Fiche explicative de la leçon: Cellules spécialisées Biologie • Première année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons évoquer différentes cellules spécialisées, décrire leurs adaptations et relier ces adaptations à leurs fonctions.

Lorsque vous imaginez une cellule, vous vous attendez à quelque chose qui ressemble à la figure 1. Cette image familière est ce que nous appelons une cellule « généralisée ». Autrement dit, elle représente généralement la structure de base d’une cellule type. Cependant, les cellules de notre organisme sont en réalité « spécialisées ». Cela signifie qu’elles possèdent des adaptations qui leur permettent d’accomplir leur travail spécifique.

L’un des concepts fondamentaux de la biologie est que la structure est toujours directement liée à la fonction. La structure d’un objet est sa forme et ses parties constituantes. La fonction se réfère à ce que fait une chose, ou le travail qu’elle effectue. On dit qu’une cellule est spécialisée lorsqu’elle possède une structure spécifique qui lui permet de remplir une fonction particulière.

Examinons quelques exemples de types de cellules humaines, notamment l'ovule, le spermatozoïde, les cellules musculaires, les globules rouges, les cellules nerveuses et les cellules ciliées, et voyons comment leur structure est adaptée à leur fonction.

Un ovule est aussi appelé un ovocyte. Le suffixe « -cyte » signifie « cellule ». Les ovules sont des cellules reproductrices. Les cellules reproductrices sont des cellules qui jouent un rôle dans la production de la progéniture et sont également appelées des gamètes. Chez les humains, l’ovule est la cellule reproductrice de la femme. L'ovule est produit par les ovaires, qui sont des organes faisant partie de l'appareil reproducteur féminin. S’il est fécondé par la cellule reproductrice masculine, ou le spermatozoïde, il se développera en un embryon dans l’utérus et deviendra un bébé.

L’ovule, comme le montre la figure 2, a plusieurs adaptations qui lui permettent de remplir sa fonction de cellule reproductrice féminine. Il est plus grand qu’une cellule normale et possède des organites, des structures et des éléments nutritifs élémentaires nécessaires pour initier le développement embryonnaire s’il est fécondé par un spermatozoïde. Il a également un revêtement spécial gélifié, qui durcit instantanément après la fécondation. Cela empêche les autres spermatozoïdes de féconder le même ovule. Mais plus important encore, l'ovule contient la moitié du matériel génétique qui sera hérité par la descendance. C’est ce qu’on appelle une cellule haploïde. L’autre moitié du matériel génétique est apportée à l’ovule par le spermatozoïde. Les cellules reproductrices, comme les ovules et les spermatozoïdes, sont fabriquées selon un processus spécial qui garantit qu’elles possèdent exactement la moitié de l’ADN du parent.

Un spermatozoïde, comme le montre la figure 3, est également appelé un spermatocyte. Les spermatozoïdes sont des cellules reproductrices, comme les ovules, ils jouent donc un rôle dans la production de la progéniture. Chez les humains, le spermatozoïde est la cellule reproductrice masculine.

Un spermatozoïde a des adaptations spéciales qui sont complémentaires à celles de l’ovule. Il a une forme fuselée avec une longue queue, appelée flagelle. Le spermatozoïde a cette forme particulière car il a besoin de nager à travers l’utérus pour féconder l’ovule. En règle générale, les spermatozoïdes sont produits en grande quantité, et sont beaucoup plus petits que l’ovule. À la base des flagelles, le spermatozoïde possède de nombreuses mitochondries. Elles assurent que le spermatozoïde a suffisamment d’énergie cellulaire tout au long de son voyage. D’autre part, l’extrémité du spermatozoïde contient un organite rempli d’enzymes appelé l’acrosome. Cette structure aide le spermatozoïde à pénétrer dans l’enveloppe protectrice de l’ovule pour le féconder. Vous pouvez le voir sur la figure 4.

Tout comme l’ovule, le spermatozoïde est haploïde, il porte la moitié du matériel génétique, ou ADN, que les cellules de la progéniture vont hériter. L’autre moitié vient de la mère et est déjà présente dans l’ovule.

Les cellules musculaires, comme le montre la figure 5, sont également appelées myocytes. Une cellule musculaire est spécialisée pour se contracter ou se raccourcir, elles sont à l’origine des forces qui induisent le mouvement du corps.

Il existe différents types de cellules musculaires adaptées à leurs fonctions spécifiques, mais elles ont toutes certaines caractéristiques en commun. Les cellules musculaires possèdent des filaments protéiques spécialisés (protéines contractiles) qui glissent les uns sur les autres lorsqu'ils sont activés, raccourcissant ainsi la cellule. Ces cellules possèdent de nombreuses mitochondries qui fournissent davantage d’énergie cellulaire pour la contraction. Elles sont capables de stocker du glucose supplémentaire sous la forme d’une molécule peu soluble appelée glycogène. Cette réserve de glucose peut ensuite être libérée pour être utilisée lors de la respiration cellulaire des mitochondries.

Les globules rouges, comme le montre la figure 6, sont également appelés des érythrocytes. Les globules rouges ont pour fonction de transporter l’oxygène de nos poumons vers les cellules corporelles, puis de récupérer le dioxyde de carbone du corps vers les poumons, pour être expiré. Les cellules corporelles utilisent l’oxygène pendant la respiration cellulaire, un processus qui génère de l’énergie cellulaire. Cette tâche est si considérable et si importante que plus de des cellules corporelles humaines sont des globules rouges.

Les globules rouges ont une forme spéciale biconcave. En effet, ce sont des disques aplatis avec des incurvations des deux côtés. Cette forme permet à l’oxygène de diffuser efficacement dans tout le cytoplasme de la cellule et permet également au globule rouge de traverser des vaisseaux sanguins étroits. Afin de s’adapter à cette forme particulière, les globules rouges humains matures ne possèdent pas de noyau. Ils sont également dépourvus de mitochondries et de la plupart des autres organites que l’on trouve habituellement dans les cellules corporelles humaines. Le cytoplasme des globules rouges est enrichit d’une molécule appelée hémoglobine. L’hémoglobine aide les cellules à transporter l’oxygène et donne également aux globules rouges leur couleur caractéristique.

Une cellule nerveuse typique, comme le montre la figure 7, est également appelée un neurone. Les neurones sont des cellules spécialisées dans la communication. Ces cellules font partie du système nerveux et communiquent en transmettant des impulsions électriques d’un endroit à l’autre. Ce réseau de communication est est chargé de contrôler et de réguler presque toutes nos fonctions vitales.

Les cellules nerveuses possèdent des dendrites qui reçoivent les signaux provenant d’autres cellules. Elles ont aussi un corps cellulaire qui remplit les fonctions vitales de la cellule. Parmi d’autres éléments, le corps cellulaire contient le noyau, qui dirige les activités de la cellule, ainsi que les mitochondries, qui effectuent la respiration cellulaire.

Les cellules nerveuses possèdent généralement un axone qui propage le signal du corps cellulaire vers les cellules cibles. L’axone peut être recouvert d’un revêtement spécial appelé gaine de myéline qui sert d’isolant électrique et accélère la transmission des signaux électriques. À l’extrémité de l’axone ou des terminaisons axonales, des produits chimiques spéciaux appelés neurotransmetteurs transmettent le signal à la cellule cible, qui peut être une cellule nerveuse, une cellule musculaire ou une cellule glandulaire.

La structure des cellules nerveuses est hautement spécialisée. Elles peuvent posséder l’ensemble ou une partie de ces structures selon leur fonction spécifique.

Les cellules ciliées, comme le montre la figure 8, sont en général une sorte de cellules de revêtement, ou cellules épithéliales. Une cellule épithéliale est un type de cellule qui tapisse les surfaces corporelles. Ces cellules se trouvent sur votre peau, les voies urinaires et les organes et sont présentes dans les couches de cellules qui recouvrent l’intérieur de nombreuses surfaces humides.

Les cils sont des extensions capillaires du corps cellulaire qui se déplacent dans un mouvement coordonné de balayage.

Les cellules ciliées se trouvent dans la muqueuse des poumons et des fosses nasales, et dans les trompes de Fallope pour déplacer l’ovule vers l’utérus ; elles font même circuler le liquide qui entoure la moelle épinière. Les cellules ciliées sont généralement de forme allongée, ou colonnaire, et serrées les unes contre les autres. Ces cellules sont caractérisées par les cils qu’elles ont à une extrémité.

Les cellules spécialisées ont des adaptations spécifiques qui leur permettent de remplir une fonction particulière. Cela signifie également que la fonction d’une cellule est déterminée par sa structure.

Passons en revue ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.