Chapitre 3 La cellule animale

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1 PARTIE 1 Chapitre 3 La cellule animale 1 Organisation cellulaire La cellule est la plus petite unité constitutive et fonctionnelle d un être vivant. Une cellule est limitée par une membrane plasmique qui enferme une phase liquide gélifiée, le cytoplasme (LIC). On distingue deux catégories de cellules en fonction de la présence (cellule eucaryote) ou de l absence (cellule procaryote : exemple d une bactérie) de réseau membranaire interne (organites). Par la suite, nous nous intéresserons uniquement à la cellule eucaryote (voir document 1). Les édifices macromoléculaires donnent naissance à des structures spécialisées compartimentées, appelés organites qui concourent au fonctionnement de la cellule. Activité 1 Annoter le document 1. Document 1 1 L organisation de la cellule eucaryote Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale 39

2 2 Ultrastructure et rôle Les différents organites Un organite est un compartiment cellulaire délimité par une membrane plasmique simple (réticulum, appareil de Golgi, lysosomes, vésicule de sécrétion, vacuole) ou double (chloroplaste, mitochondrie, noyau) participant au fonctionnement de la cellule. Cependant les ribosomes et les centrioles sont considérés comme des organites bien qu ils ne soient pas délimités par une membrane. Nous nous limiterons à l explication de quelques organites. Activité 2 Indiquer la fonction de certains organites en remplissant le tableau suivant. Organite Fonctions Réticulum endoplasmique Appareil de golgi Ribosome Mitochondrie Noyau Centriole Lysosome Fonctionnement cellulaire La membrane plasmique et les échanges cellulaires Nous choisissons comme exemple de complexe macromoléculaire, l organisation de la membrane plasmique. L isolement du milieu extracellulaire et la compartimentation intracellulaire (voir document 2) sont deux conditions nécessaires au bon fonctionnement de la cellule. Celles-ci sont assurées par les membranes biologiques qui participent également aux transports et aux échanges de molécules. Les membranes biologiques (membranes plasmique, du réticulum, de l appareil de Golgi, des mitochondries ) sont constituées d une bicouche phospholipidique. Ces phospholipides sont des molécules amphipathiques formées d une partie hydrophile et d une partie hydrophobe. Elles comportent aussi d autres lipides comme des glycolipides et du cholestérol. Ces glycolipides sont formés d une partie lipidique et d une partie glucidique, la partie glucidique étant toujours orientée vers la face externe de la membrane. Activité 3 Sur le schéma d une bicouche de phospholipides, montrer le rôle de frontière de cette membrane entre les LIC et LEC en plaçant les principaux ions de ces liquides. 40 Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale

3 Au sein de cette bicouche se trouvent intégrées des protéines qui peuvent traverser la membrane et s y déplacer grâce à la fluidité de l environnement lipidique qui les entoure, d où le nom de mosaïque fluide pour décrire la structure des membranes biologiques. Les protéines associées aux membranes sont responsables de la plupart des fonctions spécifiques de ces dernières. Certaines protéines peuvent contenir une ou plusieurs régions riches en acides aminés hydrophobes qui établissent des liens avec la partie lipidique, on parle de protéines intrinsèques (canaux transmembranaires, récepteurs ). D autres protéines sont simplement reliées par des liaisons non covalentes à la bicouche. Ces protéines extrinsèques peuvent se situer sur les deux versants de la membrane. On retrouve aussi la présence de glycoprotéines localisées sur la face externe de la membrane qui avec les glycolipides forment le glycocalyx (voir document 2). Activité 4 Annoter le document 2 en utilisant le texte précédent. Document 2 1 L organisation de la membrane plasmique La membrane plasmique est donc une interface qui assure une perméabilité sélective entre l extérieur de la cellule et son cytoplasme. Plusieurs mécanismes assurent les différents échanges : l L osmose correspond au passage d eau au travers d une membrane perméable du milieu le moins concentré (hypotonique) vers le milieu le plus concentré (milieu hypertonique). l La diffusion libre correspond au passage de substance selon son gradient c est-à-dire du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré (le seul problème est la solubilité des solutés dans la bicouche hydrophobe) l Le transport facilité intervient pour des métabolites cellulaires comme les ions, les oses ou les acides aminés qui ne peuvent pas traverser librement la bicouche (en raison de leur caractère hydrophile). Dans ce cas des protéines membranaires vont faciliter le passage transmembranaire dans le sens du gradient de concentration de la substance (exemples des transporteurs de glucose et de nombreux canaux ioniques ) l Le transport actif correspond au passage de molécules au travers de la membrane contre le gradient de concentration (dans le sens inverse de la diffusion libre ou du transport facilité). Les protéines membranaires qui réalisent ce travail doivent utiliser de l énergie (ATP). Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale 41

4 Activité 5 Schématiser une hématie lorsque celle-ci est placée dans de l eau déminéralisée, expliquer le phénomène. Activité 6 À partir des données trouvées dans l activité 3, schématiser sur le document 3, la diffusion des ions sodium et potassium lorsque les canaux ioniques s ouvrent. Indiquer au préalable les gradients de concentration de chaque ion. Document 3 Au repos Exercice sur les échanges ioniques à travers la membrane plasmique LEC LIC Canal potassique Canal sodique Lors de l ouverture des canaux LEC LIC Canal potassique Canal sodique 42 Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale

5 Lorsqu une cellule doit absorber ou rejeter des molécules de grosse taille, incapables de traverser la membrane, elle met en œuvre les mécanismes d exocytose et endocytose. Activité 7 Définir les termes exocytose et endocytose Par un schéma simple, illustrer le processus de phagocytose (internalisation de bactéries par des leucocytes afin d assurer leur destruction). Les cellules disposent de nombreux récepteurs (protéines membranaires) qui transmettent en permanence des informations permettant un ajustement du fonctionnement des cellules. De plus, la cellule doit recevoir en permanence des nutriments pour élaborer ses propres structures. Par exemple le glucose ne peut franchir les membranes des cellules que par un mécanisme de diffusion facilitée grâce à des transporteurs de glucose (spécifiques de certains organes comme le foie, le cerveau, les muscles et le tissu adipeux). Activité 8 Décrire sous forme d un schéma cette diffusion facilitée du glucose par une cellule et son adaptation. Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale 43

6 La mitochondrie et la production d énergie Activité 9 Pour apprécier le rôle des mitochondries, on mesure la consommation d oxygène, pour différents substrats métaboliques, d une fraction mitochondriale isolée, après broyage et centrifugation de cellules hépatiques de rat. On introduit une suspension d organites dans un milieu isotonique tamponné à ph=7,5 et initialement saturé en dioxygène. Un appareil appelé oxygraphe permet de mesurer très précisément la concentration en dioxygène du milieu. Un dispositif permet d introduire dans le milieu différents substrats. La courbe donne les résultats obtenus à la suite d apport de glucose, d acide pyruvique puis d ADP. O 2 en % 100 A B C D 50 0 A : ajout des organites B : ajout de glucose C : ajout de pyruvate D : ajout d ADP La membrane mitochondriale interne, formant de très nombreux replis, appelés crêtes, contient de nombreuses enzymes participant à des réactions d oxydoréduction et l ATP synthétase. La fragmentation de mitochondries par des ultrasons conduit à la formation spontanée de vésicules à partir des membranes internes. Ces vésicules, garnies de sphères pédonculées, et placées dans des conditions déterminées en présence d ADP, de phosphate produisent de l ATP. Annoter le document 4 (de A à E et de 1 à 11) et compléter ce document en utilisant les résultats des expériences ci-dessus. 44 Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale

7 Document 4 Rôle de la mitochondrie au niveau de l énergique cellulaire Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale 45

8 La synthèse des protéines : expérience de Palade Activité 10 Expérience de Palade : Étude du trafic endomembranaire d une cellule exocrine pancréatique analyser le document 5. Mise en évidence de la synthèse et exportation de protéines dans le milieu extracellulaire par une cellule exocrine : expérience de Palade. On injecte à un rat une solution contenant de la leucine tritiée (acide animé marqué pour suivre son devenir). On effectue des prélèvements (biopsies) à des temps différents (0,20 min, 4 h) dans une glande sécrétant des protéines : le pancréas exocrine. On observe les préparations par la technique d autoradiographie. Document 5 Expérience de Palade 46 Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale

9 Activité 10 (suite) Après analyse du document 5, compléter le document 6 en utilisant les informations de l expérience de Palade. Document 6 Fonctionnement d une cellule exocrine Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale 47

10 48 Partie 1 - Organisation de l être humain - Chapitre 3 - La cellule animale

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