Le cytosquelette
Le cytosquelette est un réseau microscopique de filaments et de tubules protéiques dans le cytoplasme de nombreuses cellules vivantes, leur donnant forme et cohérence.
Le cytosquelette d'une cellule eucaryote :
Le cytosquelette de la cellule eucaryote comporte des filaments d'actine, des microtubules composés de bêta-tubuline et microfilaments avec des lamines. Les filaments intermédiaires, microtubules et microfilaments, qui maintiennent la forme de la cellule, procurent un soutien à ses éléments internes et permettent le mouvement dans son cytoplasme.
Généralités
Le cytosquelette est l'architecture mécanique interne des cellules, formé par un réseau tridimensionnel de protéines. Le cytosquelette existe à la fois dans les cellules eucaryotes et procaryotes.
Les divers éléments filamenteux du cytosquelette fournissent un support interne dans les cellules, organisent les structures internes et interviennent dans les phénomènes de transport, de trafic et de division cellulaire.
En 1903, le biologiste russe Nikolaï Koltsov a proposé que la forme des cellules était maintenue par un réseau de tubules cytoplasmiques qu'il a appelé le "cytosquelette".
Structure du cytosquelette
Toutes les cellules ont un cytosquelette, mais généralement le cytosquelette des cellules eucaryotes est ce que l'on entend lorsqu'on discute du cytosquelette. Les cellules eucaryotes sont des cellules complexes qui ont un noyau et des organites. Les plantes, les animaux, les champignons et les protistes ont des cellules eucaryotes. Les cellules procaryotes sont moins complexes, sans véritable noyau ou organites à l'exception des ribosomes, et elles se trouvent dans les bactéries et archées d'organismes unicellulaires. On pensait à l'origine que le cytosquelette des cellules procaryotes n'existait pas; il n'a été découvert qu'au début des années 1990.
Le cytosquelette eucaryote se compose de trois types de filaments, qui sont des chaînes allongées de protéines : les microfilaments, les filaments intermédiaires et les microtubules.
Le cytosquelette est une structure dynamique qui maintient la forme de la cellule, facilite la mobilité cellulaire (en utilisant des structures telles que les cils et les flagelles), et joue un rôle important dans le trafic intracellulaire (par exemple, les mouvements des vésicules et des organites) et dans la division cellulaire. Les protéines motrices sont : la dynéine, la myosine et la kinésine.
Selon le type d'organisme, la structure est variable :
- Dans les cellules eucaryotes, le cytosquelette forme un réseau complexe de filaments protéiques constitué de filaments d'actine, filaments intermédiaires (fibres insolubles, résistantes et extrêmement stables) et microtubules. Il s'étend dans tout le cytoplasme et permettant les déplacements d'organites, les contractions, les déformations et la mobilité cellulaire.
- Dans les cellules procaryotes, il est principalement constitué des protéines structurales FtsZ et MreB.
Fonctions du cytosquelette
Le cytosquelette a plusieurs fonctions. Premièrement, il donne la forme de la cellule. Ceci est particulièrement important dans les cellules sans parois cellulaires, telles que les cellules animales, qui ne prennent pas leur forme à partir d'une couche externe épaisse. Cela peut également donner du mouvement à la cellule. Les microfilaments et les microtubules peuvent se désassembler, se réassembler et se contracter, permettant aux cellules de ramper et de migrer, et les microtubules aident à former des structures comme les cils et les flagelles qui permettent le mouvement cellulaire.
Le cytosquelette organise la cellule et maintient les organites de la cellule en place, mais il facilite également le mouvement des organites dans toute la cellule. Par exemple, pendant l'endocytose lorsqu'une cellule engloutit une molécule, les microfilaments tirent la vésicule contenant les particules englouties dans la cellule. De même, le cytosquelette aide à déplacer les chromosomes lors de la division cellulaire.
Une analogie pour le cytosquelette est la charpente d'un bâtiment. Comme le cadre d'un bâtiment, le cytosquelette est le "cadre" de la cellule, maintenant les structures en place, fournissant un soutien et donnant à la cellule une forme définie.
Dans les cellules animales, le cytosquelette est responsable de réorganisations de forme, telles que celles qui interviennent lors de l'activation plaquettaire ou de la phagocytose, pour ne citer que ces quelques phénomènes. Les cellules animales sont organisées en tissus grâce à des contacts intercellulaires et à une matrice extracellulaire de glycoprotéines filamenteuses. La nature de ce ciment intracellulaire confère aux tissus une certaine résistance mécanique et une grande capacité de locomotion. La capacité de charge repose sur l'endosquelette osseux, rigide et articulé. Par ailleurs, une fonction très importante du cytosquelette est la motilité subcellulaire et organellaire.
Mouvements cellulaires
Toutes les cellules ont des mouvements cellulaires, les mouvements cytoplasmiques, tels que les courants cytoplasmiques, les mouvements des organites, les chromosomes et les modifications de la morphologie cellulaire au cours de la division.
Il existe deux mécanismes de mouvements cellulaires : l'assemblage de protéines contractiles telles que l'actine et la myosine, et les structures motrices permanentes formées par l'association de microtubules (cils et flagelles). L'actine participe au maintien de l'organisation cytoplasmique, de la mobilité cellulaire et du mouvement interne des contenus cellulaires.
Dans certains cas, le mouvement est produit par l'interaction entre l'actine et la myosine, par exemple, les mouvements musculaires des vertébrés. Les cils et les flagelles sont des structures longues, minces et creuses qui s'étendent de la surface des cellules eucaryotes. Les cils sont courts et apparaissent en grandes quantités, les flagelles sont longs et rares. Ils ne sont absents que dans quelques groupes d'eucaryotes (algues rouges, champignons, plantes à fleurs et vers ronds).
Les protéines motrices sont divisées en trois groupes : les kinésines et les dynéines et les myosines. Les kinésines et les dynéines diffèrent en un seul point, la direction dans laquelle ils se déplacent. Ils ont la même forme et la même fonction, qui est de transporter des structures d'un endroit de la cellule à l'autre. Ils ne forment pas de filaments, c'est-à-dire qu'ils travaillent toujours seuls et sur les microtubules, c'est-à-dire qu'ils interagissent chimiquement avec les microtubules, ils passent donc de l'ATP à se déplacer.
Les myosines, cependant, forment de petits filaments mais dépendent aussi des autres pour travailler, dans ce cas les filaments d'actine. La myosine utilise, tout comme les dynéines et les kinésines, que d'autres filaments comme un train utilisent les rails pour se déplacer, interagissant avec eux. Il est à noter que les kinésines participent à l'activité micro-reproductive des gamètes femelles.
Le cytosquelette est dynamique et ne perd donc pas la capacité de maintenir la forme, la fonctionnalité et la structure du réseau tridimensionnel qui le constitue. À l'intérieur des cellules et la relation que le cytosquelette a avec elles, une cellule est soumise à des propriétés biomécaniques liées à la tension et à la compression, qui sont mesurables et explicables par les lois de la physique liées à la biomécanique. L'équilibre entre ces propriétés donne à la cellule une intégrité tensionnelle, connue sous le nom de "tenségrité".
Voir aussi l'effet cytopathique.
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