Cellules spécialisées et tissus biologiques

Les êtres vivants pluricellulaires sont constitués de cellules spécialisées, c’est-à-dire de cellules dédiées à une fonction précise au sein de l’organisme. À l’inverse, les organismes unicellulaires ne sont composés que d’une seule cellule, qui assure l’ensemble des fonctions vitales. Les cellules spécialisées ayant une même fonction s’associent en tissus ; les tissus forment des organes ; et les organes s’organisent en appareils ou systèmes, chacun dédié d’une fonction particulière, comme la respiration, la nutrition, la perception de l’environnement ou la reproduction.
Après avoir défini la cellule spécialisée et compris son origine, nous verrons les différents niveaux d’organisation de l’organisme pluricellulaire et le rôle de la matrice extracellulaire dans la cohésion des tissus.

La cellule spécialisée

Origine et définition de la cellule spécialisée

Une cellule spécialisée est une cellule d’un organisme pluricellulaire qui assure une fonction précise au sein d’un tissu ou d’un organe. Toutes les cellules d’un organisme pluricellulaire proviennent de la cellule-œuf issue de la fécondation. Malgré cette origine commune et un patrimoine génétique identique, les cellules spécialisées présentent, selon le tissu, des formes, des tailles, des métabolismes et des compositions internes différents.

Cette spécialisation résulte d’adaptations cellulaires qui permettent à la cellule d’assurer des rôles précis, nécessaires au bon fonctionnement des organes. Elles proviennent de la différenciation cellulaire : en fonction des signaux de son environnement immédiat et en activant ou en désactivant certains gènes, la cellule s’oriente vers un rôle particulier. La différenciation cellulaire s'établit au début de l’embryogenèse, lorsque l'embryon possède quelques centaines de cellules. Cette expression différentielle des gènes, associée aux contraintes du milieu, explique la grande diversité cellulaire observée au sein d’un organisme. 

XXXX différenciation cellulaire

Exemples de cellules spécialisées animales et végétales

Pour assurer leurs fonctions, la plupart des cellules spécialisées utilisent des organites et des molécules spécifiques.

Chez certains animaux, comme l’être humain, l’épiderme contient des cellules spécialisées appelées mélanocytes. En présence d’un fort rayonnement UV, ces cellules produisent de grandes quantités de mélanine dans des organites appelés mélanosomes. La mélanine est un pigment biologique qui absorbe les rayons UV, protégeant ainsi la peau des dommages causés à l’ADN. Elle est aussi responsable du bronzage qui correspond à une augmentation de la pigmentation de la peau liée à une production accrue de mélanine.

XXXX mélanocyte-mélanosome-mélanine

Chez les végétaux, on peut citer les cellules du parenchyme palissadique, situées juste sous l’épiderme supérieur de la feuille. Elles sont particulièrement riches en chloroplastes, des organites qui sont le siège de la photosynthèse. Cette photosynthèse débute par la captation de l’énergie lumineuse par la chlorophylle, un pigment présent dans les chloroplastes.

XXXX celle chlorophylienne-chloroplaste-chlorophylle

L'organisation fonctionnelle des organismes

XXXX-Hiérarchie cellule spécialisée tissu organe système

Les types de tissus

Un tissu est donc constitué de cellules spécialisées regroupées, qui assurent une même fonction. Chez les animaux, on distingue quatre grands types de tissus fondamentaux :

• Le tissu épithélial : il est formé de cellules jointives, liées par des jonctions serrées. Il peut être de revêtement, lorsqu’il constitue une frontière avec le milieu extérieur, ou glandulaire, lorsque ses cellules sécrètent une substance vers l’intérieur de l’organisme (glande endocrine comme la thyroïde) ou vers l’extérieur (glande exocrine, par exemple les glandes salivaires). Le tissu épithélial est ancré sur la lame basale, une fine couche spécialisée de la matrice extracellulaire.
• Le tissu conjonctif : il est composé de cellules disjointes, baignées dans une substance proche de la matrice extracellulaire. Ce tissu peut être souple comme le derme, rigide comme le tissu osseux, ou liquide comme le plasma sanguin. Il participe au transport des nutriments, des hormones et des cellules immunitaires dans le cas du sang, et joue un rôle de soutien et de protection dans les autres cas.
• Le tissu musculaire : il est composé de cellules capables de se contracter. On distingue trois types de muscles : le muscle lisse (par exemple ceux de la voie digestive), le muscle squelettique (exemple le biceps) et le myocarde (le cœur). Ce tissu permet le mouvement.
• Le tissu nerveux : il est composé de neurones et de cellules gliales, dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Il assure la transmission rapide des signaux et des informations d'une partie du corps à une autre.

Pour assurer la cohésion d’un tissu, les cellules doivent être reliées entre elles soit par adhérence intercellulaire soit par l’intermédiaire de la matrice extracellulaire : on parle alors d’adhérence cellule-matrice.

La matrice extracellulaire

La matrice extracellulaire (MEC) est un gel hydraté situé à l'extérieur des cellules des tissus. Elle est composée de macromolécules telles que des protéines, des glycoprotéines, des protéoglycanes et des polysaccharides. En plus de son rôle dans la cohésion des tissus, la MEC assure aussi une protection mécanique et constitue un milieu où certaines molécules de signalisation peuvent être stockées et circuler. Il existe des différences notables entre la MEC animale et la MEC végétale.

La matrice extracellulaire animale

Chez les animaux, la MEC est constituée notamment de protéines comme le collagène et l’élastine, de protéines d’adhérence comme les fibronectines, et de protéoglycanes très hydrophiles, formés en grande partie de glycosaminoglycanes (GAG). Les fibronectines se lient à des intégrines situées dans la membrane plasmique et participent ainsi aux jonctions cellule-matrice.

La matrice extracellulaire végétale

Chez les végétaux, la matrice extracellulaire correspond à la paroi qui entoure la cellule. La paroi primaire est composée de cellulose, d’hémicellulose, de pectines et de protéines, notamment des enzymes et des extensines. Les extensines réseau permet l’association des fibres de cellulose entre elles. Plus rigide que la MEC animale, la paroi peut toutefois se relâcher au cours de la croissance cellulaire sous l’effet de l’acidification et de l’action d’enzymes comme les expansines, ce qui permet son allongement sous la pression de turgescence.

XXXX-MEC

Les organes et les systèmes

Un organe est constitué d’au moins deux tissus qui coopèrent pour réaliser une même fonction. Par exemple la peau est un organe composé notamment de l’épiderme et du derme. L’association de plusieurs organes participant à une même fonction forme un système ou un appareil.