Première représentation de la
cellule en 1662 par Robert
HOOKE. Tissus végétaux: le
liège.
Premiers travaux sur la cellule
entre 1830 et 1860. Théorie
cellulaire en 1839.
Les êtres vivants sont des
organismes collectifs dont les
unités sont appelées cellules.
I - MORPHOLOGIE GÉNÉRALE
DE LA CELLULE :
A - MOYENS D'ÉTUDE :
Pouvoir séparateur de l'oeil
humain: 0.2 mm à 25 cm.
Deux types de microscopes:
1) MICROSCOPE OPTIQUE :
Utilisation de la lumière.
Possibilité d'étudier des
cellules vivantes.
Pouvoir de séparation: 0.2 µm.
Utilisation de colorants qui
peuvent tuer la cellule, sauf
les colorants dits vitaux.
2) MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE :
Utilise des faisceaux
d'électrons qui bombardent la
préparation.
Les zones qui laissent passer
les électrons apparaissent en
blanc.
Celles qui ne les laissent pas
passer apparaissent en noir.
Les zones intermédiaires donnent
tous les dégradés de gris.
Grand pouvoir séparateur,
jusqu'à 4 Å et plus (1 Å = 10-10
m).
Grossissement qui peut aller
jusqu'à 1 000 000 de fois.
La préparation doit être placée
dans le vide, ce qui entraîne la
mort des cellules aérobies.
Nécessité d'observer des coupes
de l'ordre de 5.10-5 mm
d'épaisseur.
B - NOMBRE & DIMENSIONS :
1) NOMBRE :
De 1 chez les êtres
unicellulaires à environ 1015
par exemple chez l'homme.
Chez l'être humain, 50 millions
de cellules meurent par seconde.
2) DIMENSIONS :
Elle peuvent aller jusqu'à 7 cm:
le jaune d'oeuf d'autruche.
La plupart mesurent entre 7 et
20 µm.
Les neurones ont un diamètre
faible mais leur longueur peut
aller jusqu'à 1 m.
C - ORGANISATION GÉNÉRALE
DE LA CELLULE :
II - LES CONSTITUANTS DE
LA MATIÈRE VIVANTE :
A - LES SUBSTANCES
ORGANIQUES :
1) LES GLUCIDES (SUCRES) :
a) Les glucides simples
(oses) :
Monosaccharides
Molécules à 6 carbones ou
hexoses
. Glucose
. Fructose (fruits)
. Galactose (lait)
Molécules à 5 carbones ou
pentoses
. Ribose (ARN)
. Désoxyribose (ADN)
Disaccharides (composés de deux
sucres simples)
Saccharose: glucose + fructose
(sucre de table)
Lactose: glucose + galactose
(sucre du lait)
Maltose: glucose + glucose
(graines en germination)
b) Les glucides complexes ou
polysaccharides constitués de
plusieurs oses :
Les glucides végétaux
Amidon (céréales, féculents)
Cellulose (bois)
Les glucides animaux
Glycogène (présent dans le foie
et les muscles).
2) LES LIPIDES :
Ils peuvent être liquides ou
solides.
Ils sont constitués de 2 types
de molécules:
a) Les acides gras :
Ce sont de longues chaînes de
carbone.
Ils peuvent être:
saturées (graisse animale)
insaturées(graisse végétale)
Ils sont associés à un alcool
qui est souvent le glycérol.
Acide gras + alcool (glycérol):
Triglycérides.
Acide gras + alcool (stérol):
Cholestérol
Les lipides sont aussi utilisés
pour l'énergie.
Ils sont stockés dans le tissu
adipeux.
b) Les phospholipides :
Ce sont les constituants
essentiels de la membrane
plasmique.
Ils ont un pôle hydrophile et un
pôle hydrophobe.
3) LES PROTIDES :
a) Les acides aminés :
Ce sont les composants de base
(a.a.).
Il en existe 20 dans la matière
organique vivante.
Ils peuvent s'associer entre eux
pour former des chaînes ±
longues que l'on appelle des
protéines.
b) Les protéines :
Les petites protéines sont
appelées des peptides.
Les grandes chaînes sont
appelées des polypeptides.
Les enzyme sont des protéines
actives.
Il existe aussi des protéines de
structure.
Elles se différencient selon:
Le nombre d'acides aminés ou le
nombre de séquences.
L'ordre des acides aminés.
B - LES SUBSTANCES
MINÉRALES :
1) L'EAU :
2/3 du poids corporel.
Rôle: dissolution des composants
de l'organisme.
Liquide caloriporteur (peut
porter la chaleur).
2) LES SELS MINÉRAUX :
Éléments chimiques sous formes
ioniques (chargés
électriquement)
Sodium: Na+
Potassium: K+
Chlorure de sodium: Cl-
Calcium: Ca++
Magnésium: Mg++
Fer: Fe
III - LES ASPECTS
STRUCTURAUX ET FONCTIONNELS DE
LA CELLULE :
A - LES ÉCHANGES AVEC LE
MILIEU EXTRA-CELLULAIRE :
1) LA MEMBRANE PLASMIQUE :
2 couches avec au centre une
zone plus claire
C'est une double couche de
phospholipides
Modèle en mosaïque fluide
2) LE TRANSPORT DES MOLÉCULES
A TRAVERS LA MEMBRANE :
a) Transport des petites
molécules :
Transport passif
Les échanges se font en fonction
des différences de
concentration.
L'eau passe à travers la
membrane, du milieu le moins
concentré vers le milieu le plus
concentré. C'est l'osmose.
La pression osmotique est
proportionnelle à la différence
de concentration entre milieu
interne et externe.
Si une hématie (globule rouge)
est plongée dans de l'eau salée,
l'eau va en sortir.
Si au contraire elle est plongée
dans de l'eau distillée, elle
gonfle et peut éclater par
hémolyse.
Les autres molécules peuvent
également traverser la membrane
en fonction de sa porosité.
C'est la diffusion.
Transport actif
Il se fait en dépit et contre la
différence de concentration
(gradient).
Il nécessite des pompes.
b) Transport de grosses
molécules (particules) :
Si la membrane n'est pas
perméable aux grosses molécules,
leur transport va nécessiter la
formation de vésicules.
Endocytose
Absorption de molécules par la
cellule.
Phagocytose pour les solides.
Pinocytose pour les liquides.
Une fois introduites dans la
cellule les particules sont
détruites par d'autres
vésicules: les lysosomes.
Ceux-ci contiennent des enzymes
(exemple: les hydrolases) qui
digèrent les particules.
Exocytose
Élimination des déchets et des
sécrétions d'hormones ou
d'enzymes
3) LES AUTRES RÔLES DE LA
MEMBRANE PLASMIQUE :
a) Activité
enzymatique/antigénique
Les cellules nerveuses ont des
contacts entre elles: message
nerveux ou influx nerveux
(transfert d'ions) (transfert de
molécules)
B - LES PHÉNOMÈNES
ÉNERGÉTIQUES - LE MÉTABOLISME :
1) LA RESPIRATION (AÉROBIE) :
Absorption d'oxygène
Rejet de CO2
La respiration utilise les
nutriments (aliments digérés:
glucose, acide gras...)
Ces nutriments, en présence de
O2, sont oxydés pour former de
l'énergie (molécules d'ATP)
Les déchets sont du gaz
carbonique (CO2) et de l'eau
(H20)
Nutriments + O2 ==> Énergie
(ATP) + CO2 + H2O
La respiration se fait en 2
étapes:
- au niveau du cytoplasme, le
glucose est transformé en
pyruvate (c'est une glycolyse)
- au niveau des crêtes
mitochondriales, le pyruvate +
O2 donne par oxydation de l'ATP
crêtes (oxydation et production
importante d'énergie)
Le pyruvate va être dégradé en
présence d'O2 d'où production
d'énergie sous forme d'ATP.
L'énergie produite sera utilisée
ensuite par la cellule.
2) LA FERMENTATION
(ANAÉROBIE) :
Fermentation alcoolique par les
levures.
La fermentation lactique qui,
avec le pyruvate, va produire de
l'acide lactique.
L'acide lactique est responsable
de la fatigue musculaire qui
peut donner des crampes.
La fermentation proprement dite
ne produit pas d'énergie.
IV - L'INFORMATION
GÉNÉTIQUE ET SON EXPRESSION :
A - LE CYCLE CELLULAIRE :
1) LA DIVISION CELLULAIRE OU
MITOSE :
Découverte en 1870 environ
Une cellule naît, vit et meurt.
Elle doit donc être remplacée.
Ce remplacement fait intervenir
un certain nombre de mécanismes:
c'est la division cellulaire.
Chaque cellule possède une
information génétique qui sera
transmise aux cellules filles.
Les étapes de la mitose:
- L'interphase est la période
d'activité de la cellule
- La division cellulaire
commence: réduction de
l'activité, modification
essentiellement perçue au niveau
du noyau (la division dure
environ une heure et se déroule
àavec une fréquence variée). Les
cellules nerveuses, elles, ne se
reproduisent pas.
Au fur et à mesure que la
division progresse, l'ADN va se
condenser (devenir de plus en
plus épaisse par spiralisation)
Les chromosomes deviennent
apparents.
a) La prophase :
Les chromosomes apparaissent.
Ils se condensent de plus en
plus et se spiralisent.
b) La métaphase :
Apparition des centrioles qui
migrent aux pôles de la cellule.
Se forment alors des fils
constituant le fuseau
achromatique.
Les chromosomes qui se sont
individualisés se fixent sur le
fuseau achromatique au niveau du
centromère.
L'enveloppe nucléaire commence à
disparaître.
c) L'anaphase :
Les chromosomes se retrouvent
alignés au milieu de la cellule
sur la plaque équatoriale.
Chaque chromatide de chaque
chromosome migre vers un pôle de
la cellule.
Les chromosomes se cassent en
deux.
d) La télophase :
Disparition du fuseau
achromatique.
Reconstitution progressive de
l'enveloppe nucléaire.
Décondensation des chromosomes.
Le cytoplasme se coupe en deux
au niveau du sillon de division
et les deux cellules filles se
séparent.
Au début on a 46 chromosomes à 2
chromatides chacun.
A la fin de la mitose, on se
retrouve avec 2 fois 46
chromosomes à 1 chromatide.
2 - LA CONSERVATION DE
L'INFORMATION GÉNÉTIQUE :
a) La molécule d'ADN (acide
désoxyribonucléique) :
L'ADN est constitué de 3 types
de molécules:
- Un sucre: le désoxyribose
- Un phosphate: P
- Une base azotée qui peut être:
. Adénine A
. Thymine T
. Cytosine C
. Guanine G
Ces bases sont complémentaires 2
à 2: A/T et G/C
L'ensemble forme un nucléotide.
L'ADN est une double hélice,
succession de désoxyribose et de
phosphates.
b) La réplication de l'ADN :
Ouverture de la molécule grâce à
l'ADN polymérase.
Les 2 brins de l'ADN se
séparent.
L'ADN polymérase va reformer le
brin manquant par
complémentarité.
Les 2 molécules d'ADN sont donc
identiques génétiquement.
Les cellules filles possèdent
donc la même information
génétique que les cellules
mères.
B - LA SYNTHÈSE DES
PROTÉINES :
Ce sont les protéines qui sont
porteuses de l'information
génétique.
L'ADN est dans le noyau.
La synthèse des protéines a lieu
dans le cytoplasme.
Un messager est nécessaire entre
les deux: l'ARNm (Acide
Ribonucléique messager).
1) LA TRANSCRIPTION DE L'ADN
EN ARNm :
N'est traduit qu'un seul des
deux brins: le brin codant.
On joue de la complémentarité en
remplaçant la thymine (T) par
l'uracile (U).
Dans la structure, la ribose est
remplacée par la désoxyribose.
C'est une petite partie de l'ADN
(1 gène) qui va donner naissance
à une protéine spécifique.
Cet ARN est constitué dans le
noyau.
D'autres ARN sont constitués:
. l'ARN de transfert (ARNt)
. l'ARN ribosomial.
Il se présente sous forme de
chromatine (ARN non condensé).
Les ARNm sortent du noyau par
les pores de la membrane
nucléaire: ce sont les petites
molécules.
2) LA TRADUCTION DE L'ARNm EN
PROTÉINE :
L'ARNm est traduit grâce à des
organites qui s'appellent les
ribosomes.
Seules certaines parties du gène
sont traduites.
Les ribosomes se situent sur le
réticulum endoplasmique.
Ils peuvent aussi être libres
dans le cytoplasme et s'associer
dans les polysomes.
Les polysomes produisent les
protéines qui servent à la
cellule elle-même.
Les ribosomes viennent se fixer
sur les brins de l'ARNm.
Il existe 4 bases pour former 20
acides aminés.
Cela nécessite donc des
combinaisons de 3 base (64
possibilités).
Le code va être redondant.
Plusieurs codons (ensembles de 3
bases) peuvent coder pour le
même acide aminé.
Il y a 61 ARNt différents.
Ils sont dans le cytoplasme.
Ils viennent se placer dans les
cavités des ribosomes.
Fixation des ARNt.
Une liaison se fait entre les
acides aminés.
Le ribosomes se déplacent d'un
cran (3 bases).
L'ARNt disparaît, seule reste la
chaîne d'acides aminés.
Les acides aminés:
A la rencontre d'un codon stop,
ou codon non sens, le ribosome
s'en va.
La protéine est libérée
(enzyme).
Elle va dans le cytoplasme:
. soit dans le réticulum
endoplasmique
. soit directement dans le
hialoplasme.
3) LE DEVENIR DES PROTÉINES :
On enlève la métionine qui sert
de signal start.
Acquisition de la forme en 3
dimensions des protéines.
C'est la séquence qui détermine
la forme de la protéine en 3
dimensions.
C'est cette forme qui va
déterminer à son tour la
fonction de chaque protéine.
Cette structure est acquise soit
directement dans le cytoplasme
au niveau des polysomes, soit
dans le réticulum endoplasmique.
Ce sont des enzymes.
Celles qui vont être exportées
sont d'abord stockées dans des
structures particulières: les
appareils de Golgi.
Quand l'organisme a besoin de
ces protéines, il se forme des
vésicules de sécrétion.
Ces vésicules transportent les
protéines par exocytose vers
l'extérieur de la cellule.
Ce peut être des lisosomes.
Ils sont constitués d'une bulle
formée par une membrane
V - LA TRANSMISSION DES
CARACTÈRES HÉRÉDITAIRES - LA
GÉNÉTIQUE :
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