Cellules végétales et animales : Comparaison

La Cellule Eucaryote et la Cellule Végétale

Ce chapitre explore la structure et les fonctions des cellules eucaryotes, avec un focus particulier sur les spécificités de la cellule végétale, en comparaison avec la cellule animale.

1. La Cellule Eucaryote

Une cellule eucaryote est caractérisée par la présence d'un noyau et d'organites délimités par des membranes. Voici ses principales caractéristiques :

• Taille : Généralement de 5 à 500 µm.

• Noyau : Possède une enveloppe nucléaire et contient l'ADN sous forme linéaire, associé à des histones protéiques (chromatine). Le nucléole est la région de synthèse des composants des ribosomes.

• Organites :

  • Mitochondries : Responsables de la dégradation des sucres complexes en cycle simple (respiration cellulaire). Elles sont délimitées par des membranes.

  • Ribosomes : Pour la synthèse des protéines.

  • Cytosquelette : Réseau complexe de protéines qui maintient la forme de la cellule, participe au mouvement cellulaire et au transport intracellulaire.

  • Compartimentation : Présence de multiples compartiments membranaires pour des fonctions spécialisées.

• Membrane plasmique : Délimite la cellule.

Note d'endosymbiose : Les mitochondries seraient issues d'une endosymbiose avec une bactérie, et les chloroplastes (chez les végétaux) d'une endosymbiose avec une cyanobactérie.

2. Comparaison Procaryote vs. Eucaryote

Voici un tableau comparatif des principales différences entre cellules procaryotes et eucaryotes :

L'ADN diffère également par sa structure entre procaryotes et eucaryotes.

3. La Cellule Végétale : Spécificités

La cellule végétale partage de nombreux points communs avec la cellule animale, mais possède des caractéristiques distinctes en vert.

3.1 Caractéristiques Générales

• Cellules grandes et protégées par une paroi pectocellulosique.

• Autotrophie : Capacité à produire sa propre matière organique grâce aux chloroplastes et à la photosynthèse.

• Cycle de vie continu : Grâce aux méristèmes.

• Réserves : Sous forme d'amidon.

• Totipotence : Capacité d'une cellule végétale différenciée à se dédifférencier, se diviser et régénérer une plante entière.

• Non souples : Une fois la plante adulte, les cellules végétales sont fixées.

3.2 Organites Spécifiques de la Cellule Végétale

3.2.1 Vacuole

La vacuole est un grand compartiment délimité par une membrane simple appelée tonoplaste, et rempli d'un suc vacuolaire (composé d'eau, d'ions, d'acides organiques, d'acides aminés, de sucres...).

Fonctions de la vacuole :

• Réserve d'eau : Maintient la turgescence (pression osmotique) des cellules.

• Stockage : Métabolites primaires et secondaires, pigments.

• Digestion enzymatique : Rôle dans le recyclage de certains métabolites.

• Échange : Régule les échanges d'eau et de molécules avec le cytoplasme.

Phénomène de Plasmolyse : Quand l'eau sort en grande quantité de la cellule (par exemple sous l'effet du sel), la vacuole se rétracte et la cellule se plasmolise. Inversement, en présence d'eau pure, la vacuole se gorge d'eau et maintient la turgescence.

3.2.2 Chloroplastes (Plastides)

Les chloroplastes sont des organites présents dans le cytoplasme des cellules eucaryotes photosynthétiques. Ils sont responsables de la photosynthèse.

• Taille : 2 à 6 µm.

• Pigments : Contiennent des pigments photorécepteurs comme les chlorophylles et les caroténoïdes.

• Nombre : Jusqu'à 70 chloroplastes par cellule.

Structure des chloroplastes :

Un chloroplaste présente trois compartiments :

• L'espace intermembranaire.

• Le stroma : Contient les ribosomes libres, des copies d'ADN chloroplastique et est le site de la synthèse des glucides (cycle de Calvin). Les sous-unités protéiques impliquées dans la photosynthèse y sont synthétisées, notamment la RuBisCO.

• L'espace intrathylakoïdien : Formé par un système endomembranaire complexe de thylakoïdes.

Les thylakoïdes peuvent être :

• Granaires : Empilés pour former un granum.

• Inter-granaires : Connectent les grana.

La membrane des thylakoïdes contient les pigments photorécepteurs qui captent l'énergie lumineuse pour la photosynthèse.

Photosynthèse : Synthèse de molécules organiques glucidiques à partir de molécules minérales (CO2, H2O) et de lumière comme source d'énergie.

Étapes de la photosynthèse :

1. Réactions de transfert d'énergie (phase lumineuse) : Se déroulent sur la membrane des thylakoïdes. L'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique sous forme d'ATP et de NADPH.

2. Réactions de fixation du carbone (cycle de Calvin) : Se déroulent dans le stroma. Le carbone inorganique (CO2) est fixé et des glucides sont synthétisés. Le glucose formé est stocké sous forme d'amidon le jour, puis hydrolysé la nuit pour être utilisé par la cellule.

Bilan global de la photosynthèse :

Les glucides (CH2O)n sont ensuite utilisés pour :

• Synthétiser des macromolécules (anabolisme).

• Être dégradés pour produire de l'ATP (catabolisme).

Génome chloroplastique : L'ADN chloroplastique code environ 120 gènes (ARNt, ARNr, sous-unités protéiques) et des ribosomes sont présents dans le stroma. La synthèse des protéines chloroplastiques dépend également du génome nucléaire via un système d'importation. La RuBisCO est la protéine la plus synthétisée au monde.

3.2.3 Amyloplastes

Les amyloplastes sont des leucoplastes (plastides sans pigments) spécialisés dans le stockage de l'amidon (polymère de glucoses). Ils sont nombreux dans les organes de réserve (ex: tubercules de pomme de terre, fruits de banane).

• Taille variable selon les espèces.

• Ne contiennent pas de pigments.

3.2.4 Chromoplastes

Les chromoplastes contiennent des pigments (caroténoïdes) qui donnent une couleur aux fleurs, fruits (tomates) ou racines (carottes). Ils jouent un rôle important dans l'attraction des pollinisateurs ou des disperseurs de graines.

3.2.5 Proplastes et interconversion des plastides

Les proplastes sont des cellules indifférenciées qui

peuvent évoluer en différents types de plastides en fonction du tissu et des conditions :

• Dans une racine, ils évoluent souvent en amyloplastes.

• Dans un fruit, en chromoplastes.

• Dans une feuille, en chloroplastes.

Il existe une interconversion possible entre les plastides ; par exemple, pendant la maturation des tomates, les chloroplastes se transforment en chromoplastes, ce qui entraîne un changement de couleur.

3.3 Paroi Pectocellulosique

La paroi est une matrice extracellulaire qui enveloppe la cellule végétale. Elle est composée de fibres de cellulose engluées dans un gel hydraté d'hémicelluloses, de pectines, d'ions et de protéines. Elle est distincte de la membrane plasmique.

Composition de la paroi primaire :

• Polysaccharides :

  • Microfibrilles de cellulose (25-30%) : Le polymère le plus abondant sur Terre. Composé de chaînes linéaires de glucoses reliées par des liaisons -1,4. Ces chaînes forment des microfibrilles très résistantes qui s'associent pour constituer des fibres torsadées. Elles forment la charpente de la paroi et déterminent l'architecture de la cellule.

  • Hémicelluloses (30-65%) : Comme les xyloglucanes, elles relient les microfibrilles de cellulose entre elles.

  • Pectines (5-35%) : Polymères d'acides galacturoniques qui forment un gel hydraté augmentant la complexité de la paroi.

• Eau (~75%) : La paroi primaire est très hydrophile et perméable à l'eau et aux substances dissoutes.

• Ions : et .

• Protéines (0,5-5%) : Protéines de structure (ex: expansines, pour la croissance) et enzymes.

Propriétés de la paroi primaire :

• Mince et souple : Permet l'étirement de la cellule par expansion de la vacuole, favorisant la croissance (plasticité).

• Rôle : Cadre de la cellule végétale, engendre une pression de turgescence.

Paroi secondaire :

• Se forme après la croissance, vers l'intérieur de la cellule.

• Plus épaisse et robuste : Contient plus de cellulose et moins de pectine que la paroi primaire.

• Comprend d'autres substances : Lignine, cutine ou subérine.

• Lignine : Polymère dérivé d'acides aminés, non de sucres. Elle rend la paroi résistante à la dégradation enzymatique, hydrophobe et imperméable à l'eau (évapotranspiration). Elle contribue à la protection et au soutien de la cellule mature (plus chez les arbres pour la circulation de la sève brute).

• Disposition des fibres : Plus régulière que dans la paroi primaire.

• Localisation : Cutine imperméabilise la surface des feuilles. Subérine se trouve dans l'écorce externe (liège) des arbres.

• Rôle : Résistance mécanique (cellules âgées), protection.

La paroi détermine souvent la forme de la cellule végétale (ronde, en puzzle, en demi-lune, allongée).

3.4 Plasmodesmes

Les plasmodesmes sont de petits canaux qui permettent la communication directe et le passage du cytoplasme entre deux cellules végétales mitoyennes. Ils sont parfois regroupés en ponctuations, permettant notamment le passage de la sève.

Bilan : Particularités de la Cellule Végétale

En résumé, la cellule végétale se distingue par :

• La présence d'une paroi pectocellulosique rigide.

• Une grande vacuole centrale.

• Des plastides (chloroplastes, amyloplastes, chromoplastes) pour la photosynthèse et le stockage.

• La capacité d'autotrophie et la totipotence.

• La présence de plasmodesmes pour la communication intercellulaire.