Quelles sont les parties de la cellule végétale et leurs fonctions ?

La cellule végétale est une cellule eucaryote car elle possède un noyau défini. Sa fonction principale est de produire sa propre nourriture en utilisant la lumière du soleil, dans le processus de photosynthèse.

Les cellules végétales sont composées d'une paroi cellulaire, d'une membrane plasmique, d'un noyau, d'un cytoplasme, de plastes et d'autres organites, qui seront décrits ci-dessous.

1. Noyau

Le noyau de la cellule végétale est responsable de l'information génétique et de la division cellulaire. Elle est définie par une structure à double membrane, l'enveloppe nucléaire, qui renferme le génome ou le matériel génétique de la cellule végétale.

La membrane interne et la membrane externe de l'enveloppe nucléaire fusionnent dans certaines zones, formant des passages ouverts ou des pores nucléaires. Diverses molécules traversent ces ouvertures entre le noyau et le cytoplasme.

Dans le noyau se trouvent le nucléole, les corps de Cajal, les photocorps et le génome. Cette dernière est organisée en chromatine, qui est une association d'ADN et de protéines.

2. Réticule endoplasmique

Le réticulum endoplasmique est un organite dynamique en constant renouvellement. Il est composé de petits tubes interconnectés et de poches à membrane. Dans les cellules végétales bombées, le réticulum endoplasmique est coincé entre la membrane plasmique et la vacuole centrale.

Le réticulum endoplasmique est responsable de plusieurs processus importants, tels que la synthèse de protéines sécrétoires et lipides essentiels, stockage du calcium et récepteurs de signaux hormonaux.

3. Appareil de Golgi

L'appareil de Golgi est l'organite chargé de servir d'intermédiaire dans le transport et le traitement de protéines et de lipides, du réticulum endoplasmique à l'espace extracellulaire ou la vacuole central.

L'appareil de Golgi dans la cellule végétale est constitué de sacs membranaires empilés qui fonctionnent et se déplacent indépendamment, contrairement à l'appareil de Golgi dans la cellule animale. De plus, l'appareil de Golgi dans la plante synthétise des polysaccharides de la paroi cellulaire autres que la cellulose.

4. Membrane plasmatique

La membrane plasmique se trouve dans toutes les cellules des êtres vivants. Elle détermine les limites de la cellule et la séparation de l'espace extérieur de l'intérieur cellulaire. De plus, il permet le passage et la sortie de composés spécifiques, selon les besoins de la cellule.

La membrane plasmique est constituée de deux couches lipidiques superposées ou bicouche lipidique, où les principaux lipides sont des phospholipides. Les autres lipides de la membrane plasmique des cellules végétales sont le glucocérébroside, le galactosylglycéride, le campestérol, le sitostérol et le stigmastérol.

Entre les phospholipides flotte une grande diversité de protéines, qui agissent comme des canaux, des récepteurs de signaux, des pompes ioniques et des protéines de reconnaissance.

La membrane plasmique de la cellule végétale produit des tubes qui traversent les pores de la paroi cellulaire et établissent une communication avec d'autres cellules.

5. Membrane cellulaire

La paroi cellulaire végétale est l'organite protecteur de la cellule végétale. Il est situé à l'extérieur de la membrane plasmique. Il est fait de cellulose, un polymère de nombreuses molécules de glucose liées entre elles.

La paroi cellulaire est un revêtement souple mais solide qui donne sa forme à la cellule. La cellulose forme les poutres de la paroi cellulaire, collées entre elles par la pectine et l'hémicellulose. Cette composition permet à la paroi cellulaire de croître, de se dilater et de s'adapter aux contraintes mécaniques.

De nombreuses substances, telles que les nutriments, les hormones, les enzymes et les peptides, sont sécrétées dans la paroi cellulaire et se déplacent à travers la paroi vers les cellules voisines.

6. vacuole

Une vacuole est un sac membranaire à l'intérieur de la cellule où le contenu séparé du cytoplasme est stocké. La cellule végétale se caractérise par une vacuole qui occupe une grande partie de l'espace cellulaire, appelée vacuole centrale. Celui-ci est séparé du cytoplasme par une simple membrane appelée tonoplaste, d'une épaisseur de 10 nanomètres, qui contrôle l'entrée et la sortie de l'eau de la vacuole.

La fonction principale de la vacuole centrale est de stocker l'eau. Ensuite, les pigments solubles dans l'eau tels que les anthocyanes s'accumulent dans les vacuoles des cellules épidermiques et confèrent la couleur violette, rouge et bleue à de nombreux pétales et feuilles. Les vacuoles des graines sont adaptées pour stocker les protéines.

La vacuole est le siège de détoxification des molécules nocives, elle accumule des composés chimiques pour la défense de la plante contre les herbivores et elle contrôle la turgescence de la cellule. Il est essentiel dans l'équilibre du pH et des ions. Sa taille est contrôlée par l'auxine, une hormone végétale.

7. endosomes

Les endosomes sont le compartiment vésiculaire de la cellule. Il se compose de petites sphères ou de sacs à membrane qui renferment divers contenus.

Les endosomes fonctionnent comme une réserve de substances, dans le remodelage de la membrane plasmique et la régulation du trafic protéique et lipidique dans le système membranaire interne.

Contrairement à la cellule animale, la cellule végétale combine des endosomes nouveaux et matures dans le réseau de membranes qui continuent jusqu'à l'appareil de Golgi.

8. gouttelettes lipidiques

Les cellules végétales accumulent des lipides dans leur cytoplasme sous forme de petites gouttelettes ou de gouttelettes. Ils sont principalement constitués d'un centre hydrophobe de triglycérides ou d'esters de stérol entouré d'une monocouche de phospholipides qui prennent naissance dans le réticulum endoplasmique.

Chez les plantes, les gouttelettes lipidiques sont couramment associées aux graines et aux fruits oléagineux, dont sont extraites les "huiles végétales".

9. plastes

Les plastes sont des organites dynamiques et variés. Le plus étudié est le chloroplaste, que nous décrirons plus tard.

Les plastides synthétisent des chlorophylles, des caroténoïdes, des acides gras et d'autres lipides. Ils peuvent être caractérisés en différents groupes selon leur couleur et leur structure :

• amyloplaste: plastide où l'amidon est synthétisé et stocké. On les trouve dans les racines et dans les cotylédons.
• chloroplaste: plaste contenant de la chlorophylle, responsable de la photosynthèse. On le trouve dans les feuilles et les tiges vertes des plantes.
• Chromoplaste: plastes spécialisés dans la synthèse et le stockage des pigments carotènes. On les trouve dans les fleurs, les fruits, les feuilles et les racines. Par exemple, le lycopène et le bêta-carotène sont stockés dans les chromoplastes du fruit de la tomate.
• Elaioplast ou oléoplaste: plastes spécialisés dans la synthèse des lipides. On les trouve dans les structures de développement du pollen.
• étioplaste: sont les précurseurs des chloroplastes. On les trouve dans les plantes qui poussent dans l'obscurité.
• Gérontoplaste: plastes dérivés des chloroplastes des feuilles qui commencent à vieillir.
• leucoplaste: plaste blanc ou incolore. On les trouve dans les tissus qui ne font pas de photosynthèse, comme les tubercules, les racines et les organes de stockage des graisses.
• Proplastide: plastes précurseurs non distinctifs. On les trouve dans les cellules du tissu embryonnaire, dans l'ovule et dans le pollen.

Les plastes peuvent s'interconvertir en différents types au cours du cycle de vie de la plante. Par exemple, les étioplastes, lorsqu'ils sont exposés à la lumière, peuvent se transformer en chloroplastes. À leur tour, les chloroplastes peuvent se transformer en gérontoplastes lorsque la chlorophylle se dégrade ou en chromoplastes lorsque les fruits mûrissent.

10. Chloroplastes

Les chloroplastes sont les organites des cellules végétales responsables de la photosynthèse. Ils contiennent de la chlorophylle, un pigment vert, qui donne la couleur caractéristique aux feuilles et aux tiges des plantes. Ils appartiennent à la famille des plastides des cellules végétales, que l'on trouve dans les algues vertes, les lichens, les mousses et les plantes supérieures.

Les chloroplastes utilisent du dioxyde de carbone et de l'eau, en présence de la lumière du soleil, pour produire des sucres simples qui sont la source de nourriture de la plante.

Le chloroplaste typique est rond et plat, d'environ 5 à 10 micromètres de longueur, avec une membrane interne et externe. La membrane interne renferme le stroma, où se trouvent les thylakoïdes :

• les thylakoïdes granaux: Ils sont compressés en piles appelées grana dans lesquelles un granule individuel peut contenir 2 à 30 thylakoïdes.
• thylakoïdes intergranaux ou thylakoïdes stromaux: qui sont lâches dans le stroma.

Le chloroplaste maintient son propre génome avec 120 gènes nécessaires à ses activités. Ceux-ci sont responsables de la synthèse de composés, tels que les acides aminés, les phytohormones, les nucléotides, les vitamines et les lipides.

D'autre part, le chloroplaste détecte les conditions environnementales et synthétise des composés qui permettent aux plantes de faire face aux stress environnementaux, tels que les changements de température, de salinité et de sécheresse. On a également vu que le chloroplaste agit dans les mécanismes de défense de la plante contre l'attaque d'agents biotiques, tels que les insectes, les champignons, les virus et les bactéries.

11. Mitochondries

Chez les plantes, les mitochondries fournissent des molécules d'énergie sous forme d'ATP (adénosine triphosphate) dans le cytoplasme. De plus, certains acides aminés, acides nucléiques, lipides et hormones végétales sont transformés dans ces organites.

Les mitochondries de la cellule végétale contrôlent également l'équilibre des réactions chimiques des oxydation et réduction et joue un rôle dans la signalisation cellulaire et la résistance contre maladies.

Les mitochondries végétales ressemblent aux mitochondries animales en ce sens qu'elles contiennent deux membranes: interne et externe. Certaines parties de la membrane interne se replient pour former des sacs appelés crêtes.

12. Ribosome

Les ribosomes des cellules végétales sont similaires aux ribosomes des cellules animales. Ils assurent la fonction de synthèse protéique, à partir de l'information génétique stockée dans le noyau, les mitochondries ou le chloroplaste de la cellule végétale.

Un ribosome est composé de deux sous-unités appelées 40S et 60S. Chacune de ces sous-unités comprend de l'ARN et de l'acide ribonucléique protéique.

13. peroxysome

Les peroxysomes sont des vésicules perméables qui contiennent diverses réactions oxydatives. Cela permet aux réactions de signalisation métabolique et de détoxification de se produire, réduisant ainsi les dommages collatéraux.

Les peroxysomes sont petits, entre 1 et 2 micromètres de diamètre, généralement sphériques. Ils peuvent être associés à des gouttelettes lipidiques, des plastes, des mitochondries et du réticulum endoplasmique.

La quantité de peroxysomes dépend du type de cellule, du stade de développement et des conditions environnementales. Par exemple, dans des conditions de stress, le nombre de peroxysomes augmente.

Les peroxysomes dans la cellule sont indispensables au début du développement, lorsque les semis dépendent de la dégradation des lipides avant de pouvoir initier la photosynthèse.

14. Plasmodesmes

Les plasmodesmes sont des pores qui assurent la continuité de la membrane plasmique et du cytoplasme à travers la paroi cellulaire. Avec des diamètres externes allant de 25 à 50 nanomètres et s'étendant sur toute la largeur de la paroi cellulaire, elles sont présentes dans certains groupes d'algues et dans toutes les plantes terrestres.

Les plasmodesmes sont indispensables à la croissance de la plante, en permettant l'échange intercellulaire de nombreuses molécules.

Les références

Kang, B-H, et al. (2022) Un glossaire des structures cellulaires végétales: aperçus actuels et questions futures. La Cellule Végétale 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Différenciation des chromoplastes et autres plastes chez les plantes. Plant Cell rapporte 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Fonction des chloroplastes dans les réponses au stress des plantes. Journal international des sciences moléculaires 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464