Thème 1 : La Terre, la vie et évolution de la vie Chapitre 2: La cellule, un niveau fondamental des êtres vivants PROBLÈMES: Comment est organisée une cellule? Comment classer les différentes cellules des êtres vivants? Comment une cellules fonctionnent-elles? Tout être vivant, qu il soit animal, végétal, champignon ou bactérien est constitué d une ou plusieurs cellules. I. La cellule, unité de structure Chez un même individu pluricellulaire, la cellule peut avoir des formes différentes (exemple : cellules buccales, nerveuses, musculaires ). Cellules buccales Cellules nerveuses Spermatozoïdes et ovules Différentes cellules humaines observées au microscope optique Le contenu cellulaire dépend : de l espèce, de la fonction réalisée par la cellule. 1. Un contenu commun à toutes les cellules Toutes les cellules sont délimitées par une membrane cytoplasmique qui sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire.
Le milieu intracellulaire est constitué essentiellement d un liquide : le cytoplasme. Dans le cytoplasme on trouve l information génétique. Membrane cytoplasmique Chromosomes : Information génétique Cytoplasme Les structures communes aux cellules Ces 3 structures communes indiquent que les cellules ont une origine commune : LUCA (last universe common ancestor). 2. La parenté des cellules On peut classer les cellules suivant leur contenu cytoplasmique. Le cytoplasme peut contenir des éléments délimités par une membrane : ce sont les organites. a) Premier niveau de classification L information génétique des cellules peut : soit être libre et baigné dans le cytoplasme (exemple : les bactéries). Ces cellules sont appelées procaryotes (pro : premier, caryo : noyau). Cytoplasme Chromosomes : Information génétique Cellules bactériennes du genre Shigella (MET)
soit être entourée par une membrane nucléaire (exemples : les cellules animales et végétales). Ces cellules sont appelées eucaryotes (eu : vrai, caryo : noyau). Les procaryotes ne possèdent pas d organites. Ce ne sont pas des cellules compartimentées. Les eucaryotes possèdent des organites. Ce sont des cellules compartimentées. b) Deuxième niveau de classification Toutes les cellules eucaryotes possèdent un noyau. Cependant on peut les différencier suivant les autres organites présents dans le cytoplasme. Toutes les cellules eucaryotes possèdent des mitochondries. Les cellules eucaryotes qui possèdent «uniquement» un noyau et des mitochondries sont des cellules animales. Electronographie de myocyte (cellule musculaire) (ME x 16 000)
Les cellules eucaryotes qui possèdent une paroi cellulosique et une vacuole en plus du noyau et des mitochondries sont des cellules végétales. Cytoplasme Membrane Cytoplasmique Vacuole colorée Paroi cellulosique Observation de cellules d oignon rouge (MO) c) Troisième niveau de classification On distingue deux types de cellules végétales : les cellules végétales chlorophylliennes qui contiennent des chloroplastes, Chloroplaste Observation de cellules de fougère (MO) les cellules végétales non chlorophylliennes qui ne contiennent pas de chloroplastes.
d) Établissement des liens de parenté Ces différents niveaux de classification permettent de réaliser un arbre de parenté. Cet arbre permet de placer les innovations (caractères évolutifs). Ces innovations sont apparues chez un organisme (ancêtre commun) et ont été transmises à la descendance. Le partage des différentes innovations est un indice de parenté entre les cellules, les êtres vivants. Tous les êtres vivants qui partagent un même caractère à valeur évolutive l on hérité d un ancêtre commun, ce qui revient à dire que le partage de ce caractère témoigne donc d une parenté. Plus il y a partage d innovations ou d ancêtres communs, plus les espèces (cellules) sont proches parentes. Arbre de parenté des 4 espèces : Lactobacille, Homme, Champignon de Paris et Elodée établi en ne prenant en compte que les caractères suivants : Paroi, Noyau, Vacuole, Chloroplaste et Mitochondrie
II. La cellule, unité fonctionnelle du vivant Dans une cellule se produisent de nombreuses transformations ou réactions chimiques. On appelle métabolisme, l ensemble des réactions chimiques. 1. Le métabolisme est contrôlé par les conditions du milieu Les cellules réalisent des échanges avec le milieu extérieur. a) Exemple chez les levures Variation des taux de dioxygène et de dioxyde de carbone dans l enceinte des levures en fonction du temps Les levures sont capables d absorber le glucose ajouté au milieu. En fin d expérience le milieu ne contient plus de glucose. En présence de glucose et de dioxygène, les levures respirent : elles consomment du dioxygène, elles rejettent du dioxyde de carbone. Les levures se procurent l'énergie chimique nécessaire à leur fonctionnement en dégradant des matières organiques (glucose) par respiration dans les mitochondries : ce sont des cellules hétérotrophes. C6H1206 + 6O2 6CO2 + 6H2O + (beaucoup d ) Energie.
b) Exemple chez l élodée Injection d hydrogénocarbonate Injection d hydrogénocarbonate Variation des taux de dioxygène et de dioxyde de carbone dans l enceinte des élodées en fonction du temps En présence de lumière et d hydrogénocarbonate, les élodées réalisent la photosynthèse : elles consomment du dioxyde de carbone, elles rejettent du dioxygène. À la lumière, les élodées se procurent l'énergie chimique nécessaire à leur fonctionnement en fabriquant des matières organiques (glucose) par photosynthèse dans les chloroplastes : ce sont des cellules autotrotrophes. 6CO2 + 6H2O C6H1206 + 6O2 + (beaucoup d ) Energie. En absence de lumière mais en présence d hydrogénocarbonate, les élodées réalisent la respiration : elles consomment du dioxygène, elles rejettent du dioxyde de carbone. En absence de lumière, les élodées se procurent l'énergie chimique nécessaire à leur fonctionnement en dégradant des matières organiques (glucose) par respiration dans les mitochondries : ce sont des cellules hétérotrophes. C6H1206 + 6O2 6CO2 + 6H2O + (beaucoup d ) Energie.
c) Conclusion On distingue deux types de métabolismes : le métabolisme hétérotrophe, qui consiste à dégrader la matière organique (en présence de O2 : respiration ou sans O2 : fermentation) en matière minérale (CO2) le métabolisme autotrophe, qui consiste à produire de la matière organique (en présence de lumière : photosynthèse) à partir de matière minérale.
2. Le métabolisme est contrôlé par le patrimoine génétique Une réaction pour se produire a besoin de catalyseurs qui sont fabriqués grâce au patrimoine génétique (un gène). Une mutation de ce gène entraîne l absence du catalyseur. La chaine métabolique s arrête donc. Les levures mutantes SNF ne peuvent pas dégrader le saccharose : leur métabolisme est donc différent de celui des souches normales. Leur survie dépendra de la présence ou non du seul substrat qu'elles pourront dégrader : le glucose. Le métabolisme de la levure comme celui de tous les êtres vivants, est donc contrôlé à la fois par le patrimoine génétique et par l'environnement.