Ce que révèle le microscope

QUELQU’UN a défini la cellule comme l’unité fondamentale de la vie. En effet, tous les êtres vivants, qu’il s’agisse des plantes, des insectes, des animaux ou des êtres humains, sont constitués de cellules. Au fil du temps, les scientifiques qui se sont penchés sur l’organisation de la cellule ont percé de nombreux secrets de la biologie moléculaire et de la génétique. Intéressons-​nous de plus près aux cellules et voyons ce que la science a découvert au sujet de ces fascinantes unités microscopiques de la vie.

Plongée dans le monde microscopique

Les cellules ont des formes variées. Certaines sont rectangulaires ou carrées, d’autres rondes, ovales ou en forme de goutte. L’amibe, un organisme unicellulaire, n’a pas de forme bien définie : elle change de forme en se déplaçant. Chose intéressante, la forme d’une cellule est souvent révélatrice de sa fonction. Par exemple, certaines cellules musculaires sont longues et étroites, et elles se contractent lorsqu’elles travaillent. Les cellules nerveuses, qui transmettent des messages dans tout l’organisme, sont dotées de longues extensions.

Les cellules ont également des tailles variées. La plupart d’entre elles sont invisibles à l’œil nu. Pour vous faire une idée de leur taille moyenne, regardez le point qui se trouve à la fin de cette phrase. Il pourrait contenir environ 500 cellules ordinaires ! Si cela vous paraît minuscule, dites-​vous que certaines cellules bactériennes sont 50 fois plus petites. Et la cellule la plus grande ? La palme revient au jaune de l’œuf d’autruche, un “ géant ” unicellulaire de la taille d’une balle de tennis.

La plupart des cellules n’étant pas visibles à l’œil nu, les spécialistes utilisent des instruments, tels que le microscope, pour les étudiera. Cependant, même avec un microscope, il est parfois difficile de percevoir clairement certains détails. Même un microscope électronique, qui peut grossir une cellule jusqu’à 200 000 fois — une fourmi agrandie dans les mêmes proportions mesurerait près d’un kilomètre de long —, ne permet pas de voir tous ses détails.

Cela donne une idée de la complexité stupéfiante de la cellule. Dans Le cinquième miracle (angl.), le physicien Paul Davies écrit : “ Chaque cellule regorge de composants minuscules que l’on croirait tout droit sortis d’un manuel d’ingénieur : pinces, ciseaux, pompes, moteurs, leviers, valves, conduits, chaînes et même véhicules. Mais la cellule est bien plus qu’un simple sac de gadgets. Ses éléments se complètent et forment un tout qui fonctionne harmonieusement, à la manière d’une chaîne de fabrication complexe. ”

L’ADN, molécule de l’hérédité

Les humains, comme les plantes et les animaux pluricellulaires, sont issus d’une seule cellule. Lorsque celle-ci atteint une certaine taille, elle se divise et donne naissance à deux cellules ; puis ces dernières se divisent à leur tour pour produire quatre cellules. À mesure que le processus se poursuit, les cellules se différencient : elles se spécialisent pour devenir par exemple des cellules musculaires, des cellules nerveuses ou des cellules de la peau. Peu à peu, une grande partie des cellules de ces différents types s’assemblent entre elles pour former des tissus ; ainsi, les cellules musculaires constituent des tissus musculaires. Les différents types de tissus forment ensuite des organes comme le cœur, les poumons ou les yeux.

Sous la fine enveloppe qui entoure la cellule se trouve un liquide gélatineux, le cytoplasme. Situé plus à l’intérieur, le noyau est séparé du cytoplasme par une fine membrane. On le compare parfois à un centre de commande, car il dirige presque toutes les activités de la cellule. C’est lui qui contient le programme génétique de la cellule, inscrit sur des molécules d’acide désoxyribonucléique (ADN).

Les molécules d’ADN sont réparties sous une forme condensée dans les chromosomes de la cellule. Nos gènes, qui sont des sections de molécules d’ADN, contiennent toutes les informations nécessaires pour faire de nous ce que nous sommes. “ Le programme génétique inscrit dans l’ADN rend chaque être vivant différent de tous les autres, explique une encyclopédie (The World Book Encyclopedia). Ce programme fait qu’un chien est différent d’un poisson, un zèbre d’une rose et un saule d’une guêpe. Il vous rend différent de toutes les autres personnes qui vivent sur la terre. ”

L’ADN d’une seule de nos cellules contient une incroyable quantité d’informations. On a calculé que ces données pourraient remplir un million de pages comme celle que vous avez sous les yeux ! L’ADN assurant la transmission du patrimoine héréditaire d’une génération de cellules à la suivante, on l’a qualifié de plan directeur de toute vie. À quoi ressemble-​t-​il ?

Les molécules d’ADN sont constituées de deux brins enroulés l’un autour de l’autre, ce qui leur donne l’apparence d’un escalier en colimaçon ou d’une échelle vrillée. Les deux brins sont reliés entre eux par des associations de quatre composés que l’on appelle des bases. Chaque base est appariée à une autre située sur l’autre brin. Les paires ainsi formées sont en quelque sorte les barreaux de l’échelle vrillée. L’ordre dans lequel les bases sont enchaînées le long de la molécule d’ADN constitue le code de l’information génétique. En d’autres termes, cette séquence détermine pratiquement tout de vous, de la couleur de vos cheveux à la forme de votre nez.

ADN, ARN et protéines

Les protéines sont les macromolécules que l’on trouve en plus grand nombre dans la cellule. Selon une estimation, elles représentent plus de la moitié de la matière sèche de la plupart des organismes. Elles sont constituées d’éléments plus petits appelés acides aminés. Parmi ces derniers, certains sont fabriqués par l’organisme tandis que d’autres doivent être tirés des aliments.

Les protéines remplissent de nombreuses fonctions. L’hémoglobine, une protéine contenue dans les globules rouges, transporte l’oxygène dans l’organisme ; les anticorps aident l’organisme à combattre les maladies ; l’insuline joue un rôle dans la métabolisation des aliments et dans la régulation de diverses fonctions cellulaires. Notre organisme contient plusieurs milliers de types de protéines, et une seule cellule peut en contenir plusieurs centaines.

Chaque protéine remplit une fonction spécifique déterminée par le gène dont elle dépend. Mais comment l’information génétique contenue dans un gène est-​elle décodée pour permettre la fabrication d’une protéine donnée ? Comme le montre le schéma intitulé “ La synthèse des protéines ”, l’information génétique inscrite dans l’ADN doit d’abord être transférée du noyau de la cellule vers le cytoplasme, où se trouvent les ribosomes dans lesquels sont synthétisées les protéines. Ce transfert s’accomplit grâce à un intermédiaire, l’acide ribonucléique (ARN). Les ribosomes du cytoplasme lisent les instructions contenues dans l’ARN et assemblent les acides aminés dans l’ordre correspondant à une protéine donnée. Ainsi, il existe un rapport étroit entre l’ADN, l’ARN et la synthèse des protéines.

Comment la vie est-​elle apparue ?

Depuis plusieurs décennies, les découvertes de la génétique et de la biologie moléculaire intriguent les scientifiques. Paul Davies, qui doute pourtant de l’existence d’un Créateur, écrit : “ Chaque molécule a une fonction spécifique et une place désignée dans le plan d’ensemble, ce qui permet la synthèse des substances voulues. Cela implique de nombreux mouvements. Pour remplir convenablement leur rôle, les molécules doivent se déplacer à l’intérieur de la cellule de manière à en rencontrer d’autres au bon endroit et au bon moment. Tout cela se produit sans qu’il y ait un patron pour donner des ordres aux molécules et les placer là où elles doivent être. Aucun surveillant ne supervise leur activité. Les molécules font ce qu’elles ont à faire : elles vont et viennent, s’entrechoquent, rebondissent, s’assemblent. [...] Sans que l’on s’explique comment, ces atomes inconscients, pris collectivement, accomplissent leur tâche et exécutent la danse de la vie avec une remarquable précision. ”

Beaucoup de ceux qui étudient le fonctionnement de la cellule aboutissent à juste titre à la conclusion qu’elle a certainement été conçue par une force intelligente. Voyons pourquoi.

[Note]

[Encadré/Schémas, page 5]

Un aperçu de la cellule

Chacune de nos cellules possède un noyau qui assure la fonction de centre de commande. Le noyau contient les chromosomes, constitués de molécules d’ADN et de protéines très condensées. Les gènes sont situés sur les molécules d’ADN. Les ribosomes, qui synthétisent les protéines, se trouvent à l’extérieur du noyau, dans le cytoplasme de la cellule.

[Schémas]

(Voir la publication)

Ribosomes

Cytoplasme

Cellule

Noyau

Chromosomes

L’ADN, l’échelle de la vie

[Schémas, page 7]

(Voir la publication)

La réplication de l’ADN

Pour plus de clarté, on a représenté la double hélice d’ADN à plat.

1 Avant de se diviser pour donner naissance à la génération suivante, les cellules doivent répliquer l’ADN, c’est-à-dire en faire une copie. Premièrement, des protéines séparent les deux brins de la molécule d’ADN sur une certaine longueur.

Protéine

2 Ensuite, des bases libres (disponibles) qui se trouvent dans la cellule viennent se fixer sur celles des deux brins d’ADN, conformément aux règles strictes qui gouvernent la formation de paires de bases.

Bases libres

3 Ce processus aboutit à la formation de deux molécules d’ADN identiques. Par conséquent, lorsque la cellule se divise, les deux nouvelles cellules possèdent le même matériel génétique.

Protéine

Protéine

La règle d’appariement des bases :

A toujours avec T

A T Thymine

T A Adénine

C toujours avec G

C G Guanine

G C Cytosine

[Schémas, pages 8, 9]

(Voir la publication)

La synthèse des protéines

Pour simplifier, nous représentons une protéine constituée de dix acides aminés. Dans la réalité, la plupart en comptent plus de 100.

1 Une protéine spécialisée sépare les brins de la molécule d’ADN sur une longueur donnée.

Protéine

2 Des bases libres d’ARN se fixent sur les bases d’ADN exposées, formant un brin d’ARN messager.

Bases d’ARN libres

3 Une fois formé, l’ARN messager se détache et migre vers les ribosomes.

4 Un ARN de transfert capture un acide aminé et le transporte jusqu’à un ribosome.

Ribosome

ARN de transfert

5 Une chaîne d’acides aminés se forme à mesure que le ribosome parcourt la molécule d’ARN messager.

Acides aminés

6 Pendant qu’elle se constitue, la chaîne protéique se replie pour remplir sa fonction. Elle est ensuite libérée par le ribosome.

Les deux extrémités de l’ARN de transfert jouent un rôle important :

l’une lit le code de l’ARN messager

et l’autre transporte l’acide aminé correspondant.

ARN de transfert

Dans l’ARN, U remplace T et s’associe donc à A

A U Uracile

U A Adénine