La cellule est l'unité de base de toute forme de vie connue. Chaque organisme est constitué d'une ou de plusieurs cellules, et c'est en elles que se déroulent les processus biologiques. Comprendre la cellule, c'est aborder les fondements de la biologie, de la bactérie unicellulaire au mammifère aux milliers de milliards de cellules spécialisées.
Définition
Une cellule est une unité structurale et fonctionnelle autonome, délimitée par une membrane plasmique et contenant l'information génétique nécessaire à sa reproduction. Elle assure l'ensemble des fonctions vitales : métabolisme, croissance, réponse aux stimuli, reproduction.
La plupart mesurent entre 10 et 100 micromètres, invisibles à l'œil nu. Quelques-unes échappent à cette règle : un neurone peut atteindre un mètre de long, et un ovule est visible sans microscope.
Procaryotes et eucaryotes
C'est la division la plus fondamentale du vivant. Les cellules procaryotes, bactéries et archées, n'ont pas de noyau : leur matériel génétique baigne dans le cytoplasme. Elles sont petites, simples, et extraordinairement diverses sur le plan métabolique.
Les cellules eucaryotes (protistes, champignons, plantes, animaux) possèdent un noyau délimité par une enveloppe, et des compartiments spécialisés. Cette compartimentation permet de mener simultanément des réactions chimiques incompatibles, et c'est ce qui a rendu possible la complexité des organismes pluricellulaires.
La membrane
Elle est constituée d'une double couche de phospholipides, dont les têtes sont attirées par l'eau et les queues la fuient. Cette organisation se forme spontanément et rend la membrane imperméable à la plupart des molécules.
Des protéines y sont insérées : canaux, transporteurs, pompes, récepteurs. Ce sont elles qui décident de ce qui entre et de ce qui sort, et qui reçoivent les signaux venus de l'extérieur. La membrane n'est donc pas une barrière passive : c'est l'interface active de la cellule.
Les organites
Le noyau contient l'ADN, organisé en chromosomes, et c'est là que l'information génétique est copiée en ARN messager. Les ribosomes traduisent ensuite cet ARN en protéines.
Le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi forment la chaîne de fabrication, de modification et d'expédition des protéines et des lipides. Les lysosomes assurent la dégradation et le recyclage.
Les mitochondries produisent l'énergie chimique de la cellule, sous forme d'ATP, par la respiration cellulaire. Les chloroplastes, propres aux cellules végétales, captent l'énergie lumineuse par photosynthèse.
Ces deux derniers organites ont une particularité remarquable : ils possèdent leur propre ADN et se divisent de façon autonome. C'est le fondement de la théorie endosymbiotique, aujourd'hui largement admise, selon laquelle ils descendent de bactéries ayant été intégrées par une cellule ancestrale.
La division
La mitose produit deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère. Elle assure la croissance, le renouvellement des tissus et la réparation. Elle est précédée d'une phase de duplication de l'ADN et suivie de la séparation du cytoplasme.
La méiose, réservée aux cellules reproductrices, réduit de moitié le nombre de chromosomes et produit quatre cellules génétiquement différentes. Les brassages qui s'y produisent sont à l'origine de la diversité génétique.
Le cycle cellulaire est contrôlé par des points de vérification. Leur défaillance est au cœur du processus tumoral : une cellule qui se divise sans contrôle est ce qui définit un cancer.
La spécialisation
Toutes les cellules d'un organisme portent le même génome. Ce qui les distingue est l'ensemble des gènes qu'elles expriment : un neurone, une cellule musculaire et une cellule de la peau lisent des parties différentes de la même bibliothèque.
Cette différenciation est progressive et généralement stable. Les cellules souches, qui la conservent en réserve, sont au centre de la médecine régénérative, et les travaux ayant montré qu'une cellule différenciée peut être reprogrammée ont bouleversé ce domaine.