Observer des cellules spécialisées

Un organisme unicellulaire réalise ses fonctions vitales grâce à une seule cellule. Une levure, par exemple, échange de la matière avec son milieu et assure son propre fonctionnement. Chez un organisme pluricellulaire, de nombreuses cellules participent à des fonctions différentes. Un organe est une partie de l’organisme qui assure une ou plusieurs fonctions ; il comporte généralement plusieurs tissus. Un tissu est un ensemble organisé de cellules qui contribuent à une fonction commune. La cellule constitue donc une unité du vivant, mais son fonctionnement s’inscrit souvent dans une coopération avec d’autres cellules.

Dans une plante, une feuille est un organe ; son tissu chlorophyllien contient des cellules capables de photosynthèse. Une racine est un autre organe dont certains tissus participent à l’absorption ou au transport de matière. Chez un animal, l’intestin comporte un épithélium constitué de cellules jointives ; certaines sont spécialisées dans l’absorption. Un même organe ne se réduit donc pas à un seul type de cellule. Identifier un tissu demande d’examiner son organisation, pas seulement la couleur de la préparation.

Ces niveaux ne correspondent pas à une taille unique. Un organisme peut mesurer quelques micromètres s’il est unicellulaire ou plusieurs mètres s’il s’agit d’un arbre. De nombreuses cellules eucaryotes ont des dimensions de quelques dizaines de micromètres. La largeur de la double hélice d’ADN est de l’ordre du nanomètre. Un micromètre vaut un millième de millimètre ; un nanomètre vaut un millième de micromètre. Les échelles permettent de choisir l’instrument adapté et d’éviter de confondre une cellule, un organite et une molécule.

Une cellule spécialisée présente une organisation adaptée à sa fonction. Les cellules végétales possèdent une paroi située à l’extérieur de la membrane plasmique. Certaines cellules des parties éclairées contiennent des chloroplastes, organites où se déroule la photosynthèse. Les cellules des racines souterraines en sont généralement dépourvues. Une cellule végétale n’est donc pas automatiquement chlorophyllienne. Dans les deux cas, la membrane délimite le cytoplasme et participe au contrôle des échanges ; la paroi et la membrane ne sont pas le même objet.

Un poil absorbant est un prolongement d’une cellule de l’épiderme de la racine. Il augmente sa surface de contact avec le milieu, ce qui contribue à l’absorption d’eau et d’ions minéraux. À l’inverse, les chloroplastes d’une cellule de feuille lui donnent un équipement permettant la photosynthèse. Ces différences servent une fonction à l’échelle de la plante entière : les organes ont besoin les uns des autres. La spécialisation ne signifie ni autonomie complète ni supériorité d’un type cellulaire.

Chez un animal, des cellules musculaires contiennent une organisation interne permettant la contraction. Des cellules absorbantes de l’intestin présentent de petites extensions de la membrane appelées microvillosités. Elles augmentent la surface d’échange ; ce ne sont pas des poils absorbants de racine. Une image de microscopie électronique révèle des détails plus fins qu’une observation courante au microscope optique. Cependant, une forme observée ne prouve pas à elle seule une fonction : on la met en relation avec des connaissances ou des résultats expérimentaux.

Les cellules d’un tissu ne sont pas simplement posées les unes à côté des autres. Elles interagissent et peuvent être reliées par une matrice extracellulaire, un ensemble de molécules situées à l’extérieur des cellules. Cette matrice contribue à leur adhérence et à l’organisation du tissu. Sa composition et son abondance varient selon le tissu. Il suffit ici de comprendre sa position et son rôle ; une liste détaillée de ses molécules n’est pas nécessaire pour expliquer l’organisation cellulaire.

La paroi des cellules végétales appartient à leur environnement extracellulaire. Elle participe au maintien de la forme et à l’organisation des tissus. La membrane plasmique se trouve au contact interne de cette paroi ; elle délimite le contenu vivant de la cellule. Chez les animaux, l’absence de paroi végétale ne signifie pas l’absence de matrice extracellulaire. Dans un dessin de tissu, il faut donc distinguer ce qui est à l’intérieur d’une cellule de ce qui contribue à relier les cellules.

L’ADN est une molécule qui porte l’information génétique. Dans les cellules eucaryotes étudiées, l’essentiel de cette information se trouve dans le noyau, organisé en chromosomes. Un gène est une portion d’ADN portant une information utilisée dans le fonctionnement cellulaire. Les cellules d’un organisme issu d’une cellule initiale reçoivent au départ la même information génétique par les divisions. Leur spécialisation provient notamment de différences d’expression des gènes : elles n’utilisent pas toutes les mêmes informations au même moment.

La molécule d’ADN comporte deux brins associés en double hélice. Chaque brin est une succession de nucléotides ; on les distingue par leur base, adénine A, thymine T, cytosine C ou guanine G. Les bases s’apparient de façon complémentaire : A avec T et C avec G. La séquence est l’ordre des nucléotides le long d’un brin. Deux molécules peuvent employer le même alphabet mais porter des informations différentes parce que l’ordre de leurs nucléotides diffère.

L’expression d’un gène contribue à la production de molécules qui interviennent dans la structure ou le fonctionnement de la cellule. Une cellule musculaire et une cellule d’un autre tissu peuvent ainsi posséder le même gène mais ne pas l’exprimer au même niveau. On ne doit pas expliquer chaque spécialisation par la disparition des autres gènes. Le détail des mécanismes d’expression sera approfondi dans la spécialité de première ; ici, on relie l’équipement cellulaire à une utilisation différente de l’information.

Certaines cellules différenciées constituent des exceptions à une affirmation trop générale sur l’ADN : les globules rouges matures des mammifères ne possèdent plus de noyau. Les gamètes ont aussi une organisation chromosomique particulière. Il faut donc parler d’information initialement commune et raisonner sur les cellules effectivement étudiées. De même, un caractère observable peut dépendre de plusieurs gènes et du milieu ; le raccourci un gène égale un caractère n’est pas une règle générale.