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4.5 : Le cytosquelette

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    Compétences à développer

    • Décrire le cytosquelette
    • Comparez les rôles des microfilaments, des filaments intermédiaires et des microtubules
    • Comparez et contrastez les cils et les flagelles
    • Résumez les différences entre les composants des cellules procaryotes, des cellules animales et des cellules végétales

    Si vous deviez retirer tous les organites d'une cellule, la membrane plasmique et le cytoplasme seraient-ils les seuls composants restants ? Non Dans le cytoplasme, il y aurait encore des ions et des molécules organiques, ainsi qu'un réseau de fibres protéiques qui aident à maintenir la forme de la cellule, à fixer certains organites dans des positions spécifiques, à permettre au cytoplasme et aux vésicules de se déplacer à l'intérieur de la cellule et aux cellules des organismes multicellulaires de se déplacer. Ensemble, ce réseau de fibres protéiques est connu sous le nom de cytosquelette. Il existe trois types de fibres dans le cytosquelette : les microfilaments, les filaments intermédiaires et les microtubules (Figure\(\PageIndex{1}\)). Ici, nous allons examiner chacune d'elles.

    Des microfilaments tapissent l'intérieur de la membrane plasmique, tandis que des microfilaments rayonnent à partir du centre de la cellule. Les filaments intermédiaires forment un réseau dans toute la cellule qui maintient les organites en place.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Les microfilaments épaississent le cortex autour du bord interne d'une cellule ; comme les élastiques, ils résistent à la tension. Les microtubules se trouvent à l'intérieur de la cellule où ils conservent leur forme en résistant aux forces de compression. Les filaments intermédiaires se trouvent dans toute la cellule et maintiennent les organites en place.

    Microfilaments

    Parmi les trois types de fibres protéiques du cytosquelette, les microfilaments sont les plus étroits. Ils fonctionnent dans le mouvement cellulaire, ont un diamètre d'environ 7 nm et sont constitués de deux brins entrelacés d'une protéine globulaire appelée actine (Figure\(\PageIndex{2}\)). Pour cette raison, les microfilaments sont également appelés filaments d'actine.

    Cette illustration montre deux filaments d'actine enroulés ensemble. Chaque filament d'actine est composé de nombreuses sous-unités d'actine reliées entre elles pour former une chaîne.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : Les microfilaments sont constitués de deux brins d'actine entrelacés.

    L'actine est alimentée par l'ATP pour assembler sa forme filamenteuse, qui sert de piste au mouvement d'une protéine motrice appelée myosine. Cela permet à l'actine de participer à des événements cellulaires nécessitant un mouvement, tels que la division cellulaire dans les cellules animales et le flux cytoplasmique, qui est le mouvement circulaire du cytoplasme cellulaire dans les cellules végétales. L'actine et la myosine sont abondantes dans les cellules musculaires. Lorsque vos filaments d'actine et de myosine glissent l'un sur l'autre, vos muscles se contractent.

    Les microfilaments confèrent également une certaine rigidité et une certaine forme à la cellule. Ils peuvent se dépolymériser (se désassembler) et se reformer rapidement, permettant ainsi à une cellule de changer de forme et de bouger. Les globules blancs (les cellules de votre corps qui combattent les infections) font bon usage de cette capacité. Ils peuvent se déplacer vers le site d'une infection et phagocyter le pathogène.

    Lien vers l'apprentissage

    Vidéo\(\PageIndex{1}\) : Pour voir un exemple de globule blanc en action, regardez une courte vidéo en accéléré montrant la cellule capturant deux bactéries. Il engloutit l'un puis passe à l'autre.

    Filaments intermédiaires

    Les filaments intermédiaires sont constitués de plusieurs brins de protéines fibreuses enroulés ensemble (Figure\(\PageIndex{3}\)). Ces éléments du cytosquelette tirent leur nom du fait que leur diamètre, de 8 à 10 nm, se situe entre ceux des microfilaments et des microtubules.

    Cette illustration montre 10 fibres de filaments intermédiaires regroupées.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : Les filaments intermédiaires sont constitués de plusieurs brins entrelacés de protéines fibreuses.

    Les filaments intermédiaires ne jouent aucun rôle dans le mouvement cellulaire. Leur fonction est purement structurelle. Ils supportent la tension, préservant ainsi la forme de la cellule, et ancrent le noyau et les autres organites en place. La figure\(\PageIndex{1}\) montre comment les filaments intermédiaires créent un échafaudage de soutien à l'intérieur de la cellule.

    Les filaments intermédiaires constituent le groupe d'éléments cytosquelettiques le plus diversifié. Plusieurs types de protéines fibreuses se trouvent dans les filaments intermédiaires. Vous connaissez probablement mieux la kératine, la protéine fibreuse qui renforce les cheveux, les ongles et l'épiderme de la peau.

    Microtubules

    Comme leur nom l'indique, les microtubules sont de petits tubes creux. Les parois du microtubule sont constituées de dimères polymérisés de l'α-tubuline et de la β-tubuline, deux protéines globulaires (Figure\(\PageIndex{4}\)). Avec un diamètre d'environ 25 nm, les microtubules sont les composants les plus larges du cytosquelette. Ils aident la cellule à résister à la compression, fournissent une piste le long de laquelle les vésicules se déplacent à travers la cellule et attirent les chromosomes répliqués vers les extrémités opposées d'une cellule en division. Comme les microfilaments, les microtubules peuvent se dissoudre et se reformer rapidement.

    La partie gauche de cette figure est un modèle moléculaire de 13 dimères polymérisés d'alpha- et de bêta-tubuline assemblés pour former un tube creux. La partie droite de cette image montre la structure de la tubuline sous la forme d'un anneau de sphères reliées entre elles.
    Figure\(\PageIndex{4}\) : Les microtubules sont creux. Leurs parois sont constituées de 13 dimères polymérisés de α-tubuline et de β-tubuline (image de droite). L'image de gauche montre la structure moléculaire du tube.

    Les microtubules sont également les éléments structuraux des flagelles, des cils et des centrioles (ces derniers sont les deux corps perpendiculaires du centrosome). En fait, dans les cellules animales, le centrosome est le centre organisateur des microtubules. Dans les cellules eucaryotes, les flagelles et les cils sont structurellement très différents de leurs homologues des procaryotes, comme indiqué ci-dessous.

    Flagella et Cilia

    Pour vous rafraîchir la mémoire, les flagelles (singulier = flagelle) sont de longues structures ressemblant à des cheveux qui s'étendent à partir de la membrane plasmique et sont utilisées pour déplacer une cellule entière (par exemple, le sperme, l'Euglène). Lorsqu'elle est présente, la cellule ne possède qu'un seul flagelle ou quelques flagelles. Lorsque des cils (singulier = cil) sont présents, beaucoup d'entre eux s'étendent sur toute la surface de la membrane plasmique. Il s'agit de structures courtes ressemblant à des cheveux qui sont utilisées pour déplacer des cellules entières (comme les paramécies) ou des substances le long de la surface externe de la cellule (par exemple, les cils des cellules qui tapissent les trompes de Fallope qui déplacent l'ovule vers l'utérus) ou les cils qui tapissent les cellules des voies respiratoires qui retiennent les particules de la matière et déplacez-la vers vos narines.)

    Malgré leurs différences de longueur et de nombre, les flagelles et les cils partagent une structure de microtubules commune appelée « matrice 9+2 ». Ce nom est approprié car un flagelle ou un cil est constitué d'un anneau de neuf doublets de microtubules entourant un seul doublet de microtubules au centre (Figure\(\PageIndex{5}\)).

    Cette micrographie électronique à transmission montre une coupe transversale de neuf doublets de microtubules qui forment un tube creux. Un autre doublet de microtubules se trouve au centre du tube.
    Figure\(\PageIndex{5}\) : Cette micrographie électronique à transmission de deux flagelles montre le réseau 9+2 de microtubules : neuf doublets de microtubules entourent un seul doublet de microtubules. (source : modification des travaux de l'installation de microscopie électronique de Dartmouth, Dartmouth College ; données à barres d'échelle fournies par Matt Russell)

    Vous venez de terminer une vaste étude des composants des cellules procaryotes et eucaryotes. Pour un résumé des composants cellulaires des cellules procaryotes et eucaryotes, voir le tableau\(\PageIndex{1}\).

    Tableau\(\PageIndex{1}\) : Composants cellulaires des cellules procaryotes et eucaryotes.
    Composant cellulaire Fonction Présent chez les procaryotes ? Présent dans les cellules animales ? Présent dans les cellules végétales ?
    Membrane plasmique Sépare la cellule de l'environnement externe ; contrôle le passage des molécules organiques, des ions, de l'eau, de l'oxygène et des déchets vers et hors de la cellule Oui Oui Oui
    Cytoplasme Fournit une pression de turgescence aux cellules végétales sous forme de liquide à l'intérieur de la vacuole centrale ; site de nombreuses réactions métaboliques ; milieu dans lequel se trouvent les organites Oui Oui Oui
    Nucléole Zone sombre du noyau où les sous-unités ribosomiques sont synthétisées. Non Oui Oui
    Noyau Organite cellulaire qui abrite l'ADN et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines Non Oui Oui
    Ribosomes Synthèse de protéines Oui Oui Oui
    Mitochondries Production d'ATP/respiration cellulaire Non Oui Oui
    Peroxysomes Oxyde et décompose ainsi les acides gras et les acides aminés, et détoxifie les poisons Non Oui Oui
    Vésicules et vacuoles Stockage et transport ; fonction digestive dans les cellules végétales Non Oui Oui
    Centrosome Rôle non précisé dans la division cellulaire des cellules animales ; source de microtubules dans les cellules animales Non Oui Non
    Lysosomes Digestion des macromolécules ; recyclage des organites usés Non Oui Non
    Paroi cellulaire Protection, soutien structurel et maintien de la forme cellulaire Oui, principalement du peptidoglycane Non Oui, principalement de la cellulose
    Chloroplastes Photosynthèse Non Non Oui
    Réticulum endoplasmique Modifie les protéines et synthétise les lipides Non Oui Oui
    Appareil Golgi Modifie, trie, étiquette, conditionne et distribue les lipides et les protéines Non Oui Oui
    Cytosquelette Maintient la forme de la cellule, maintient les organites dans des positions spécifiques, permet au cytoplasme et aux vésicules de se déplacer à l'intérieur de la cellule et permet aux organismes unicellulaires de se déplacer indépendamment Oui Oui Oui
    Flagelles Locomotion cellulaire Certains Certains Non, sauf pour certains spermatozoïdes végétaux.
    Cilia Locomotion cellulaire, mouvement des particules le long de la surface extracellulaire de la membrane plasmique et filtration Certains Certains Non

    Résumé

    Le cytosquelette contient trois types différents d'éléments protéiques. Du plus étroit au plus large, il s'agit des microfilaments (filaments d'actine), des filaments intermédiaires et des microtubules. Les microfilaments sont souvent associés à la myosine. Ils confèrent de la rigidité et de la forme à la cellule et facilitent les mouvements cellulaires. Les filaments intermédiaires supportent la tension et ancrent le noyau et les autres organites en place. Les microtubules aident la cellule à résister à la compression, servent de pistes aux protéines motrices qui déplacent les vésicules dans la cellule et attirent les chromosomes répliqués vers les extrémités opposées d'une cellule en division. Ils constituent également l'élément structurel des centrioles, des flagelles et des cils.

    Lexique

    cil
    (pluriel = cils) Structure courte ressemblant à des cheveux qui s'étend à partir de la membrane plasmique en grand nombre et qui est utilisée pour déplacer une cellule entière ou déplacer des substances le long de la surface externe de la cellule
    cytosquelette
    réseau de fibres protéiques qui, collectivement, conservent la forme de la cellule, fixent certains organites dans des positions spécifiques, permettent au cytoplasme et aux vésicules de se déplacer au sein de la cellule et permettent aux organismes unicellulaires de se déplacer de manière indépendante
    flagelle
    (pluriel = flagelles) structure longue ressemblant à un poil qui s'étend à partir de la membrane plasmique et sert à déplacer la cellule
    filament intermédiaire
    composant cytosquelettique, composé de plusieurs brins entrelacés de protéines fibreuses, qui supporte la tension, soutient les jonctions cellule-cellule et ancre les cellules aux structures extracellulaires
    microfilament
    élément le plus étroit du système du cytosquelette ; il confère rigidité et forme à la cellule et permet les mouvements cellulaires
    microtubule
    élément le plus large du système du cytosquelette ; il aide la cellule à résister à la compression, permet aux vésicules de se déplacer dans la cellule, attire les chromosomes répliqués vers les extrémités opposées d'une cellule en division et constitue l'élément structurel des centrioles, des flagelles et des cils