I- La cellule

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Partie I : LA CELLULE, L’ADN ET L’UNITE DU VIVANT
I- LA CELLULE
Les problématiques
- Qu’est-ce qu’une cellule ?
- Comment sont constituées les cellules ?
- Comment expliquer que les caractéristiques cytoplasmiques des cellules soient en rapport avec
leur fonction ?
- Comment les cellules (chlorophylliennes et non chlorophylliennes) produisent-elles de la
matière ?
Qu’est-ce qu’une cellule ? La cellule est l’unité minimale constituant tout être vivant. Tous les êtres
vivants sont constitués de cellules.
Quels sont les différents types d’êtres vivants ? Les êtres vivants sont divisés en 2 catégories :
- Les unicellulaires (bactéries, protistes) : constitués d’une seule cellule.
- Les pluricellulaires (animaux, végétaux, champignons) : constitués de plusieurs cellules.
Chez un même pluricellulaire, est-ce que toutes les cellules ont la même fonction ? Il existe des
cellules de nombreuses formes, de toute taille, ayant des rôles très différents. Elles permettent à
l’organisme de réaliser toutes ses fonctions et activités : bouger, digérer, penser, respirer... Par exemple,
chez l’être humain, il y a des cellules musculaires (spécialisées dans les contractions musculaires), des
cellules nerveuses (spécialisés dans la transmission de messages nerveux électriques et chimiques), des
cellules pancréatiques, des globules rouges, des globules blancs...
Mais sont-elles pour autant toutes entièrement différentes ? Non.
Quelles peuvent être leurs points communs ? Elles ont toutes des caractéristiques communes : Une
partie de leur structure et la capacité de se diviser (reproduction du matériel génétique).
A- La cellule et ses constituants
La cellule est constituée d’eau, de sels minéraux et surtout de molécules organiques.
Toute cellule est délimitée par une « barrière », la membrane plasmique. Cette membrane
plasmique entoure le cytoplasme, qui est un liquide gélatineux constitué principalement d’eau, de
sels minéraux.
Toutes les cellules, et donc tous les êtres vivants sont constitués de molécules organiques : les
glucides, les lipides et les protéines (et les acides nucléiques).
Les êtres vivants existent sous 2 formes selon la structure de leurs cellules : les cellules
eucaryotes (avec un noyau contenant l’ADN) et les cellules procaryotes (sans noyau).
« Caryote » signifie « noyau ». Les Eucaryotes sont les animaux, les végétaux, les mycètes et les
protistes. Les Procaryotes sont les bactéries (l’ADN est disséminé dans le cytoplasme).

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1- métabolisme cellulaire
Le métabolisme cellulaire est l’ensemble des réactions chimiques permettant la
transformation de la matière et de l’énergie (synthèse et dégradation de molécules) afin
de réguler le milieu intérieur de la cellule (quantité d’ions…), de permettre la division
cellulaire et de permettre à la cellule de réaliser ses fonctions. Par exemple la fonction
d’une cellule musculaire est de se contracter.
Tous les êtres vivants ont besoin de molécules organiques (Le carbone est l’atome de base
de toutes les molécules organiques. On parle de source de carbone.) afin produire de
l’énergie. L’énergie servira alors aux cellules pour qu’elles réalisent leurs fonctions et
qu’elles entretiennent leur structure principalement en produisant leurs propres molécules
organiques.
Il existe 2 métabolismes permettant aux organismes de se fournir en molécules
organiques : l’autotrophie et l’hétérotrophie.
a) L’autotrophie
Les organismes chlorophylliens (les Végétaux) produisent de nouvelles molécules
organiques en prélevant de la matière minérale (ions, oligoéléments…), en absorbant
du CO2 (il est la source de carbone) et en captant la lumière solaire. On parle
d’autotrophie (= « se nourrir soi-même ») = métabolisme permettant la production de
molécules organiques à partir de matière minérale.
Tous les végétaux sont autotrophes. Ils se servent de l’énergie lumineuse captée par la
chlorophylle (pigment présent dans les chloroplastes) pour réaliser la photosynthèse.
La photosynthèse est l’utilisation de l’énergie lumineuse pour fabriquer des molécules
organiques à partir de matière minérale (CO2).
b) L’hétérotrophie
Les organismes non chlorophylliens doivent prélever des molécules organiques déjà
existantes dans leur environnement, afin de produire de l’énergie. Par exemple, les
herbivores doivent manger des plantes ; les carnivores doivent manger de la viande, les
champignons de la matière en décomposition... C’est leur source de carbone. On parle
alors d’hétérotrophie (= « se nourrir d’autres ») = métabolisme permettant la
production de molécules organiques à partir de molécules organiques préexistantes.
Tous les animaux, les champignons et certains protistes (les protozoaires) sont
hétérotrophes.
Hétérotrophie = Mode de nutrition permettant de produire de nouvelles molécules
organiques en mangeant d’autres organismes ou des résidus organiques.
Les bactéries peuvent être autotrophes ou hétérotrophes. L’autotrophie des bactéries est
particulière car elle se fait sans énergie lumineuse mais à l’aide de soufre et d’ammoniac.

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2- Mécanismes de dégradation des molécules organiques et de production d’énergie
Pour que la cellule puisse fonctionner correctement, elle doit dégrader les molécules
organiques absorbées (hétérotrophie) ou synthétisées (autotrophie). Cette dégradation
permettra la production d’énergie.
Elle peut se faire de 2 manières selon l’organisme :
La respiration cellulaire : A ne pas confondre avec la respiration des êtres vivants. C’est
un mécanisme qui dégrade totalement les molécules organiques (issues de la photosynthèse
pour les autotrophes ou ingérées pour les hétérotrophes) et qui s’accompagne d’échanges
gazeux (dioxygène O2 et dioxyde de carbone CO2). Elle permet la production de molécules
énergétiques : l’ATP (Adénosine TriPhosphate) permettant le bon fonctionnement de la
cellule.
La fermentation : C’est un mécanisme de dégradation partielle des molécules organiques
en l’absence d’oxygène. Il y a aussi libération de CO2 mais pas de consommation de O2.
Elle permet aussi la production d’ATP.
L’ATP servira, entre autres, à la synthèse de protéines par la cellule à partir du matériel
génétique. Ces protéines synthétisées serviront à la cellule (fonctionnement et entretien) ou
seront sécrétées pour servir à d’autres cellules.

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II- Le matériel génétique
La structure, l’organisation et les activités métaboliques des cellules, et donc indirectement de
l’organisme, sont sous l’influence de 2 facteurs : l’environnement au sens large du terme
(extérieur de la cellule, influence des cellules entre elles, et l’environnement externe de
l’organisme : température, hygrométrie…) et l’ADN (= Acide DésoxyriboNucléique). C’est un
acide nucléique. C’est le 4ème type de molécules organiques.
1- Structure de l’ADN selon le fonctionnement de la cellule
L’ADN est une très longue molécule situé dans le noyau des eucaryotes ou le cytoplasme des
procaryotes. Il existe sous différentes formes selon les moments dans la vie de la cellule. Il est
diffus quand la cellule réalise ses activités métaboliques, et il est sous forme de chromosome
(= ADN condensé) quand la cellule va se diviser (se reproduit).
2- Nombre de chromosomes
Le nombre de chromosomes est toujours le même d’une cellule à l’autre pour un même
organisme et au sein d’une même espèce. Par exemple, chacune des cellules de chaque être
humain possède 46 chromosomes (sauf les spz et les ovules). Ce nombre varie selon les
espèces.
En fait les chromosomes vont par paire, donc l’être humain a 23 paires de chromosomes. Les
2 chromosomes d’une même paire ont la même taille et les mêmes gènes aux même endroits.
3- Du gène à la protéine
Un gène est une partie du chromosome exprimant au moins un caractère héréditaire. Expliquer
qu’un gène est rarement un caractère. Sauf la langue en U! A partir d’un gène on obtient une
protéine.
Une protéine est une grosse molécule jouant un rôle important pour la structure et le fonctionnement
des cellules. Elles permettent :
- des réactions chimiques dans les cellules : telles que les enzymes
- Le transport : telle que l’hémoglobine qui transporte l’O2
- La communication d’information entre les cellules, les organes : telle que les hormones
(insuline, testostérone, adrénaline...)
- Le maintien de la structure : telles que certaines protéines de la cellule qui maintiennent leur
forme, leur structure...
- Etc...
Le génome est l’ensemble des gènes d’une même espèce.
La structure de la molécule d’ADN a été découverte en 1953 par Watson et Crick (prix Nobel
en 1962). Mais les interrogations sur la façon dont se transmettaient les caractéristiques des
parents à leurs enfants datent de bien plus longtemps. L’un des premiers a formulé une théorie
de l’hérédité (= transmission des caractéristiques d’une génération à l’autre) a été Gregor
Mendel en 1860, à partir d’expériences très connues sur les pois.

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A- L’ADN
[Au microscope électronique, nous pouvons voir l’ADN sous forme d’un long filament très fin
et très long. Chez les êtres humains, pratiquement chacune des cellules contiennent 46
chromosomes soit 1,9 mètres. Les chromosomes sont visibles au microscope optique.]
1- Structure de l’ADN
L’ADN est une grande molécule constituée d’une suite de nucléotides. Chaque nucléotide
est lui-même constitué d'une base azotée (A= adénine, T=thymine, C=cytosine,
G=guanine) ; d'un sucre (le désoxyribose) ; et d’un groupement phosphate.
Faire un schéma simplifié de la structure de la molécule d’ADN
La molécule d’ADN est composée de deux brins disposés en double hélice. Elle a une
forme hélicoïdale.
Ces 2 brins sont liés ensemble par les bases selon une association précise : l’Adénine est
toujours liée à la Thymine, et la Cytosine à la Guanine. On dit que les 2 brins sont
complémentaires.
C’est la suite de bases sur un même brin qui va constituer l’information génétique
[(l’ « alphabet » permettant d’être « lu » par certains éléments de la cellule afin de
produire des protéines.]
2- Les gènes
Une molécule d’ADN peut être « découpée » en gènes. On estime le nombre de gènes
humains entre 20.000 et 25.000.
Un gène est une suite précise de bases azotées (ATGC) toujours situé au même endroit sur
un chromosome précis au sein d’une même espèce. Expliquez rapidement.
Par exemple, les maladies génétiques [à ne pas confondre avec les maladies
chromosomiques telles que la trisomie 21 ou les maladies congénitales] sont dues à la
transformation d’un ou de plusieurs gènes lors de la formation des cellules sexuelles des
parents de l’individu malade. Elles sont dues à un déficit dans la production ou le
fonctionnement d’une ou de plusieurs protéines.
Par exemple
- l’hémophilie est une maladie qui a pour symptôme la non-coagulation du sang. Elle est
due à l’absence de la production d’un facteur de coagulation (une protéine)
- la phénylcétonurie est une maladie dont les symptômes sont une arriération mentale. Elle
est due à l’absence d’une enzyme permettant la transformation d’un nutriment essentiel en
un autre (la phénylalanine en tyrosine). Elle peut être soignée par un régime alimentaire