Biologie cellulaire
Cytoplasme

Organisation générale du cytoplasme

Le cytoplasme constitue un milieu hautement organisé, à la fois dynamique et compartimenté, dans lequel se déroulent la majorité des processus métaboliques et structuraux de la cellule eucaryote.

1. Sur les plans fonctionnel et structural, le cytoplasme peut être distingué en plusieurs grandes composantes.

a. Le hyaloplasme, ou cytosol, représente la phase aqueuse dans laquelle sont dissoutes de nombreuses molécules, enzymes et complexes macromoléculaires.

Il joue un rôle central dans les réactions métaboliques et dans la diffusion intracellulaire.

b. Immergées dans ce milieu, des structures non membranaires organisées confèrent au cytoplasme ses propriétés mécaniques et architecturales.

2. Le morphoplasme regroupe l’ensemble des organites membranaires du cytoplasme, chacun spécialisé dans des fonctions cellulaires précises et contribuant à la compartimentation fonctionnelle de la cellule eucaryote.

Remarque : le protoplasme désigne l’ensemble du contenu vivant de la cellule, comprenant le cytoplasme et le noyau.

Hyaloplasme/cytosol

1. Le hyaloplasme correspond essentiellement au cytosol, solution aqueuse transparente, correspondant au dernier surnageant obtenu après ultracentrifugation différentielle éliminant les organites, dépourvue de forme et de structure stables, mais susceptible de variations de viscosité.

a. Il peut présenter des propriétés physiques variables, classiquement décrites par :

• une consistance de gel (état gel),
• une consistance de fluide (état sol).

Remarque : ces états étant notamment liés à l’organisation du réseau d’actine ( actine et viscosité du cytoplasme).

b. La cellule peut ainsi s’adapter aux nécessités métaboliques et fonctionnelles, notamment lors de certains phénomènes dynamiques tels que les mouvements cellulaires.

2. Le hyaloplasme contient environ 85 % d’eau, des protéines majoritairement enzymatiques, des acides aminés, du glucose, des ions, des ARNm et ARNt, ainsi que diverses molécules énergétiques et les précurseurs nécessaires aux fonctions cellulaires.

Structures immergées dans le hyaloplasme

Le hyaloplasme constitue la matrice fluide dans laquelle sont immergées l’ensemble des structures cytoplasmiques.

Il ne s’agit pas d’un simple milieu passif, mais d’un environnement dynamique qui conditionne l’organisation, la mobilité et l’activité des composants cellulaires, au sein duquel s’insèrent des structures de nature différente.

1. Le cytosquelette, composé de microfilaments d'actine, de filaments intermédiaires et de microtubules, forme un réseau polymérique organisé assurant la forme cellulaire, la résistance mécanique et les mouvements intracellulaires.

2. Le protéasome, complexe protéolytique non membranaire majeur impliqué dans la dégradation des protéines ubiquitinées, est majoritairement localisé dans le cytosol, avec également une fraction nucléaire.

3. Dans le cytosol peuvent se trouver des inclusions, correspondant à des réserves qui ne se trouvent pas dans toutes les cellules :

• des granules de glycogène, en abondance dans le foie où ils servent de réserve de glucose pour l’ensemble de l’organisme, et dans les muscles où ils constituent une réserve locale d’énergie,
• des gouttelettes lipidiques (Lipid Droplets ou LD), structures sphériques sans membrane, qui stockent les acides gras sous forme de triglycérides (TG), très nombreuses dans les cellules adipeuses ou adipocytes.

4. D’autres inclusions peuvent être observées comme :

a. les granules de mélanine dans les cellules cutanées et les poils,

b. des pigments variés comme la lipofuscine, résultant de l’accumulation de résidus lipidiques et protéiques oxydés au cours de l’activité métabolique cellulaire,

c. des cristaux, dans certaines cellules ou conditions physiologiques ou pathologiques, parmi lesquels :

• les cristaux d’oxalate de calcium, liés à des dépôts associés au métabolisme du calcium,
• les cristaux d’urate monosodique, résultant de perturbations du métabolisme des purines,
• les cristaux de Charcot-Leyden, issus de la cristallisation de protéines dérivées des éosinophiles.

Remarque : le cytosol peut également contenir de nombreux complexes macromoléculaires transitoires, des métabolites intermédiaires, des ribonucléoprotéines et des assemblages multiprotéiques, dont la composition et l’organisation varient selon le type cellulaire et l’état physiologique.

Ouverture vers le morphoplasme (organites)

Au-delà du cytosol et des structures non membranaires qui y sont immergées, la cellule eucaryote comporte des compartiments spécialisés délimités par des membranes.

L’ensemble de ces organites constitue le morphoplasme ( morphoplasme et organites).