CELLULEL'organisation

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La cellule et son environnement

La cellule n'est pas un système clos sans relations avec le milieu qui l'environne : bien au contraire elle puise ou rejette dans le milieu extracellulaire des ions et des molécules, contracte des relations avec ses voisines et même peut recevoir et amplifier des signaux chimiques qui modulent son fonctionnement.

La membrane plasmique contrôle tout ce système relationnel entre la cellule et le milieu dans lequel elle vit.

Échanges de substances

La membrane plasmique est perméable de façon sélective à certains ions et à certaines molécules qui sont transportés de l'extérieur de la cellule vers le cytosol ou dans le sens contraire. Les transports d'ions maintiennent le pH et la composition ionique dans d'étroites limites afin que le milieu intracellulaire soit le plus favorable aux activités enzymatiques. Les transports de molécules permettent l'importation de matériaux de construction et de combustibles ou le rejet de déchets. Ces transports mettent en jeu des constituants de la membrane, en particulier des protéines ; leur sens dépend des gradients de concentration existant entre le cytosol et le milieu extracellulaire, il dépend également pour certains d'entre eux de l'activité énergétique de la cellule. Quand un transport se fait dans le sens du gradient, c'est-à-dire du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré, il s'agit d'un transport passif ; quand le transport se fait dans un sens opposé au gradient, on parle de transport actif et dans ce cas la cellule dépense de l'énergie (fig. 9a).

Membrane cellulaire

Vidéo : Membrane cellulaire

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Les transports passifs se font par diffusion à travers la bicouche lipidique pour l'oxygène, le gaz carbonique et les substances liposolubles comme les acides gras, l'alcool éthylique ou les dérivés du cholestérol. Pour l'eau et les ions Na+, K+, C1, la traversée de la membrane se fait par des canaux hydrophiles constitués de protéines intégrées. Dans certains cas le transport passif de molécules est effectué par des protéines ou des glycoprotéines spécifiques appelées transporteurs qui les font passer rapidement d'une face à l'autre de la membrane : un tel transport est une diffusion facilitée, c'est le cas par exemple du glucose qui entre dans les globules rouges humains.

Les transports actifs mettent en jeu des pompes membranaires qui sont formées de sous-unités protéiques dont certaines sont glycosylées. Lors du transport il y a phosphorylation d'une sous-unité de la pompe par l'ATP, puis déphosphorylation, ces phénomènes entraînant des changements de conformation qui permettent à des ions de franchir la membrane plasmique contre le gradient de concentration. L'énergie nécessaire au transport est fournie par l'hydrolyse de l'ATP, hydrolyse qui est catalysée par la pompe elle-même appelée pour cette raison ATPase. L'ATPase membranaire la mieux connue est l'ATPase Na+, K+ dépendante qui fait sortir 3 Na+ de la cellule en même temps qu'elle y fait rentrer 2 K+. Le fonctionnement de cette pompe explique pourquoi le cytosol est toujours pauvre en Na+ et riche en K+ alors que c'est le contraire dans le milieu extracellulaire.

Certains transports dépendent du gradient ionique qui est maintenu par le fonctionnement des pompes membranaires. Par exemple dans les cellules absorbantes de l'intestin, le glucose est transporté simultanément avec l'ion sodium ; ce cotransport (fig. 9a) est effectué par un transporteur membranaire protéique dont le fonctionnement est couplé à celui de l'ATPase Na+, K+ ; après être rentré avec le glucose, le sodium est rejeté dans le milieu extracellulaire par la pompe. Dans les cellules absorbantes existent également des transporteurs qui réalisent le cotransport des acides aminés et du sodium.

Modifications conformationnelles de la membrane

La cellule peut prélever dans le milieu extracellulaire des molécules ou des particules qu'elle emprisonne dans les poches qui se détachent de sa surface, ce phénomène est l'endocytose (fig. 9b). Il permet soit la capture de corpuscules de grande taille dans des vacuoles de quelques micromètres de diamètre – c'est la phagocytose – soit le prélèvement de gouttelettes de milieu extracellulaire dans les vésicules de moins de 0,1 μm de diamètre – c'est la pinocytose. Lors de l'endocytose il y a en général adsorption des particules ou des molécules à la membrane plasmique par interaction avec des glycoprotéines membranaires qui sont des récepteurs très spécifiques. L'invagination de la membrane et son détachement de la surface mettent en jeu des filaments du cytosquelette et consomment de l'énergie. Les matériaux capturés par endocytose sont parfois stockés par la cellule qui les met en réserve, le plus souvent ils sont digérés, les produits de la digestion étant utilisés par la cellule comme matériaux de construction ou comme combustibles. Dans les vacuoles ou les vésicules d'endocytose sont déversées des hydrolases contenues dans les lysosomes, cela par fusion de la membrane des lysosomes avec la membrane des vacuoles ou des vésicules qui deviennent alors de véritables estomacs à l'échelle cellulaire appelés vacuoles digestives.

La cellule est également capable de décharger dans le milieu extracellulaire des produits qu'elle a synthétisés et emballés dans des vésicules de sécrétion ou les déchets qui n'ont pas été digérés dans les vacuoles digestives. Ce phénomène est l'exocytose (fig. 9c) ; il correspond à la fusion de la membrane des vésicules de sécrétion ou de la membrane des vacuoles digestives avec la membrane plasmique.

Quelle que soit l'importance de l'endocytose ou de l'exocytose, la surface cellulaire reste constante grâce à un recyclage de surfaces membranaires. Il existe en effet un équilibre entre ces deux phénomènes qui empêche que dans les cellules où la phagocytose est intense leur membrane plasmique diminue de surface, ou que dans celles où l'exocytose est élevée leur membrane augmente de surface.

Dans les organismes pluricellulaires, les cellules voisines ont souvent à leur surface des dispositifs qui les maintiennent côte à côte ou qui leur permettent de communiquer entre elles, ce sont les jonctions intercellulaires. Dans les couches de cellules qui chez les animaux séparent deux compartiments et qu'on nomme épithéliums, existent des jonctions qui assurent leur étanchéité. Ces jonctions dites zonula occludens empêchent que les ions et les molécules passent d'un compartiment à l'autre par les espaces intercellulaires. D'autres jonctions – les desmosomes – sont des boutons adhésifs, d'autres enfin sont des canaux intercellulaires qui permettent le passage d'ions et de petites molécules d'une cellule à sa voisine, ce sont les jonctions communicantes (gap junctions en anglais). Là encore on retrouve l'importance des protéines dans les fonctions de la membrane plasmique, puisque toutes ces jonctions mettent en jeu des protéines membranaires particulières. Dans les cellules végétales les [...]

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  • : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Pour citer l’article

Pierre FAVARD, « CELLULE - L'organisation », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 08 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/cellule-l-organisation/