La cellule algale
Les cellules algales sont eucaryotes et contiennent trois types d’organelles à double membrane : le noyau, le chloroplaste et la mitochondrie. Dans la plupart des cellules d’algues, il n’y a qu’un seul noyau, bien que certaines cellules soient multinucléées. En outre, certaines algues sont siphonacées, ce qui signifie que les nombreux noyaux ne sont pas séparés par des parois cellulaires. Le noyau contient la majeure partie du matériel génétique, ou acide désoxyribonucléique (ADN), de la cellule. Dans la plupart des algues, les molécules d’ADN existent sous forme de brins linéaires qui ne sont condensés en chromosomes évidents qu’au moment de la division nucléaire (mitose). Cependant, il existe deux classes d’algues controversées sur le plan taxonomique, les Dinophyceae et les Euglenophyceae, dans lesquelles l’ADN nucléaire est toujours condensé en chromosomes. Chez toutes les algues, les deux membranes qui entourent le noyau sont appelées enveloppe nucléaire. L’enveloppe nucléaire possède généralement des pores nucléaires spécialisés qui régulent le mouvement des molécules entrant et sortant du noyau.
Les chloroplastes sont les sites de la photosynthèse, l’ensemble complexe de réactions biochimiques qui utilisent l’énergie de la lumière pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en sucres. Chaque chloroplaste contient des sacs membranaires aplatis, appelés thylakoïdes, qui contiennent les pigments photosynthétiques capteurs de lumière, les chlorophylles, les caroténoïdes et les phycobiliprotéines (voir ci-dessous Photosynthèse).
Les mitochondries sont les sites où les molécules alimentaires sont décomposées et où le dioxyde de carbone, l’eau et l’énergie des liaisons chimiques sont libérés, un processus appelé respiration cellulaire (voir ci-dessous Respiration cellulaire). La photosynthèse et la respiration sont des processus approximativement opposés, la première construisant des molécules de sucre et la seconde les décomposant. La membrane interne de la mitochondrie est largement repliée, ce qui fournit la surface nécessaire à la respiration. Les plis, appelés cristaux, ont trois morphologies : (1) aplatie ou en forme de feuille, (2) en forme de doigt ou de tube, et (3) en forme de palette. Les mitochondries des plantes terrestres et des animaux, par comparaison, ont généralement des cristae aplaties.
Les chloroplastes et les mitochondries possèdent également leur propre ADN. Cependant, cet ADN n’est pas comme l’ADN nucléaire en ce sens qu’il est circulaire (ou, plus exactement, en boucles sans fin) plutôt que linéaire et ressemble donc à l’ADN des procaryotes. La similitude de l’ADN chloroplastique et mitochondrial avec l’ADN procaryote a conduit de nombreux scientifiques à accepter l’hypothèse de l’endosymbiose, selon laquelle ces organites se sont développés à la suite d’une association symbiotique longue et réussie de cellules procaryotes à l’intérieur de cellules hôtes eucaryotes.
Les cellules algales possèdent également plusieurs organites liés à une membrane unique, notamment le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les lysosomes, les peroxysomes, les vacuoles contractiles ou non contractiles et, dans certains cas, les organites éjectables. Le réticulum endoplasmique est un système membranaire complexe qui forme des compartiments intracellulaires, agit comme un système de transport à l’intérieur de la cellule et sert de site de synthèse des graisses, des huiles et des protéines. L’appareil de Golgi, une série de sacs membranaires aplatis disposés en pile, remplit quatre fonctions distinctes : il trie de nombreuses molécules synthétisées ailleurs dans la cellule ; il produit des hydrates de carbone, comme la cellulose ou les sucres, et attache parfois les sucres à d’autres molécules ; il emballe les molécules dans de petites vésicules ; et il marque les vésicules pour qu’elles soient acheminées vers la destination appropriée. Le lysosome est une vacuole spécialisée qui contient des enzymes digestives qui décomposent les anciens organites, les cellules ou les composants cellulaires à certains stades de développement, ainsi que les particules ingérées par les espèces capables d’engloutir de la nourriture. Les peroxysomes sont spécialisés dans la décomposition métabolique de certaines molécules organiques et de composés dangereux, comme le peroxyde d’hydrogène, qui peuvent être produits lors de certaines réactions biochimiques. Les vacuoles sont des sacs membranaires qui stockent de nombreuses substances différentes, selon l’organisme et son état métabolique. Les vacuoles contractiles sont des organites spécialisés qui régulent la teneur en eau des cellules et ne sont donc pas impliquées dans le stockage à long terme de substances. Lorsque trop d’eau pénètre dans les cellules, les vacuoles contractiles servent à l’éjecter. Certaines algues possèdent des organites éjecteurs spéciaux qui agissent apparemment comme des structures protectrices. Les Dinophycées possèdent des trichocystes en forme de harpon sous la surface des cellules qui peuvent exploser à partir d’une cellule perturbée ou irritée. Les trichocystes peuvent servir à fixer les proies aux cellules des algues avant que celles-ci ne soient consommées. Les éjectosomes sont des structures analogues aux organites éjectables et se trouvent dans la classe des Cryptophycées. Plusieurs classes d’algues de la division Chromophyta possèdent des organelles muqueuses qui sécrètent de la bave. Le Gonyostomum semen, un membre d’eau douce de la classe des Raphidophyceae, possède de nombreux mucocystes qui, lorsque ces cellules sont recueillies dans un filet à plancton, se déchargent et rendent le filet et son contenu quelque peu gommeux.
Les organelles non liées aux membranes des algues comprennent les ribosomes, les pyrénoïdes, les microtubules et les microfilaments. Les ribosomes sont les sites de synthèse des protéines, où l’information génétique sous forme d’acide ribonucléique messager (ARNm) est traduite en protéines. Les ribosomes interprètent avec précision le code génétique de l’ADN afin que chaque protéine soit fabriquée exactement selon les spécifications génétiques. Le pyrénoïde, une structure dense à l’intérieur ou à côté des chloroplastes de certaines algues, est constitué en grande partie de ribulose biphosphate carboxylase, l’une des enzymes nécessaires à la photosynthèse pour la fixation du carbone et donc la formation de sucre. L’amidon, une forme de stockage du glucose, est souvent présent autour des pyrénoïdes. Les microtubules, structures tubulaires formées par les protéines de la tubuline, sont présents dans la plupart des cellules. Dans de nombreuses algues, les microtubules apparaissent et disparaissent selon les besoins. Les microtubules fournissent une structure rigide, ou cytosquelette, dans la cellule qui aide à déterminer et à maintenir la forme de la cellule, en particulier chez les espèces sans paroi cellulaire. Les microtubules constituent également une sorte de système de « rails » le long duquel les vésicules sont transportées. L’appareil fusiforme, qui sépare les chromosomes lors de la division nucléaire, est constitué de microtubules. Enfin, certains types de microtubules forment également la structure de base, ou axoneme, d’un flagelle, et sont un composant majeur du système racinaire qui ancre un flagelle dans la cellule. Les microfilaments sont formés par la polymérisation de protéines telles que l’actine, qui peuvent se contracter et se détendre et fonctionnent donc comme de minuscules muscles à l’intérieur des cellules.
