B4 · Organisation générale
Composition chimique et compartiments de la cellule eucaryote
Décrire la composition chimique de la cellule : eau, ions, macromolécules et leurs proportions relatives. Situer les principaux compartiments et organites et relier chaque compartiment à la fonction cellulaire qu'il porte.
Biologie cellulaire7 min de lecture17 QCM corrigés
Une organisation chimique et spatiale intégrée
La cellule eucaryote est constituée d'un nombre limité de catégories chimiques, mais leur organisation dans l'espace permet une grande diversité de réactions. Elle possède une membrane plasmique, un cytoplasme et un noyau. Le cytoplasme comprend le cytosol et les structures qui y sont incluses.
La distinction détaillée entre cellule procaryote et cellule eucaryote appartient à la fiche précédente ; ici, la présence de compartiments internes délimités par des membranes est retenue comme propriété majeure de la cellule eucaryote.
La compartimentation ne consiste donc pas en une simple juxtaposition d'organites. Chaque compartiment entretient un milieu favorable à certaines réactions, concentre les molécules nécessaires et sépare des processus qui seraient incompatibles s'ils se déroulaient au même endroit.
Composition chimique de la cellule
L'eau, constituant majoritaire
L'eau représente généralement environ 70 à 85 % de la masse cellulaire totale. Cette proportion varie selon le type cellulaire et son état physiologique. Elle constitue le solvant dans lequel sont dissous les ions et les petites molécules.
Sa polarité lui permet d'interagir avec les molécules chargées ou polaires. Elle participe également aux réactions chimiques, aux échanges thermiques et au maintien du volume cellulaire. Les molécules hydrophobes, peu solubles dans l'eau, tendent au contraire à s'associer entre elles, ce qui contribue notamment à la formation spontanée des membranes lipidiques.
Les ions et les petites molécules
Les ions sont des atomes ou des groupes d'atomes portant une charge électrique. Les principaux ions cellulaires comprennent notamment , , , , et les phosphates.
Ils ne représentent qu'une faible fraction de la masse cellulaire, généralement de l'ordre de quelques pour cent, mais leurs concentrations sont étroitement contrôlées. Ils interviennent dans :
- l'équilibre osmotique et le volume cellulaire ;
- la création de différences de potentiel électrique ;
- la signalisation intracellulaire ;
- l'activité des enzymes ;
- la stabilisation de certaines structures moléculaires.
Les petites molécules organiques, également appelées métabolites, comprennent les acides aminés, les oses, les nucléotides et divers intermédiaires métaboliques. Elles peuvent servir de précurseurs aux macromolécules, de sources d'énergie ou de messagers.
Les macromolécules
Les quatre grandes familles organiques sont les protéines, les acides nucléiques, les glucides et les lipides. Les proportions indiquées ci-dessous sont des ordres de grandeur : elles varient fortement selon la spécialisation et l'activité de la cellule.
Les protéines sont généralement les macromolécules les plus abondantes de la matière sèche, c'est-à-dire de la masse restante après retrait de l'eau. Elles assurent la catalyse enzymatique, le transport, la réception des signaux, les mouvements et le soutien structural.
Les acides nucléiques comprennent l'ADN, support durable de l'information génétique, et les ARN, qui participent à son expression. Les lipides forment l'armature des membranes et peuvent aussi servir de réserve ou de messagers. Les glucides contribuent au métabolisme énergétique, aux réserves et aux structures situées à la surface cellulaire.
Les grands compartiments cellulaires
Membrane plasmique, cytosol et cytoplasme
La membrane plasmique délimite la cellule et sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire. Sa perméabilité sélective contrôle les échanges et permet à la cellule de maintenir une composition interne distincte de son environnement. Elle porte aussi des protéines de transport, de réception des signaux et d'adhérence.
Le cytosol est le siège de nombreuses réactions métaboliques et constitue le milieu de déplacement des molécules entre les organites.
Le noyau
Le noyau est entouré d'une enveloppe nucléaire constituée de deux membranes. Il contient l'essentiel de l'ADN cellulaire et assure ainsi la conservation, la duplication et la transcription de l'information génétique. Des pores nucléaires contrôlent les échanges avec le cytoplasme.
Le nucléole est une région nucléaire non délimitée par une membrane. Il participe à la production des ARN ribosomiques et à l'assemblage initial des sous-unités des ribosomes.
Le système endomembranaire
Le système endomembranaire réunit des compartiments reliés directement ou par des vésicules. Il assure la synthèse, la modification, le tri, le transport et la dégradation de nombreuses molécules.
- Le réticulum endoplasmique rugueux, portant des ribosomes sur sa face cytosolique, participe à la synthèse des protéines destinées à la sécrétion, aux membranes ou à certains organites.
- Le réticulum endoplasmique lisse intervient notamment dans la synthèse de lipides et dans la régulation de certains ions.
- L'appareil de Golgi modifie, trie et dirige les protéines et les lipides reçus du réticulum endoplasmique.
- Les endosomes reçoivent et trient le matériel internalisé depuis la membrane plasmique.
- Les lysosomes contiennent des enzymes permettant la dégradation contrôlée des macromolécules.
- Les vésicules assurent le transport de matériel entre les compartiments ou vers la membrane plasmique.
Les mécanismes précis du trafic vésiculaire et les propriétés de chaque élément du système endomembranaire sont développés dans le sous-bloc consacré à ce système.
Mitochondries et peroxysomes
Les mitochondries possèdent deux membranes et assurent une part majeure de la production d'ATP, principale molécule de transfert d'énergie chimique. Elles participent aussi à diverses voies métaboliques et à la régulation du destin cellulaire. Elles contiennent leur propre ADN, sans être indépendantes du noyau.
Les peroxysomes sont des organites à membrane unique spécialisés dans certaines réactions d'oxydation. Ils participent notamment au métabolisme lipidique et à la neutralisation de composés oxydants.
Structures non délimitées par une membrane
Tous les systèmes fonctionnels de la cellule ne sont pas entourés d'une membrane.
Les ribosomes sont des complexes d'ARN et de protéines assurant la synthèse des protéines. Ils peuvent être libres dans le cytosol ou associés au réticulum endoplasmique rugueux.
Le cytosquelette est un réseau dynamique de filaments protéiques. Il maintient la forme cellulaire, organise la position des organites, permet le transport intracellulaire et participe aux mouvements ainsi qu'à la division.
Le centrosome organise une partie des microtubules du cytosquelette et contribue à leur disposition dans la cellule. Les protéasomes sont des complexes chargés de dégrader sélectivement certaines protéines cytosoliques ou nucléaires.
Coopération entre les compartiments
La cellule fonctionne comme un système intégré. L'information contenue dans l'ADN nucléaire est transcrite en ARN, puis utilisée par les ribosomes pour produire des protéines. Certaines restent dans le cytosol, tandis que d'autres rejoignent le noyau, les mitochondries, les peroxysomes ou le système endomembranaire selon leur destination.
Les membranes imposent des voies de transport spécifiques. Les petites molécules peuvent être transférées par des protéines membranaires, tandis que le système endomembranaire échange du matériel par l'intermédiaire de vésicules. Le cytosquelette oriente une partie de ces déplacements. Ainsi, la localisation d'une molécule est une composante essentielle de sa fonction.
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