TD n 1 : Généralités sur les cellules. Microscopie optique et électronique

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1 Introduction : TD n 1 : Généralités sur les cellules Microscopie optique et électronique La cellule est une entité logique : c'est un compartiment cloisonné par une membrane dans lequel sont regroupées toutes les molécules du vivant. Sans cette membrane ces biomolécules seraient diluées dans le milieu environnant. Tout être vivant (donc tout organisme) est soit une cellule isolée, soit une association de plusieurs cellules. Il existe deux organisations fondamentales des cellules : les Procaryotes et les Eucaryotes. Les virus échappent à ces deux organisations et forment ainsi un groupe à part : les Acaryotes. 1-La cellule eucaryote : Les cellules des Eucaryotes (du grec eu, propre) sont généralement de plus grande taille que les cellules procaryotes, avec un noyau bordé d'une membrane. Le plus souvent, elles contiennent aussi des membranes internes qui cloisonnent la cellule en y délimitant des organites qui ont des fonctions biologiques spécialisées. Les cellules eucaryotes possèdent, par opposition aux procaryotes (Archées et Bactéries) : -Des organites, divisant l espace cellulaire en compartiments spécialisés, tels : *le noyau (contenant l ADN). *les mitochondries, le réticulum endoplasmique, l appareil de Golgi, les ribosomes, les peroxysomes, les plastes et les vacuoles chez las plantes. -Un cytosquelette complexe : microfilaments, microtubules et filaments intermédiaires. -La faculté a réalisé l endocytose. -Un ADN divisé en plusieurs chromosomes. -Une division cellulaire appelé mitose (faisant intervenir centrioles et fuseau mitotique). -Une véritable reproduction sexuée, où chaque gamète apporte une part égale de matériel génétique. *les animaux et les plantes sont des eucaryotes. 2-La cellule procaryote : Un procaryote est un organisme (bactérie, cyanophycée) unicellulaire qui ne possède pas de noyau. L ADN est circulaire, généralement unique et regroupé dans un nucléoïde. Cette région contient le matériel génétique, mais n est pas séparée du reste de la cellule. C est précisément ce qui sépare le procaryote de l eucaryote. La reproduction des procaryotes est asexuée. Les bactéries et archées par exemple se reproduisent par division cellulaire, si bien qu on ne parle pas réellement de reproduction. Année universitaire:

2 Structure d une cellule procaryotre (bactérie) 3-Les Acaryotes (Virus) : Acaryote : Ce terme est utilisé en biologie pour désigner les organismes dépourvus de noyaux, d'organites et de métabolisme. Ils possèdent cependant une information génétique, sous forme d'adn ou ARN et des enzymes de transcription permettant de parasiter une cellule. On parle d'etat acaryote ou état non-cellulaire. En biologie cellulaire, se dit de l'état caractéristique, typiquement acellulaire rencontré chez les virus. Les virus : Les virus sont des éléments et non des cellules. Ils sont dépourvus des éléments essentiels de la cellule. Ce sont des parasites des cellules procaryotes ou eucaryotes. Ils se démarquent des autres microorganismes vivants par leur organisation structurale et leur mécanisme de reproduction. Les virus sont des entités infectieuses qui : - ne possèdent pas d'organisation cellulaire (ils sont acellulaires) - ne renferment qu'un seul type d'acide nucléique - soit de l'adn, soit de l'arn. - sont constituées d'une coque protéique (parfois entourée d'une enveloppe de lipides, de protéines et de glucides) qui contient le matériel génétique. - se reproduisent uniquement à l'intérieur d'une cellule vivante en détournant le métabolisme énergétique de la cellule au profit de leurs constituants viraux. Année universitaire:

3 Les scientifiques disposent de deux types principaux d outils pour l observation des cellules : le microscope photonique et le microscope électronique. Bien que basés sur un principe identique, à savoir la déviation d un flux de particules traversant la préparation à observer, ces instruments utilisent des particules différentes, respectivement les photons et les électrons. Le microscope photonique ou à lumière : la lumière traversant l objet (on parle d observation en transmission) est déviée par deux systèmes successifs de lentilles en verre appelés «objectifs» et «oculaires», avant de former une image agrandie sur notre rétine (ou tout système de capture d une image). La limite de résolution de cet appareil (la plus petite distance entre deux points de l objet vus de façon distincte) est au mieux de 0,25 µm, ce qui permet de distinguer à peine la plupart des bactéries ; on rappelle que cette limite, pour l œil nu, est de 100 µm environ. Le microscope électronique à transmission : le flux d électrons, accéléré par une très haute tension, est dévié par des lentilles électromagnétiques au sein d une enceinte dans laquelle un vide très poussé a été réalisé. Ceci est indispensable pour que les électrons ne soient ni ralentis ni déviés par des particules gazeuses ; une première conséquence est que, à la différence du microscope photonique, des objets vivants ne peuvent pas y être observés. La limite de résolution de cet appareil (0,1 nm) est très inférieure à celle du microscope photonique, ce qui explique son intérêt. La réalisation de coupes fines : les objets à observer sont le plus souvent massifs, de grande taille, et non transparents à la lumière ou aux électrons, ce qui implique la réalisation de coupes fines (0,5-5 µm) ou ultrafines (50-80 nm) selon le type de microscope utilisé. Cette technique nécessite que le matériel biologique soit fixé (tué par un mélange de composés Année universitaire:

4 chimiques ne modifiant pas les structures cellulaires), puis imprégné d une substance durcissant l échantillon (étape d inclusion en paraffine ou en résine), afin d être débité en tranches les plus fines possibles (étape de micro- ou ultramicrotomie). Une dernière étape de coloration (par de vrais colorants pour la microscopie photonique, ou par des composés renforçant les contrastes en microscopie électronique) doit être réalisée avant toute observation. Différence entre microscopes optiques et électroniques MICROSCOPE OPTIQUE Technique simple Moins lourd Plus répandu Faisceau lumineux Lentilles en verre Grossissement 2000 fois Résolution limite MICROSCOPE ELECTRONIQUE Technique complexe Sophistiqué Rare Faisceau d électrons Lentilles électrostatiques, magnétiques Grossissement fois Bonne résolution Figure 1 : Schéma d un microscope optique monoculaire Année universitaire:

5 Figure 2 : Coupe d'une colonne de microscope électronique à transmission Année universitaire:

6 Application Exercice 1 : Légender les schémas ci-dessous : Titre : Année universitaire:

7 Titre : Exercice 2 : Compléter le tableau ci-dessous. Caractéristiques Procaryotes Eucaryotes Organisme Présence de noyau ADN Organites Organisation cellulaire Année universitaire:

8 Année universitaire: