CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS La cellule est la plus petite unité de vie autonome Elle est autonome car elle possède les 5 propriétés des êtres vivants : I) elle est organisée II) elle métabolise III) elle sʼadapte et évolue IV) elle est sensible V) elle se reproduit Les différents types de cellules Il y a trois types dʼarchitecture cellulaire qui sont à la base de la classification du vivant car ils reflètent les mécanismes de lʼévolution et donc la phylogénie. procaryote eucaryote végétale animale la cellule procaryote : elle ne possède pas de vrai noyau, le matériel génétique flotte dans le cytoplasme, peu dʼorganites et une paroi rigide entoure la membrane plasmique. Cʼest le monde des bactéries. Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 1 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS la cellule eucaryote possède un vrai noyau dans lequel se trouve le matériel génétique et de nombreux organites. Cʼest le monde des protistes (paramécie), des végétaux, des champignons et des animaux Gymnase Chamblandes Y.Schaerer. http://www.gycham.vd.ch/capbiol/ Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) -2-
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS 1 STRUCTURE ET COMPOSANTS DE 1.1 Le noyau contient l'adn (acide désoxyribonucléique). L'ADN qui stocke lʼinformation nécessaire à la réplication cellulaire et à la fabrication des protéines cellulaires. le noyau est le centre de commande ou de régulation de la cellule. Il contient le matériel génétique, sous forme de molécules appelées ADN qui portent lʼensemble de nos gènes. LʼADN contrôle la reproduction et lʼhérédité. Il renferme les directives pour la synthèse des protéines Le noyau comprend trois strucutures distinctes : 1) La membrane nucléaire qui est double, a des pores plus gros et une perméabilité moins sélective que la membrane plasmique. 2) Le nucléole : qui intervient dans la synthèse des ribosomes 3) La chromatine qui est de lʼadn associé à des protéines (les histones), dispersé dans le noyau de la cellule au repos. 1.2 Le cytoplasme Le cytoplasme est comparé à une zone industrielle car cʼest dans le cytoplasme que se déroule la plupart des activités de la cellule il est constitué de a) cytosol : liquide composé en grande partie dʼeau et qui contient les nutriments et autres solutés b) organites : ce sont des compartiments à lʼintérieur de la cellule, délimités par une membrane semblable à la MP et qui constituent lʼappareil métabolique de la cellule. c) Autres structures cellulaires : non délimité par une membrane Listes des organites et autres structures cellulaires 1) Ribosomes : composés de protéines et dʼarn ribosomique. Ils sont le siège de la synthèse des protéines. Certains flottent dans le cytoplasme et fabriquent des protéines qui restent dans le cytoplasme. Dʼautres font partie du réticulum endoplasmique rugueux (RER). Les ribosomes sont fabriqués dans le nucléole 2) Réticulum endoplasmique : réseaux de citernes remplies de liquide. Il en existe deux : le réticulum endoplasmique rugueux (RER), parsemé de ribosomes qui est le site de la synthèse des protéines destinées à la membrane plasmique ou à lʼexportation (ex :enzymes, hormones) Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 3 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS et le réticulum endoplasmique lisse (REL) qui intervient dans la synthèse et la dégradation du cholestérol, dans le métabolisme des lipides et dans la détoxification de médicaments et drogues 3) Appareil de Golgi (dictyosome du grec «en forme de filet» et «corps» ) : Composé de saccules superposés les uns sur les autres. L'appareil de Golgi est un centre de finalisation (ajout de saccharides), de stockage, de triage et d'expédition des protéines (qui lui parviennent du RER). Le produit fini quitte l'appareil de Golgi sous la forme d'une vésicule de sécrétion. 4) Lysosomes : considérés comme les broyeurs cellulaires, ils contiennent de puissantes enzymes pour digérer les structures usées de la cellule et les substances étrangères. Saccules composés de lipides et de glucides contenant des enzymes synthétisées par l'appareil de Golgi. Les lysosomes sont issus des vésicules golgiennes; ils sont responsables de la digestion des particules ingérées 5) Peroxysomes ils neutralisent un grand nombre de substances nuisibles ou toxiques. exemple : alcool 6) Mitochondries (du grec «fil» et «grain») : Ce sont les centrales énergétiques de la cellule, car cʼest dans les mitochondries que se fait la respiration cellulaire. Lʼénergie chimique sous forme de glucose C 6 H 12 O 6 est transformée en énergie chimique de liaison sous forme dʼatp. Cette énergie est stockable ou directement utilisable par les cellules Lors de la respiration, de lʼoxygène O 2 est consommé, et du CO 2 et de lʼ H 2 O sont rejetés. Les mitochondries sont capables de se reproduire, car elles possèdent ADN, ARN et ribosomes 7) Centrioles : au nombre de deux, situés à proximité du noyau. Pendant la division cellulaire,ils régissent la formation du fuseau mitotique 8) Cytosquelette : régule la forme de la cellule, maintient la structure interne de la cellule, participe au transport de protéines ou dʼarnm 9) Plaste (chloroplaste): La photosynthèse se fait dans le chloroplaste (le chloroplaste est le lieu de production de substances énergétiques et pourrait être comparé à une centrale solaire); le chloroplaste est également limité par deux membranes et son stroma contient aussi de lʼadn 10) Paroi cellulaire : La paroi est propre aux cellules végétales et est constituée par un enchevêtrement de fibres. Son épaisseur et sa rigidité sont variables, mais, dans tous les cas, la paroi est bien plus épaisse que la membrane. La paroi, composée de cellulose constitue la limite extérieure de la cellule 11) Vacuole: la vacuole contient du liquide hydrophile à base d'eau. Les fonctions de la vacuole sont les suivantes: contrôle de la quantité d'eau dans la cellule, élimination de certaines organelles ou particules. Certaines vacuoles végétales contiennent des pigments Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 4 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS 1.3 La membrane plasmique (MP) Cʼest une barrière fragile qui enferme le contenu de la cellule et le sépare du milieu environnant. Elle définit les limites de la cellule et assure une fonction dynamique dans de nombreuses activités cellulaires. Les cellules ont besoin de leur membrane plasmique pour communiquer en permanence avec leur environnement extérieur. La membrane plasmique autorise de manière sélective le passage de certaines molécules de lʼextérieur vers lʼintérieur de la cellule et inversement. Cette perméabilité sélective dépend de diverses protéines au sein même de la membrane plasmique La membrane plasmique est constituée de a) 2 couches de phospholipides qui sont imperméables aux molécules hydrosolubles b) cholestérol qui a un effet stabilisant et maintient la fluidité de la membrane c) protéines dont certaines forment des pores pour laisser passer les substances hydrosolubles, dʼautres sont des enzymes qui accomplissent des fonctions spécialisées, dʼautres rattachées à lʼextérieur de la membrane sont des récepteurs pour les messagers chimiques tels que les hormones, dʼautres encore sont des glycoprotéines (protéines qui portent des glucides) et déterminent par exemple le groupe sanguin Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 5 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS 2 PHYSIOLOGIE DE la plupart des cellules ont la capacité de se reproduire, de métaboliser,dʼéliminer les déchets, de se déplacer, de réagir aux stimuli, de sʼadapter Nous allons voir de plus près trois fonctions : le transport membranaire, la reproduction cellulaire et la synthèse des protéines, ces deux derniers sujets feront lʼobjet dʼun nouveau chapitre 2.1 Le transport membranaire Définitions : Une solution est un mélange homogène de deux constituants ou plus (exemple : lʼair, lʼeau de mer, etc ). le constituant le plus abondant est le solvant ; dans lʼorganisme lʼeau est le solvant. Les constituants présents en plus petite quantité sont les solutés. Les liquides intracellulaire et interstitiel (liquide dans lequel baignent les cellules) sont des solutions. Le liquide intracellulaire contient : de lʼeau, des nutriments et des sels minéraux dissous dans lʼeau, des petites quantités de gaz (CO 2 et O 2 ). Le liquide interstitiel contient de lʼeau, des nutriments (acides aminés, acides gras, sucres, vitamines), des substances messagères (hormones, neuromédiateurs), des sels, des déchets. Pour rester saine, une cellule doit puiser dans le liquide interstitiel les substances dont elle a besoin en quantité précise et empêcher lʼentrée de substances excédentaires. La membrane plasmique a une perméabilité sélective ne laisse que certaines substances dont elle a besoin les nutriments par exemple et exclut de nombreux produits indésirables On distingue deux types de mécanismes de transport Transport passif : les molécules passent la MP, sans que la cellule fournisse de lʼénergie Transport actif : la cellule dépense de lʼénergie métabolique (ATP) pour transporter la substance à travers la MP Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 6 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS 2.1.1 Le transport passif on distingue deux mécanismes de transport passif : la diffusion et la filtration 1) DIFFUSION La diffusion est la tendance quʼont les molécules et les ions à se disséminer dans lʼespace disponible. Les molécules vont des endroits où leur concentration est forte (où elles sont nombreuses) vers les endroits où leur concentration est plus faible (où elles sont moins nombreuses). On dit quʼelles suivent leur gradient de concentration. La vitesse de diffusion dépend de leur taille et de leur température (plus elles sont petites et plus leur température est élevée, plus elles diffusent vite). Lʼosmose est une diffusion particulière : celle de lʼeau à travers une membrane sélective Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 7 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS La diffusion peut être facilitée par des protéines spéciales appelées transporteur 2) FILTRATION La filtration est le mécanisme par lequel lʼeau et les solutés traversent une membrane sous lʼeffet dʼun gradient de pression qui fait passer un liquide contenant des solutés (filtrat) dʼune région à pression élevée vers une région à pression moins élevée. Ce système de transport nʼest pas très sélectif et se retrouve par exemple dans les reins. 2.1.2 Le transport actif Dan tous les cas où la cellule consomme une partie de lʼénergie quʼelle contient sous forme dʼatp pour faire passer des substances à travers la MP, on parle de transport actif. 1) POMPES A SOLUTES Certains sucres, les acides aminés et la plupart des ions sont transportés contre leurs gradients de concentration par les pompes à solutés. Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 8 -
CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS 2) TRANSPORT VESICULAIRE Les molécules qui ne peuvent traverser la MP par diffusion ou par les pompes à solutés font lʼobjet dʼun transport vésiculaire mû par lʼatp. Lʼexocytose (vers lʼextérieur de la cellule) qui permet la sécrétion par les cellules dʼhormones, de mucus, ainsi que lʼélimination de déchets se distingue de lʼendocytose (vers lʼintérieur des cellules) qui incorpore des substances extracellulaires. Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 9 -
Sources : Cours de, D&JC Bourquin-Tièche, Marieb (2009) Raven (2007) - 10 - CHAP 3 BIOLOGIE SCMOS