Biologie : Manuel sur l'organisation des cellules et la mitose

Biologie
3QS
Thème 1 : aller plus haut pour être plus fort ?
1.
Organisation des êtres vivants
Tous les organismes vivants sont formés de cellules (les pluricellulaires).
Certains êtres, comme l’amibe, sont formés d’une cellule unique (les unicellulaires).
Le corps humain, quant à lui, comprend plus de 50 mille milliards de cellules. Une
cellule corporelle individuelle est trop petite pour être visible à l’oeil nu. Ce n’est
qu’avec l’invention du microscope photonique, il y a presque 400 ans, que l’on a pu
commencer à étudier le monde du tout petit et que l’on a appris que les cellules
étaient l’unité de base de tout être vivant.
Dans le corps humain, la plupart des cellules font 10 à 50 micromètres (μm) de
diamètre. En moyenne, ceci signifie que 35 cellules alignées atteignent le millimètre,
mais la largeur de cette ligne serait celle de la cellule, ce qui est bien trop fin pour
être perceptible.
Les cellules sont principalement faites d’eau et naturellement presque translucides.
Ce n’est que lorsqu’elles se regroupent par millions, en tissus, qu’elles deviennent
visibles.
Variété des cellules eucaryotes
Cellule animale
Eucaryote unicellulaire
Cellule végétale
Eucaryote pluricellulaire
NB : nous verrons plus tard les cellules procaryotes
Castronovo E.
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Biologie
2.
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Les cellules ne durent pas éternellement
Comme le corps, les cellules naissent, vivent et meurent. Cela fait partie du processus
naturel de croissance, d’entretien et de réparation du corps. Même les molécules et
autres parties d’une cellule individuelle sont progressivement remplacées pendant sa
durée de vie.
Imaginons une maison dont l’entretien se ferait par le remplacement d’une brique
de-ci, de-là, et d’une fenêtre, d’une tuile, petit à petit, au fil des années. Après un
délai suffisamment long, il ne reste plus aucune pièce d’origine. Il en va de même
pour le corps humain. Il reste probablement très peu de molécules datant de
l’époque de votre naissance dans votre corps actuel !
Certaines cellules meurent et disparaissent en quelques heures, notamment dans les
endroits où le corps subit beaucoup d’usure et de lésions, par exemple la peau,
l’intérieur de la bouche, l’estomac et les intestins. Cette durée de vie est donc pour
la plupart des cellules inférieure à celle du corps dans son ensemble. Celle-ci est
programmée dans les instructions génétiques.
Si les cellules s’usent sans cesse, disparaissent et meurent, d’où viennent donc les
cellules neuves ?
Castronovo E.
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Biologie
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3.
La cellule : unité de fonctionnement de la vie
A)
Une cellule animale-type
B)
Une cellule végétale-type
Castronovo E.
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Biologie
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Tableau de comparaison entre une cellule végétale – type et une cellule animale –
type.
Indique une croix lorsqu’un des éléments cités se trouve dans la cellule.
Parties de la cellule
Cellule végétale
Cellule animale
Membrane cytoplasmique
Paroi cellulosique
Noyau
Cytoplasme
Vacuole
Appareil de Golgi
Réticulum endoplasmique
Ribosomes
Mitochondries
Lysosomes
Centrioles
Plastes (ex. chloroplastes)
Cils et flagelles
Autre(s) : cytosquelette
Vésicule de sécrétion
Castronovo E.
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Biologie
3.1
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Exercices
Précise si les cellules suivantes sont des cellules végétales ou animales et légende-les.
a) Type de cellule : cellule
b) Type de cellule :
Castronovo E.
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c) Type de cellule :
Castronovo E.
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Biologie
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4.
Fonctions et descriptions des différentes parties
de la cellule
4.1 Les différentes parties qui composent la cellule
REMARQUE : Seules les cellules animales-types et les cellules végétales-types sont
considérées ici.
●
une membrane cellulaire ou cytoplasmique :
Extrêmement mince (7,5 nm d’épaisseur), invisible au microscope photonique et
déformable, elle délimite la cellule.
Chez les cellules végétales, à l’extérieur de cette membrane se forme une paroi
rigide de cellulose ou paroi cellulosique qui, combinée à l’action de l’eau présente
dans la vacuole, joue le rôle de squelette (turgescence).
En plus de limiter la cellule et son contenu, la membrane est aussi et surtout la
surface par laquelle celle-ci est en relation avec le monde extérieur, et à travers
laquelle se déroulent tous les échanges.
●
d’un noyau :
Souvent sphérique ou ovoïde, il contient un ou plusieurs nucléoles ronds et des
molécules énormes dont le nombre est caractéristique de l’espèce : l’ADN (acide
désoxyribonucléique, à voir ultérieurement).
Celle-ci porte toute l’information génétique ou héréditaire de la cellule. C’est une
véritable carte d’identité de la cellule et de l’individu qui la contient→.
Dans le noyau, l’ADN est associé à des protéines et l’ensemble constitue la
chromatine.
Castronovo E.
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Biologie
●
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de cytoplasme :
Le cytoplasme occupe tout le volume disponible entre la membrane et le noyau de
la cellule. Il est constitué :
●du hyaloplasme, sorte de gel transparent, riche en eau et assez visqueux qui
remplit la cellule animale, mais qui est présent en moindre proportion dans la cellule
végétale (ceci est dû à la présence de(s) vacuole(s)).
●des organites cellulaires qui sont responsables de son fonctionnement.
4.2
LES ORGANITES PRÉSENTS DANS LE CYTOPLASME :
●
l’appareil de Golgi :
Il est formé de corpuscules (les dictyosomes).
Chacun de ces corpuscules est constitué de sacs aplatis (les saccules), empilés et
dont les bords semblent s’effilocher en petites vésicules qui se dispersent dans le
hyaloplasme.
L’appareil de Golgi joue un rôle dans le remaniement, le stockage et le transport des
protéines synthétisées par les ribosomes.
21
●
le réticulum endoplasmique :
Prolongement de la membrane nucléaire (simple membrane)
Il s’étend dans tout le cytoplasme (labyrinthe)
Ce réticulum assure le transport des substances dans la cellule, mais aussi la finition et
le remaniement des protéines.
Il y a deux types de réticulum :
–
le granuleux, sur lequel sont fixés des
ribosomes. Il est le point d’ancrage des ribosomes, qui
assurent la synthèse des protéines.
–
le lisse, où il n’y pas de ribosomes. Il est le
siège du stockage du calcium et de la
production de graisse.
Castronovo E.
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Biologie
●
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les ribosomes :
Ce sont de petits granules arrondis, responsables de la synthèse des protéines.
Ils sont situés sur la face externe du réticulum, sur la face externe de l’enveloppe
nucléaire ou dispersés dans le hyaloplasme.
●
les mitochondries :
Elles ont une forme ovoïde et sont
constituées d’une membrane externe et
d’une membrane interne repliée. Les
replis sont appelés « crêtes ». Sur leur
face interne, se trouvent les nombreuses
enzymes responsables de la respiration
cellulaire.
Castronovo E.
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Cette réaction permet à la cellule de se procurer l’énergie dont elle a besoin.
●
les vacuoles :
Présentes dans de nombreuses cellules végétales (1 ou 2 par cellule), les vacuoles
sont des sortes de « grands sacs » délimités par une membrane et entourés d’une
mince couche de cytoplasme. Elles renferment une solution aqueuse où sont
dissoutes diverses substances (sels, sucres…).
●
les lysosomes :
Ce sont de petites vésicules provenant de l’appareil de Golgi contenant des
enzymes digestives qui assurent la lyse (la destruction) de diverses particules
capturées par la cellule ou de substances et d’organites produits par la cellule ellemême(destruction de bactéries infectieuses).
.
Castronovo E.
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●
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le centrosome :
Proche du noyau, il est entouré d’un aster formé
de fibres rayonnantes protéiques.
Il est constitué de deux centrioles perpendiculaires.
Son rôle est très important lors de la division
cellulaire et il permet également le mouvement
de cellules à cils ou flagelles auxquels il est relié.
Le centrosome est absent des cellules végétales.
●
les plastes à chlorophylle ou
chloroplastes :
Ce sont des organites limités par une enveloppe formée de deux membranes, une
membrane externe et une membrane interne.
À l’intérieur, d’autres membranes sont repliées sur elles-mêmes. Ces replis sont
appelés « lamelles ». Les parties empilées de ces lamelles forment des saccules
appelés « grana »
Ceux-ci contiennent
un pigment vert : la
chlorophylle.
Ils sont responsables
de la photosynthèse
grâce à laquelle la
cellule synthétise du
glucose et de
l’oxygène à partir
d’eau, de dioxyde de
carbone et de lumière.
Castronovo E.
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Biologie
4.3
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Applications
Consigne :
À partir du texte sur les différentes parties d’une cellule, complète les onze fiches
d’identité.
Observe la photo et/ou le schéma avant de compléter la fiche.
Fiche d’identité
Nom de la partie de la cellule
Description
Rôle
Présence dans la cellule animale
Présence dans la cellule végétale
Castronovo E.
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Fiche d’identité
Nom de la partie de la cellule
Description
Rôle
Présence dans la cellule animale
Présence dans la cellule végétale
Fiche d’identité
Castronovo E.
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Nom de la partie de la cellule
Description
Rôle
Présence dans la cellule animale
Présence dans la cellule végétale
Castronovo E.
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Fiche d’identité
Nom de la partie de la cellule
Description
Rôle
Présence dans la cellule animale
Présence dans la cellule végétale
Castronovo E.
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Fiche d’identité
Nom de la partie de la cellule
Description
Rôle
Fiche d’identité
Nom de la partie de la cellule
Castronovo E.
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Description
Rôle
Présence dans la cellule animale
Présence dans la cellule végétale
Fiche d’identité
Nom de la partie de la cellule
Description
Rôle
Présence dans la cellule animale
Présence dans la cellule végétale
Castronovo E.
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5.
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Les échanges cellulaires
Comme mentionné auparavant, les membranes cellulaires ont un rôle essentiel pour
régler les échanges entre la cellule et le milieu qui l’entoure.
La membrane a d’importantes propriétés dites de perméabilité sélective : elle se
laisse traverser, ou non, par des substances bien déterminées.
Divers phénomènes physiques de diffusion (osmose et dialyse) et des phénomènes
biologiques se déroulent à travers la membrane de la cellule.
MANIPULATION : Introduction au phénomène de diffusion
Matériel :
_ un comprimé de colorant
_ eau
_ vase de berlin
Mode opératoire :
_ Verse une goutte de colorant dans un récipient rempli d’eau.
Schéma :
Observation :
Ce phénomène nécessite-t-il de l’énergie ?
Conclusion :
Castronovo E.
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6
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Les phénomènes physiques d’osmose et de dialyse
ES ÉCHANGES CELLULAIRES
6.1
L’osmose
Une des substances indispensables à la vie traverse les membranes cellulaires : il
s’agit de l’eau.
Par la quantité qui entre dans la composition des êtres vivants, l’eau est le
constituant le plus important ; elle représente, selon les organismes, de 20 à 95 % de
la masse totale : c’est aux environs de 75 à 80 % que se situe la teneur en eau la plus
habituelle du hyaloplasme cellulaire.
MANIPULATION : Un phénomène de diffusion : l’osmose
Matériel :
_ une membrane à dialyse (ou une membrane réalisée avec une paroi de vessie de
porc)
_ un tube fin en verre (30 à 40 cm de longueur)
_ un statif
_ des élastiques
_ un vase de berlin
_ une solution de saccharose (1mol /l ou 342 g/l) ou de la grenadine
_ de l’eau distillée
Mode opératoire :
_ Couper un morceau de la membrane à dialyse et en faire un petit sac.
_ Remplir la membrane avec de la solution de saccharose, l’attacher et la fermer sur
le tube en verre (avec un élastique par exemple).
_ Tremper le petit sac contenant la solution de saccharose dans un berlin rempli
d’eau distillée (en début d’expérience, les niveaux doivent être les mêmes dans le
tube et le berlin).
Castronovo E.
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_ Observe pendant 20 minutes :
_ Ce phénomène nécessite-t-il de l’énergie ?
Ce passage d’eau, appelé osmose, se produit uniquement dans le cas où la
membrane séparant les deux solutions offre des propriétés de perméabilité très
spéciales, appelées semi-perméabilité : en général, la membrane cytoplasmique et
les membranes biologiques des cellules sont semi-perméables.
On constate que cette membrane se laisse traverser sélectivement par l’eau qui se
rend de la solution la moins concentrée en soluté (hypotonique) vers la solution la
plus concentrée en soluté (hypertonique).
Si l’espace où se trouve la solution la plus concentrée est fermé, limité par une paroi
élastique par exemple, l’entrée de l’eau par osmose, dans cet espace, crée
évidemment une augmentation du volume, grâce à un phénomène physique
appelé pression osmotique.
7.
Transports passifs et actifs
Les phénomènes de diffusion comme l’osmose et la dialyse sont qualifiés de
transports passifs car ils ne nécessitent pas d’énergie.
D’autres phénomènes nécessitent de l’énergie, on les appelle alors phénomènes de
transports actifs (comme le mécanisme de pénétration de l’eau dans les zones les
plus profondes de la racine
Castronovo E.
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Biologie
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EXERCICE 1
Deux solutions sont séparées par une membrane perméable et sélective.
_ De quel côté de la membrane se trouve la solution la moins concentrée
(hypotonique) ?
compartiments 2
_ Explique pourquoi l’autre côté du schéma est la solution la plus concentrée
(hypertonique) ?
parce qu'on y trouve PLUS DE SOLUTE.
_ Quel(s) élément(s) se déplacera (déplaceront) ici ?
LE SOLVANT (eau)
_ Décris ce transfert.
Eau se déplace du compartiment 2 vers le compartiment 1 (milieu hypotonique vers
le milieu hypertonique)
EXERCICE 2
Les vraies larmes auraient une concentration en sel plus faible que celle du sang.
Pour tester cela, un élève met une goutte de sang et une goutte de larme, l’une
contre l’autre, sur une lamelle en verre.
Qu’observera cet élève pour confirmer cette hypothèse ?
L'eau des larmes se déplace vers le sang; l'eau se déplace du milieu le moins
concentre vers le milieu le plus concentré!
les cellules du sang vont se remplir d'eau; gonfler!
EXERCICE 3
Lorsque ton corps subit une forte dépense d’eau (après un effort fourni, par
b) Après cet effort, quel besoin ressens-tu ? je ressens le besoin de boire
La soif n’est rien d’autre que le mécanisme d’alarme qui signale cette modification.
Castronovo E.
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Biologie
8.
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Reproduction et division
Si les cellules s’usent sans cesse, disparaissent et meurent, d’où viennent donc les
cellules neuves ?
Elles sont le produit de la multiplication cellulaire, aussi connue sous le nom de la
division des cellules.
Durée de vie moyenne de quelques cellules du corps humain.
Castronovo E.
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Biologie
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Cellules musculaires : • plusieurs centaines de noyaux par cellules, pas de mitoses.
• pas de remplacement
Neurones : 100 milliards de neurones dans notre système nerveux mais 100 000 à 300 000 neurones meurent chaque jour chez un
adulte… mais aucun ne les remplace !
Cellules de la peau : Des cellules de la peau meurent en permanence et sont éliminées en surface… mais remplacées en
profondeur. La peau est entièrement changée tous les 20-30 jours.
Cellules de l’intestin grêle : 1 million de cellules remplacées chaque minute. On change d’intestin environ tous les quatre jours.
Pourquoi la multiplication cellulaire est-elle constamment nécessaire à un individu ?
Castronovo E.
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Biologie
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Pour rester en bonne santé, le corps doit remplacer les cellules au fur et à mesure
qu’elles meurent, par de nouvelles cellules. En moyenne, environ 3000 millions de
cellules meurent chaque minute dans le corps et sont remplacées grâce à la
multiplication cellulaire
L’embryon, qu’il soit humain ou non, commence avec une cellule unique qui, par
multiplications successives, donne des millions de cellules servant au développement
des organes. Ce n’est que plus tard que les cellules humaines ont des capacités
différentes de se diviser.
Ainsi, les cellules des muscles squelettiques et les cellules nerveuses ne se divisent
généralement plus. D’autres, comme les cellules hépatiques, ne se divisent que si
l’organe a perdu des cellules à la suite d’une blessure, d’une intervention
chirurgicale ou d’une maladie. Certaines encore ne cessent de se diviser ; c’est le
cas des cellules qui régénèrent la peau ou celles qui produisent des globules
sanguins.
En fait, chez l’adulte, des millions de cellules se divisent toutes les secondes pour
maintenir tout simplement l’individu en homéostasie.
A)
Déroulement de la mitose
Castronovo E.
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Biologie
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La mitose (du grec mitos : filament, bâton) doit son nom à l’apparition, sous une
forme bien visible, de filaments colorables : les chromosomes
La division cellulaire est un phénomène continu. Pour en faciliter la description, on a
néanmoins fixé 4 phases.
Replace les différents schémas dans l’ordre chronologique.(de 1à 6)
6
2
3
4
1
5
Explique le processus de la mitose
1. Les centrioles se multiplient, il y a 2 paires.
2. Le fuseau mitotique (mitose) commence à se former.
3. Les centrioles sont situés dans les 2 pôles de la cellule. L’enveloppe nucléaire
se fragmente (casse).
4. Les chromosomes (composés de 2 chromatides) s’alignent le long d’un fuseau
mitotique.
5. les chromatides se séparent.
6. La cellule se divise en 2. L’enveloppe nucléaire se forme.
B)
Conclusion
La mitose, phénomène universel, est
CELLULE
UNE METHODE DE SEPARATION DE LA
La mitose joue un rôle dans la croissance et l’autoréparation des organismes
pluricellulaires. La croissance se fait principalement par une augmentation du
nombre de cellules (plutôt que par une augmentation du volume de chaque cellule).
La mitose est aussi un moyen qu’utilisent fréquemment les eucaryotes unicellulaires
pour se reproduire.
Castronovo E.
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Castronovo E.
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