UNITÉ 1 : LA CELLULE L’UNITÉ DU VIVANT LA DECOUVERTE DE LA CELLULE.

Robert Hooke est un chimiste, mathématicien, physicien et inventeur anglais.

En 1665, il publie MICROGRAPHIA, un ouvrage dans lequel il décrit un certain nombre d’objets tels qu’il les a observés à l’aide d’un microscope de sa fabrication.

Il observe un fragment d’écorce à l’aide d’un microscope et découvre que cette écorce contient une multitude de petites chambres. Pour les qualifier, il utilise le terme « cellules « .

C’est donc bien Hooke, l’inventeur du terme « cellule « .

Il décrit également des structures similaires dans des échantillons provenant d’autres végétaux.

Dans certaines cellules, il observe la présence d’un liquide. Il en conclut erronément que les cellules dans les plantes servent au transport de substances.

En réalité, les structures observées par Hooke ne sont que des parois cellulaires : les cellules constitutives de l’écorce sont des cellules mortes.

Les cellules n’ayant été observées que dans des plantes, on imaginait que seules les plantes étaient constituées de cellules.

Van Leeuwenhoek n’a pas une formation scientifique de base consistante. Il n’est, au départ, qu’un artisan habile dans la fabrication de lentilles.

Les observations et les descriptions qu’il fait, le mènent à entrer en contact avec des scientifiques. C’est là qu’il acquiert un bagage scientifique.

Il fabrique des microscopes qui permettent des grossissements de 50 à 300 fois et qui lui permettent de découvrir toutes sortes d’ » animalcules « .

Il réalise de nombreuses observations de spermatozoïdes. Ces observations mèneront à l’idée que ces spermatozoïdes contiennent l’être vivant entièrement formé, mais en miniature. Dans le cas de l’être humain, on parle d’homuncule.

Invention de la théorie cellulaire

D’autres scientifiques vont utiliser les microscopes pour étudier plus avant les cellules mises en évidence par Hooke et Van Leeuwenhoek.

En 1838, Matthias Schleiden, un botaniste allemand suggère que tous les tissus végétaux sont formés par de cellules. Un an plus tard, le zoologiste Théodore Schwann en arrive à la même hypothèse au sujet des animaux. En 1855, Rudolf Virchow suggère que toute cellule provient d’une autre cellule, préexistante (« omnis cellula e cellula « ).

Les contributions de ces trois scientifiques ont mené à la théorie cellulaire qui comporte trois grands aspects :

1. La cellule est la plus petite entité vivante.

2. Tout être vivant est composé de cellules.

3. Toute cellule provient d’une autre cellule.

LE STRUCTURE DE LA CELLULE EUCARYOTE

Les cellules des animaux, des plantes et celle de paramécie se dénomment cellules eucaryotes et elles ont en commun :

- La membrane plasmique : C’est une fine envoloppe qui sépare le contenu de la cellule du milieu que l’entoure et elle régule aussi l’entrée et sortie de substances.

- Le cytoplasme : dans le cytoplasme il y a une grande variété de structures, les organites.

- Le noyau : c’est la structure la plus grande et la plus visible. Son contenu est séparé du cytoplasme para une double membrane.

Cellule eucaryote animale :

- La mitochondrie : organite spécialisée dans la respiration cellulaire , c'est-a-dire dans la dégradation des nutriments carbones. Les mitochondries sont donc les centrales énergétiques de la cellule.

- L’appareil de Golgi : empilement de sacs aplatis formés a partir du réticulum et qui bourgeonnent en permanence des vésicules. Celles-ci contiennent des molécules qui sont ainsi emballées puis exportées.

- Le réticulum endoplasmique : réseau de saques et de tubes aplatis présent dans l'ensemble du cytoplasme. Sur leur face externe, certains sacs portent de nombreux ribosomes (RE rugueux). D'autres sont lisses parce qu’il n’y a pas de ribosomes (RE lisse)

- Les centrioles : Ces sont des organites cylindriques et creux. Les centrioles jouent un rôle important dans la division cellulaire.

- Les lysosomes sont des organites des cellules eucaryotes qui contiennent un mélange d'enzymes digestives utilisées pour dégrader les macromolécules. Les lysosomes sont considérés comme "l'estomac" de la cellule.

- Le cytosquelette : Dans les cellules eucaryotes, le cytoplasme contient une sorte de châssis formé de microtubules et de différents types de filaments et de microfilaments, qui constituent le cytosquelette. Il est à la fois l'ossature de la cellule et l'élément moteur de ses mouvements.

- Les vacuoles : Elles permettent le stockage d'eau, d'ions, de sucres,.. Cellule eucaryote végétale

- Les chloroplastes : Organites spécifiques aux cellules végétales. Ils contiennent la chlorophylle, pigment qui capte l'énergie solaire. Ils accomplissent la photosynthèse, c'est à dire qu'ils absorbent la lumière du soleil et l'utilisent pour la fabrication (synthèse) des composés organiques à partir du dioxyde de carbone et de l'eau.

- La paroi cellulaire : Dans la cellule végétale, le membrane plasmique s'entoure d'une épaisse paroi cellulaire rigide qui soutient la forme de la cellule.

Comparaison cellule animale et cellule végétale

Cellule animale Cellule végétale

Noyau

Cytoplasme

Mitochondrie

Réticulum endoplasmique

Appareil de Golgi

Lysosomes

Centrioles X

Ribosomes

Vacuoles

Chloroplastes X

Cytosquelette

Membrane plasmique

Paroi cellulaire X

LE NOYAU AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE: LA MEMBRANE NUCLEAIRE

La membrane qui entoure le noyau (la membrane nucléaire) est du même type que les autres membranes de la cellule.

Comme dans le cas des autres organites de la cellule, cette membrane est double.

La membrane externe ne peut se distinguer du réticulum endoplasmique auquel elle est connectée.

La membrane nucléaire est percée de pores, visibles à très fort grandissement.

Le dessin ci-dessous présente la membrane nucléaire dans une vision 3D, y compris le lien avec le réticulum endoplasmique. On voit également les pores qui percent la membrane et qui servent de voies de passage pour les substances qui entrent et qui sortent du noyau.

La chromatine et les chromosomes

La chromatine se présente le plus souvent sous la forme d'une matière sans structure particulière.

A certains moments de la vie de la cellule (aux moments des multiplications), la chromatine perd son aspect diffus et se condense en structures bien définies: les chromosomes.

Les chromosomes sont des structures en forme de bâtonnets. La photographie ci-contre à gauche montre l'ensemble des chromosomes d'une cellule.

Durant la métaphase (l'une des phases du processus de multiplication cellulaire, les chromosomes prennent une forme en X constitués par deux bâtonnets reliés en un point: le centromère.

L'image ci-contre illustre la relation qui existe entre la

chromatine, les chromosomes et l'ADN.

Les nucléoles

Au microscope électronique, on distingue souvent la structure interne du noyau.

Baignant dans le nucléoplasme, un ou plusieurs granules denses peuvent apparaître; il s'agit de nucléoles.

Le nucléole ne présente pas de structure interne définie.

L'analyse chimique montre qu'il est constitué essentiellement d'ARN (acide ribonucléique). Le nucléole est le lieu de fabrication de l'ARN

constitutif des ribosomes.

Les cellules en pleine croissance montrent généralement des nucléoles de grande taille.

LA REPRODUCTION CELLULAIRE

La cellule n’est seulement l’unité structurelle des êtres vivants, elle est aussi l’unité fonctionnelle. Cela signifie qu’une cellule est capable de réaliser les fonctionnes vitales : reproduction, nutrition et relation.

La reproduction cellulaire

Tous les organismes unicellulaires et la plupart des cellules des organismes pluricellulaire peuvent se diviser. Dans les organismes unicellulaires la division cellulaire a comme objectif la reproduction de l’organisme. Dans les organismes pluricellulaires la division cellulaire implique la croissance de l’organisme et elle sert aussi à substituer les cellules mortes.

En la division de la cellule se produit d’abord la division du noyau et après la division du cytoplasme.

- Division du noyau : Elle doit être équitable et garantir que les deux cellules résultantes reçoivent toute l’information génétique dont elles ont besoin pour survivre. Ce phénomène se réalise moyennant un processus appelé mitose.

- - Division du cytoplasme : La répartition du cytoplasme entre le deux cellules résultantes n’est pas nécessairement équitable. La division est différente selon le types de cellules.

o Dans les cellules animales, la cytocinèse débute avec l´apparition d’une invagination de la surface cellulaire. La cellule semble subir un étranglement centripète duquel naîtront deux nouvelles cellules complètes et séparées.

o Dans les cellules végétales, dotées d'une paroi cellulosique, la cytocinèse ne peut pas être par invagination. Une double structure appelée plaque cellulaire se constitue à l´équateur de la cellule mère, à partir du centre et rejoint la paroi de la cellule-mère originelle avec laquelle elle fusionne ; les deux nouvelles cellules végétales sont nées.

LA NUTRITION CELLULAIRE

Les cellules de l'organisme ont besoin, par exemple pour renouveler leurs constituants ou fabriquer des substances, de nutriments (glucose, acides aminés, acides gras, etc.) qui constituent la matière première, et d'énergie chimique. On appelle métabolisme l'ensemble des réactions chimiques cellulaires qui mettent

en jeu des nutriments. Ces réactions nécessitent la présence d'enzymes, qui jouent le rôle de biocatalyseurs, c'est-à-dire qu'elles accélèrent les réactions chimiques. Plusieurs compartiments cellulaires participent à la fabrication d'énergie.

Nutrition autotrophe

Les cellules autotrophes fabriquent leur propres molécules organiques à partir de la matière inorganique. Pour cette transformation elles ont besoin de l’énergie.

La photosynthèse est une forme de nutrition autotrophe faite par les cellule eucaryote végétales (les végétaux et les algues). Les chloroplastes ont de la chlorophylle ce qui leur permet de capter l’énergie du soleil et la transformer en énergie chimique, que va être dans les molécules organiques.

Nutrition hétérotrophe.

Les cellules hétérotrophe obtiennent leurs propres molécules organiques et inorganiques à partir de la matière qu’elles intègrent du milieu qui les entoure.

L’obtention d’énergie

Une partie des molécules organiques obtenues par la nutrition cellulaire s’utilisent pour obtenir de l’énergie. Il existe deux processus pour en obtenir.

- Respiration cellulaire : C’est une dégradation complète de la glucose en présence d'oxygène, permettant une libération totale de son énergie. Ella a lieu dans les mitochondries.

- La fermentation : Beaucoup de cellules n’ont pas besoin d'oxygène (O2) pour "brûler" leur composés organiques. La fermentation est également une dégradation du glucose mais incomplète permettant une libération partielle de l’énergie des molécules. La fermentation libère également du CO2. Contrairement à la respiration, la fermentation se fait sans oxygène. Il existe plusieurs types de fermentation.

o La fermentation alcoolique :convertit la glucose en éthanol.

o La fermentation lactique : convertit la glucose en lactate. Cette fermentation se produit dans les muscles à la suite d'un exercice exigeant.

LA FONCTION DE RELATION

Les cellules reçoivent d’information du milieu en forme de stimulus et elles répondent de la manière la plus approprié pour survivre. Fréquemment la réponse est un mouvement.

Les filaments du cytosquelette sont les structures qui génèrent le mouvement cellulaire, qui peut être de trois types : vibratile, amiboïde et contractile.

Mouvement vibratile

Il se produit par deux types de prolongements des cellules.

- Les cils : Ils sont très petits. Ils ressemblent le poil et recouvrent la surface cellulaire. Les paramécies par exemple, ont ce mouvement. Beaucoup de cellules qui vivent fixe au substrat, utilisent les cils pour déplacer le milieu qui les entourent.

- Les flagelles : Ils sont beaucoup plus longs que les cils. Ils ressemblent un fouet et ils sont moins nombreux que les cils, d’habitude il y a un ou deux flagelle. Les spermatozoïdes et quelques protozoaires ont des flagelles pour se déplacer.

Le structure interne des cils et des flagelles sont similaires. Ils sont formés par les filaments rangés du cytosquelette.

Mouvement amiboïde

Ce mouvement est caractéristique des amibes mais nos globules rouges se déplacent aussi grâce a ce mouvement.

Pour se déplacer, les amibes émettent des prolongations de leur cytoplasme, ou pseudopodes. Ensuite elles se déplacent dans leur propres pseudopodes. La base de ce mouvement est la capacité des filaments du cytosquelette de se contracter.

Mouvement contractile

La plupart des réponses impliquant ce mouvement dépend des cellules musculaires, lesquelles sont capables de se contracter et se relaxer.

Ces cellules, aussi appelées fibres, ont dedans une grande quantité de filaments du cytosquelette disposées en parallèle. La cellule se contracte et se relaxe selon les filaments se déplacent les uns sur les autres et retournent à leur position original.

LA CELLULE PROCARYOTE

Il y a des organismes unicellulaires, comme les bactéries, qui n’ont pas d’organites dans leur cytoplasme, même pas de noyau. On dénomme cette type d’organismes, procaryote (du grec pro, « Avant » et cario « noyau »).

Une cellule procaryote est caractérisée par :

- Sa taille est au moins dix fois plus petite que celle des cellules eucaryotes et sa forme es très variée. Si elles sont rondes on les appelle coque mais si elles sont en forme de bâtonnets, on les appelle bacilles.

- Son structure est très simple :

o Elles ont une membrane plasmique et un paroi cellulaire, qui a une composition différents de celle de cellules végétales.

o Dans les cytoplasmes, il y a de ribosomes mais il n’y a pas d’organites membraneux. Quelques bactéries ont une ou deux flagelles.

o Le matériel héréditaire est un seul chromosome en forme circulaire. Il n’est pas séparé du reste du cytoplasme, donc elles n’ont pas un vrai noyau. Quelques bactéries ont en plus de petits morceaux d’ADN, qui s’appellent plasmides.

- Ses fonctions sont les mêmes que celles d’autres cellules. Comme elles n’ont pas d’organites membraneux, les fonctions de ces organites ont lieu dans le cytoplasme ou sur la membrane plasmique.

o Nutrition : Les bactéries peuvent être autotrophes, comme les cyanobactéries qui font la photosynthèse, ou hétérotrophes. Quelques bactéries hétérotrophes sont des parasites et produisent des maladies aux plantes ou aux animaux, mais il y en a d’autres qui sont bonnes, comme les bactéries qui font la décomposition des restes organiques dans les écosystèmes.

Beaucoup de bactéries obtiennent l’énergie dont elles ont besoin grâce à la respiration cellulaire, mais d’autres font la fermentation, comme celles qui transforment le lait en yaourt.

o Relation : Quelques bactéries ont des flagelles et peuvent se déplacer. D’autres sont immobiles et quand les conditions du milieu sont défavorables elles se transforment en spores.

o Reproduction : Après avoir copier son matériel héréditaire, elles séparent la seule cellule en deux moitiés. Cette forme de reproduction s’appelle fission.

ACTIVITÉS

1. Définissez les mots suivants : procaryote, eucaryote, métabolisme, autotrophe, hétérotrophe, photosynthèse.

2. Indiquez si les éléments suivant sont des constituants des cellules végétales ou des cellules animales : vacuoles, membrane plasmique, noyau, chloroplaste, cytoplasme, centrioles, mitochondrie.

3. Relier par des flèches, chaque organe locomoteur avec le type de mouvement correspondant :

Organes locomoteurs Types de mouvements

Pseudopodes Flagellaire

Cils vibratiles Amiboïdes

Flagelle Ciliaire

4. Un organisme unicellulaire

a. doit toujours vivre à l'intérieur d'un autre organisme

b. est constitué d'une seule cellule

c. ne peut survivre que dans une atmosphère contenant de l'oxygène

d. utilise d'autres organismes comme nutriment

5. La première personne qui a vu des cellules est

a. Théodore Schwann

b. Robert Hooke

c. Matthias Schleiden

d. Rudolf Virchow

6. Lequel des points suivants NE FAIT PAS partie de la théorie cellulaire?

a. Une cellule provient toujours d'une autre cellule

b. Tous les êtres vivants sont formés de cellules

c. La cellule est la plus petite entité vivante

d. Toutes les cellules sont identiques

7. Les bactéries :

a. sont des eucaryotes.

b. possèdent un noyau.

c. possèdent une membrane.

8. Les chloroplastes :

a. existent chez les bactéries.

b. renferment des mitochondries.

c. s’observent dans les cellules végétales chlorophylliennes.

9. Toutes les cellules ont en commun la présence :

a. d’un noyau.

b. d’un cytosol.

c. d’une paroi.

10. Précisez si chaque affirmation est vraie ou fausse. Justifiez chacune de vos réponses.

a. Une vacuole contient l’information génétique.

b. Un chloroplaste est un organite qui peut exister chez les cellules eucaryotes.

c. Les cellules végétales sont limitées par une membrane et une paroi.

d. Les cellules procaryotes contiennent de multiples organites ayant chacun une fonction

e. précise.

f. Chez les bactéries, il n’y a pas de noyau donc pas d’information génétique.

11. Annoter sur le les mots suivants :noyau, membrane plasmique, cytoplasme. Calculer la taille de cette cellule en µm puis en mm

MOTS CLÉS

Le microscope, la cellule, un échantillon, la paroi cellulaire, le spermatozoïde, un botaniste, le tissu, la membrane plasmique, le cytoplasme, un organite, le noyau, la mitochondrie, la respiration cellulaire, l’appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique, le ribosome, les centrioles, le lysosome, une enzyme, la Macromolécule, le cytosquelette, la vacuole, le chloroplaste, la chlorophylle, la photosynthèse, la synthèse, la paroi cellulaire, la membrane nucléaire, la chromatine, le chromosome, la multiplication cellulaire, le centromère, le nucléole, le nucléoplasme, l’acide ribonucléique, la mitose, la cytocinèse, la glucose, un acide aminé, un acide gras, la photosynthèse, la respiration cellulaire, la fermentation, la fermentation alcoolique, la fermentation lactique, un cils, un flagelle, une amibe, un pseudopode, un plasmide.