La cellule, unité du vivant

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Présentation

Caractéristiques essentielles des cellules animales et végétales. Nombreuses images, utilisant différentes techniques de microscopie (optique, électronique, à fluorescence...)

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Introduction

En comparant des cellules d’origines différentes (essentiellement chez les eucaryotes), il est assez aisé de montrer, malgré une grande diversité, une unité structurale et fonctionnelle. Cependant, une cellule n’est pas observable directement.

Les documents photographiques sont présentés sous forme d’icônes. En cliquant dessus, vous accédez aux photos de grande taille.

Sur le même thème, voir aussi le document Comparaison cellule animale - cellule végétale.

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La cellule vue en microscopie

Lorsque la cellule est isolée (organisme unicellulaire ou cellule isolée à partir d’un organisme pluricellulaire), l’emploi d’un microscope permet d’en observer une image agrandie qui reflète bien sa structure réelle, même si l’image est virtuelle sur le plan de l’optique.

L’observation du monde végétal

Chez les organismes pluricellulaires, des observations vitales peuvent être réalisées chez les végétaux, en utilisant des feuilles ou des thalles d’algues ne comportant qu’une ou quelques cellules en épaisseur (exemples : épiderme d’oignon, feuille d’élodée, lentille d’eau, ulve). Il est aisé dans ce cas d’observer un noyau, des organites (les chloroplastes, quand ils existent, sont les plus visibles) mais la présence d’une paroi extracellulaire empêche la visualisation de la membrane plasmique. Or, la mise en évidence de celle-ci est primordiale pour définir la notion même de cellule (limite entre l’intérieur cellulaire et le milieu extracellulaire).

Cellule d'épiderme d'oignon vu en miscroscopie à contraste de phaseÉpiderme de bulbe d'oignon Feuille d'élodée du Canada

Des techniques permettent de lever cet obstacle. La plasmolyse d’un tissu permet, en provoquant une diminution de volume du cytoplasme (vacuole comprise) de séparer la paroi cellulaire de la membrane plasmique qui est ainsi mise en évidence.

cellule epiderme oignon plasmolyseePlasmolyse progressive d'une cellule d'épiderme d'oignon cellule plasmolysee feuille elodeeCellules plasmolysées d'une feuille d'élodée

Une autre méthode expérimentale consiste à éliminer la paroi cellulaire par digestion enzymatique (cellulases et pectinases) après une plasmolyse préalable. L’observation de telles cellules sans paroi (des protoplastes) montre bien qu’une membrane plasmique isole la cellule du milieu extérieur.

protoplastes non chlorophylliensProtoplastes non chlorophylliens protoplastes chrorophylliensProtoplastes chlorophylliens

La notion de cellule a été la première fois définie en observant des coupes de liège. Des coupes de tissus végétaux, montées telles quelles ou après une coloration anatomique montrent à l’évidence qu’un organisme est essentiellement formé de cellules. Ne perdons pas de vue que dans une coupe anatomique végétale, c’est essentiellement les parois (donc le réseau de matrice extracellulaire) que l’on observe, membrane plasmique, cytoplasme, noyau et organites ayant souvent été éliminés !

coupe transversale de tige de labiéeUn exemple de coupe anatomique chez les végétaux. Section transversale de tige de labiée. detail du collenchyme d'une coupe transversale de labiéeUn exemple de coupe anatomique chez les végétaux. Détail du collenchyme.

Les coupes histologiques d’échantillons animaux

Chez les organismes pluricellulaires (principalement animaux), la généralisation de la notion de cellule (ainsi que l’observation de leur diversité) peut être approfondie par l’examen de coupes histologiques. Cependant, ce que l’on observe n’est plus une image simplement agrandie des cellules. Les tissus ont subi une fixation, une déshydratation complète puis une inclusion. Les tissus sont ensuite sectionnés et l’on observe une tranche de cellule et non une cellule complète. Enfin, la section est peu observable telle quelle et doit être colorée. Les images observées dépendent alors autant de la technique de préparation que de la structure de la cellule.

Cellules glande salivaireIntestin cellules de cartilageCartilage
cellules de glande salivaireGlande salivaire cellules de pancréasPancréas

La microscopie à fluorescence

La virtualité des images observées augmente lorsque les techniques de visualisation concernent un élément spécifique. C’est tout particulièrement le cas avec la technique de l’immuno-fluorescence.

Les cellules ont été traitées par un colorant spécifique de l’ADN (le DAPI, fluorescence bleue) et par un anticorps marqué à la fluorescéine (fluorescence verte) dirigé contre la tubuline. Les deux images obtenues peuvent être superposées (Clichés Philippe Guillaud).

Cellule PtK coloré au DAPI vue en fluorescenceCellule PtK : DAPI Cellule PtK immunomarquée par un anticorps anti-tubuline vue en fluorescenceCellule PtK : anti-tubuline Cellule PtK en double marquage en fluorescence : DAPI et anticorps anti-tubulineSuperposition des deux images

La microscopie électronique

En microscopie électronique à transmission classique, la visualisation des structures dépend essentiellement du dépôt de métaux lourds (opaques aux électrons). Cela permet une visualisation générale des structures protéiques. Par suite de la très faible épaisseur des sections l’interprétation dans l’espace est souvent difficile.

Jeune cellule de collenchyme vue en microscopie électronique à transmission (contrastant général)Cellule jeune de collenchyme (contrastant général) Cellule Chlamydomonas en microscopie électronique à transmission (contrastant général)Chlamydomonas (contrastant général)

Des techniques plus sophistiquées (cytochimie, coloration négative, cryofracture, etc.) permettent de mettre en évidence des composants autrement invisibles.

Cellule de racine de pois en microscopie électronique à transmission. Cytochimie des polysaccharides.Racine de pois (Cytochimie des polysaccharides) Racine de pois en cryofracture.Racine de pois (cryofracture)
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Pour citer cet article

Roger Prat, La cellule, unité du vivant, Planet-Vie, Vendredi 1 octobre 1999, http://planet-vie.ens.fr/article/1400/cellule-unite-vivant, voir