La biologie cellulaire est la discipline académique qui étudie l’unité de base des êtres vivants, les cellules. Les cellules sont la plus petite unité fonctionnant indépendamment dans la structure d’un organisme et consistent généralement en un noyau entouré de cytoplasme et enfermé par une membrane. La biologie cellulaire examine, aux niveaux microscopique et moléculaire, les propriétés physiologiques, la structure, les organites (tels que les noyaux et les mitochondries), les interactions, le cycle de vie, la division et la mort de ces unités de base des organismes. La recherche en biologie cellulaire s’étend à la fois à la grande diversité des organismes unicellulaires, tels que les bactéries, et aux nombreuses cellules spécialisées des organismes multicellulaires, tels que les animaux et les plantes.
Le domaine de la biologie cellulaire s’est traditionnellement concentré sur les questions concernant le fonctionnement et l’interaction des différents organites, la régulation de ces processus cellulaires et la communication entre les différentes cellules de l’organisme. La compréhension de la composition des cellules et de leur fonctionnement est fondamentale pour toutes les sciences biologiques et médicales. L’examen des similitudes et des différences entre les types de cellules est particulièrement important pour les domaines de la biologie cellulaire et moléculaire, car les principes appris en étudiant un type de cellule peuvent être généralisés à d’autres types de cellules. La recherche en biologie cellulaire est étroitement liée à la génétique, à la biochimie, à la biologie moléculaire et à la biologie du développement.
Les structures et les fonctions au sein d’une cellule sont souvent comparées à des activités similaires dans une ville typique. Les mitochondries sont les centrales énergétiques de la cellule, les chloroplastes des plantes sont des centrales d’énergie solaire, les chromosomes contiennent les plans originaux de la ville, le réticulum endoplasmique représente le système routier, l’appareil de Golgi est le bureau de poste et le noyau est la mairie. Les protéines, quant à elles, participent à pratiquement toutes les fonctions de la ville cellulaire – en d’autres termes, elles sont les briques et le bois, les messagers, les photocopieuses, les recycleurs de déchets, etc. Chaque cellule contient généralement des centaines de types différents de protéines qui fonctionnent ensemble pour générer le comportement de la cellule. Une partie importante de la biologie cellulaire est l’étude des mécanismes moléculaires par lesquels les protéines sont déplacées vers différents endroits à l’intérieur des cellules ou sécrétées par les cellules.
La plupart des protéines sont synthétisées par les ribosomes dans le cytoplasme. Ce processus est également connu sous le nom de biosynthèse des protéines ou de traduction des protéines. Certaines protéines, comme celles qui doivent être incorporées dans les membranes (protéines membranaires), sont transportées dans le réticulum endoplasmique (RE) au cours de la synthèse, puis traitées dans l’appareil de Golgi. À partir du Golgi, les protéines membranaires peuvent se déplacer vers la membrane plasmique ou vers d’autres compartiments subcellulaires, ou encore être sécrétées par la cellule. Il existe un mouvement régulier des protéines à travers ces compartiments. Les protéines résidant dans le RE et le Golgi s’associent à d’autres protéines mais restent dans leurs compartiments respectifs. D’autres protéines passent à travers le RE et le Golgi vers la membrane plasmique.
La plupart des informations génétiques de la cellule résident dans le noyau et sont contenues dans les chromosomes (les mitochondries portent également un peu d’ADN qui leur est propre). L’étude des étapes visibles au microscope de la division cellulaire pendant la mitose et la méiose est généralement considérée comme faisant partie de la biologie cellulaire, tandis que l’activité submicroscopique réelle de la réplication de l’ADN et de la synthèse des protéines est considérée comme faisant partie de la biologie moléculaire.
Sous-disciplines de la biologie cellulaire
Transport actif et passif
Il s’agit du mouvement des molécules dans et hors des cellules.
L’adhésion cellulaire
C’est la façon dont les cellules et les tissus tiennent ensemble.
La division cellulaire
C’est l’étude de la façon dont les cellules se dupliquent.
Signalisation cellulaire
C’est la régulation du comportement cellulaire par des signaux moléculaires provenant de l’extérieur de la cellule.
Métabolisme cellulaire
Ce sont les processus de création et de dépense d’énergie.
Disciplines connexes
Biochimie
C’est l’étude des processus et transformations chimiques dans les organismes vivants.
Biologie du développement
C’est l’étude des processus par lesquels les organismes croissent et se développent.
Génétique
C’est la science des gènes, de l’hérédité et de la variation des organismes.
Biologie moléculaire
C’est l’étude des interactions des molécules entre les différents systèmes d’une cellule, y compris l’interrelation de l’ADN, de l’ARN et de la synthèse des protéines et la façon dont ces interactions sont régulées.
Biologie structurale
C’est l’étude de l’architecture et de la forme des macromolécules biologiques – les protéines et les acides nucléiques en particulier – et de ce qui fait qu’elles ont les structures qu’elles ont.