérieure. La membrane interne contient des plis, appelés crêtes, qui augmentent sa surface. L'espace entre les deux membranes est appelé espace intermembranaire, et l'espace à l'intérieur de la membrane interne est appelé matrice mitochondriale. La synthèse de l'ATP a lieu sur la membrane interne. (source : modification de l'œuvre de Matthew Britton ; données de la barre d'échelle de Matt Russell)

    Peroxysomes

    Les peroxysomes sont de petits organites ronds entourés de membranes uniques. Ils effectuent des réactions d'oxydation qui décomposent les acides gras et les acides aminés. Ils détoxifient également de nombreux poisons qui peuvent pénétrer dans l'organisme. (Bon nombre de ces réactions d'oxydation libèrent du peroxyde d'hydrogène, H 2 O 2, qui endommagerait les cellules ; toutefois, lorsque ces réactions se limitent aux peroxysomes, les enzymes décomposent en toute sécurité le H 2 O 2 en oxygène et en eau.) Par exemple, l'alcool est détoxifié par des peroxysomes dans les cellules hépatiques. Les glyoxysomes, qui sont des peroxysomes spécialisés dans les plantes, sont responsables de la conversion des graisses stockées en sucres.

    Vésicules et vacuoles

    Les vésicules et les vacuoles sont des sacs liés à la membrane qui servent au stockage et au transport. Outre le fait que les vacuoles sont un peu plus grosses que les vésicules, il existe une distinction très subtile entre elles : les membranes des vésicules peuvent fusionner avec la membrane plasmique ou avec d'autres systèmes membranaires de la cellule. De plus, certains agents tels que les enzymes présentes dans les vacuoles végétales décomposent les macromolécules. La membrane d'une vacuole ne fusionne pas avec les membranes des autres composants cellulaires.

    Cellules animales contre cellules végétales

    À ce stade, vous savez que chaque cellule eucaryote possède une membrane plasmique, un cytoplasme, un noyau, des ribosomes, des mitochondries, des peroxysomes et, dans certaines, des vacuoles, mais il existe des différences frappantes entre les cellules animales et végétales. Alors que les cellules animales et végétales possèdent des centres organisateurs des microtubules (MTOC), les cellules animales possèdent également des centrioles associés au MTOC : un complexe appelé centrosome. Les cellules animales possèdent chacune un centrosome et des lysosomes, alors que les cellules végétales n'en possèdent pas. Les cellules végétales possèdent une paroi cellulaire, des chloroplastes et d'autres plastes spécialisés, ainsi qu'une grande vacuole centrale, contrairement aux cellules animales.

    Le Centrosome

    Le centrosome est un centre organisateur de microtubules situé à proximité des noyaux des cellules animales. Il contient une paire de centrioles, deux structures perpendiculaires l'une à l'autre (Figure\(\PageIndex{8}\)). Chaque centriole est un cylindre de neuf triplets de microtubules.

    Chaque centriole ressemble à un morceau de pâte rigatoni en apparence. Elles sont orientées l'une au-dessus de l'autre, mais perpendiculaires l'une à l'autre. Ils sont cylindriques mais leurs parois sont constituées de triplets de microtubules plus petits.
    Figure\(\PageIndex{8}\) : Le centrosome se compose de deux centrioles perpendiculaires l'un à l'autre. Chaque centriole est un cylindre composé de neuf triplets de microtubules. Les protéines non tubulines (indiquées par les lignes vertes) maintiennent les triplets des microtubules ensemble.

    Le centrosome (l'organite d'origine de tous les microtubules) se réplique avant que la cellule ne se divise, et les centrioles semblent jouer un rôle dans l'attraction des chromosomes dupliqués vers les extrémités opposées de la cellule en division. Cependant, la fonction exacte des centrioles dans la division cellulaire n'est pas claire, car les cellules dont le centrosome a été retiré peuvent toujours se diviser, et les cellules végétales, qui n'ont pas de centrosomes, sont capables de division cellulaire.

    Lysosomes

    Les cellules animales possèdent un autre ensemble d'organites que l'on ne trouve pas dans les cellules végétales : les lysosomes. Les lysosomes sont la « poubelle » de la cellule. Dans les cellules végétales, les processus digestifs se déroulent dans des vacuoles. Les enzymes présentes dans les lysosomes contribuent à la dégradation des protéines, des polysaccharides, des lipides, des acides nucléiques et même des organites usés. Ces enzymes sont actives à un pH bien inférieur à celui du cytoplasme. Par conséquent, le pH dans les lysosomes est plus acide que le pH du cytoplasme. De nombreuses réactions qui se produisent dans le cytoplasme ne peuvent pas se produire à un faible pH. Encore une fois, l'avantage de compartimenter la cellule eucaryote en organites est évident.

    La paroi cellulaire

    Si vous examinez la Figure\(\PageIndex{1}\) b, le schéma d'une cellule végétale, vous verrez une structure externe à la membrane plasmique appelée paroi cellulaire. La paroi cellulaire est un revêtement rigide qui protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule. Les cellules fongiques et protistanes possèdent également des parois cellulaires. Alors que le principal composant des parois des cellules procaryotes est le peptidoglycane, la principale molécule organique de la paroi cellulaire végétale est la cellulose (Figure\(\PageIndex{9}\)), un polysaccharide composé d'unités de glucose. Avez-vous déjà remarqué que lorsque vous croquez un légume cru, comme le céleri, il craque ? C'est parce que vous déchirez les parois cellulaires rigides des cellules du céleri avec vos dents.

    Cette illustration montre trois sous-unités de glucose qui sont liées entre elles. Les lignes pointillées à chaque extrémité indiquent que de nombreuses autres sous-unités constituent une fibre de cellulose complète. Chaque sous-unité de glucose est un cycle fermé composé d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène.
    Figure\(\PageIndex{9}\) : La cellulose est une longue chaîne de molécules de β-glucose reliées par une liaison 1-4. Les lignes pointillées à chaque extrémité de la figure indiquent une série de nombreuses autres unités de glucose. La taille de la page rend impossible la représentation d'une molécule de cellulose complète.

    Chloroplastes

    Comme les mitochondries, les chloroplastes ont leur propre ADN et leurs propres ribosomes, mais les chloroplastes ont une fonction complètement différente. Les chloroplastes sont des organites de cellules végétales qui effectuent la photosynthèse. La photosynthèse est une série de réactions qui utilisent du dioxyde de carbone, de l'eau et de l'énergie lumineuse pour produire du glucose et de l'oxygène. Il s'agit d'une différence majeure entre les plantes et les animaux ; les plantes (autotrophes) peuvent fabriquer leur propre nourriture, comme les sucres, tandis que les animaux (hétérotrophes) doivent ingérer leur nourriture.

    Comme les mitochondries, les chloroplastes possèdent des membranes externe et interne, mais dans l'espace délimité par la membrane interne d'un chloroplaste se trouvent un ensemble de sacs membranaires remplis de liquide interconnectés et empilés appelés thylakoïdes (Figure\(\PageIndex{10}\)). Chaque pile de thylakoïdes est appelée granum (pluriel = grana). Le liquide contenu dans la membrane interne qui entoure le grana s'appelle le stroma.

    Cette illustration montre un chloroplaste, qui possède une membrane externe et une membrane interne. L'espace entre les membranes externe et interne est appelé espace intermembranaire. À l'intérieur de la membrane interne se trouvent des structures plates ressemblant à des crêpes appelées thylakoïdes. Les thylakoïdes forment des piles appelées granas. Le liquide à l'intérieur de la membrane interne est appelé stroma, et l'espace à l'intérieur des thylakoïdes est appelé espace thylakoïde.
    Figure\(\PageIndex{10}\) : Le chloroplaste possède une membrane externe, une membrane interne et des structures membranaires appelées thylakoïdes qui sont empilées dans des granas. L'espace à l'intérieur des membranes thylakoïdes est appelé espace thylakoïde. Les réactions de récupération de la lumière ont lieu dans les membranes thylakoïdes et la synthèse du sucre a lieu dans le liquide à l'intérieur de la membrane interne, appelé stroma. Les chloroplastes ont également leur propre génome, qui est contenu sur un seul chromosome circulaire.

    Les chloroplastes contiennent un pigment vert appelé chlorophylle, qui capte l'énergie lumineuse qui entraîne les réactions de photosynthèse. Comme les cellules végétales, les protistes photosynthétiques possèdent également des chloroplastes. Certaines bactéries effectuent la photosynthèse, mais leur chlorophylle n'est pas reléguée à un organite.

    Evolution Connection : endosymbiose

    Nous avons mentionné que les mitochondries et les chloroplastes contiennent de l'ADN et des ribosomes. Vous êtes-vous demandé pourquoi ? Des preuves solides indiquent que l'endosymbiose en est l'explication.

    La symbiose est une relation dans laquelle des organismes de deux espèces distinctes dépendent l'un de l'autre pour leur survie. L'endosymbiose (endo- = « à l'intérieur ») est une relation mutuellement bénéfique dans laquelle un organisme vit à l'intérieur de l'autre. Les relations endosymbiotiques abondent dans la nature. Nous avons déjà mentionné que les microbes qui produisent de la vitamine K vivent dans l'intestin humain. Cette relation est bénéfique pour nous car nous ne sommes pas en mesure de synthétiser la vitamine K. Elle est également bénéfique pour les microbes car ils sont protégés des autres organismes et du dessèchement, et ils reçoivent une nourriture abondante provenant de l'environnement du gros intestin.

    Les scientifiques ont remarqué depuis longtemps que les bactéries, les mitochondries et les chloroplastes sont de taille similaire. Nous savons également que les bactéries possèdent de l'ADN et des ribosomes, tout comme les mitochondries et les chloroplastes. Les scientifiques pensent que les cellules hôtes et les bactéries ont formé une relation endosymbiotique lorsque les cellules hôtes ont ingéré des bactéries aérobies et autotrophes (cyanobactéries) sans les détruire. Au cours de plusieurs millions d'années d'évolution, ces bactéries ingérées se sont spécialisées dans leurs fonctions, les bactéries aérobies devenant des mitochondries et les bactéries autotrophes des chloroplastes.

    La vacuole centrale

    Nous avons déjà mentionné les vacuoles en tant que composants essentiels des cellules végétales. Si vous regardez la Figure\(\PageIndex{1}\) b, vous verrez que les cellules végétales possèdent chacune une grande vacuole centrale qui occupe la majeure partie de la surface de la cellule. La vacuole centrale joue un rôle clé dans la régulation de la concentration d'eau de la cellule dans des conditions environnementales changeantes. Avez-vous déjà remarqué que si vous oubliez d'arroser une plante pendant quelques jours, elle flétrit ? En effet, lorsque la concentration d'eau dans le sol devient inférieure à celle de la plante, l'eau sort des vacuoles centrales et du cytoplasme. Lorsque la vacuole centrale se rétrécit, elle laisse la paroi cellulaire sans support. Cette perte de soutien des parois cellulaires des cellules végétales se traduit par un aspect flétri de la plante.

    La vacuole centrale favorise également l'expansion de la cellule. Lorsque la vacuole centrale contient plus d'eau, la cellule grossit sans avoir à investir beaucoup d'énergie dans la synthèse du nouveau cytoplasme.

    Résumé

    Comme une cellule procaryote, une cellule eucaryote possède une membrane plasmique, un cytoplasme et des ribosomes, mais une cellule eucaryote est généralement plus grande qu'une cellule procaryote, possède un véritable noyau (c'est-à-dire que son ADN est entouré d'une membrane) et possède d'autres organites liés à la membrane qui permettent de compartimenter les fonctions. La membrane plasmique est une bicouche de phospholipides incorporée à des protéines. Le nucléole du noyau est le site d'assemblage des ribosomes. Les ribosomes se trouvent soit dans le cytoplasme, soit attachés au côté cytoplasmique de la membrane plasmique ou du réticulum endoplasmique. Ils effectuent la synthèse des protéines. Les mitochondries participent à la respiration cellulaire ; elles sont responsables de la majeure partie de l'ATP produit dans la cellule. Les peroxysomes hydrolysent les acides gras, les acides aminés et certaines toxines. Les vésicules et les vacuoles sont des compartiments de stockage et de transport. Dans les cellules végétales, les vacuoles aident également à décomposer les macromolécules.

    Les cellules animales possèdent également un centrosome et des lysosomes. Le centrosome possède deux corps perpendiculaires l'un à l'autre, les centrioles, et a une fonction inconnue dans la division cellulaire. Les lysosomes sont les organites digestifs des cellules animales.

    Les cellules végétales et les cellules ressemblant à des plantes possèdent chacune une paroi cellulaire, des chloroplastes et une vacuole centrale. La paroi cellulaire de la plante, dont le composant principal est la cellulose, protège la cellule, fournit un soutien structurel et donne forme à la cellule. La photosynthèse a lieu dans les chloroplastes. La vacuole centrale peut se dilater sans avoir à produire davantage de cytoplasme.

    Connexions artistiques

    Figure\(\PageIndex{1}\) : Si le nucléole n'était pas capable de remplir sa fonction, quels autres organites cellulaires seraient affectés ?

    Réponse

    Les ribosomes libres et le réticulum endoplasmique rugueux (qui contient des ribosomes) ne pourraient pas se former.

    Lexique

    paroi cellulaire
    revêtement cellulaire rigide en cellulose qui protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule
    vacuole centrale
    gros organite cellulaire végétal qui régule le compartiment de stockage de la cellule, retient l'eau et joue un rôle important dans la croissance cellulaire en tant que site de dégradation des macromolécules
    centrosome
    région de cellules animales constituée de deux centrioles
    chlorophylle
    pigment vert qui capte l'énergie lumineuse qui entraîne les réactions lumineuses de la photosynthèse
    chloroplaste
    organite de cellules végétales qui effectue la photosynthèse
    chromatine
    Complexe protéine-ADN qui sert de matériau de construction aux chromosomes
    chromosome
    structure du noyau composée de chromatine qui contient de l'ADN, le matériel héréditaire
    cytoplasme
    région entière située entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire, constituée d'organites en suspension dans le cytosol sous forme de gel, le cytosquelette et divers produits chimiques
    cytosol
    matière gélatineuse du cytoplasme dans laquelle les structures cellulaires sont suspendues
    cellule eucaryote
    cellule qui possède un noyau lié à la membrane et plusieurs autres compartiments ou sacs liés à la membrane
    lysosome
    organite d'une cellule animale qui fait office de composant digestif de la cellule ; il décompose les protéines, les polysaccharides, les lipides, les acides nucléiques et même les organites usés
    mitochondries
    (singulier = mitochondrie) Organites cellulaires responsables de la respiration cellulaire, entraînant la production d'ATP, la principale molécule porteuse d'énergie de la cellule
    enveloppe nucléaire
    structure à double membrane qui constitue la partie la plus externe du noyau
    nucléole
    corps foncé situé à l'intérieur du noyau qui est responsable de l'assemblage des sous-unités des ribosomes
    nucléoplasme
    liquide semi-solide à l'intérieur du noyau qui contient la chromatine et le nucléole
    noyau
    organite cellulaire qui abrite l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines
    organelle
    compartiment ou sac à l'intérieur d'une cellule
    peroxysome
    petit organite rond qui contient du peroxyde d'hydrogène, oxyde les acides gras et les acides aminés et détoxifie de nombreux poisons
    membrane plasmique
    bicouche de phospholipides contenant des protéines incorporées (intégrales) ou attachées (périphériques), et sépare le contenu interne de la cellule de son environnement environnant
    ribosome
    structure cellulaire qui effectue la synthèse des protéines
    vacuole
    sac lié à la membrane, un peu plus grand qu'une vésicule, qui sert au stockage et au transport cellulaires
    vésicule
    petit sac lié à la membrane qui sert au stockage et au transport cellulaires ; sa membrane est capable de fusionner avec la membrane plasmique et les membranes du réticulum endoplasmique et de l'appareil de Golgi