Le cytoplasme

Le cytoplasme est la partie externe et molle du corps de la cellule. L'ensemble de la matière qui la constitue est un matériau riche et semi-fluide présent dans les cellules des organismes qui sont fermées par la membrane cellulaire.

Le cytoplasme d'une cellule :

Le cytoplasme est le liquide interne des cellules autour du noyau, où sont stockés les organites cellulaires utilisés pour les processus métaboliques. Il maintient les composants internes des cellules en place et les protège des dommages. Le cytoplasme héberge bon nombre des processus cellulaires dans la cellule elle-même.

Généralités

Le cytoplasme est la partie du protoplasme dans une cellule eucaryote ou procaryote qui se trouve entre le noyau cellulaire et la membrane plasmique. Il se compose d'une très fine dispersion colloïdale d'aspect granulaire, le cytosol ou hyaloplasme, et de divers organites cellulaires qui remplissent différentes fonctions.

Dans une cellule procaryote, le cytoplasme est toute la matière située à l'intérieur de la membrane, dite plasmique. Dans une cellule eucaryote, il est toute la matière située à l'intérieur de la membrane plasmique et à l'extérieur du noyau. Le cytoplasme est une masse translucide ou hyaline entourant le noyau, formant l'essentiel du volume de la cellule. Voir aussi le protoplasme.

Le cytoplasme se compose d'une dispersion colloïdale très fine de l'aspect granulaire, le cytosol ou l'hyaloplasme, et une variété d'organelles cellulaires qui exécutent différentes fonctions. Sa fonction est de loger les organites cellulaires et de contribuer à leur mouvement. Le cytosol est le siège de nombreux processus métaboliques qui interviennent dans les cellules.

Le cytoplasme dans une cellule procaryote :

Le cytoplasme est l'ensemble du contenu cellulaire délimité par la membrane plasmique, à l'exclusion du noyau.

Le cytoplasme est parfois divisé en une région gélatineuse externe, proche de la membrane, et impliqué dans le mouvement cellulaire, appelé ectoplasme; et une partie interne plus fluide appelée l'endoplasme et où se trouvent la plupart des organites.

Le cytoplasme se trouve dans les cellules procaryotes ainsi que dans les eucaryotes et il y a plusieurs nutriments qui traversent la membrane plasmique, atteignant ainsi les organites de la cellule.

Le cytoplasme des cellules eucaryotes est subdivisé par un réseau de membranes (réticulum endoplasmique lisse et réticulum endoplasmique rugueux) qui servent de surface de travail pour bon nombre de ses activités biochimiques. Le réticulum endoplasmique rugueux est présent dans toutes les cellules eucaryotes (inexistant chez les procaryotes) et prédomine chez ceux qui fabriquent de grandes quantités de protéines pour l'exportation. Il est continu, formant une enveloppe, avec la membrane externe de l'enveloppe nucléaire, qui a également des ribosomes attachés.

Les bulles de Bary sont des bulles de gaz présentes dans les cytoplasmes à paroi rigide, car suite à la dessiccation, l'eau a été remplacée par de l'air. Le phénomène a été décrit pour la première fois par Heinrich Anton de Bary, professeur à Freiburg, en 1884.

Cytosquelette

Dans le cytoplasme, il y a un réseau de filaments protéiques du noyau qui confèrent la forme et l'organisation interne à la cellule et les locaux permettent son mouvement. 5 Ces filaments sont appelés cytosquelettes, en abrégé, ils constituent un réseau d'éléments fibreux qui apportent soutien et forme à la cellule et lui permettent de diriger le mouvement. Il y a plusieurs types de filaments :

• les microfilaments ou filaments d'actine, typiques des cellules musculaires.
• les microtubules, qui apparaissent dispersés dans l'hyaloplasme ou forment des structures plus complexes, telles que le fuseau achromatique.
• Des filaments intermédiaires tels que des filaments de kératine typiques des cellules épidermiques.

À leur tour, ces structures maintiennent une relation avec les protéines et engendrent d'autres structures plus complexes et plus stables. Ils sont également responsables du mouvement cytologique.

Cytosol

Le milieu intracellulaire est formé par une solution liquide appelée cytosol ou hyaloplasme. C'est une matière aqueuse qui est une solution ou une suspension de biomolécules vitales cellulaires. De nombreux processus biochimiques, y compris la glycolyse, interviennent dans le cytosol. Les organites sont contenus dans une matrice cytoplasmique.

Dans une cellule eucaryote, le cytosol du cytoplasme peut occuper entre 50 % et 80 % du volume de la cellule. Il est composé d'environ 70 % d'eau tandis que le reste de ses composants sont des molécules qui forment une solution colloïdale. Ces molécules sont généralement des macromolécules.

Étant un liquide aqueux, le cytosol manque de forme ou de structure stable, bien qu'il puisse, transitoirement, acquérir deux types de formes :

• Une forme avec une consistance de gel
• L'état du soleil, de consistance fluide.

Les changements dans la forme du cytosol sont dus aux besoins temporels de la cellule par rapport au métabolisme, et jouent un rôle important dans la locomotion cellulaire.

Organites

Le cytoplasme est composé d'organites (ou "organelles") ayant des fonctions différentes. Parmi les organites les plus importants sont les ribosomes, les vacuoles et les mitochondries. Chaque organite a une fonction spécifique dans la cellule et dans le cytoplasme. Le cytoplasme a une partie du génome de l'organisme. Bien que la plupart se trouvent dans le noyau, certains organites, y compris les mitochondries ou les chloroplastes, contiennent une certaine quantité d'ADN.

Ribosomes

Les ribosomes sont des granules cytoplasmiques présents dans toutes les cellules et mesurent environ 20 nm. Ils sont également porteurs d'ARN ribosomique.

La synthèse des protéines a lieu dans les ribosomes du cytoplasme. Les ARN messagers (ARNm) et les ARN de transfert (ARNt) sont synthétisés dans le noyau, puis transmis au cytoplasme en tant que molécules indépendantes. L'ARN ribosomal (ARNr) pénètre dans le cytoplasme sous la forme d'une sous-unité ribosomale. Comme il existe deux types de sous-unités, dans le cytoplasme, les deux sous-unités sont jointes avec des molécules d'ARNm pour former des ribosomes complets actifs.

Les ribosomes actifs peuvent être suspendus dans le cytoplasme ou attachés au réticulum endoplasmique rugueux. Les ribosomes en suspension dans le cytoplasme ont pour fonction principale de synthétiser les protéines suivantes :

• Protéines qui feront partie du cytosol.
• Protéines qui vont construire les éléments structuraux.
• Protéines qui composent les éléments mobiles dans le cytoplasme.

Le ribosome se compose de deux parties, une sous-unité majeure et une sous-unité mineure. Ils quittent le noyau de la cellule séparément. Par l'expérimentation, on peut induire qu'ils sont maintenus ensemble par des charges, puisque quand la concentration de Mg²⁺ est abaissée, les sous-unités ont tendance à se séparer.

Lysosomes

Les lysosomes sont des vésicules sphériques de diamètre compris entre 0,1 et 1 μm. Ils contiennent environ 50 enzymes, généralement hydrolytiques, en solution acide. Les enzymes ont besoin de cette solution acide pour un fonctionnement optimal. Les lysosomes gardent ces enzymes séparées du reste de la cellule et les empêchent ainsi de réagir chimiquement avec les éléments cellulaires et les organites.

Les lysosomes utilisent leurs enzymes pour recycler les différents organites de la cellule englobant, les digérant et libérant leurs composants dans le cytosol. Ce processus est appelé autophagie, et la cellule digère ses propres structures qui ne sont pas nécessaires. Le matériel est entouré de vésicules provenant du réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi formant un autophagosome. Lorsqu'il se lie au lysosome primaire, il forme un autophagolysosome et suit le même processus que dans le cas précédent.

Dans l'endocytose, les matériaux sont recueillis à l'extérieur de la cellule et enfermés par endocytose par la membrane plasmique, qui forme un phagosome. Le lysosome se lie au phagosome formant un phagolysosome et y déverse son contenu, dégradant les substances du phagosome. Une fois hydrolysées, les molécules utilisables passent à l'intérieur de la cellule pour entrer dans les voies métaboliques et ce qui n'est pas nécessaire pour la cellule est éliminé par exocytose.

Les lysosomes déversent également leurs enzymes hors de la cellule (exocytose) pour dégrader davantage d'autres matériaux. Compte tenu de ses fonctions, sa présence est élevée dans les globules blancs, car ceux-ci ont pour fonction de dégrader les corps envahisseurs.

Vacuoles

La vacuole est un sac de fluides entouré d'une membrane. Dans la cellule végétale, la vacuole est une et de plus grande taille; cependant, dans la cellule animale, ils sont plusieurs et de taille réduite. La membrane qui l'entoure s'appelle tonoplaste. La vacuole de la cellule végétale contient une solution de sels minéraux, de sucres, d'acides aminés et parfois de pigments tels que l'anthocyanine.

Le cytoplasme d'une cellule eucaryote (végétale) :

Le cytoplasme d'une cellule végétale eucaryote contient les chloroplastes.

La vacuole végétale a plusieurs fonctions :

• Les sucres et les acides aminés peuvent agir comme un réservoir temporaire de nourriture.
• Les anthocyanes ont une pigmentation qui donne de la couleur aux pétales.
• Ils ont généralement des enzymes et peuvent prendre la fonction de lysosomes.

La fonction des vacuoles dans la cellule animale est d'agir comme un lieu où les protéines sont stockées. Ces protéines sont stockées pour une utilisation ultérieure, ou plutôt pour l'exportation à l'extérieur de la cellule via le processus d'exocytose. Dans ce processus, les vacuoles fusionnent avec la membrane et son contenu est transféré hors de la cellule. D'ailleurs, la vacuole peut être utilisée pour le processus d'endocytose. Ce processus implique le transport de matériaux externes de la cellule, qui ne peuvent pas traverser la membrane, à l'intérieur de la cellule.

Voir aussi la phagocytose et la pinocytose.

Réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique est un système complexe et un ensemble de membranes reliées les unes aux autres, qui forme un squelette cytoplasmique. Ils forment un vaste système de canaux et maintiennent les ribosomes ensemble. Sa forme peut varier, car sa nature dépend de la disposition des cellules, qui peuvent être compressées ou organisées de façon lâche.

C'est un ensemble de cavités fermées de forme très variable : des feuilles aplaties, des vésicules globulaires ou des tubes à l'allure sinueuse. Celles-ci communiquent entre elles et forment un réseau continu séparé de l'hyaloplasme par la membrane du réticulum endoplasmique. Par conséquent, la teneur en liquide du cytoplasme est divisée en deux parties : l'espace luminal ou cisternal contenu dans le réticulum endoplasmique et l'espace cytosolique qui comprend l'extérieur du réticulum endoplasmique.

Ses principales fonctions comprennent :

• Circulation de substances qui ne sont pas libérées dans le cytoplasme.
• Servir comme une zone pour les réactions chimiques.
• Synthèse et transport de protéines produites par les ribosomes attachés à leurs membranes (RER seulement).
• La glycosylation des protéines (RER seulement).
• Production de lipides et de stéroïdes (REL uniquement).
• Fournir comme un squelette structurel pour maintenir la forme cellulaire.

Selon la nature du réticulum :

• Réticulum endoplasmique rugueux : lorsque la membrane est entourée de ribosomes, on l'appelle le réticulum endoplasmique rugueux (RER). La fonction principale du RER est la synthèse des protéines, et c'est précisément pour cette raison qu'il existe davantage dans les cellules en croissance ou qu'elles sécrètent des enzymes. De même, les dommages à la cellule peuvent provoquer une augmentation de la synthèse des protéines, et que le RER a la formation, a prédit que les protéines sont nécessaires pour réparer les dommages. Les protéines sont transformées et se déplacent vers une région du RER, l'appareil de Golgi. Dans ces corps, des macromolécules sont également synthétisées sans protéines.
• réticulum endoplasmique lisse : en l'absence de ribosomes, on l'appelle réticulum endoplasmique lisse (REL). Sa fonction principale est de produire des lipides cellulaires, en particulier des phospholipides et du cholestérol, qui deviennent ensuite partie intégrante des membranes cellulaires. Le reste des lipides cellulaires (acides gras et triglycérides) sont synthétisés dans le cytosol; c'est pour la même raison qu'il est plus abondant dans les cellules qui ont des sécrétions apparentées, comme par exemple une glande sébacée. Il est rare, cependant, dans la plupart des cellules.

Appareil de Golgi

L'appareil de Golgi, nommé d'après son découvreur, Camillo Golgi, a une structure similaire au réticulum endoplasmique; mais c'est plus compact. Il est composé de sacs de membrane en forme de disque et est situé près du noyau de la cellule.

Un dictyosome est le nom donné à chaque pile de sacs. Ils mesurent environ 1 μm de diamètre et regroupent environ 6 citernes, bien que leur nombre puisse atteindre 30 chez les eucaryotes inférieurs. Dans les cellules eucaryotes, l'appareil de Golgi est plus ou moins développé, selon la fonction qu'ils exercent. Dans chaque cas, le nombre de dictyosomes varie de quelques-uns à plusieurs.

L'appareil de Golgi consiste en une ou plusieurs séries de citernes légèrement incurvées et aplaties limitées par des membranes, et cet ensemble est connu sous le nom de Golgi empilement ou dictyosome. Les extrémités de chaque citerne sont dilatées et entourées de vésicules qui fusionnent avec ce comportement, ou en sont séparées par bourgeonnement.

L'appareil de Golgi est polarisé structurellement et biochimiquement. Il a deux faces distinctes : la face cis, ou face, et la face trans, ou face de maturation. La face cis est située près des membranes RE. Ses membranes sont fines et sa composition est similaire à celle des membranes réticulaires. Autour d'elle, les vésicules de Golgi, appelées aussi vésicules de transition, proviennent de la RE. La face trans est généralement proche de la membrane plasmique. Leurs membranes sont plus épaisses et ressemblent à la membrane plasmique. De ce côté se trouvent de plus grandes vésicules, les vésicules sécrétoires.

Ses fonctions sont variées :

• modification des substances synthétisées dans le RER : dans l'appareil de Golgi, les substances provenant du RER sont transformées. Ces transformations peuvent être des agrégations de résidus glucidiques pour réaliser la structure définitive ou être protéolysées et acquérir ainsi leur conformation active. Par exemple, dans le RER des cellules acineuses du pancréas, on synthétise la proinsuline qui, en raison des transformations qu'elle subit dans l'appareil de Golgi, va acquérir la forme définitive ou la conformation de l'insuline. Les enzymes trouvées dans les dictyosomes sont capables de modifier les macromolécules par glycosylation (ajout d'hydrates de carbone) et phosphorylation (addition de phosphates). Pour cela, l'appareil de Golgi transporte certaines substances telles que les nucléotides et les sucres dans l'organelle à partir du cytoplasme. Les protéines sont également marquées avec des séquences signal qui déterminent leur destination finale, comme par exemple le mannose-6-phosphate qui est ajouté aux protéines destinées aux lysosomes.
• Produire des glycoprotéines nécessaires à la sécrétion en ajoutant un hydrate de carbone à la protéine.
• Produire des enzymes sécrétoires, telles que les enzymes digestives du pancréas : les substances traversent tous les saccules de l'appareil de Golgi et lorsqu'elles atteignent la face trans du dictyosome, sous forme de vésicules de sécrétion, elles sont transportées vers leur destination hors de la cellule. cytoplasmique par exocytose. Un exemple de ceci est les protéoglycanes qui constituent la matrice extracellulaire des animaux. L'appareil de Golgi est l'organite avec la plus haute synthèse de glucides. Les enzymes de Golgi seront responsables de cela au moyen d'un résidu de xylose. Une autre façon de marquer une protéine peut être par sulfatation d'une sulfotransférase, qui gagne une molécule de soufre d'un donneur appelé PAPS. Ce processus se déroule dans les GAG des protéoglycanes ainsi que dans les noyaux des protéines. Ce niveau de sulfatation est très important pour les fonctions de marquage des protéoglycanes et donne une charge nette négative au protéoglycane.
• Séparer les hydrates de carbone comme ceux utilisés pour restaurer la paroi cellulaire.
• Transport et stockage des lipides.
• Former des lysosomes primaires.

Mitochondrie

La mitochondrie est un organite qui peut être trouvé dans toutes les cellules eucaryotes, bien que des cellules très spécialisées puissent être absentes. Le nombre de mitochondries varie en fonction du type cellulaire et leur taille est généralement comprise entre 5 μm de long et 0,2 μm de large.

Ils sont entourés d'une double membrane. Le plus externe contrôle l'entrée et la sortie des substances à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule et sépare l'organelle de l'hyaloplasme. La membrane externe contient des protéines de transport spécialisées qui permettent le passage des molécules du cytosol dans l'espace intermembranaire.

Les membranes des mitochondries sont constituées de phospholipides et de protéines. Les deux matériaux se rejoignent pour former un réseau de lipides protéiques. Les mitochondries ont différentes fonctions :

• oxydation du pyruvate en CO₂ couplée à la réduction des porteurs électroniques NAD+ et FAD (à NADH et FADH₂).
• Transfert des électrons du NADH et du FADH₂ vers le O₂, couplé à la génération de la force protono-motrice.
• Utilisation de l'énergie stockée dans le gradient de protons électrochimiques pour la synthèse de l'ATP par le complexe f1 F0.

La membrane interne est pliée vers le centre, donnant lieu à des extensions appelées crêtes, dont certaines s'étendent tout le long des organites. Sa fonction principale est d'être principalement la zone où les processus respiratoires ont lieu. La surface de ces crêtes a des granules dans leur longueur.

L'espace entre les deux membranes est l'espace intermembranaire. Le reste de la mitochondrie est la matrice. C'est un matériau semi-rigide qui contient des protéines, des lipides et un ADN rare.

À propos des divers constituants :

• La matrice : est constituée d'une composition de matériau semi-fluide. Il a une consistance de gel due à la présence d'une forte concentration de protéines hydrosolubles et est composé de 50 % d'eau et comprend :
  • Molécules d'ADN (ADN mitochondrial), doubles et circulaires, contenant des informations permettant de synthétiser un bon nombre de protéines mitochondriales.
  • Molécules d'ARN mitochondriales formant les mitoribosomes, distinctes du reste des ribosomes cellulaires.
  • Les ribosomes (les mitoribosomes), qui sont situés à la fois libres et attachés à la membrane mitochondriale interne. Ils sont similaires aux ribosomes bactériens.
  • Les ions, le calcium et le phosphate, l'ADP, l'ATP, la coenzyme-A et un grand nombre d'enzymes.
• La membrane interne : cette membrane de la mitochondrie a une plus grande surface due aux crêtes mitochondriales. Il a une plus grande richesse en protéines que les autres membranes cellulaires. Parmi ses lipides, il n'y a pas de cholestérol, et il est riche en un phospholipide rare, la cardiolipine. Leurs protéines sont variées, mais elles se distinguent :
  • Les protéines qui forment la chaîne qui transporte les électrons vers l'oxygène moléculaire (chaîne respiratoire).
  • Un complexe enzymatique, l'ATP-synthase, qui catalyse la synthèse de l'ATP et est formé de trois parties : Une sphère d'environ 9 nm de diamètre. C'est la partie catalytique du complexe et est appelée facteur F.
  • Les protéines de transport, qui permettent le passage des ions et des molécules à travers la membrane mitochondriale interne, tout à fait imperméable au passage des ions.
• La membrane externe : de la mitochondrie ressemble à d'autres membranes cellulaires, en particulier le réticulum endoplasmique. Parmi ses composants surprenants :
  • Protéines, qui forment de grands "canaux d'eau ou porines", ce qui le rend très perméable, contrairement à ce qui se passe avec la membrane mitochondriale interne.
  • Enzymes, telles que celles qui activent les acides gras à oxyder dans la matrice.
• L'espace intermembranaire : sa composition est similaire à celle de l'hyaloplasme. Parmi ses fonctions sont :
  • Oxydations respiratoires.
  • Synthèse de protéines mitochondriales. Cette fonction est réalisée de la même manière que la synthèse des protéines dans l'hyaloplasme.

Peroxysomes

Les peroxysomes (ou microbodies en anglais) sont des corps sphériques de forme sphérique ayant un diamètre compris entre 0,5 et 1,5 μm. Ils sont formés par bourgeonnement du réticulum endoplasmique lisse. En plus d'être granulaire, ils n'ont pas de structure interne. Ils ont un certain nombre d'enzymes métaboliquement importantes, en particulier l'enzyme catalase, qui catabolise la dégradation du peroxyde d'hydrogène. Pour cette raison, ils sont appelés peroxysomes. La dégradation du peroxyde d'hydrogène est représentée dans une équation : H₂O₂ + R'H₂ → R' + 2 H₂O

Ils effectuent des réactions d'oxydation qui ne produisent pas directement d'énergie utilisable pour le reste de la cellule (ils ne génèrent pas d'ATP). Les purines sont également dégradées dans les peroxysomes, et dans les plantes, elles sont impliquées dans la photorespiration. Il synthétise également de l'eau oxygénée H₂O₂ et est métabolisé dans le peroxysome.

Origine et analogie

Cytoplasme est un terme amusant. Alors, que signifie "cyto" signifie "cellule", et "plasma" signifie "truc", le cytoplasme est donc un "truc de cellule". Pensez donc à une cellule comme à un gros ballon d'eau, et le ballon d'eau contient de petits morceaux de fruits qui flottent à l'intérieur. Et le cytoplasme est l'eau dans le ballon d'eau, et il est un peu plus épais que l'eau, mais il constitue la majorité de l'intérieur de la plupart des cellules. Maintenant, à l'intérieur de la cellule, à l'intérieur de ce ballon d'eau, il y a un noyau et il y a d'autres organites, comme les mitochondries, les lysosomes, ou le réticulum endoplasmique, et d'autres organites imprononçables, mais le cytoplasme est le grand bain dans lequel tous ces organites flottent.

En 1665, Robert Hooke, un chercheur anglais, observa l'unité fondamentale du vivant grâce à son microscope à grossissement. Il inventa le terme "cellule", dérivé du mot latin "cella", qui signifie "petites chambres".

Plus tard, de nombreux scientifiques contribuèrent aux découvertes de Robert Hooke et, finalement, la théorie cellulaire fut postulée. Avec les progrès technologiques, des interprétations modernes de la théorie cellulaire ont été élaborées, avec de nouveaux principes et des révisions de ceux existants.

En 1863, un biologiste suisse du nom de Rudolf von Kölliker inventa le terme "cytoplasme", considéré comme synonyme de protoplasme. Cependant, le terme a progressivement évolué pour devenir la définition actuelle du terme "cytoplasme".

En rapport avec "cytoplasme"

• connexion cytoplasmique

  

  Une connexion cytoplasmique entre cellules adjacentes de nature cytoplasmique est appelée plasmodesme.

• courants cytoplasmiques

  

  Les courants cytoplasmiques sont des mouvements du cytoplasme, ressemblant à des courants, qui sont observés chez certains organismes.

• cytoplasmique

  

  Une région cytoplasmique est relative au cytoplasme cellulaire, ou à la formation des cellules.

• déterminant cytoplasmique

  

  Le déterminant cytoplasmique est un élément du cytoplasme d'un ovocyte qui détermine le devenir du blastomère qui le reçoit au cours de la segmentation.