Les cellules en relation communiquent par des signaux

 

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Pour les fonctions globales ou travail du vivant voir Qu'est-ce que la vie?

*Au concept de gradient René Thom préfère l'analogie géométrique initiée par Waddington (paysage épigénétique) et parle de puits de potentiel. voir les paysage phénotypiques.

Le travail de relation relie des cellules (ou des organes ou des organismes) au milieu ou entre eux. C'est l'aspect social de la vie.
Le terme de communication est plus courant mais moins spécifique à la biologie; pour nous, il a la même signification que relation.

Je reprends à mon compte, d'un tout autre domaine, cette formulation :
la communication c'est le bruit de la relation.

Cette page ne saurait être exhaustive et se contente de remplacer dans un contexte général les notions au programme de 1èreS
Les interactions cellulaires composent un chapitre très difficile à écrire et qui ne peut encore être complet étant donné le faible développement de la biologie théorique par comparaison à la physique théorique qui a fait des interactions un point clé de sa construction, par exemple en tenant compte des interactions à distance sans support matériel, notamment grâce au concept de champ. En biologie, les champs morphogénétiques ou les champs métaboliques, pour n'en citer que deux exemples, appellent une formalisation. Le concept de champ de vecteurs est essentiel à cette formalisation mathématique même si le niveau nécessaire à sa compréhension est loin d'être négligeable (voir par exemple l'appendice mathématique in Stabilité Structurelle et Morphogenèse, René Thom, 1968, stabilite.pdf, p 483). Le concept de gradient*, comme dérivé d'une fonction (vecteur gradient ayant pour composantes les dérivées partielle de la fonction, supposée analytique), est tout aussi applicable en biologie et peut-être plus facilement compréhensible.

Trois types de signaux relient les cellules entre elles

Les cellules et organes ou encore les parties éloignées d'une même cellule sont reliés entre eux par trois types de signaux (qui peuvent être simultanés):

1 - signaux mécaniques par contact membranaire...

Ce sont non seulement ceux des cellules immunitaires qui se déplacent dans le sang et la lymphe (contacts établis par des récepteurs membranaires de reconnaissance à l'échelle moléculaire et des prolongements cytoplasmiques à l'échelle cellulaire) mais aussi les innombrables contacts des cellules embryonnaires qui ne se limitent pas à des signaux mécaniques transitoires mais permettent la croissance de tissus formés de cellules étroitement imbriquées.

L'étude de ces contacts lors de l'embryogenèse est notamment très développés par des laboratoires russes (voir par exemple les travaux de Beloussov et le N° spécial de The International Journal of Developmental Biology "Morphodynamics" accessible en ligne en anglais: http://www.ijdb.ehu.es/web/contents.php?vol=50&issue=2-3).

Remarques:
- la contiguïté n'implique pas forcément des relations autre que l'héritage.
- inversement un contact étroit physique implique souvent des échanges chimiques ou électriques.

2 - signaux chimiques

Des substances chimiques, ou médiateurs, sont délivrées par des cellules sécrétrices, et reçues, au niveau de récepteurs, par des cellules cibles (voir schéma ci-dessous);

Les médiateurs peuvent être libérés sur place (médiateurs paracrines et autocrines), soit transportées plus ou moins loin (par le sang : médiateurs endocrines ou hormones), soit enfin délivrées par des cellules qui s'allongent démesurément pour délivrer leurs médiateurs à des distances de l'ordre de la dizaine de centimètre, voire du mètre (cellules nerveuses délivrant des neuromédiateurs)

Les médiateurs: substances informatives = signaux chimiques

Une substance informative est émise (libérée), transmise (transportée), reçue (réception) et doit être suivie d'un effet .
Tout médiateur pour pouvoir agir implique la présence de récepteurs plus ou moins spécifiques sur les cellules cibles.

On distingue alors :
- les neuromédiateurs (peut-être serrait-il judicieux de les appeler médiateurs synaptiques): synthétisés par des neurones (et certaines cellules immunitaires), libérés sous contrôle nerveux (PA) au niveau des extrémités axonales la plupart du temps
- les hormones ou médiateurs endocrines : synthétisés et sécrétés par des cellules endocrines en permanence, libérés dans le milieu intérieur et donc circulants à un certain taux.
- les médiateurs paracrines : substance chimique à diffusion locale, dans le milieu extracellulaire et rapidement inactivé
- les médiateurs autocrines : stimulent à la fois la cellule sécrétrice et les cellules avoisinantes par effet paracrine.


Les grands types de substances chimiques informatives ou MÉDIATEURS

3 - signaux électriques

Ils sont propagés à la surface des cellules excitables (neurones, cellules sensorielles, cellules musculaires, glandulaires et bien d'autres) et parfois transmis directement de membrane à membrane entre ces cellules.
Les membranes ne sont pas vraiment en contact car il existe un espace "synaptique".

Les neurones sont les cellules très allongées dont les axones ou les dendrites sont capables de transporter des messages électriques sur de longues distances (plusieurs dizaines de centimètres).

Le plus souvent le message est transmis par une substance chimique (neuromédiateur des synapses chimiques). Parfois il est transmis de membrane à membrane (synapse électrique).

les jonctions cellulaires

En travaux