CHAPITRE PREMIER Type d'équilibre moyen de la cellule

Article premier. — LA SUBSTANCE CELLULAIRE. 1** l'étude chimique de LA CELLULE : SON BUT ET SES DIFFICULTÉS

L'étude de la substance cellulaire, du substralum des phénomènes vitaux, ne va pas sans se heurter à de très sérieuses difficultés. Il est très difficile en effet de se procurer des cellules à Télat de pureté complète ou presque complète, et en nombre suffisant pour permettre quelques essais de recherche chimique. Les cellules sont presque toujours agglomérées en tissus de consistance ferme, d'où on ne peut les extraire mécaniquement, de telle sorte que les substances unissantes intercellulaires figurées, et même les liquides d'imprégnation, se présentent à l'analyse en môme temps que les cellules et d'une manière inséparable. Bien plus, les tissus ne se rencontrent jamais à l'état pur, mais disposés en organes plus ou moins complexes résultant du mélange anatomique de plusieurs tissus : on trouve donc dans les organes les plus homogènes en apparence bien des parties étrangères au tissu principal, telles que vaisseaux, nerfs, lames conjonctives, etc.

Le chimiste n'a en résumé à sa disposition que des mélanges de cellules d'espèces variées, avec des matériaux alimentaires en voie d'élaboration, des produits de désassimilation en voie de rejet, et des matériaux de soutien extracellulaires. Aussi sa tâche est-elle fort compliquée, car ne pouvant se débarrasser des impuretés, il doit analyser le tissu en bloc, puis chercher par des considérations diverses à faire le départ des substances trouvées et à distinguer celles qui appartiennent réellement à la cellule, résolvant ainsi un système de plusieurs équations à plusieurs inconnues. On conçoit que les renseignements nécessaires pour établir le partage entre l'espèce cellulaire principale et tous les éléments accessoires laissent toujours beaucoup à désirer, et la recherche parvient rarement, sinon jamais, à établir autant d équations qu'il y a d inconnues à déterminer.

Si le problème est déjà très difficile dans le cas de tissus relativement homogènes, tels qu'un muscle strié ou une glande hépatique, il se complique en proportion de l'enchevêtrement de plus en plus intime des diverses

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espèces cellulaires. On s'explique facilement Tétat plus que rudimentaire de nos connaissances chimiques sur les cellules nerveuses du cerveau par exemple, si Ton songe que la substance dite grise n'offre aucune délimitation tranchée et qu'on y trouve toujours, à côté des corps cellulaires nerveux à étudier, toutes sorles d'accessoires, tubes à myéline, névroglie, etc.

Quelques espèces de cellules seulement peuvent se prêter un peu mieux aux investigations, et ce sont évidemment les cellules libres. Dans les organismes supérieurs, nous ne trouvons guère dans ces conditions, outre les globules rouges du sang, dont l'étude, chez les Mammifères surtout, ne peut guère nous renseigner sur la substance cellulaire en général, que les leucocytes ou les spermatozoïdes. Les leucocytes sont relativement faciles à obtenir purs en quantité appréciable, soit qu'on les trouve à l'état libre naturellement, comme dans le pus, soit qu'on les isole du thymus ou des glandes lymphatiques par des dissociations et des lévigations. On a obtenu facilement, par des procédés analogues, des spermatozoïdes en masse considérable, surtout en s'adressant à la laitance des Poissons.

Enfîn, les organismes unicellulaires ou symplastiques devraient, semblet-il, constituer un excellent matériel : Bactéries, Algues» Amibes, Infusoires, Myxomycètes, etc. Mais il faut remarquer que plus une même cellule est chargée de satisfaire à des fonctions variées, plus elle se complique et se surcharge d'organites secondaires, de sorte qu'il devient de plus en plus difficile de distinguer, comme nous le ferons plus loin, les constituants accessoires de ceux qui sont vraiment essentiels au protoplasma vivant.

Une autre cause d'erreur vient s'ajouter à la première. Le but de la recherche est évidemment de connaître les différentes substances qui entrent dans la composition du protoplasma vivant, au moment même où il est en plein fonctionnement. Or les procédés de la chimie ne permettent de s'attaquer qu'à des cellules « mortes », différant déjà de ce qu'elles étaient à l'état vivant. L'arrêt du fonctionnement doit produire des changements dans les substances, en créer de nouvelles aux dépens d'autres qui disparaissent, etc. Cela est fort vraisemblable si l'on songe qu'il faut bien qu'une cellule « morte » diffère en quelque chose de la même cellule « vivante », sans quoi on ne comprendrait pas ce passage de la vie à la mort.

L'expression chimique de la « mort » des cellules n'est pas seulement vraisemblable : elle a été constatée. Chacun sait avec quelle rapidité le glycogène par exemple disparaît de la cellule hépatique ou de la cellule musculaire pour s'hydrolyser en glucose, dont le dédoublement peut fournir à son tour de l'acide lactique. Et certaines observations permettent de penser que même les matières protéiques de la cellule morte ne sont plus tout à fait celles de la cellule vivante : ce sont des isomères ou des corps relativement peu modifiés, mais modifiés. L'analyse chimique directe ne représente donc pas, en supposant qu'elle soit exacte et complète, la composition de la cellule vivante : ici encore il faut un effort d'interprétation du chercheur pour conclure de ce qui est à ce qui devait être précédemment.

11 est même extrêmement probable que les manipulations nécessaires à l'extraction et à l'étude des composants cellulaires les transforment encore, et vraisemblablement les dédoublent; les véritables molécules de la cellule doivent être plus volumineuses et plus complexes que celles dont les réactifs

nous révèlent la présence, et qui n'en sont déjà sans doute que des fragments.

Supposons enfin toutes ces difficultés vaincues : supposons qu'on puisse analyser avec rigueur chaque cellule et connaître exactement tous les corps qu'elle renfermait au moment de sa pleine activité: aurons-nous par cela la connaissance adéquate de la substance cellulaire ? Pas encore. On sait que, par suite de la différenciation plus ou moins avancée qu'elles éprouvent au point de vue physiologique comme au point de vue morphologique, les cellules s'écartent de plus en plus d'une composition chimique moyenne, Tune se chargeant de graisse, une autre d'hémoglobine, une troisième de chlorophylle, d'autres enfin mettant en réserve du glycogène ou de l'amidon. Les substances de l'organisme, apportées pêle-mêle sur une liste complète par l'analyse chimique, ont été déjà classées (Livre I) en six groupes : matériaux alimentaires, produits de désassimilation, réserves, constituants actifs à fonction étroitement spécialisée, matériaux de soutien, enfin constituants essentiels de tout proto plasma.

L'étude du dernier groupe seul sera faite ici; les substances qui le composent sont relativement peu nombreuses. On vient de voir par suite de quelles difficultés nos connaissances sur ce point sont encore rudimentaires et laissent un vaste champ aux découvertes futures. Toutefois, la comparaison des espèces cellulaires les plus variées entre elles, et Tétudedes cellules embryonnaires aussi peu différenciées chimiquement que morphologiquement, a permis de reconnaître certains corps trouvés partout, paraissant inséparables de toute matière vivante. Ce sont eux que Kossel a appelés constituants primaires de la cellule, par opposition aux constituants secondaires, que nous avons rangés dans les autres groupes.

2'» les CONSTITUANTS PRIMAIRES DE LA CELLULE

Les constituants primaires de la cellule sont : i° Teau et les corps minéraux; 2? peut-être les glycogènes; 3^ les cholestérines ; 4** 'es léci- Ihines; 5** les protéides. Avant de les passer en revue, nous dirons quelques mots des éléments, au sens chimique du terme, c'est-à-dire des corps simples, nécessaires à la constitution de la matière vivante.

A. Éléments chimiques de la substance cellulaire. — S'il est déjà fort difficile de déterminer pour les groupes de substances organiques quels sont ceux dont la présence paraît constante dans la cellule et dont le rôle est celui de composants primaires, la chose devient presque impossible si l'on se borne à considérer les éléments, les corps simples de la chimie. La raison en est dans la complexité des protéides, qui sont, elles, sûrement nécessaires à la cellule, et qui peuvent fixer les éléments minéraux parfois les plus inattendus, tels que l'iode, l'arsenic, le bore, le manganèse, le cuivre, etc. On ne sait plus où classer les éléments : mieux vaut les énumérer tous ici.

Durant de longues années, on a cité couramment quatre éléments dans la matière vivante : le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote. Depuis

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longtemps, le soufre et le phosphore sont venus les rejoindre. Puis on a reconnu la présence constante du potassiuin, du magnésium, du calcium et du sodium, unis au chlore et souvent au fluor. Le fer est considéré également comme universellement répandu.

Mais ces éléments ne sont pas les soûls. L'iode existe dans certaines cellules des organismes supérieurs, et certains groupes d*étres vivants, les Algues par exemple et les Spongiaires, l'accumulent en quantité notable. Il en est de môme de 1 arsenic. Le brome accompagne parfois Tiode. Le silicium forme une portion importante de certaine sqaelelieSf des valves des Diatomées, des téguments de beaucoup de plantes ; on trouve en des cas analogues le bore et Taluminium. Le lithium existe chez beaucoup de végétaux, on le retrouve facilement dans leurs cendres, et certaines espèces accumulent aussi le rubidium et le cœsium. Le manganèse renforce le fer dans les substances oxydantes de l'organisme ; le cuivre remplace le fer dans les pigments respiratoires des Mollusques. Diverses plantes assimilent aussi le cuivre et trahissent parleur présence les gisements dece métal, comme le font pour le zinc les plantes calaminaires, et comme la chose aurait lieu aussi pour les terrains nickelifères de la Nouvelle-Calédonie.

Où s'arrêtera-l-on dans cette énumération ? Peut-être les éléments que nous venons de citer existent-ils dans toute matière vivante, où leur quantité minime s'oppose seule à leur découverte. Peut-être en trouvera-t-on d'autres, c'est probable même : on ne conçoit guère pourquoi, par exemple, Tantimoine, le vanadium, le glucinium, le cadmium, le cobalt, le chrome, ne seraient point un jour signalés dans les êtres vivants. Seuls resteront en dehors du tableau des éléments « biochimiques » les métaux rebelles aux réactions, comme ceux de la famille du platine, ou ceux que leur extrême rareté place en dehors du champ d action des cellules.

B. Constituants minéraux de la substance cellulaire.— Les éléments chimiques de la cellule sont la plupart du temps combinés en molécules carbonées, dites organiques ; les métaux eux-mêmes sont pour une bonne pari liés aux molécules protéiques sous forme d'albuminates, nucléinates, etc. Mais il existe aussi dans la substance cellulaire de véritables sels minéraux. Les plus répandus sont ceux de potassium, le phosphate bipotassique surtout ; ensuite viennent quelques sels de magnésium et de calcium, et un peu de chlorure de sodium. Le fer ne paraît jamais être qu'à l'état organique. En ce qui concerne le phosphate de potassium lui-même, on ne sait s'il n'est pas un produit de désassimilation des corps organiques phosphores, ou inversement un matériel destiné à leur synthèse. Aussi peut-on dire que les constituants minéraux n'ont qu'un rôle accessoire, bien qu'indispensable, dans la cellule vivante.

C. Constituants organiques de la substance cellulaire. — Les constituants organiques que l'analyse a révélés dans toutes les espèces de cellules étudiées appartiennent à trois groupes, à quatre peut-être. Ce sont : les glycogènes (?), les cholestérines, les lécithines et les protéides.

a) Glycogènes. — Les glycogènes sont des hydrates de carbone condensés, déshydratés et polymérisés, dont la molécule peut fournir inversement, par hydratation et dédoublement, des sucres véritables, du glucose en particulier, comme le font les amidons du règne végétal. En fait, les glycogènes

forment dans les organismes supérieurs une réserve très importante et sont la source à laquelle l'organisme puise le glucose au fur et à mesure de ses besoins. La cellule hépatique est très riche en glycogène, dont elle est le principal magasin ; la cellule musculaire en renferme une certaine quantité, lorsqu'elle ne Ta pas épuisée par des contractions réitérées. Il est bien vraisemblable que toutesles cellules renferment un peu de glycogène : les cellules embryonnaires le montrent sous forme de grains colorables en rouge acajou par liode. Les Protozoaires' renferment aussi des grains de glycogène, à moins que ce corps ne soit remplacé, comme chez certains d'entre eux, par son isomère, le paramylon. Et même dans le cas où on ne voit pas nettement le glycogène sous forme de grains figurés, il est permis de croire qu'il en existe à l'état dissous ou diffus dans le protoplasma.

6) Cholesiérines, — Les cholestérines sont aussi, comme les glycogènes, des composés ternaires, c*est-à-dire formés des trois seuls éléments carbone, hydrogène et oxygène. Ce sont, autant qu'on peut le croire, des alcools à noyaux aromatiques complexes, mais on n'a jamais réussi jusqu'à présenta établir leur constitution chimique. Aussi ne faut-il pas s'étonner qu'on ne se rende pas un compte bien exact de leur rôle dans les phénomènes de la vie, bien qu'on ait des raisons de penser qu'elles sont un des constituants primaires et constants de la cellule.

c) Lécithines. — Avec les lécilhines, on rencontre des substances déjà beaucoup plus complexes, formées non seulement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, mais aussi d'azote et de phosphore. La structure moléculaire des lécilhines a pour base la glycérine, alcool trivalent dont le rôle biologique est considérable, et qui entre en particulier dans la constitution des graisses. Les graisses ne nous intéressent ici que peu, car elles sont seulement des constituants secondaires de la cellule, et ne sont que surajoutées aux parties essentielles du protoplasma. Mais les lécithines ont certains caractères de ressemblance avec les graisses. Tandis que dans celles-ci, les trois fonctions alcooliques de la glycérine sont éthérifiées par des acides gras (acides palmitique, stéarique, oléique, butyrique, etc.), dans les lécithines, deux seulement des fonctions alcooliques de la glycérine sont éthérifiées par ces acides gras. La troisième est combinée à de l'acide phosphorique qui unit à cette fonction alcoolique l'une de ses fonctions acides, tandis qu'une autre fixe une base organique azotée du groupe de la choline,

Il y a toute une série de lécithines, différentes les unes des autres, non seulement par la nature des acides gras, mais aussi par l'espèce de la base azotée combinée au groupe phosphorique. Il y a des lécithines à choline, à névrine, à bétaïne, peut-être môme des lécithines à muscarine dans certains Champignons. Quoi qu'il en soit, il est à peu près certain qu'aucune cellule n'est exempte de lécithines. Ce fait s'explique très aisément grâce aux relations des lécithines avec les protéides phosphorées, dont elles doivent être un stade de dédoublement normal, capable môme de s'accumuler en quantité considérable dans certains cas pathologiques, tels que la dégénérescence grasse du foie, des muscles ou autres tissus.

d) Matières protéiques. — Mais les matières proléiques sont de beaucoup les constituants les plus importants de la cellule, tant par leur masse que par leur rôle prépondérant. Encore faut-il établir une distinction capitale.

20B CYTOLOGIE GÉNÉRALE ET SPÉCLVLE

Comme types des matières protéiques, on a rhabitude de citer dès corps tels que Talbumine du blanc d'œuf, ou celle du sérum sanguin, dont Tétude ouvre classiquement celle des substances albuminoïdes. Si cette manière de faire peut avoir quelque raison d'être lorsqu'il s'agit simplement de prendre connaissance, d'une manière toute provisoire, des caractères chimiques du groupe protéique, elle devient une grave erreur lorsqu'on veut se rendre compte de ce que sont les matières constitutives des tissus. L'albumine de l'œuf n'est qu'un produit de réserve, tout à fait étranger au protoplasma, qui ne fait même pas partie de la cellule, puisqu'il lui est surajouté comme une simple enveloppe, au môme litre que la coquille, et qui, au point de vue chimique, n'a que la composition relativement simple d'un aliment destiné à l'embryon. Aliments encore, les albumines et les globulines du sang circulant, transportées à travers l'organisme pour servir de matériel aux synthèses cellulaires. Bien qu'on ait décrit beaucoup de globulines comme faisant partie essentielle de diverses cellules, la chose n'est pas certaine, car les caractères de solubilité généralement invoqués pour cette dénomination de globulines, ne sont pas spéciaux et peuvent très bien appartenir en réalité à des corps plus complexes. D'ailleurs, les globulines entreraient-elles en réalité dans la composition du protoplasma, que ce serait seulement pour une faible part : les véritables substances cellulaires sont encore plus élevées en organisation : ce sont des protéides.

Les />ro/^£rfes représentent les corps les plus complexes dont la chimie ait reconnu l'existence. Ce sont des combinaisons d'albumines ou de globulines avec d'autres groupes moléculaires, parfois très spéciaux et très intéressants. Comme ces groupes caractéristiques des protéides peuvent fixer parfois plusieurs molécules albuminoïdes, on voit combien la complication des protéides peut devenir extrême.

Nous ne parlerons pas ici des protéides spéciales, remplissant une fonction très différenciée, et qu'on ne trouve pas dans la généralité des cellules. Nous faisons allusion à des substances telles que les hémoglobines du sang des Vertébrés, combinaisons de globulines avec des hématines ferrugineuses, ou aux hémocyanines, protéides cupriques des Mollusques, ou aux chondromucoïdes des cartilages, etc.

Les g lycoproiéides^ c'est-à-dire les substances capables de fournir, par un dédoublement très simple, des molécules albuminoïdes d'une part, et de l'autre des sucres ou des sucres aminés, sont très répandues dans les cellules. Les mucines, si abondantes dans les épithéliums, sont des glycoprotéides. Mais la constance de ces corps dans tout protoplasma n'est pas certaine.

Les véritables constituants de la matière vivante sont les protéides phosphorées, les phosphoproléides. Lorsqu'il a été question, au Livre II, du noyau cellulaire, nous avons déjà attiré l'attention sur les nucléoprotéides et sur les phosphoprotéides en général. Rappelons que les protéides phosphorées sont des corps doués des réactions générales des matières protéiques, insolubles dans l'eau pure et dans les milieux acides, solubles dans les alcalis étendus, d'où ils sont reprécipités par les acides môme faibles. Toutes renferment du phosphore, qu'on peut séparer à l'état d'acide phosphorique par l'hydrolyse au moyen des acides

étendus et chauds. Mais nous avons déjà signalé une distinction importante entre deux classes de phosphoprotéides, les unes contenant des molécules puriques, les autres n'en renfermant pas ; revenons-y en quelques mots.

La première classe des phosphoprotéides est celle des nucléoprotéides ; leur molécule est formée par l'union d'une molécule albuminoïde à caractère basique (protamine, histone, albumine, globuline) avec une molécule de nucléine. Une nucléine est formée à son tour par la combinaison d'une molécule albuminoïde basique (protamine, histone, globuline) avec un acide nucléique. Comparant ces protéides avec les sels neutres ou acides de la chimie minérale, on peut donc les considérer comme les sels à saturations successives d'acides bibasiques qui sont les acides nucléiques : les nuclcines étant des nucléates acides, encore capables de fixer une molécule basique pour former les nucléoprotéides, ou nucléates neutres. Les acides nucléiques se dédoublent à leur tour en bases puriques d'une part (adénine, guanine) et en acides Ihymiques, lesquels comprennent à leur tour parmi leurs produits de décomposition de Tacide phosphori({ue H^PO^, des hydrates de carbone (glucoses et pentoses) et enfin des bases spéciales dérivées du noyau pyrimidique, telles que la thymine et l'uracile. Peut-être les acides Ihymiques sont-ils des glycérophosphates sucrés de bases pyrimidiques, comme les lécithines sont des glycérophosphates gras de bases névriniques.

Les phosphoprotéides de la deuxième classe ont été d'abord confondues avec les premières, et n'en ont été distinguées qu'après les travaux de KossEL et de ses élèves montrant qu'elles ne fournissent jamais de bases puriques. Hammarsten a proposé de leur réserver le nom de nucléoalbuminesy qu'on appliquait d'abord indistinctement à toutes les phosphoprotéides alors découvertes ; elles sont formées, elles aussi, par l'union d'une molécule albuminoïde basique avec des complexes ressemblant aux nucléines, appelés par Kossel paranucléines et par Hammarsten pseudonucleines. Cette nomenclature est, d'après nous, fort défectueuse, et ne saurait servir qu'à perpétuer des confusions regrettables. Quelques auteurs, en effet, peu au courant de ces conventions, persistent à employer indistinctement les expressions de nucléoalbumines et de nucléines en parlant de protéides phosphorées quelconques ; s'ils n'ont pas expressément men lionne la présence ou l'absence des bases puriques, il est impossible de savoir exactement de quoi ces auteurs ont voulu parler.

Outre l'ambiguïté du terme « nucléoalbumine », on doit reconnaître qu'il serait difficile d'en trouver un plus mauvais. Les « nucléoalbumines » ne sont pas des albumines, et n'ont généralement rien à voir avec le nucléus. Ce ne sont pas des albumines, mais des protéides beaucoup plus complexes. Enfin, tandis que les nucléoprotéides paraissent constituer les noyaux, et peut être certaines parties chromatiques du cytoplasme, les « nucléoalbumines », « vilellines », « caséines », doivent résider dans ce cytoplasme lui-même, dont elles seraient la caractéristique chimique. Dans ces conditions, il serait plus logique de les appeler « cyloproiéides » et de rejeter complètement l'ancien nom de nucléoalbumines.

Les cyloproiéides sont donc formées par l'union d'une molécule albuminoïde basique avec une « cyléine » acide (ainsi appelerons-nous les « pa-

(^YTOLOr.IE. 14

CYTOLOGIE GENERALE ET SPECIALE

ranucléines », « pseudonucléines », etc.). A leur tour, les cytéines résultent de la combinaison d'une deuxième molécule albuminoïde basique avec un acide, correspondant à Tacide nucléique, mais qui paraît être ici directement un acide analogue à Tacide thymique, c'est-à-dire un acide nucléique moins les bases puriques. Et cet acide thymique lac. paranucléique de Kossel) paraît à son tour constitué comme celui des nucléoprotéides.

La constitution des phosphoprotéides peut donc être schématisée dans le tableau suivant, qui n'a certes pas la prétention d'être un moule uniforme et définitif où devront venir se ranger tous les matériaux cellulaires, mais simplement un type d'allure très générale et susceptible évidemment de modifications :

Phosphoprotéides (constituants caractéristiques de la matière vivante).

Nucléoprotéides

(constituants du noyau).

Protamines, histones, globulines.

Nucléines.

Protamines, histones,

globulines. Acides nucléiques^

Bases puriques

(guanine, adénine).

Acides thymiques

" Bases Sucres Acide

pyrimidiques (hexoses, phosphorique.

(thymine, pentoses) uracilej.

Gsrtoprotéides

(constituants du cytoplasme).

Protamines, histones

globulines. Cytéines

Protamines, histones globulines.

Pas de bases puriques.

Acides thymiques

Bases py- Sucres Acide

rimidiques (hexoses, phosphorique (thymine, pentoses) uracile).

La distinction entre les deux groupes de protéides phosphorées n'est pas, comme on pourrait le penser, une simple subtilité chimique. Elle possède une signification physiologique capitale. On s'accorde en effet à considérer aujourd'hui les nucléines vraies, les nucléines du noyau, comme la source de l'acide urique fabriqué par les animaux supérieurs (remplacé par la guanine chez beaucoup d'Invertébrés) ; tandis que les cytéines du cvloplasme, ne possédant pas dans leur molécule le groupement purique, ne sauraient fournir d'acide urique. En ce qui concerne l'urée, on n'est pas d'accord sur son mode de formation, mais l'une des théories, et non la moins vraisemblable, considère l'urée comme provenant à son tour de la molécule urique.

S'il en est bien ainsi, le noyau cellulaire apparaît comme l'unique facteur de la désassimilation azotée; et comme l'assimilation et la désassimilation sont étroitement liées, le noyau serait, grâce à ses nucléoprotéides, l'agent de toute la circulation de l'azote à travers les organismes. Bien entendu, les matériaux que remanie le noyau lui sont d'abord préparés par le cytoplasme, qui peut les amener à l'état de cytoproléides phosphorées ; mais la dernière phase de la synthèse, aboutissant aux nucléoprotéides, n'est réalisée que dans le noyau. Le sommet de l'échelle de complication organique est alors atteint, et la matière ne peut plus, à partir de ce

moment, que se simplifier par un3 série de transformitioQs qui ont encore leur point de départ dans le noyau.

L'étude chimique de la substance cellulaire concorde donc à merveille avec Téludc morphologique, pour aboutir à la conception générale du dualisme symbiotique des deux substances, nucléaire et cytoplasmique.