Objectifs

• Décrire l'ultrastructure d'une cellule eucaryote observée au microscope électronique.
• Connaître la structure et le rôle du noyau, du réticulum endoplasmique, de l'appareil de Golgi, des mitochondries, des chloroplastes, des lysosomes, des vacuoles et des ribosomes.
• Expliquer comment les organites coopèrent, par exemple pour fabriquer et sécréter une protéine.
• Comparer cellule animale et cellule végétale.

1. La cellule, une usine compartimentée

Un organite est une structure spécialisée du cytoplasme qui remplit une fonction déterminée. Dans la cellule eucaryote (cellule à vrai noyau : animaux, végétaux, champignons), la plupart des organites sont délimités par une ou deux membranes : on dit que la cellule est compartimentée. Le liquide dans lequel baignent les organites est le cytosol (ou hyaloplasme).

Classer les organites selon leurs membranes

flowchart TB
  O[Organites de la cellule eucaryote]
  O --> D[Deux membranes]
  O --> U[Une membrane]
  O --> S[Sans membrane]
  D --> D1[Noyau]
  D --> D2[Mitochondrie]
  D --> D3[Chloroplaste]
  U --> U1[Réticulum endoplasmique]
  U --> U2[Appareil de Golgi]
  U --> U3[Lysosome et vacuole]
  S --> S1[Ribosome]
  S --> S2[Centrosome]

La membrane plasmique

Elle entoure la cellule. Au microscope électronique, elle apparaît comme un feuillet d'environ \(7\ \text{nm}\) d'épaisseur. Elle est formée d'une bicouche de phospholipides dans laquelle sont insérées des protéines (modèle de la « mosaïque fluide »). Elle délimite la cellule et contrôle les échanges avec le milieu : c'est le mur d'enceinte avec ses gardiens.

2. Le noyau : la direction de l'usine

• Enveloppe nucléaire : deux membranes percées de pores nucléaires qui permettent les échanges entre noyau et cytoplasme (sortie des ARN, entrée de protéines).
• Chromatine : l'ADN associé à des protéines ; elle se condense en chromosomes lors de la division cellulaire.
• Nucléole : zone dense où sont fabriqués les constituants des ribosomes.

Rôle : le noyau contient l'information génétique et commande l'activité de la cellule ; c'est là que l'ADN est répliqué et transcrit en ARN.

3. Les ateliers de fabrication et d'expédition

Les ribosomes

Petites particules sans membrane (environ \(25\ \text{nm}\)), formées d'ARN et de protéines. Ce sont les ouvriers qui assemblent les acides aminés en protéines selon les instructions de l'ARN messager (traduction). Ils sont libres dans le cytosol ou fixés sur le réticulum.

Le réticulum endoplasmique (RE)

Réseau de sacs aplatis et de tubes délimités par une membrane, en continuité avec l'enveloppe nucléaire.

• RE granuleux (ou rugueux), couvert de ribosomes : synthèse des protéines destinées à être sécrétées ou intégrées aux membranes ; elles y commencent leur maturation.
• RE lisse, sans ribosomes : synthèse des lipides (dont certaines hormones stéroïdes) et détoxification, très développé par exemple dans les cellules du foie.

L'appareil de Golgi

Ensemble de dictyosomes, piles de saccules aplatis entourés de petites vésicules. Il reçoit les protéines venues du RE, les modifie (par exemple en leur ajoutant des glucides), les trie et les emballe dans des vésicules : c'est le service emballage et expédition. Il produit aussi les lysosomes.

Le trajet d'une protéine sécrétée

Cherche d'abord : dans l'expérience de Palade, pourquoi ne donne-t-on l'acide aminé radioactif que pendant un temps très court ?

4. Les centrales énergétiques : mitochondries et chloroplastes

La mitochondrie

Organite d'environ \(1\) à \(2\ \mu\text{m}\) de long, présent dans les cellules animales et végétales. Il possède deux membranes : une membrane externe lisse et une membrane interne repliée en crêtes, qui augmentent sa surface ; l'intérieur est la matrice. C'est le siège de la respiration cellulaire, qui produit l'énergie utilisable par la cellule sous forme d'ATP :

Le chloroplaste

Organite des cellules végétales chlorophylliennes (feuilles vertes). Il possède deux membranes et contient des sacs aplatis, les thylakoïdes, empilés en grana, qui portent la chlorophylle ; le liquide intérieur est le stroma. C'est le siège de la photosynthèse :

5. Nettoyage, stockage et soutien

• Lysosomes : petites vésicules à une membrane, remplies d'enzymes digestives ; ils assurent la digestion intracellulaire (particules capturées, organites usés). Ils sont produits par l'appareil de Golgi.
• Vacuole : chez les végétaux, une grande vacuole occupe souvent la plus grande partie de la cellule ; elle stocke de l'eau, des sels, des pigments et maintient la cellule ferme (turgescence).
• Peroxysomes : petites vésicules qui détruisent certaines substances toxiques, comme le peroxyde d'hydrogène \(\ce{H2O2}\).
• Centrosome (cellule animale) : formé de deux centrioles, il organise le fuseau lors de la division cellulaire.
• Cytosquelette : réseau de filaments et de tubules qui donne sa forme à la cellule et guide le déplacement des vésicules.

Cellule animale et cellule végétale

À toi : légende la cellule animale

Place chaque nom sur la bonne partie de ce schéma simplifié d'une cellule animale vue au microscope électronique.

Erreurs fréquentes

Récapitulatif

• La cellule eucaryote est compartimentée en organites, chacun avec une fonction précise.
• Noyau : information génétique et commande ; ribosomes : synthèse des protéines.
• RE granuleux → appareil de Golgi → vésicules de sécrétion → exocytose : trajet des protéines exportées.
• Mitochondrie : respiration cellulaire et production d'ATP ; chloroplaste : photosynthèse.
• Lysosomes : digestion intracellulaire ; vacuole : stockage et turgescence chez les végétaux.
• Les organites coopèrent : la cellule fonctionne comme une usine dont tous les services sont reliés.

Cartes mémo