Modèle structurel ou agencement des constituants cellulaires

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Nous vous proposons de découvrir un extrait de l'ouvrage Endobiogénie et plante médicinale

Endobiogénie et plante médicinale

Les constituants cellulaires

Toute cellule est constituée de trois éléments fondamentaux : noyau, cytoplasme, membranes (fig. 2.8)12.

Fig. 2.8 La cellule eucaryote. ® Rousset S, Perlemuter G. Biologie fondamentale et génétique. Cahiers des sciences infirmières. Paris : Masson ; 2010.

Noyau

Il recèle le génome, c'est-à-dire l'ADN en quasitotalité. Le noyau est le lieu, unique, de commande de l'énergie fondamentale structurelle.
Son activité est productrice et reproductrice des protéines. Celles-ci sont des édifices moléculaires structurels de grande complexité, transcrits et traduits en ARN à partir de la séquence spiralée de l'ADN dont la configuration originelle se révèle d'une extrême simplicité : 4 lettres, quaternité des bases azotées réparties en un double agencement purique et pyrimidique, elles sont fondatrices des acides nucléiques, ADN et ARN (fig. 2.9 et 2.10). Ces acides sont des polymères de nucléotides (polynucléotides) constitués de ces bases azotées ainsi que d'un sucre, pentose à 5 C13, et d'un groupement phosphoryle à destinée énergétique.
Le noyau est l'élément central de l'usinage métabolique en produisant l'énergie fondamentale, celle de la structure, caractéristique du vivant, en une configuration à la fois unitaire et spécifique à chacun en un processus autogéré, garant du dessein originel.

Fig. 2.9 Structure des acides nucléiques. ADN : acide désoxyribonucléique ; ARN : acide ribonucléique.

Fig. 2.10 Les bases azotées des acides nucléiques (l'uracile remplace la thymine dans l'ARN).

12 Hormis les hématies, cellules « atypiques » pour un organisme eucaryote, car dépourvues de noyau du fait de la simplicité de leurs fonctions, exclusivement porteuses : délivrer l'oxygène aux tissus et faciliter l'élimination du CO2 et des protons (H+) produits par le métabolisme tissulaire.
13 Ce pentose est le désoxyribose pour l'ADN, le ribose pour l'ARN.

La grande condensation, propre au noyau14, exerce un phénomène d'attraction sur son environnement, de rétention sur les éléments qui y sont contenus, régulant ainsi leur concentration, leur pression ; ainsi, l'activité membranaire, la plus externe, se règle sur l'activité nucléaire, la plus interne.

Cytoplasme

Il se répartit en :

  • cytosol ;
  • organites intracellulaires ;
  • cytosquelette ;
  • inclusions.

Cytosol

Il constitue la phase aqueuse du cytoplasme, constituant le liquide – gel intracellulaire dans lequel se déroulent la glycolyse, la formation des substrats initiaux de la néoglucogenèse (lactate et pyruvate), ainsi que la voie des pentoses phosphates.

Organites cytoplasmiques

Mitochondrie, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosomes, peroxysomes et protéasomes assurent l'accomplissement du travail cellulaire : la cellule contient toutes structures et outils enzymatiques nécessaires au déroulement de ce travail métabolique induit par la transcription et la traduction des informations en provenance du noyau.

14 « Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est présent dans le noyau sous forme d'une structure nucléoprotéique, la chromatine. Outre sa fonction d'empaquetage qui permet de condenser l'ADN de 2 m de long dans un noyau de 6 μm de diamètre en moyenne, la chromatine joue un rôle dynamique essentiel dans de nombreux processus cellulaires tels que la transcription, la réplication, la recombinaison et la réparation de l'ADN. D'autre part, en servant de support à l'information épigénétique, la chromatine est un outil indispensable pour la modulation de l'expression des gènes. » [2]

Mitochondrie

Elle représente la centrale énergétique, fournissant l'essentiel de l'ATP dont la synthèse provient principalement du glucose et des acides gras.
Si les étapes initiales de la dégradation du glucose se déroulent dans le cytosol, les enzymes présentes dans la mitochondrie assurent son oxydation finale et la synthèse d'ATP qui lui est couplée. Cet apport énergétique est alors utilisé par les substrats initiaux de la néoglucogenèse qui doivent pénétrer dans la mitochondrie pour former l'oxaloacétate (cf. fig. 2.16). Pour les acides gras, la quasi-totalité de l'ATP, formé lors de leur oxydation en dioxyde de carbone CO2, est fournie par la mitochondrie.
Est à remarquer dans cet organite la présence d'ADN, dit mitochondrial, ainsi que d'ARN au sein de la matrice mitochondriale : elle autorise la synthèse d'une partie de ses propres protéines.

Réticulum endoplasmique

Il forme un réseau de membranes internes interconnectées :

  • le lieu principal de la synthèse protidique est le réticulum endoplasmique granuleux, car recouvert de grains ribosomiques et en contact direct avec la membrane du noyau cellulaire ;
  • la synthèse lipidique (acides gras, phospholipides, transformation du cholestérol en hormones stéroïdes) ainsi que la régulation du calcium intracellulaire se déroulent dans le réticulum endoplasmique lisse, car dépourvu à sa surface de ribosomes.

Appareil de Golgi

Il reçoit les protéines élaborées par le réticulum endoplasmique granuleux, les modifie et les trie dans des vésicules délimitées par une membrane.

Lysosomes

Ils contiennent tout l'appareillage enzymatique nécessaire à la dégradation cellulaire : les hydrolases, enzymes agissant en milieu acide, désagrègent les macromolécules (polysaccharides, protéines, acides nucléiques) qui leur parviennent par voie vésiculaire. Les protéines qui ne proviennent pas des compartiments intracellulaires, donc strictement cytosoliques, sont sélectionnées et orientées par d'autres protéines, les ubiquitines, vers un ensemble multicatalytique, les protéasomes, où elles sont alors dégradées et recyclées. Cette « digestion » régulatrice de l'homéostasie cellulaire ne concerne pas seulement le matériel intracellulaire par autophagie, mais également les éléments qui peuvent pénétrer dans la cellule par divers processus (endocytose, phagocytose, pinocytose).

Peroxysomes

Des oxydases y entraînent la formation de peroxyde d'hydrogène (H2O2), molécule à fort pouvoir oxydatif et dégradée par une catalase en O2 et H2O.

Cytosquelette

Il assure le maintien de la structure cellulaire ainsi que sa mobilité. Charpente interne de la cellule, ses fibres protidiques cytoplasmiques, disposées en réseaux et en faisceaux, soutiennent les membranes plasmique et nucléaire, maintenant ainsi la morphologie cellulaire. Elles assurent également le positionnement dans le cytosol des organites délimités par une membrane et plus particulièrement la polarité caractéristique de la cellule composant les tissus épithéliaux, cellule alors en asymétrie structurelle et fonctionnelle entre ses deux pôles, apical et basal.
La contraction du cytosquelette dans certaines parties de la cellule et son extension dans d'autres provoquent des modifications de forme dont la répétition permet le déplacement de la cellule. Cette mobilité, évidente pour les cellules sanguines tels les leucocytes, s'avère essentielle quant à la reproduction cellulaire : dans l'équilibre partageant le bagage cellulaire d'une cellule mère en deux cellules filles, le cytosquelette joue un rôle fondamental dans l'orientation du plan de division. Il en est de même au cours du développement embryonnaire lors de sa phase de gastrulation pendant laquelle les cellules migrent pour créer les trois feuillets ecto, méso et endodermique.

Inclusions

En contact direct avec le cytosol car dépourvues de membrane, elles comprennent :

  • les vésicules de transport intracellulaire :
    – vésicules de sécrétion qui vont fusionner avec la membrane plasmique et libérer leur contenu destiné au milieu extracellulaire,

    – à l'inverse, vésicules d'endocytose contenant des substances prélevées dans le milieu extracellulaire et évoluant en endosomes ;
  • d'autres vésicules, qui sont des formes de stockage énergétique disponibles in situ : grains de glycogène, gouttelettes lipidiques.

Membranes

Membrane des organites intracellulaires

Les organites sont séparés du cytosol par une membrane de structure similaire à celle de la membrane plasmique. Certains organites essentiels sont pourvus d'une double membrane, le premier d'entre eux est le noyau, cette membrane nucléaire caractérisant la cellule eucaryote. Cette double membrane est également présente dans la mitochondrie, usine énergétique.

Membrane plasmique

Elle assure la compartimentation cellulaire par un double feuillet lipidique, constitué de phospholipides au caractère amphiphile (molécule à tête hydrophile et à queue hydrophobe), de sphingolipides et de cholestérol. Dans cette double couche s'encastrent des protéines, formant ainsi un ensemble lipido-protidique décrit comme une mosaïque fluide.
La partie centrale de la membrane, hydrophobe, empêche le passage des substances polaires, c'est-àdire hydrophiles. De ce fait, nombre de substances indispensables (notamment ions, glucides, acides aminés, nucléotides) ne peuvent franchir cette frontière cellulaire, hormis l'eau : bien que polaire, celleci est dotée d'un fort coefficient de perméabilité, car de petite taille moléculaire et dépourvue de charge.
Cette fonction de barrière de la membrane est modulée par la présence de protéines membranaires qui permettent le passage de substances et d'informations à travers la bicouche lipidique qui, sans cela, resterait imperméable. Plus la membrane est active, plus elle est riche en protéines de transport spécifiques d'une classe de molécules, voire d'une seule molécule15.
Cette délimitation cellulaire permet :

  • le soutien de la structure de la cellule. Le cytosquelette s'appuie sur les protéines membranaires pour maintenir la forme de la cellule ; ces protéines membranaires établissent également des jonctions vers les cellules adjacentes et la matrice extracellulaire, contribuant ainsi à la constitution des tissus ;
  • la régulation de ses échanges avec l'extérieur. Elle autorise les flux entrants (ions et nutriments), comme sortants (libération des substances élaborées par la cellule, élimination des déchets), tous ces transports étant adaptés aux diverses tâches cellulaires commandées et/ou imposées par les nécessités de gestion métabolique, ponctuelles comme durables ;
  • la communication de la cellule avec son environnement. La membrane contient des protéines permettant à la cellule de reconnaître des molécules ou des modifications dans son environnement et d'y répondre : ces récepteurs fixent des molécules informationnelles spécifiques telles qu'hormones, neurotransmetteurs, facteurs de croissance conduisant à différentes réponses de la cellule. Par ailleurs, le feuillet externe de la membrane comporte à sa surface des composés glucidiques (glycoprotéines et glycolipides), ce qui constitue la couche du glycocalyx : en créant un environnement hydrique autour de la cellule, son rôle est de protection et surtout d'identification de la cellule, plusieurs des sucres exposés à sa surface appartenant au complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) (cf. chapitre 8.3).

Véritable mur à perméabilité sélective, la membrane plasmique protège la structure et la fonctionnalité cellulaire tout en favorisant sa participation dans l'environnement, l'incluant dès lors dans la gestion du milieu qui la contient.

La circulation intracellulaire

Les données indiquées ci-dessus montrent que les composants métaboliques peuvent être élaborés ou modifiés dans un organite, triés et conditionnés dans un autre, enfin stockés ou utilisés dans un troisième. Certains sont des constituants d'organites particuliers ou de la membrane, d'autres demeurent dans le cytoplasme ou bien sont exportés.
De façon générale, leur lieu d'élaboration s'avère distinct de leur lieu d'activité : à titre d'exemple, si la synthèse des constituants lipidiques se tient dans le réticulum endoplasmique lisse, leur oxydation complète se déroule dans la mitochondrie. Une telle distanciation implique un très important trafic intracellulaire dont les nécessaires signalisations préfigurent le langage endocrine.

15 La membrane interne d'un organite essentiel à la fourniture énergétique, la mitochondrie, contient 75 % de protéines.

L'environnement cellulaire

La cellule crée son propre environnement immédiat : la matrice extracellulaire (MEC) ou tissu conjonctif, constituée de glycoprotéines et de fibres protidiques comportant essentiellement du collagène. Cette matrice ancre la cellule dans son environnement en se liant au cytosquelette ainsi qu'aux protéines de la membrane.
Cet environnement baigne dans une « mer intérieure » ou milieu interstitiel car situé entre le milieu cellulaire lui-même et le milieu véritablement extracellulaire circulant tant sanguin que lymphatique et céphalorachidien. Ces trois secteurs (cellulaires, interstitiel, circulant) forment un ensemble fonctionnel (cf. chapitre 4.1 : « Processus de base de l'activité endocrine ») où toute modification de l'un retentit sur les deux autres : cet ensemble est soumis à une régulation incluant de nombreux facteurs, notamment hormonaux, visant en premier lieu l'homéostasie nutritionnelle cellulaire et notamment hydrique (cf. le rôle de l'aldostérone et de la vasopressine – ADH dans le chapitre 4.1), l'eau étant le composant essentiel de l'organisme.

SFPA-SFEM : Société française de phytothérapie et d'aromathérapie – Société française d'endobiogénie et médecine
D'après les travaux du Dr Christian Duraffourd

Endobiogénie et plante médicinale
© 2020, Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés

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