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1 La cellule, unité du vivant, possède plusieurs types d organisation Objectif Connaître les particularités des métaboliques. 1. Les cellules ont une organisation interne divers types cellulaires. Savoir les relier à leurs particularités 2. Il existe des cellules compartimentées (eucaryotes) et des cellules procaryotes 3. Il existe des différences d organisation et de fonctionnement entre cellules animales et végétales 4. Ces deux types de cellules se procurent leur énergie selon deux mécanismes différents, localisés dans des organistes précis: mitochondries et chloroplastes. Documentation Vous consulterez avec profit La page Wikipédia sur les organites Le wikibook du métabolisme (surtout l introduction, simple, pour ses schémas) Plan Rappels de 3e 1. Les cellules différent de par leur organisation interne 1. La cellule eucaryote 2. La cellule procaryote 2. La source d énergie des cellules induit des différences supplémentaires Noyau 2. photosynthèse 3. respiration 4. mitochondrie 5. chloroplaste Cellule 0,1mm Mitochondrie Chloroplaste Bactérie Ordres de grandeur des organites PAGE 1 SUR 6

2 Rappel de troisième : Tous les êtres vivants sont constitués de cellules organisées selon le même plan général (une membrane entoure du cytoplasme dans lequel on trouve un noyau, qui contient les chromosomes), mais dont l aspect peut varier puisqu il existe des cellules spécialisées qui ne possèdent ni la même forme, ni la même taille (un neurone, cellule du cerveau, ne ressemble pas à une cellule musculaire ou à une cellule de peau). Cela conduit à plusieurs questions: Comment un plan général peut-il conduire à de telles variations? (+ tard) Où, dans les cellules, sont réalisés les diférents mécanismes caractéristiques de la biosphère (la respiration, par exemple, que vous connaissez)? 1) Les cellules diférent de par leur organisation interne L organisation interne des cellules a été révélée par le microscope électronique (inventé en 1932 par E. Ruska et M. Knoll mais surtout utilisé après la Seconde Guerre mondiale) qui permet de voir des détails de 0,2 nm dans les cellules alors que les meilleurs microscopes optiques ne sont pas capables de distinguer des détails de plus de nm!) Il existe deux grands types cellulaires: 11 - La cellule eucaryote contient plusieurs «sacs» qui délimitent des «mini-organes» appelés organites. On dit que ces cellules sont compartimentées. Les organites, isolés par une ou deux membranes, exercent des fonctions spécialisées. Vous connaissez déjà deux organites: le noyau, qui contient les chromosomes, et le flagelle du spermatozoïde... Les mitochondries et les chloroplastes présents chez les végétaux chlorophylliens sont des organites. Bien qu elles soient toutes les deux eucaryotes, de nettes diférences apparaissent lorsque l on compare les cellules animales et celles des végétaux. CelluleAnimaleVégétale limite Organites principaux Production d énergie par membrane souple Noyau, mitochondries (réticulum endoplasmique, appareil de Golgi...) respiration Paroi rigide doublée, côté interne, d une membrane Noyau, mitochondries, (réticulum endoplasmique, appareil de Golgi...), chloroplastes, vacuole (grande poche pleine de liquide qui prend presque toute la place)... respiration photosynthèse PAGE 2 SUR 6

3 L organisation interne des cellules végétales et animales est complexe (heureusement, vous n avez pas à connaître tous ces termes). Retenez les mitochondries (le flagelle, vous l avez découvert chez le spermatozoïde en 4e...), ainsi que la paroi, les chloroplastes et la vacuole des cellules végétales. Schémas de Mariana Ruiz Villarreal «Lady of Hats», Wikimedia commons. PAGE 3 SUR 6

4 12 - La cellule procaryote (représentés par les bactéries) n est pas compartimentée. De petite taille (le plus souvent dix fois plus petite qu une cellule animale moyenne - un bonbon tic-tac par rapport à une balle de tennis), elle ne renferme aucun organite. Un chromosome unique baigne directement dans le cytoplasme. Sur ce schéma, l organisation interne d une bactérie montre son chromosome l i bre et une membrane souvent doublée d une «capsule» complexe. Certaines bactéries ont un flagelle pour se déplacer. Schéma de Mariana Ruiz Villarreal «Lady of Hats», Wikimedia commons. 2) La source d énergie des cellules induit des diférences supplémentaires Les cellules efectuent des échanges avec leur environnement à travers leur membrane, qui n est donc pas étanche. Au sein des cellules, l'énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire est transformée selon deux grands types de métabolisme : Source d énergie Métabolisme (ensemble de réactions chimiques transformant l énergie en une forme utilisable) Type d organisme la lumière photosynthèse autotrophe Un autre être vivant (sous forme alimentaire!) Respiration (et fermentations) hétérotrophe Exemples (vous avez du faire un ou plusieurs TP sur le sujet): Les algues unicellulaires chlorelles ne se développent qu'en présence de lumière et de CO 2, ce qui produit alors un rejet d'o 2. Il y a donc bien un lien entre la variation de ces paramètres (lumière, CO 2, O2) et la production (la synthèse) de nouvelles PAGE 4 SUR 6

5 molécules (reproduction de l algue par division cellulaire, donc fabrication de nouvelles cellules). C'est la "photosynthèse" que pratiquent tous les végétaux verts, et dont le bilan ( à connaître impérativement) est simple : CO 2 + H 2 O --lumière--> glucose (matière) + O 2 L'apport d'o 2 et de glucose à des levures (unicellulaires) permet une rapide croissance de leur population. Il y a donc un lien entre la consommation d'o 2 et de glucose et la production de de nouvelles cellules, donc de nouvelles molécules. C'est la "respiration cellulaire" (bilan à connaître impérativement ) qui a lieu au sein de chacune de nos cellules : Glucose + O 2 ---> H 2 O + CO 2 + énergie (pour synthèse de nouvelles molécules). L extraction et l isolement des organites permettent de montrer que: - Les mitochondries (ci-contre nm de diamètre sur la photo) efectuent la respiration chez toutes les cellules eucaryotes. Les chloroplastes (ci-dessous) réalisent la photosynthèse dans les cellules végétales L organisation des mitochondries et des chloroplastes, centrales énergétiques des cellules (et anciennes bactéries capturées par les ancêtres de nos cellules) est complexe, comme le montrent les photos et schémas ci-dessus, mais vous n avez pas à la connaître - ouf!). PAGE 5 SUR 6

6 Vocabulaire Autotrophe Être vivant capable de subsister en utilisant exclusivement des éléments minéraux: eau, sels minéraux, gaz de l atmosphère et source d énergie comme la lumière. Les plus répandus sur Terre sont des bactéries ainsi que les végétaux chlorophyliens Chlorophylliens Etres vivants qui utilisent la chlorophylle, molécule qui peut absorber l énergie lumineuse (et se signale par sa couleur verte qui donne à notre planète, avec les océans, son aspect spécifique) Chloroplaste: Organite composé de «sacs» riches en chlorophylle empilés à l'intérieur d un ensemble limité par une double membrane, et nageant dans le cytoplasme. Les chloroplastes caractérisent les cellules végétales et sont le lieu où se produit la réception et la conversion de l énergie de la lumière en une forme utilisable par les cellules. Les chloroplastes sont les descendants d anciennes bactéries autotrophes capturées par les ancêtres de nos cellules. Échelle de grandeur Échelle permettant de comparer les tailles respectives des structures dont on parle. Il est nécessaire de les garder à l esprit pour éviter de graves confusions (comme celle entre cellule et molécule, tiens...). Exemple: Fermentation Métabolisme hétérotrophe où de l énergie est obtenue par la cellule en absence d O 2. Souvent, un des déchets rejeté est l éthanol (alcool du vin, de la bière, etc.) Hétérotrophe Noyau Cellule 0,1mm Mitochondrie Chloroplaste Bactérie Ordres de grandeur des organites Etre vivant qui se procure de l énergie en découpant des molécules fabriquées par d autres êtres vivants, dont il est donc dépendant. Tous les animaux, par exemple, sont des hétérotrophes. Impérativement Obligatoirement. Oui, ces bilans doivent être connus, ils expliquent de nombreux caractères des êtres vivants membrane Limite de la cellule. La membrane est un organite complexe qui règle les échanges entre la cellule et son milieu. mitochondrie Organite présent chez toutes les cellules eucaryotes, nageant dans le cytoplasme et composé d une double membrane qui se prolonge vers l intérieur pour formes des «crêtes». Les mitochondries sont le lieu où se produisent les réactions chimiques de la respiration, source d une énergie utilisable par la cellule. Les mitochondries sont aussi les descendants d anciennes bactéries hétérotrophes capturées par les ancêtres de nos cellules. métabolisme Ensemble de réactions chimiques transformant, dans un être vivant, l énergie en une forme utilisable par la cellule. unicellulaire Être vivant constitué d une seule cellule. PAGE 6 SUR 6

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