Biologie cellulaire

Biologie cellulaire

cytologie

La biologie cellulaire, ou cytologie,
est une discipline de la biologie étudiant les cellules et leurs organites, les
processus vitaux qui s'y déroulent ainsi que les mécanismes permettant leur
survie (reproduction, métabolisme,
homéostasie,
néguentropie,
communication)
sans oublier la caractéristique principale de la cellule vivante, à savoir, la mort, qui peut être est
programmée génétiquement (apoptose) ou être le résultat d'une agression (nécrose).

L'histologie
est quant à elle l'étude des cellules à un niveau supérieur, c'est-à-dire de
leurs agencements en tissus et de leurs interactions (jonctions
cellulaires simples, etc.).

L'étude du fonctionnement de la cellule
n'entre pas dans le domaine de la biologie cellulaire. Il constitue un domaine
séparé, la physiologie cellulaire.

Histoire

Il était difficile pour les gens d'imaginer
l'existence d'organismes vivants trop petits pour être vus, ou de croire qu'ils
pouvaient porter atteinte à des hôtes de grande taille. De manière générale,
l'existence de microorganismes a été niée jusqu'en 1677 lorsqu'ils furent
vus et décrits par Antoni van Leeuwenhoek (1632 - 1723), un
marchand de draps à Delft
(Pays-Bas),
qui n'avait aucune formation scientifique mais une grande patience et une
grande curiosité. Il réussit à obtenir de forts grossissements (300 ×) grâce à
un microscope simple composé d'une seule petite lentille presque sphérique.
Dans ses lettres publiées par The
Royal Society of London, il décrivait un tout nouveau monde, auparavant
invisible, comprenant des « animalcules » (reconnus maintenant comme
bactéries et protozoaires) dont la mobilité montrait qu'ils étaient vivants.

La biologie cellulaire était née avec
l'invention du premier microscope optique (photonique) par Antoni van Leeuwenhoek.

L'étude des microorganismes
(dont les bactéries)
ne devint réellement accessible qu'avec le développement d'un microscope optique composé (multilentilles)
efficace vers les années 1825.

Rudolf
Virchow (1821-1902), physiologiste allemand est
l'auteur de l'adage « omni cellula e cellula », ou comme il le publie
en 1858 dans
Cellularpathologie « Là où apparaît une cellule, il doit y avoir eu une
autre cellule auparavant » « Tout animal apparaît comme la somme
d'unités vitales dont chacune porte en elle tous les caractères de la
vie. »

La cellule est donc une enceinte séparée de
l'extérieur par une membrane capable de filtrer sélectivement les
échanges.

Jusqu'au XIX^e siècle,
les organismes vivants étaient classés comme animaux ou végétaux selon des
différences évidentes de forme et de constitution, qui décombent de différences
fondamentales dans leur mode de nutrition.

Les animaux se
nourrissent de substances organiques qui sont hydrolysées et absorbées au
niveau du tractus intestinal à l'intérieur du corps. Le développement des
animaux semble, en effet, avoir pour but la création de grandes surfaces
internes absorbantes. Ce principe de construction s'applique à une grande gamme
d'animaux, depuis les hydrozoaires jusqu'aux vertébrés supérieurs.

Les plantes sont
construites sur un plan totalement différent. Elles synthétisent les substances
nécessaires à leur croissance et à leur entretien à partir de matériaux
inorganiques et utilisent comme source d'énergie, la lumière solaire. Les
cellules et tissus photosynthétiquement actifs sont donc orientés vers
l'extérieur et forment de grandes surfaces externes. D'autres différences
générales entre les plantes (végétaux) et les animaux sont la présence de
parois cellulaires, la capacité de mouvements actifs, de changement de position
dans l'environnement, les aptitudes à synthétiser diverses substances, etc.

Cette distinction nette entre règnes végétal
et animal est restée facile aussi longtemps qu'on a rien su ou presque des
microorganismes. Même les champignons supérieurs, en dépit de leur nutrition (ils se
nourrissent de matières organiques comme les animaux) et en dépit du fait
qu'ils sont dépourvus de chlorophylle, pouvaient être inclus dans le règne
végétal, partageant beaucoup d'autres propriétés avec les plantes supérieures.

Lorsqu'il a fallu rattacher les bactéries,
les champignons muqueux ou myxocètes et autres organismes unicellulaires à l'un
ou l'autre des deux règnes, les décisions se sont avérées beaucoup plus
difficiles. Il fallut se résoudre à établir une troisième catégorie
d'organismes vivants qui ont reçu le nom collectif de Protistes (formes de vie
primaires ou archaïques) (Haëckel, 1866) : le règne des protistes
contient les organismes qui se différencient des végétaux et des animaux par
l'absence de spécialisation morphologique, la plupart d'entre eux étant
unicellulaires.

Les protistes ont été subdivisés en deux
groupes différenciés sur base de leur structure cellulaire. Les protistes
inférieurs ou procaryotes (du grec: noyau primitif) ont une structure
cellulaire différente de celle de tous les autres organismes : ce groupe
inclut les bactéries,
les cyanobactéries (algues bleues) et les rickettsies
(parasites intracellulaires obligés). Les protistes supérieurs ou eucaryotes
(du grec : noyau vrai) ressemblent aux végétaux et aux animaux dans leur
structure cellulaire : ce sont les algues, les champignons
inférieurs et les protozoaires.

Le terme général de microorganismes (étudiés
par la microbiologie) provient uniquement de la taille minuscule des divers
organismes mentionnés ci-dessus. Il correspond dans sa signification et son
application à celui des protistes.

Les virus ne répondent
pas à la définition des protistes bien qu'ils soient repris dans la grande
majorité des manuels de microbiologie. Ce sont des particules non cellulaires,
incapables d'autoréplication et ne pouvant proliférer que dans certaines
cellules vivantes. Leur très petite taille (en général, inférieure à 250
nanomètres) nécessite l'usage d'un microscope électronique pour les visualiser
en tant qu'objets particulaires.

Techniques utilisées

La biologie cellulaire utilise de nombreuses
techniques pour étudier la morphologie cellulaire. La technique reine reste
toutefois la microscopie avec toutes ses variantes. C'est le microscope
qui a permis sa naissance au XVII^e siècle
et il reste toujours le principal moyen d'études. Le microscope s'est aujourd'hui
diversifié pour améliorer la visualisation des structures : depuis le
microscope optique simple lentille des origines, on a développé des microscopes
optiques plus complexes utilisant la lumière directe ou la fluorescence, ainsi
que des microscopes électroniques.

Parallèlement les techniques de coloration
se sont développées permettant la mise en évidence de structures de plus en
plus fines et de mieux les localiser au sein de la cellule. Ainsi, si les
premières colorations permettaient de visualiser les caractéristiques générales
des zones cellulaires (acides, basiques,
riches en lipides,
etc.) actuellement, grâce à l'utilisation des anticorps et
des toxines, on
peut détecter la position d'une molécule
précise et dans une certaine mesure de la doser ou de suivre son évolution
temporelle. Ces techniques ne sont toutefois pas spécifiques à la cytologie et
sont également largement utilisées en histologie.

La plupart de ces techniques sont létales
pour la cellule et cette dernière survit rarement à la coloration, surtout pour
les techniques les plus complexes. C'est pourquoi le microscope à contraste de phase est
largement employé vu que celui ci permet d'observer des cellules vivantes.

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