Organites cellulaires dans les cellules animales et végétales (caractéristiques et fonctions)
Les organites cellulaires sont les structures internes qui constituent les cellules - sous la forme de "petits organes" - qui remplissent des fonctions structurelles, métaboliques, de synthèse, de production et de consommation d'énergie.
Ces structures sont contenues dans le cytoplasme cellulaire et, en général, toutes les cellules eucaryotes sont composées d’un ensemble de base d’organites intracellulaires. Ceux-ci peuvent être différenciés entre membraneux (membrane plasmique actuelle) et non membraneux (absence de membrane plasmique).
Chaque organite contient un ensemble de protéines exclusives que l'on trouve généralement dans la membrane ou à l'intérieur de l'organelle.
Il existe des organites responsables de la distribution et du transport des protéines (lysosomes), d'autres exercent des fonctions métaboliques et bioénergétiques (chloroplastes, mitochondries et péroxisomes), de la structure et du mouvement cellulaire (filaments et microtubules) et font partie de la surface. cellulaire (membrane plasmique et paroi cellulaire).
Les cellules procaryotes manquent d'organites membraneuses, alors que dans les cellules eucaryotes, on peut trouver les deux types d'organelles. Ces structures peuvent également être classées en fonction de la fonction qu'elles remplissent dans la cellule.
Organelles: membraneuses et non membraneuses
Organites membranaires
Ces organites ont une membrane plasmique qui permet de séparer l'environnement interne du cytoplasme cellulaire. La membrane présente des formes vésiculaires et tubulaires et peut être plissée comme dans le réticulum endoplasmique lisse ou pliée dans l'organelle comme dans les mitochondries.
Cette organisation de la membrane plasmique dans les organites permet d’accroître sa surface et de former des sous-compartiments intracellulaires dans lesquels diverses substances, telles que des protéines, sont stockées ou sécrétées.
Parmi les organites à membrane, on trouve les suivants:
- La membrane cellulaire, qui délimite la cellule et d’autres organites cellulaires.
- Réticulum endoplasmique brut (RER), où se déroulent la synthèse des protéines et la modification des protéines nouvellement synthétisées.
Réticulum endoplasmique lisse (REL), où les lipides et les stéroïdes sont synthétisés.
- Appareil de Golgi, modifie et prépare les protéines et les lipides pour le transport.
-Les endosomes, participent à l'endocytose et classifient et redirigent les protéines vers leurs destinations finales.
-Lisosomes, contiennent des enzymes digestives et participent à la phagocytose.
- Les molécules de transport transportent le matériel et participent à l'endocytose et à l'exocytose.
- Les mitochondries et les chloroplastes, produisent de l'ATP en fournissant de l'énergie à la cellule.
-Les peroxisomes sont impliqués dans la production et la dégradation de H 2 O 2 et des acides gras.
Organites non membraneuses
Ces organites ne possèdent pas de membrane plasmique qui les délimite et, dans celles-ci, les protéines exclusives sont généralement auto-assemblées dans les polymères qui font partie des éléments structurels du cytosquelette.
Parmi les organites cytoplasmiques non membraneux, on trouve:
-Microtubules, qui constituent le cytosquelette en conjonction avec les microfilaments d'actine et les filaments intermédiaires.
Les filaments font partie du cytosquelette et sont classés en microfilaments et filaments intermédiaires.
-Centriolos, structures cylindriques à partir desquelles dérivent les corps basaux des cils.
-Les ribosomes, impliqués dans la synthèse des protéines, sont composés d'ARN ribosomal (ARNr).
Organelles dans les cellules animales
Les animaux effectuent des activités quotidiennes de protection, d'alimentation, de digestion, de déplacement, de reproduction et même de mort. Nombre de ces activités sont également menées dans les cellules qui composent ces organismes, et elles sont jouées par les organites cellulaires qui constituent la cellule.
En général, toutes les cellules d'un organisme ont la même organisation et utilisent des mécanismes similaires pour mener à bien toutes leurs activités. Cependant, certaines cellules peuvent se spécialiser dans une ou plusieurs fonctions qui diffèrent des autres car elles ont un plus grand nombre ou une plus grande taille de certaines structures ou régions cellulaires.
Deux régions ou compartiments principaux peuvent être différenciés au sein des cellules: le noyau, l'organite le plus important des cellules eucaryotes, et le cytoplasme qui contient les autres organites et certaines inclusions de la matrice cytoplasmique (tels que les solutés et les molécules organiques).
Noyau
Le noyau est le plus grand organite de la cellule et représente la caractéristique la plus importante des cellules eucaryotes, ce qui les différencie des cellules procaryotes. Il est bien délimité par deux membranes ou enveloppes nucléaires à pores. Dans le noyau se trouvent l’ADN sous forme de chromatine (condensée et laxiste) et le nucléole.
Les membranes nucléaires permettent d'isoler l'intérieur du noyau du cytoplasme cellulaire, en plus de servir de structure et de support à l'organelle. Cette enveloppe est composée d’une membrane externe et d’une membrane interne. L'enveloppe nucléaire a pour fonction d'empêcher le passage de molécules entre l'intérieur du nucléaire et le cytoplasme.
Les complexes de pores dans les membranes nucléaires permettent le passage sélectif de protéines et d'ARN, tout en maintenant stables la composition interne du noyau et en jouant également un rôle clé dans la régulation de l'expression génique.
Le génome cellulaire est contenu dans ces organites, c'est pourquoi il sert de stockage d'informations génétiques de la cellule. La transcription et le traitement de l'ARN et la réplication de l'ADN ont lieu dans le noyau, et seule la traduction a lieu en dehors de cet organite.
Membrane plasmatique
La membrane plasmique ou cellulaire est une structure composée de deux couches de lipides amphipathiques, avec une partie hydrophobe et une partie hydrophile (bicouche lipidique) et certaines protéines (intégrales membranaires et périphériques). Cette structure est dynamique et participe à divers processus physiologiques et biochimiques des cellules.
La membrane plasmique est responsable de l’isolation de l’intérieur cellulaire du milieu environnant. Il contrôle le passage de toutes les substances et molécules qui entrent et sortent de la cellule par le biais de divers mécanismes tels que la simple diffusion (au profit d'un gradient de concentration) et le transport actif, où les protéines de transport sont nécessaires.
Réticulum endoplasmique rugueux
Le réticulum endoplasmique est composé d'un réseau de tubules et de sacs (citernes) entourés d'une membrane qui s'étend à partir du noyau (membrane nucléaire externe). C'est aussi l'un des plus grands organites de cellules.
Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) a un grand nombre de ribosomes sur sa surface externe et contient également des vésicules qui s'étendent à l'appareil de Golgi. Il constitue le système de synthèse des protéines de la cellule. Les protéines synthétisées passent dans les citernes du RER où elles sont transformées, accumulées et transportées.
Les cellules sécrétoires et celles ayant une grande quantité de membrane plasmique, telles que les neurones, ont un réticulum endoplasmique rugueux bien développé. Les ribosomes qui composent le RER sont responsables de la synthèse des protéines de sécrétion et des protéines qui constituent d'autres structures cellulaires telles que les lysosomes, l'appareil de Golgi et les membranes.
Réticulum endoplasmique lisse
Le réticulum endoplasmique lisse (REL) intervient dans la synthèse des lipides et manque des ribosomes associés à la membrane. Il se compose de courts tubules tendant à avoir une structure tubulaire. Il peut être séparé du RER ou en être une extension.
Les cellules associées à la synthèse des lipides et à la sécrétion de stéroïdes ont un REL hautement développé. Cet organite intervient également dans les processus de détoxification et de conjugaison de substances nocives, très développées dans les cellules du foie.
Ils ont des enzymes qui modifient les composés hydrophobes tels que les pesticides et les substances cancérigènes, en les convertissant en produits solubles dans l’eau qui se dégradent facilement.
Appareil de Golgi
Dans l'appareil de Golgi, des protéines synthétisées et modifiées dans le réticulum endoplasmique sont reçues. Dans cet organite, ces protéines peuvent subir d'autres modifications pour être finalement transportées vers les lysosomes, les membranes plasmiques ou destinées à la sécrétion. Les glycoprotéines et la sphingomyéline sont synthétisées dans l'appareil de Golgi.
Cet organite est composé de quelques espèces de sacs entourés d'une membrane, appelés citernes, et de vésicules associées. Les cellules qui sécrètent des protéines par exocytose et celles qui synthétisent les membranes et les protéines associées aux membranes ont des dispositifs de Golgi très actifs.
La structure et la fonction de l'appareil de Golgi ont une polarité. La partie la plus proche du RER s'appelle le réseau cis-Golgi (CGN) et a une forme convexe. Les protéines du réticulum endoplasmique pénètrent dans cette région pour être transportées dans l'organelle.
La pile de Golgi constitue la région médiane de l'organite et est le lieu où se déroulent les activités métaboliques de cette structure. La région de maturation du complexe de Golgi est connue sous le nom de réseau trans-Golgi (TGN). Elle a une forme concave et constitue le point d’organisation et de distribution des protéines vers leurs destinations finales.
Lysosomes
Les lysosomes sont des organites contenant des enzymes capables de dégrader les protéines, les acides nucléiques, les glucides et les lipides. Ils sont essentiellement le système digestif des cellules, dégradant les polymères biologiques capturés à partir de l'extérieur cellulaire et les produits des cellules (autophagie).
Bien qu'ils puissent avoir différentes formes et tailles, en fonction du produit capturé pour la digestion, ces organites sont généralement des vacuoles sphériques denses.
Les particules capturées par l'endocytose sont transportées vers les endosomes qui deviennent ensuite matures en lysosomes par l'agrégation d'hydrolases acides provenant de l'appareil de Golgi. Ces hydrolases sont responsables de la dégradation des protéines, des acides nucléiques, des polysaccharides et des lipides.
Peroxysomes
Les peroxysomes sont de petits organites (microbodies) à simple membrane plasmique, contenant des enzymes oxydantes (peroxydases). La réaction d'oxydation effectuée par ces enzymes produit du peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ).
Dans ces organites, la catalase est responsable de la régulation et de la digestion de l'H 2 O 2, contrôlant sa concentration cellulaire. Les cellules du foie et des reins contiennent des quantités importantes de peroxysomes, qui sont les principaux centres de détoxification de l'organisme.
Le nombre de peroxysomes contenus dans une cellule est régulé en fonction du régime alimentaire, de la consommation de certains médicaments et de divers stimuli hormonaux.
Mitochondries
Les cellules qui consomment et génèrent des quantités importantes d’énergie (telles que les cellules musculaires striées) possèdent des quantités abondantes de mitochondries. Ces organites jouent un rôle critique dans la production d'énergie métabolique dans les cellules.
Ils sont responsables de la production d'énergie sous forme d'ATP à partir de la dégradation des glucides et des acides gras, via le processus de phosphorylation oxydative. Ils peuvent également être décrits comme des générateurs d'énergie mobiles capables de se déplacer dans la cellule, fournissant l'énergie nécessaire.
Les mitochondries sont caractérisées par leur propre ADN et peuvent coder pour l'ARNt, l'ARNr et certaines protéines mitochondriales. La plupart des protéines mitochondriales sont traduites en ribosomes et transportées vers les mitochondries par l'action de signaux spécifiques.
L'assemblage des mitochondries implique des protéines codées par leur propre génome, d'autres protéines codées dans le génome nucléaire et des protéines importées du cytosol. Le nombre de ces organites augmente de division au cours de l'interface, bien que ces divisions ne soient pas synchronisées avec le cycle cellulaire.
Ribosomes
Les ribosomes sont de petits organites qui participent à la synthèse des protéines. Celles-ci sont composées de deux sous-unités superposées, qui contiennent des protéines et de l'ARN. Ils jouent un rôle important dans la construction de chaînes polypeptidiques lors de la traduction.
Les ribosomes peuvent être retrouvés libres dans le cytoplasme ou associés au réticulum endoplasmique. En participant activement à la synthèse des protéines, ils sont liés par l'ARNm dans des chaînes allant jusqu'à cinq ribosomes appelées polyribosomes. Les cellules spécialisées dans la synthèse des protéines contiennent de grandes quantités de ces organites.
Organelles dans les cellules végétales
La plupart des organites décrites précédemment (noyau, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, ribosomes, membrane plasmique et peroxisomes) font partie de cellules végétales où elles remplissent essentiellement les mêmes fonctions que dans les cellules animales.
Les principaux organites des cellules végétales, qui les différencient des autres organismes sont les plastides, les vacuoles et la paroi cellulaire. Ces organites sont entourés d'une membrane cytoplasmique.
Membrane cellulaire
La paroi cellulaire est un réseau de glucoprotéiques existant dans pratiquement toutes les cellules végétales. Il joue un rôle important dans l'échange cellulaire de substances et de molécules et dans la circulation de l'eau à différentes distances.
Cette structure est composée de cellulose, d'hémicelluloses, de pectines, de lignine, de subérine, de polymères phénoliques, d'ions, d'eau et de diverses protéines structurelles et enzymatiques. Cet organite prend naissance dans la cytokinèse par l'insertion de la plaque cellulaire, qui est une partition formée par la fusion de vésicules de Golgi au centre de la figure mitotique.
Les polysaccharides complexes de la paroi cellulaire sont synthétisés dans l'appareil de Golgi. La paroi cellulaire, également connue sous le nom de matrice extracellulaire (MEC), non seulement fournit une dureté et des formes définies à la cellule, mais participe également à des processus tels que la croissance, la différenciation et la morphogenèse cellulaires et les réponses aux stimuli environnementaux.
Vacuolas
Les vacuoles sont l’un des plus grands organites présents dans les cellules végétales. Ils sont entourés d'une simple membrane et ont la forme d'un sac, stockant l'eau et les substances de réserve telles que les amidons et les graisses ou les déchets et les sels. Ils sont composés d'enzymes hydrolytiques.
Ils interviennent dans les processus d'exocytose et d'endocytose. Les protéines transportées de l'appareil de Golgi entrent dans les vacuoles, qui assument la fonction de lysosomes. Ils participent également au maintien de la pression de turgescence et à l'équilibre osmotique.
Les plastides
Les plastides sont des organites entourées d'une double membrane. Ils sont classés en chloroplastes, amyloplastes, chromoplastes, oléfinoplastes, protéinoplastes, proplástidos et étioplastos.
Ces organelles sont semi-autonomes, car elles contiennent un génome qui s'appelle nucléoïde dans la matrice de l'organelle ou stroma, ainsi qu'un mécanisme de réplication, de transcription et de traduction.
Les plastides remplissent diverses fonctions dans les cellules végétales, telles que la synthèse de substances et le stockage d'éléments nutritifs et de pigments.
Types de plastides
Les chloroplastes sont considérés comme les principaux plastides. Ils font partie des plus grandes organites de cellules et se trouvent dans différentes régions de celle-ci. Ils sont présents dans les feuilles et les tissus verts contenant de la chlorophylle. Impliqué dans la capture de l'énergie solaire et la fixation du carbone atmosphérique dans le processus de la photosynthèse.
-Les amyloplastes se trouvent dans les tissus de réserve. Ils manquent de chlorophylle et sont remplis d'amidon, servant de stockage pour ceux-ci et, dans le capuchon des racines, ils participent à la perception gravitropique.
-Les chromoplastes stockent des pigments appelés carotènes, associés aux colorations orange et jaune des feuilles, des fleurs et des fruits d'automne.
- Oleinoplastos stocke les huiles tandis que les protéoplastes stockent les protéines.
-Les proplastidios sont de petits plastidias trouvés dans les cellules méristématiques des racines et des tiges. Sa fonction n'est pas très claire, bien que l'on pense qu'ils sont des précurseurs des autres plastides. La reformation des proplastidies est associée à la re-différenciation de certains plastides matures.
-Les étioplastos se trouvent dans les cotylédons de plantes cultivées dans l'obscurité. Lorsqu'ils sont exposés à la lumière, ils se différencient rapidement en chloroplastes.
