Toutes les cellules, des bactéries simples aux eucaryotes complexes, possèdent un cytosquelette composé de différents types d'éléments protéiques, notamment des microfilaments, des filaments intermédiaires et des microtubules. Le cytosquelette remplit plusieurs fonctions : il confère rigidité et forme à la cellule, facilite le mouvement cellulaire, ancre le noyau et les autres organites en place, déplace les vésicules à travers la cellule et attire les chromosomes répliqués vers les pôles d'une cellule en cours de division. Ces éléments protéiques font également partie intégrante du mouvement des centrioles, des flagelles et des cils.

 Microfilaments

Si vous deviez retirer tous les organites d'une cellule, la membrane plasmique et le cytoplasme seraient-ils les seuls composants restants ? Non. Dans le cytoplasme, il resterait des ions et des molécules organiques, ainsi qu'un réseau de fibres protéiques qui aident à maintenir la forme de la cellule, à fixer certains organites dans des positions spécifiques, à permettre au cytoplasme et aux vésicules de se déplacer à l'intérieur de la cellule et aux cellules des organismes multicellulaires de se déplacer. Collectivement, ce réseau de fibres protéiques est connu sous le nom de cytosquelette. Il existe trois types de fibres dans le cytosquelette : les microfilaments, les filaments intermédiaires et les microtubules. Nous allons examiner ici chacune d'entre elles.

Les microfilaments épaississent le cortex autour du bord intérieur d'une cellule ; comme des élastiques, ils résistent à la tension. Les microtubules se trouvent à l'intérieur de la cellule où ils maintiennent la forme de la cellule en résistant aux forces de compression. Les filaments intermédiaires se trouvent dans toute la cellule et maintiennent les organites en place.

Parmi les trois types de fibres protéiques du cytosquelette, les microfilaments sont les plus étroits. Ils fonctionnent en mouvement cellulaire, ont un diamètre d'environ 7 nm et sont constitués de deux brins entrelacés d'une protéine globulaire appelée actine. C'est pourquoi les microfilaments sont également connus sous le nom de filaments d'actine.

Les microfilaments sont constitués de deux brins d'actine entrelacés.

L'actine est alimentée par l'ATP pour assembler sa forme filamenteuse, qui sert de piste pour le mouvement d'une protéine motrice appelée myosine. Cela permet à l'actine de s'engager dans des événements cellulaires nécessitant un mouvement, tels que la division cellulaire dans les cellules eucaryotes et le streaming cytoplasmique, qui est le mouvement circulaire du cytoplasme cellulaire dans les cellules végétales. L'actine et la myosine sont abondantes dans les cellules musculaires. Lorsque vos filaments d'actine et de myosine glissent les uns sur les autres, vos muscles se contractent.

Les microfilaments confèrent également une certaine rigidité et une certaine forme à la cellule. Ils peuvent se dépolymériser (se désassembler) et se reformer rapidement, permettant ainsi à une cellule de changer de forme et de se déplacer. Les globules blancs (les cellules de votre corps qui combattent les infections) font bon usage de cette capacité. Ils peuvent se déplacer vers le site d'une infection et phagocyter l'agent pathogène.

Filaments intermédiaires

Les filaments intermédiaires sont constitués de plusieurs brins de protéines fibreuses qui sont enroulés ensemble. Ces éléments du cytosquelette tirent leur nom du fait que leur diamètre, de 8 à 10 nm, se situe entre celui des microfilaments et des microtubules.

Les filaments intermédiaires sont constitués de plusieurs brins entrelacés de protéines fibreuses.

Les filaments intermédiaires n'ont aucun rôle dans le mouvement des cellules. Leur fonction est purement structurelle. Ils supportent la tension, maintenant ainsi la forme de la cellule, et ancrent le noyau et les autres organites en place. La première figure montre comment les filaments intermédiaires créent un échafaudage de soutien à l'intérieur de la cellule.

Les filaments intermédiaires constituent le groupe le plus diversifié d'éléments du cytosquelette. Plusieurs types de protéines fibreuses se trouvent dans les filaments intermédiaires. Vous connaissez probablement mieux la kératine, la protéine fibreuse qui renforce vos cheveux, vos ongles et l'épiderme de la peau.

Microtubules

Comme leur nom l'indique, les microtubules sont de petits tubes creux. Les parois du microtubule sont constituées de dimères polymérisés de α-tubuline et β-tubuline, deux protéines globulaires. Avec un diamètre d'environ 25 nm, les microtubules sont les composants les plus larges du cytosquelette. Ils aident la cellule à résister à la compression, fournissent une piste le long de laquelle les vésicules se déplacent à travers la cellule, et tirent les chromosomes répliqués vers les extrémités opposées d'une cellule en cours de division. Comme les microfilaments, les microtubules peuvent se désassembler et se reformer rapidement.

Les microtubules sont creux. Leurs parois sont constituées de 13 dimères polymérisés de α-tubulin et β-tubulin (image de droite). L'image de gauche montre la structure moléculaire du tube.

Les microtubules sont également les éléments structurels des flagelles, des cils et des centrioles (ces derniers sont les deux corps perpendiculaires du centrosome). En fait, dans les cellules animales, le centrosome est le centre organisateur des microtubules. Dans les cellules eucaryotes, les flagelles et les cils ont une structure très différente de celle des procaryotes, comme nous le verrons plus loin.

Flagelles et cils

Pour vous rafraîchir la mémoire, les flagelles (singulier = flagelle) sont de longues structures ressemblant à des cheveux qui s'étendent à partir de la membrane plasmique et qui servent à déplacer une cellule entière (par exemple, le sperme, Euglena). Lorsqu'elle est présente, la cellule ne possède qu'un seul flagelle ou quelques flagelles. En revanche, lorsque des cils (singulier = cilium) sont présents, beaucoup d'entre eux s'étendent sur toute la surface de la membrane plasmique. Ce sont de courtes structures ressemblant à des cheveux qui servent à déplacer des cellules entières (comme les paramécies) ou des substances le long de la surface extérieure de la cellule (par exemple, les cils des cellules tapissant les trompes de Fallope qui déplacent l'ovule vers l'utérus, ou les cils tapissant les cellules des voies respiratoires qui piègent les particules et les déplacent vers les narines).

Malgré leurs différences de longueur et de nombre, les flagelles et les cils partagent un arrangement structurel commun de microtubules appelé "réseau 9 + 2". Ce nom est approprié car un seul flagelle ou cil est constitué d'un anneau de neuf doublets de microtubules, entourant un seul doublet de microtubules au centre.

Cette micrographie électronique par transmission de deux flagelles montre le réseau 9 + 2 des microtubules : neuf doublets de microtubules entourent un seul doublet de microtubules. (crédit : modification du travail par le Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College ; données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Composants des cellules procaryotes et eucaryotes

Le cytosquelette comporte trois types d'éléments protéiques différents. Du plus étroit au plus large, ce sont les microfilaments (filaments d'actine), les filaments intermédiaires et les microtubules. Les microfilaments sont souvent associés à la myosine. Ils confèrent rigidité et forme à la cellule et facilitent les mouvements cellulaires. Les filaments intermédiaires supportent la tension et ancrent le noyau et les autres organites en place. Les microtubules aident la cellule à résister à la compression, servent de pistes pour les protéines motrices qui déplacent les vésicules dans la cellule, et tirent les chromosomes répliqués vers les extrémités opposées d'une cellule en division. Ils sont également l'élément structurel des centrioles, des flagelles et des cils.

D"aptès Cytoskeleton