Quiz SVT sur les méthodes d’étude de la cellule

L’étude de la cellule nécessite l’utilisation de plusieurs méthodes complémentaires, car la cellule est une structure microscopique dont les constituants ne sont pas visibles à l’œil nu. Les méthodes d’étude de la cellule permettent d’observer sa forme, son organisation interne, ses organites, ses membranes et certaines de ses molécules. Parmi les techniques les plus importantes, on trouve la microscopie optique, la microscopie électronique, les techniques de coupes, les techniques de répliques, les techniques de coloration, la centrifugation et la chromatographie. Chaque méthode possède un principe particulier et répond à un objectif précis : observer, préparer, séparer, identifier ou analyser les constituants cellulaires.

Le microscope optique est l’un des outils les plus utilisés pour observer les cellules. Il fonctionne grâce à un faisceau lumineux composé de photons et à des lentilles en verre. L’image est observée directement à travers les oculaires. Pour qu’un objet soit observable au microscope optique, il doit être suffisamment mince afin d’être traversé par les rayons lumineux. L’observation commence généralement par la préparation du microscope : on règle la platine, la lumière et l’objectif, puis on place la lame sur la platine avec l’objet au-dessus du trou central. La mise au point se fait d’abord avec la vis macrométrique, puis plus précisément avec la vis micrométrique.

Le microscope électronique permet une observation beaucoup plus précise que le microscope optique. Il utilise un faisceau d’électrons au lieu d’un faisceau lumineux et des lentilles électromagnétiques au lieu de lentilles en verre. Son pouvoir de grossissement et sa résolution sont beaucoup plus élevés. Le microscope électronique peut atteindre une résolution de l’ordre du nanomètre, ce qui permet d’observer des détails très fins de la cellule. Le microscope électronique à balayage, ou MEB, est particulièrement utilisé pour étudier la surface des échantillons. L’image n’est pas observée directement par les oculaires, mais reçue sur un écran.

Les techniques de préparation des coupes sont indispensables pour obtenir des échantillons observables. La première étape consiste à prélever l’échantillon à étudier. Il doit ensuite être fixé afin de conserver ses structures. La fixation peut être chimique, grâce à un liquide fixateur, ou physique, par congélation rapide. Après la fixation, l’échantillon est déshydraté afin d’éliminer l’eau en la remplaçant par des solvants. Il est ensuite inclus dans une résine ou une paraffine qui permet sa solidification. Des coupes très fines sont alors réalisées à l’aide d’un microtome ou d’un ultramicrotome selon le type d’observation souhaité.

Les techniques de répliques permettent surtout d’étudier la surface des structures cellulaires au microscope électronique à balayage. L’échantillon est d’abord congelé à très basse température, généralement autour de -196 °C à -200 °C. Il est ensuite fracturé au niveau des zones les moins résistantes, comme les milieux intra-membranaires ou inter-membranaires. La cryofracture permet de révéler certaines surfaces internes. Une étape d’ombrage est ensuite réalisée : la surface est recouverte d’une fine couche de platine, puis parfois renforcée par une couche de carbone. La réplique obtenue est séparée de l’échantillon grâce à un solvant, puis observée au microscope électronique.

Les techniques de coloration facilitent l’observation des structures cellulaires, car de nombreux éléments sont naturellement transparents. La coloration histologique permet de distinguer les différents éléments d’un tissu. La coloration cytologique permet d’analyser les détails internes de la cellule. La coloration structurale aide à différencier les compositions des structures tissulaires. La coloration vitale, quant à elle, s’effectue sur des tissus vivants. Il existe aussi la coloration négative, souvent utilisée en microscopie électronique, dans laquelle le colorant s’accumule autour des particules et produit un effet de halo permettant leur observation.

La centrifugation est une technique biochimique utilisée pour isoler les constituants de la cellule selon leur taille et leur masse volumique. Elle repose sur l’utilisation d’une centrifugeuse, appareil capable de faire tourner rapidement des tubes contenant des cellules ou des extraits cellulaires. Sous l’effet de la force centrifuge, les particules les plus lourdes ou les plus denses sédimentent plus rapidement que les particules plus légères. Cette méthode permet donc de séparer progressivement différents organites ou constituants cellulaires. Elle est très utile pour étudier les mitochondries, les noyaux, les ribosomes ou certaines fractions membranaires.

La chromatographie est une technique de séparation des composants d’un mélange. Elle repose sur la différence d’affinité des molécules pour une phase stationnaire et une phase mobile. Dans la chromatographie sur couche mince, l’échantillon est déposé sur une ligne de dépôt tracée au crayon. La plaque est placée dans une cuve contenant un solvant. Le solvant monte progressivement et entraîne les molécules à des vitesses différentes, ce qui provoque leur séparation sous forme de taches. Dans la chromatographie d’absorption sur colonne, la phase stationnaire se trouve dans une colonne. On y verse l’échantillon et la phase mobile, puis les composants se séparent selon leurs interactions avec la phase stationnaire. Ainsi, l’ensemble de ces méthodes constitue une base essentielle pour analyser la cellule et comprendre son organisation.