La cellule.

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La cellule.

La cellule est l'unité élémentaire de la vie animale ou végétale. C'est la plus petite portion
de matière capable de vivre de façon autonome et de se reproduire. Il n'en existe pas de
modèle unique mais d'innombrables variétés. Les bactéries sont constituées d'une seule
cellule ; des organismes plus élaborés peuvent en contenir plusieurs milliards. En dépit de leur
différence de taille, de forme et de fonction, les cellules qui constituent les organismes vivants
présentent des caractéristiques communes qui sont l'essence même de la vie.
L'Anglais Robert Hooke mentionna en 1665 pour la première fois le nom de cellules pour
désigner, par analogie avec les cellules de moine, les cavités qu'il observait dans une tranche
d'écorce. Ce mot est resté, bien que la définition actuelle ne corresponde pas aux trous
observés par Hooke, mais aux entités qui remplissent les trous dans l'arbre vivant. La cellule
est l'unité morphologique et physiologique de tous les êtres vivants. Tout être vivant est
constitué de cellules qui proviennent de la croissance et de la division de cellules
préexistantes. C'est la théorie cellulaire formulée au XIXe siècle par Mathias Jacob Schleiden
(1837), Theodor Schwann (1839) et Rudolf Virchow (1855). Les êtres vivants sont
constitués de cellules et de substances dérivées de leur activité. Leurs composés, très variés,
sont formés à partir de quelques types de molécules. D'une génération à l'autre, la vie est
caractérisée par une succession ininterrompue de cellules. Leur organisation et leur
fonctionnement montrent une unité remarquable, quelle que soit leur complexité. L'étude de
la croissance et du développement de l'organisme, de sa reproduction, de sa génétique, de sa
pathologie est en rapport avec la structure et le fonctionnement de ses cellules.
Outre l'unité d'organisation et de fonctionnement postulée par la théorie cellulaire, qui
constitue jusqu'à nos jours la base fondamentale de la biologie, les cellules présentent une
rare unité de composition, comme l'a montré André Lwoff en 1962. Malgré leur diversité de
taille, de forme et de fonction, les cellules, qu'elles soient dotées de noyau (chez les
eucaryotes) ou qu'elles en soient dépourvues (chez les procaryotes), sont organisées selon
un plan général commun et sont construites à partir d'un nombre très limité de matériaux.
Les cellules peuvent vivre de manière autonome en tant qu'organismes unicellulaires
(bactéries, amibes, paramécies) ou faire partie d'organismes complexes qui peuvent contenir
des billions d'unités spécialisées interagissant les unes sur les autres. Si le diamètre de la
plupart des cellules est compris entre quelques micromètres et quelques dizaines de
micromètres, le diamètre de certaines cellules spécialisées se mesure en centimètres (oeuf de
poule, cellule nerveuse, cellule musculaire). Leur observation fut tributaire du développement
de l'optique (microscope optique, électronique).
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Les corrélats
Hooke Robert
Lwoff André
Virchow Rudolf
Les livres
sciences (histoire des) - la cellule d'après Theodor Schwann, page 4693, volume 9

Eucaryotes, procaryotes et virus

Les cellules eucaryotes.
Les cellules eucaryotes (animales et végétales) possèdent un noyau, des organites
spécialisés et un système membranaire complexe. Le groupe des eucaryotes comprend
environ 1,6 million d'espèces. Il englobe des organismes unicellulaires (amibes,
paramécies, etc.), les plantes à fleur, les vertébrés. Les cellules eucaryotes sont
extrêmement diversifiées, mais les caractéristiques de leurs organites sont très
semblables d'un type cellulaire à l'autre. Plusieurs propriétés distinguent les cellules
végétales des cellules animales. Les plastes (chloroplastes, amyloplastes) n'existent que
chez les cellules végétales; la paroi de ces cellules est le plus souvent doublée d'une

paroi pectocellulosique assurant une certaine rigidité compatible avec la turgescence
cellulaire. Les cellules animales présentent une membrane souple (plasmique). Le
vacuome est généralement très développé chez les plantes réalisant une photosynthèse
où il se forme une grande vacuole centrale. Les cellules animales ont des centrioles et
des inclusions de réserve différents de ceux des végétaux (glycogène au lieu d'amidon).
Enfin, le mode d'association de ces cellules est très différent : chez les végétaux, les
points d'ancrage intercellulaires (plasmodesmes) sont très nombreux (jusqu'à
5 000 microns/m2) ; chez les animaux, les points de communication sont plus rares et
présentent une spécificité structurale et métabolique. L'organisme peut être représenté
par une seule cellule (unicellulaire), par exemple chez les protistes (30 000 espèces).
Certains protistes (protozoaires) sont de nature animale : ils absorbent des proies
vivantes, des débris organiques ; d'autres (protophytes), pourvus de plastes,
appartiennent au règne végétal. Les organismes pluricellulaires sont des métazoaires ;
ils ne constituent pas une simple mosaïque cellulaire, mais comportent des organes bien
différenciés qui assurent le fonctionnement de l'organisme dans son ensemble.
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cytosquelette
ergastoplasme
métazoaires
plaste
protistes
protozoaires
Les livres
végétal (règne) - cellules végétales, page 5441, volume 10

Les cellules procaryotes.
Les procaryotes n'ont pas de noyau individualisé, ni de réticulum endoplasmique, ni de
mitochondrie. Les bactéries appartiennent à ce groupe, qui comporte d'innombrables
espèces. Elles vivent sous forme d'individus isolés ou en colonies très primitives (telles
les algues bleues ou cyanobactéries). Les bactéries sont indispensables à la vie des
eucaryotes ; elles sont, entre autres, responsables de mécanismes de recyclage des
organismes morts. Certaines bactéries cependant sont dangereuses, car pathogènes
(par exemple, le bacille de Koch entraîne la tuberculose). Les bactéries existent sous
forme d'innombrables variétés, et ce dans les conditions les plus inhospitalières (sources
chaudes, mers salées, etc.).
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Les corrélats
bactérie
cyanophytes
Les livres
végétal (règne) - cellules végétales, page 5441, volume 10

Les virus.
Ce ne sont pas à proprement parler des cellules puisqu'ils ne peuvent vivre de façon
autonome. Ils possèdent cependant leur propre matériel génétique. Pour se reproduire,
ils envahissent une cellule. Les virus qui parasitent les bactéries sont appelés
bactériophages ou phages.
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Les corrélats
phage
virus

Cellules et environnement.
Simultanément à Robert Hooke, son contemporain, Antonie Van Leeuwenhoek fit la
description, d'une rare exactitude, de cet univers cellulaire, monde clos qui vit, se
reproduit, meurt. Pour se développer ou se multiplier, la cellule doit obligatoirement

puiser dans le milieu extérieur les éléments nécessaires à la vie et évacuer les déchets.
La membrane cellulaire présente une perméabilité sélective qui permet des échanges
passifs ou actifs (consommateurs d'énergie) : exocytose, endocytose (pinocytose,
phagocytose). De plus, la membrane cellulaire présente une sélectivité susceptible de
varier en fonction des espèces, des tissus, des conditions externes (physiques,
chimiques, pharmacologiques). Les qualités intrinsèques permettent à la cellule de
répondre à divers facteurs de l'environnement (par exemple, calcium, stress, hormones,
stimuli) permettant les mouvements, la transmission de messages informatifs (influx
nerveux, potentiel d'action, c'est-à-dire une dépolarisation qui correspond à l'inversion
des polarités membranaires).
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endocytose
e xocytose
phagocytose
pinocytose
Van Leeuwenhoek Antonie
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amibe
dépolarisation
différence de potentiel - 2.BIOLOGIE
évolution - L'évolution et la génétique - L'évolution « moléculaire «
glycogène
Hooke Robert
réticulum endoplasmique
turgescence
végétal (règne) - La cellule végétale
végétal (règne) - La cellule végétale - Introduction
végétal (règne) - La cellule végétale - Les cellules eucaryotes
végétal (règne) - La cellule végétale - Les cellules procaryotes
Les livres
cellule - schéma de la structure de la membrane plasmique répondant au modèle
de la mosaïque fluide, page 918, volume 2
cellule - membrane plasmique de cellule animale, observée après cryofracture,
page 918, volume 2
cellule végétale, page 919, volume 2
cellule animale, page 919, volume 2

Les différentes parties de la cellule
Cet univers autonome paraît de prime abord constitué du noyau et du cytoplasme.

Le noyau.
Détenteur du patrimoine génétique, ou génome, il présente chez les cellules eucaryotes
des amas de chromatine hétérogène, un gel ou nucléoplasme et des structures
circulaires, les nucléoles. Une double membrane fixe les limites du noyau. La chromatine
présente un aspect différent lors de la division cellulaire, ou mitose, au cours de laquelle
elle s'individualise en paires de segments, condensés et spécialisés : les chromosomes.
À l'exception des hématies et des fibres du cristallin qui sont anucléées, toutes les
cellules comportent au moins un noyau dont la privation entraîne la mort cellulaire.
Certaines cellules sont plurinucléées (cellules musculaires, cancéreuses...).
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Les corrélats
chromatine
c hromosome
noyau - 1.BIOLOGIE

nucléole
nucléoplasme

Le cytoplasme.
Il consiste en une gelée particulière (le cytosol) : il est soutenu par un cytosquelette et
renferme un certain nombre d'organites aux fonctions spécifiques de biosynthèse, de
manière à assurer le maintien et le renouvellement des structures. L'énergie nécessaire
à ces fonctions est fournie chez les végétaux chlorophylliens à partir de l'énergie
lumineuse et de molécules simples (eau, gaz carbonique, ammoniaque). La cellule
animale utilise l'énergie de ses constituants chimiques complexes par voie métabolique
(anabolisme, catabolisme). Les systèmes responsables de ces activités sont situés dans
le cytosol et dans certains organites, en rapport étroit avec lui : les mitochondries,
« centrales énergétiques « qui permettent les réactions d'oxydo-réduction avec
libération d'ATP (leur ensemble constitue le chondriome) ; les chloroplastes,
responsables de la photosynthèse chez la plante ; les microcorpuscules
(peroxysomes) ; les protéines contractiles. Les ribosomes sont des centres de
synthèses protéiques. Dans le noyau, la partie de l'ADN correspondant aux gènes est
copiée en ARN au cours d'un mécanisme appelé transcription. Cet ARN messager est
transporté dans le cytoplasme ; la lecture du message qu'il contient aboutit à la
synthèse des protéines. Enfin, des structures diverses, réticulum endoplasmique,
appareil de Golgi, lysosomes, sont impliquées dans les activités de communication et
d'échange de matière entre les cellules et leur environnement. Ces structures servent au
stockage, au remaniement et au transport intracellulaire de matériaux intégrés
(endocytose) ou extériorisés (exocytose) sans jamais rompre la continuité de la
membrane cellulaire.
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Les corrélats
anabolisme
ATP (adénosine triphosphate)
catabolisme
chloroplaste
cytoplasme
cytosquelette
Golgi (appareil de)
lysosome
membrane - 1.BIOLOGIE
mitochondrie
plaste
réticulum endoplasmique
ribosome
transcription
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Les corrélats
chromatides
jonction - 1.BIOLOGIE
nucléoprotéine
organite
ribonucléique (acide)

La destinée cellulaire
La jeune cellule croît par la réalisation de biosynthèses qui augmentent sa masse. Cette
croissance est caractéristique de chaque type cellulaire. La cellule doit se diviser pour
survivre ; cette division, ou mitose, serait déterminée par le rapport nucléocytoplasmique
(volume du noyau/volume du cytoplasme) et par des signaux cytoplasmiques spécifiques.
La mitose conserve l'information génétique, à l'identique, de génération en génération ; elle
est, pour les eucaryotes unicellulaires comme pour les cellules peu différenciées des
métazoaires, un mode de reproduction. En revanche, les cellules différenciées des
pluricellulaires ne sont généralement plus capables de se diviser (cellules nerveuses,
musculaires, ligneuses, etc.) ; ces cellules, après un temps de vie (cycle cellulaire)

déterminé par l'espèce et le type cellulaire, vieillissent et meurent sans que les raisons de
cette sénescence nous soient connues. Seules les cellules cancéreuses sont immortelles ;
elles constituent un matériel de recherche précieux.
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Les corrélats
anaphase
biosynthèse
métastase
mitose
télophase

La division cellulaire
Les cellules au cours de leur croissance traversent un cycle cellulaire qui comporte deux
phases : une phase de division avec duplication de l'ADN et transmission de copies
identiques de l'information génétique à chaque cellule fille et une interphase, période de
croissance cellulaire.

La division directe, ou scissiparité.
Elle affecte les animaux inférieurs et certains globules blancs par simple étirement du
noyau et du cytoplasme.
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reproduction - La reproduction animale - La reproduction asexuée
scissiparité

La division indirecte, ou mitose.
Chez les eucaryotes, la division cellulaire ou mitose se produit en plusieurs étapes de
durée variable selon le type cellulaire et le milieu ; elle comprend la division du noyau
(caryocinèse), suivie de la division du cytoplasme (cytocinèse). La mitose est la division
d'une cellule eucaryote en deux cellules filles, dont chaque noyau possède le même
nombre et les mêmes types de chromosomes que ceux de la cellule mère. La
constance du patrimoine chromosomique (2 n) à travers les générations implique sa
duplication (4 n) préalablement à la mitose. La mitose s'effectue en quatre phases
successives (prophase, métaphase, anaphase, télophase), au cours desquelles les
chromatides se séparent pour donner deux noyaux fils.
Lors de la prophase, la condensation et la spiralisation de la chromatine
individualisent les chromosomes, chaque centriole migre vers un pôle de la cellule, et les
fibres du fuseau achromatique apparaissent, alors que membrane nucléaire et nucléoles
disparaissent. Lors de la métaphase, les chromosomes se disposent au centre de la
cellule sur un même plan (plaque équatoriale) où leur centromère se fixe, alors que les
chromatides pointent leurs extrémités vers les pôles de la cellule. Lors de l'anaphase, les
centromères se divisent, permettant la migration des chromatides sur les fibres
fuseauriales aux pôles opposés : les chromatides, en s'individualisant, sont devenues
des chromosomes. Enfin, lors de la télophase, la membrane nucléaire se reconstitue,
tandis que les chromosomes se déroulent en un réseau chromatinien, les nucléoles
réapparaissent et le clivage du cytoplasme s'opère par étranglement, chez la cellule
animale, pour donner deux cellules autonomes. Chez les cellules végétales, la rigidité
membranaire empêche une cytocinèse immédiate ; il y a apparition d'une membrane
mitoyenne (plaque cellulaire) qui viendra renforcer les fibres de cellulose. On appelle
interphase la période de vie cellulaire qui sépare deux mitoses.
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Les corrélats
anaphase
aster - 2.BIOLOGIE
caryocinèse
chromatine

cytocinèse
fuseau mitotique
interphase
métaphase
mitose
prophase
reproduction - La reproduction animale - La reproduction asexuée
télophase
Les médias
cellule - mitose

La division réductionnelle, ou méiose.
Chez les protistes, les plantes et les animaux, la sexualité se traduit par l'apparition, au
sein de l'organisme, de gamètes ou cellules germinales haploïdes (n) susceptibles de
fusionner leurs génomes deux à deux pour constituer un zygote, première cellule
primordiale du nouvel organisme. Le mécanisme qui permet le passage de l'état diploïde
à l'état haploïde, régulation indispensable à la constance du nombre spécifique de
chromosomes, donc de l'information génétique, à travers les générations successives,
est la méiose. Chez les plantes, la méiose ne conduit pas directement aux gamètes,
mais à des spores qui engendrent un organisme (haploïde) qui produira les gamètes.
Cette formation de gamètes peut se faire chez des individus différents (sexes séparés),
comme c'est le cas chez les espèces gonochoriques (vertébrés, insectes, etc.), ou chez
un même individu : espèces hermaphrodites (par exemple, l'escargot, le ver de terre, la
douve du foie).
Les processus de la méiose sont fondamentalement semblables chez tous les
organismes eucaryotes doués de sexualité. Une cellule diploïde produit, par deux
divisions successives, quatre cellules haploïdes. La première division réductionnelle
(méiose I) réduit de moitié, dans les deux cellules filles, le nombre de chromosomes
présents dans la cellule initiale. Au cours de cette première division, les chromosomes
homologues s'associent par paires et échangent des segments chromosomiques
homologues (crossing-over). Au cours de la seconde division équationnelle (méiose II),
les deux cellules filles se dédoublent par mitose et donnent quatre gamètes. La méiose
de la cellule initiale produit donc quatre cellules filles haploïdes, génétiquement différentes
l'une de l'autre.
La gamétogenèse, phénomène au cours duquel sont formées les cellules
reproductrices, ou gamètes (cellules mâles et femelles), chez les organismes
pluricellulaires, est variable. Chez les plantes, les gamètes sont produits par mitose et
différenciation cellulaire. Chez les animaux, ce sont les divisions méiotiques qui
produisent les gamètes. Il n'y a pas de gamétogenèse chez les champignons supérieurs,
qui ont une sexualité très particulière.
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Les corrélats
centromère
diploïde (cellule)
gamète
gamétophyte
haploïde
méiose
mutation - 1.BIOLOGIE
reproduction - La reproduction animale - La reproduction sexuée
reproduction - La reproduction végétale
segmentation - 1.BIOLOGIE
sexualité
z ygote
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hermaphrodisme
interphase
végétal (règne) - L'organisation des végétaux - Les végétaux unicellulaires

Les livres
interphase, page 2558, volume 5
cellule - mitose, page 920, volume 2
cellule - méiose, page 920, volume 2
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Les corrélats
cytologie
différenciation - 1.BIOLOGIE
fusion cellulaire
sciences (histoire des) - La vie - Naissance de la cellule
vie
Les médias
cellule - unité fonctionnelle du vivant
Les livres
cellule - coupe transversale d'une tige de tilleul grossie quarante fois, page 918,
volume 2
Les indications bibliographiques
B. Alberts, Biologie moléculaire de la cellule, Flammarion, Paris, 1989.
H. Firket, la Cellule vivante, « Que sais-je? «, PUF, Paris, 1992.
C.-L. Gallien, Biologie cellulaire, PUF, Paris, 1991 (1980).
M. Maillet, Cytologie, Masson, Paris, 1989.
D. Morello, Au coeur de la vie : la cellule, Pocket, Paris, 1991. La Révolution
biologique, Science & Vie, numéro spécial 775.