Chapitre 1 : Les différents niveaux d organisation du vivant

Chapitre 1 : Les différents niveaux d organisation du vivant I) Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant Les êtres vivants sont constitués de matière, c est-à-dire d éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. La molécule est la structure de base de la matière. Une molécule est constituée d atomes (au moins deux). La composition chimique d'une molécule est donnée par sa formule chimique. Exemples : la molécule de méthane CH 4 est constituée d'un atome de carbone (C) et de quatre atomes d'hydrogène (H) ; la molécule de dioxygène O 2 est constituée de deux atomes d'oxygène (O) la molécule d eau H 2 O est constituée de.. Malgré leur très grande diversité, les molécules qui composent la matière des êtres vivants appartiennent à un nombre réduit de familles chimiques. On a recensé très exactement 92 éléments chimiques naturels (= atomes) dans l Univers. Ces éléments sont classés par les physiciens dans un tableau appelé «classification périodique des éléments». Cf document. D après ce document, classer par ordre décroissant les éléments : Quelle est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants? Novembre 2015 1

Les autres molécules se répartissent principalement dans les trois catégories suivantes : les glucides (sucres) les lipides (matières grasses) les protides (protéines) Comparer la composition de ces 3 molécules : Il existe des molécules plus grosses, comme l ADN ou la chlorophylle. Chlorophylle a Novembre 2015 2

2) Différentes échelles d organisation du vivant BPREA Biologie L organisation d un être vivant peut être définie à différentes échelles, de l organisme à celle de la molécule. : - un être vivant est constitué d un certain nombre d organes spécialisés, observables à l œil nu ; - les organes sont constitués de cellules observables au microscope optique et dont la taille est d une dizaine de micromètres (µm) environ pour une cellule animale ; - les cellules contiennent divers organites bien délimités, comme le noyau et les mitochondries présents dans toutes les cellules ou encore les chloroplastes présents uniquement dans les cellules végétales. Les organites sont observables au microscope électronique ; - les innombrables molécules qui constituent ces organites cellulaires sont beaucoup plus petites, de l ordre de quelques nanomètres (soit mille fois plus petites qu une cellule). 3) La cellule, unité structurale du vivant La cellule est définie comme l'élément fonctionnel et structural qui compose les tissus et les organes des êtres vivants. Elle contient l'information génétique de l'individu. La cellule est douée d autonomie : c est l unité de base du vivant! C est une structure capable de se développer, de se reproduire et d évoluer. La vie de la cellule est liée à de nombreuses réactions chimiques qui se déroulent en son sein et définissent son métabolisme. Néanmoins, la cellule n est pas indépendante dans son environnement : c est un espace délimité par une membrane à travers laquelle se produisent les échanges d énergie et de matières indispensables à son métabolisme. Les activités cellulaires sont rendues possibles par certaines structures présentes à l intérieur des cellules, les organites. Ceux-ci renferment, en effet, diverses composantes essentielles au bon fonctionnement cellulaire : les ribosomes, les mitochondries, les centrioles, l appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique et les lysosomes, le tout faisant partie d une dynamique fonctionnelle régie par le noyau. Novembre 2015 3

II) Les principaux types d organismes 1) Différents types d organisations cellulaires Tout être vivant est constitué de cellules. On trouve cependant deux types d êtres vivants : - Ceux composés d une seule cellule (ex : bactéries, champignons) : - Ceux composés d un assemblage de cellules, en nombre plus ou moins important (ex : l Homme avec cent mille milliards de cellules) : Il existe de nombreux types de cellules selon leur taille et leur forme. Mais toutes possèdent des caractéristiques communes en ce qui concerne leur structure et leur composition chimique. On peut distinguer deux types d organismes : - Ceux qui n ont pas de noyau :. - Ceux qui possèdent un noyau : 2) Les procaryotes a. Cas général Les procaryotes ne possèdent pas de noyau. Organismes les plus primitifs, il s agit essentiellement des bactéries. Les procaryotes sont des unicellulaires avec une structure simple et sont relativement petits : 1 à 10 m. Leur matériel génétique est libre dans la cellule, mêlé au contenu cellulaire. b. Les bactéries i. Classification Les bactéries n ont pas de noyau : ce sont des procaryotes. Elles sont de petite taille, de l ordre du micromètre. Un microscope est nécessaire pour les observer. On classe les bactéries selon trois grandes formes : forme sphérique ou ovale : les cocci (ou coques) forme allongée (en bâtonnet) : les bacilles forme spiralée : les spirilles Novembre 2015 4

Il est également possible de les distinguer selon la composition de leur paroi : les bactéries dites GRAM + ont une paroi simple avec une grande quantité de peptidoglycanes les bactéries dites GRAM ont peu de peptidoglycane mais possèdent une membrane externe supplémentaire Ce type de classification a une utilité notamment dans le domaine médical. ii. Structure des bactéries Les bactéries ne possèdent qu une seule cellule (unicellulaire) et la structure de cette cellule est très simple. La connaissance des composantes internes des bactéries est nécessaire pour comprendre leur métabolisme. Structure d'une bactérie Toutes les bactéries possèdent les composantes suivantes : - La.. entoure la bactérie et constitue la structure la plus externe. C est une paroi rigide qui détermine la forme de la cellule, protège la bactérie (une bactérie qui n'a plus de paroi meurt) et l empêche d éclater sous la pression osmotique de son cytoplasme au contenu cellulaire très concentré. La paroi est un passage obligé pour les échanges avec le milieu extérieur. Elle est la cible d'antibiotiques, tels que la pénicilline, qui bloquent sa synthèse et donc la multiplication des bactéries. Novembre 2015 5

- La. entoure le cytoplasme. Elle est composée de lipides et de protides. Les molécules qui la constituent sont mobiles et "flottent" dans son épaisseur lui donnant une grande plasticité. Parmi les diverses protéines, certaines sont constitutives, d'autres ont un rôle de transport permettant le passage de diverses molécules ou ions (Na, K, Cl, sucres, aminoacides ou oligopeptides). Elle contrôle donc les entrées et sorties de la cellule. La membrane cytoplasmique des bactéries contient en outre de nombreux enzymes (= protéines qui facilitent les réactions chimiques) assurant les synthèses et fournissant l'énergie nécessaire au métabolisme. - Le contient toutes les substances vitales de la cellule. Les.. sont les composants essentiels qui assurent les synthèses protéiques en traduisant l information génétique provenant du matériel nucléaire. - Le matériel génétique Les cellules procaryotes ne possèdent pas de noyau mais possèdent du matériel nucléaire sous forme d'un unique, circulaire, d'une longueur voisine de 1 mm. Ce chromosome est composé d une molécule d ADN (acide désoxyribonucléique). C est le grand chromosome. Les... sont de petits éléments circulaires constituant du matériel génétique extra-chromosomique. Ils sont faits d'adn et portent, comme le chromosome, des informations génétiques. Ils sont autonomes et capables de se répliquer indépendamment du chromosome. Ces plasmides sont transmissibles à d'autres bactéries. Eventuellement, les bactéries possèdent aussi d autres structures qu on appelle «inconstantes». - La capsule est une structure extérieure qui entoure la bactérie et la protège. - Les flagelles ou cils sont des structures rigides, ondulées qui naissent de la membrane cytoplasmique. Ils permettent la mobilité des bactéries et seules les espèces qui en sont pourvues sont mobiles. - Les pili (poils) sont de deux sortes. Certains d'entre eux, dénommés pili communs sont courts et cassants. Ils sont utiles pour l'adhésion des bactéries aux interfaces et particulièrement aux muqueuses. Les pili sexuels, plus longs, relient deux bactéries et sont voies d'échanges de matériel génétique entre les bactéries. Les bactéries capables de produire des pili sexuels sont dénommées bactéries "mâles" à l'opposé des autres qui sont dites "femelles". iii. Fonctionnement et rôle des bactéries Les bactéries ont la particularité, lorsque les conditions de température, de ph, d humidité et d oxygène sont favorables, de se multiplier très rapidement. Une cellule en donne deux identiques en seulement 30 minutes. Les bactéries ont la capacité de s échanger des gènes rapidement grâce aux plasmides. Ainsi, si une information est temporairement favorable, elle sera transmise à de nombreuses souches. Novembre 2015 6

Etres vivants les plus répandus sur terre, beaucoup de bactéries possèdent la faculté de résister à des conditions défavorables en formant des spores qui contiennent, sous forme condensée, le chromosome et une partie du cytoplasme autour d une enveloppe très résistante. Les spores peuvent être dispersées par le vent et lorsque les conditions de vie redeviennent favorables, elles se multiplient alors de nouveaux. Les bactéries constituent ainsi un matériel biologique très étudié : elles ont de nombreuses applications en milieu agricoles ou industrielles. Notamment grâce à leur faculté de reproduction si rapide. Exemples d utilisation : Dépollution des eaux, transformation, recyclage, etc. Les bactéries peuvent être bénéfiques ou bien néfastes pour l homme. Exemple de bénéfices : Symbiose avec les légumineuses, rumination, fabrication du yaourt, santé humaine (fabrication d une substance pour l homme : insuline, hormone de croissance). Pour cela, il est nécessaire d introduire dans la bactérie, le gène contenant l information génétique intéressante, pour la faire synthétiser par la suite par la bactérie. Exemple de bactéries néfastes : Les bactéries responsables de fermentation butyriques sur le fromage, les maladies dues aux bactéries pathogènes. Dans ce cas là, elles agissent en fabriquant des toxines qui perturbent le fonctionnement de l organisme. 3) Les eucaryotes Les eucaryotes possèdent un vrai noyau délimité par une membrane nucléaire. Il s agit des cellules des plantes et des animaux supérieurs. De taille beaucoup plus grande (10 à 50 m), le matériel génétique est contenu pour l essentiel dans le noyau. Les eucaryotes peuvent être de type unicellulaire ou pluricellulaire. a. La cellule animale Document cellules végétale et animale Taille moyenne : 50 m Novembre 2015 7

http://bv.allopro/ Novembre 2015 8

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b. La cellule végétale Document cellules végétale et animale Taille moyenne : 200 m La cellule végétale est celle qui constitue tous les organismes végétaux. Elle se distingue par plusieurs caractéristiques : 1. La présence d une double membrane dont la couche extérieure rigide, la membrane cellulosique ou paroi cellulaire, est faite de cellulose. 2. Les cellules végétales sont reconnaissables par leur forme allongée et la présence d une grande vacuole centrale permettant l hydratation constante de la cellule par un phénomène d osmose. 3. On trouve dans les cellules végétales des chloroplastes qui contiennent la chlorophylle, un pigment à l origine de la couleur verte des végétaux et qui participe au processus de photosynthèse. Novembre 2015 10

4) Les virus Situé à la frontière entre le non vivant et le vivant, ils ont besoin pour exister d utiliser un hôte. Il s agit d agent pathogène qui transporte le génome viral de cellule en cellule. Attention!! Ils ne sont pas considérés comme des cellules car ils n ont ni membrane plasmique, ni cytoplasme, ni noyau. Etant donnée leur structure très simple, ils n ont ni croissance, ni métabolisme : une seule fonction, la reproduction. Les virus sont donc des parasites obligatoires : parasite car la cellule hôte voit son propre fonctionnement perturbé par cette invasion obligatoire car le virus ne peut pas se reproduire autrement! Il va détourner la «machine génétique» de la cellule infectée pour faire fabriquer son propre matériel génétique et ainsi se multiplier, au détriment de la cellule. Il existe trois types fondamentaux de virus, caractérisés par leur forme : cubiques en bâtonnets mixtes Le virus a une organisation extrêmement faible mais il provoque énormément de dégâts. Extrêmement petit, de l ordre du nanomètre, ils sont composés : d acide nucléique qui contient l information génétique de protéines qui constituent une structure appelée capside (rôle de protection) On classe les virus en deux catégories : les virus à ADN qui vont utiliser le noyau pour leur multiplication les virus à ARN qui vont utiliser le cytoplasme pour leur multiplication 5) Les cinq règnes de la vie Il existe cinq règnes : - Le règne VEGETAL composé d organismes. capable d édifier leur propre matière à partir d eau, de CO 2 et de substances minérales grâces aux chloroplastes organismes qui vivent fixés - Le règne ANIMAL composé d organismes Tirent leur énergie de composés organiques déjà préexistants Mobilité - Le règne des PROTISTES = protozoaires, algues unicellulaires, champignons unicellulaires - Le règne des MONERES = bactéries (cyano et archae) - Le règne des MYCETES : champignon pluricellulaire Novembre 2015 11

III) Exercices Exercice 1 : Mots croisés organisation du vivant 1: Système complexe pouvant être unicellulaire ou pluricellulaire. L'être humain en est un ORGANISME 2: Il est constitué d'un ensemble d'organes qui accomplissent une même fonction. 3: Il est constitué d'un ensemble de cellules différenciées assurant une même fonction. 4: Ensemble d'atomes qui mènent à la formation des constituants de base de la cellule. 5: Structure anatomique identifiable constituée d'au moins deux types de tissus. 6: Unité structurale et fonctionnelle de l'organisme. Sa dimension est de l'ordre du micromètre. Elle possède un noyau qui renferme les chromosomes. Novembre 2015 12

Exercice 2 : Structure bactérie Placer ces 10 organites en face des bons numéros : Capsule - Paroi - Membrane plasmique Chromosome - Flagelle Cytoplasme - Ribosomes - Plasmide - Pili sexuels - Pili communs 1 Pili sexuels 2 Mésosome 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Novembre 2015 13

Exercice 3 : Quiz cellule animale 1. Une cellule ne possédant pas de noyau est appelée cellule 2. Une cellule possédant un noyau est appelée cellule. 3. Elle délimite le volume de la cellule : 4. Lieu de conservation du matériel génétique de la cellule : 5. Il regroupe l'ensemble des substances qui se trouvent entre la membrane plasmique et le noyau : 6. Ils synthétisent les protéines : 7. Organite où a lieu la respiration cellulaire : 8. Organite qui intervient dans la synthèse des lipides : 9. Organite qui intervient dans la synthèse et la modification des protéines : 10. Organite responsable de la dégradation des organites usés : Novembre 2015 14

Exercice 4 : Compléter avec les numéros ce schéma d une cellule végétale Novembre 2015 15 http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biocell_plantcellstructure.htm

IV) Annexes Cellule animale (http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/fencmed/targets/illus/ilt/t059292a.gif) Cellule végétale (http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/fencmed/targets/illus/ilt/t059293a.gif) Novembre 2015 16

Comparaison cellule animale et cellule végétale Procaryote s Unicellulaire MONERES Unicellulaire PROTISTES Eucaryotes VEGETAL Pluricellulaire ANIMAL MYCETES Les 5 règnes Novembre 2015 17