La cellule est la pierre angulaire de tous les organismes vivants. Bien que les cellules diffèrent considérablement en taille, forme et spécialisation, elles partagent quelques composants essentiels :une membrane externe qui entoure la cellule et le cytoplasme qui remplit l'intérieur.
Les cellules procaryotes, telles que les bactéries, sont dépourvues de noyau et d'organites liées à la membrane, de sorte que leur cytoplasme constitue presque tout l'intérieur visible. Les cellules eucaryotes, présentes dans les plantes, les animaux et les champignons, contiennent un noyau et de nombreux organites, mais tout ce qui se trouve en dehors du noyau et de ces organites est toujours considéré comme du cytoplasme.
Le cytoplasme fait référence à l'espace rempli de liquide à l'intérieur d'une cellule qui abrite toutes les structures cellulaires à l'exception du noyau et de sa membrane environnante. Il fournit un milieu pour les réactions biochimiques, le transport des molécules et l'organisation des organites.
Le terme cytosol décrit la substance gélatineuse qui constitue la majorité du cytoplasme. Le cytosol est essentiellement constitué du cytoplasme sans les organites ; c'est l'environnement dans lequel flottent les organites et dans lequel opèrent les molécules et les enzymes dissoutes.
L'eau constitue l'essentiel du cytoplasme, mais elle contient également des sels, des protéines et de nombreuses enzymes qui catalysent les réactions cellulaires. Bien que le cytoplasme lui-même n'ait pas une seule fonction primordiale, il sert d'échafaudage physique qui soutient le mouvement et le traitement des molécules essentielles à la vie.
Dans les cellules procaryotes, le cytoplasme contient librement du matériel génétique et des composants métaboliques. Chez les eucaryotes, le cytoplasme entoure le noyau (dont le diamètre représente généralement 10 à 30 % de la taille globale de la cellule) et fournit l'environnement nécessaire au fonctionnement des organites.
Souvent appelées centrales électriques des cellules, les mitochondries assurent la respiration aérobie. Leur double membrane et leurs plis internes (crêtes) augmentent la surface pour des réactions telles que le cycle de l'acide tricarboxylique (cycle de Krebs). Bien que tous les eucaryotes possèdent des mitochondries, leur rôle est particulièrement critique chez les animaux qui dépendent uniquement de l'énergie métabolique.
Le RE forme un réseau qui s’étend de l’enveloppe nucléaire au cytoplasme. Le RE brut est parsemé de ribosomes et synthétise des protéines, tandis que le RE lisse fonctionne dans la synthèse des lipides et la détoxification.
Représenté comme un empilement de citernes aplaties, le Golgi modifie, trie et conditionne les protéines et les lipides pour les transporter vers leurs destinations à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.
Ces organites de stockage accumulent des enzymes, des nutriments et des déchets. Dans les cellules végétales, une grande vacuole centrale maintient la pression de turgescence et stocke des composés tels que l'amidon et les pigments.
Les lysosomes contiennent des enzymes hydrolytiques qui dégradent les macromolécules et les débris cellulaires. En séquestrant ces enzymes dans des vésicules liées à la membrane, la cellule se protège de l'auto-digestion.
Uniques dans les cellules végétales et algales, les chloroplastes contiennent de la chlorophylle, permettant la photosynthèse, convertissant l'énergie lumineuse en énergie chimique et produisant du glucose pour l'organisme.
Le cytosol est une matrice gélatineuse qui soutient les organites et les substances dissoutes. Il abrite le cytosquelette (un réseau de microtubules et de microfilaments) qui maintient la forme des cellules, facilite le transport intracellulaire et soutient la division cellulaire.
Les microtubules, composés de sous-unités de tubuline, sont assemblés au niveau des centrioles des centrosomes. Les microfilaments, constitués d'actine, fournissent la force contractile et sont essentiels à la motilité et à la contraction musculaire.
Dans les cellules végétales, les plasmodesmes (de minuscules canaux reliant les cellules adjacentes) permettent une communication cytoplasmique directe, permettant le transport de molécules de signalisation et de métabolites.
Au-delà des organites, le cytosol contient un large éventail d'enzymes, d'ions (calcium, potassium, sodium) et de métabolites tels que des glucides et des nucléotides. Ces molécules participent aux voies métaboliques, à la transduction du signal et à l'homéostasie cellulaire.
La diffusion étant le principal mode de déplacement dans le cytosol, la distribution des molécules suit des gradients de concentration. Les changements rapides de la demande métabolique nécessitent souvent des mécanismes de transport actifs pour surmonter les limites de la simple diffusion.