Bilan structural et fonctionnel de la cellule vivante

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Bilan structural et
fonctionnel de la cellule
vivante
I. Toute cellule vivante est soumise à un bilan d’entrée et de rejet de matière
A. Une cellule se nourrit
B. L'activité cellulaire s'accompagne de conversions énergétiques
C. Une cellule libère les produits de son activité
II. La cellule eucaryote est compartimentée
A. La cellule est un bioréacteur
B. Les organites sont spécialisés
III. La cellule eucaryote résulte probablement d'une endosymbiose
A. Chloroplastes et mitochondries ont des particularités bactériennes
B. La théorie endosymbiotique rend compte de ces particularités
OBJECTIF
 Rassembler l'ensemble des connaissances de lycée de manière à
établir un schéma illustrant le fonctionnement d'une cellule
eucaryote.
I. Toute cellule vivante est soumise à un bilan d’entrée et
de rejet de matière
A. Une cellule se nourrit
 Toute cellule est formée des constituants fondamentaux de la matière organique,
glucides, lipides, protides et acides nucléiques auxquels s'ajoutent de l'eau et
des ions minéraux.
Spécialité
Chapitre
1.4
1 semaine

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 Pour assurer son fonctionnement, son renouvellement et sa croissance toute
cellule a besoin d'importer en permanence les substances nutritives dont elle a
besoin. Il s'agit toujours d'eau et d'ions minéraux auxquels s'ajoute du carbone
qui peut être :
- soit du carbone minéral ou CO2, dans le cas des cellules autotrophes ;
- soit du carbone organique (molécules organiques plus ou moins élaborées)
dans le cas des cellules hétérotrophes.
B. L'activité cellulaire s'accompagne de conversions énergétiques
 L'oxydation d'une partie des métabolites organiques de la cellule (catabolisme),
notamment le glucose, permet à la cellule de produire l'ATP indispensable :
- aux mouvements intracellulaires ;
- aux réactions chimiques de biosynthèse (anabolisme) qui sont toutes
endergoniques et qui sont orientées par l'équipement enzymatique disponible.
 Selon son équipement une cellule utilisera soit la respiration (phosphorylation
oxydative) qui nécessite un apport de dioxygène, soit une fermentation.
 Lors des conversions énergétiques liées à la production et à l'utilisation de l'ATP
une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur.
C. Une cellule libère les produits de son activité
 Les cellules autotrophes libèrent du dioxygène résultant de la photo-oxydation de
l'eau.
 Les oxydations cellulaires libèrent des déchets : dioxyde de carbone et eau.
 Il conviendrait de rajouter ici divers produits d'excrétion comme l'urée qui provient
de la dégradation des molécules azotées.
 Les biomolécules résultant de l'anabolisme sont soit utilisées sur place soit
exportées. Elles sont alors mises à disposition des autres cellules de l'organisme.
► FIGURE 1. Organisation des cellules eucaryotes et métabolismes dans
Didier p. 134 et 135.
► VOIR POLYCOPIÉ. Idem
II. La cellule eucaryote est compartimentée
A. La cellule est un bioréacteur
 Comme toute cellule, la cellule eucaryote est limité extérieurement par une
membrane plasmique (= membrane cellulaire) qui délimite les contours du
cytoplasme. Cependant, à la différence d'une cellule procaryote, elle possède des
organites, limités eux-mêmes par des membranes et qui baignent dans le cytosol.
 La perméabilité des membranes étant sélective les organites délimitent des
compartiments internes dont l'activité est spécialisée. En fonction des enzymes
présentes et des métabolites disponibles les réactions nécessaires au métabolisme
cellulaire se produisent dans tous les compartiments cellulaires, y compris dans le
cytosol.

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 Cette compartimentation permet de séparer les réactions métaboliques dans
l'espace et dans le temps.
B. Les organites sont spécialisés
 Le noyau contient l'information génétique. À ce titre, il contrôle la synthèse des
enzymes et induit toute l'activité métabolique de la cellule.
 Chloroplastes et mitochondries ont une structure sensiblement différente mais
présentent des points communs. Ils possèdent une double membrane. Certaines
de leurs membranes internes contiennent des chaînes d'oxydoréduction. Elles
servent de support à des transferts d'électrons qui permettent la synthèse
d'ATP. La fonction de ces organites est donc liée à leur structure.
 Le réticulum endoplasmique (RE) forme un réseau de cavités aplaties qui permet
le transport de substances sans dilution dans le cytosol. Des diverticules du RE forment
l'enveloppe nucléaire et l'appareil de Golgi.
III. La cellule eucaryote résulte probablement d'une
endosymbiose
 Les chloroplastes et les mitochondries ne se rencontrent que dans des cellules
eucaryotes. Les procaryotes sont dépourvus d'organites, ce ne sont pas des
organismes compartimentés.
Accompagnement. L'origine des organites (mitochondries et chloroplastes) peut
être évoquée mais ne pourra pas faire l’objet de questions à l’examen.
A. Chloroplastes et mitochondries ont des particularités bactériennes
 Ils peuvent être isolés du reste de la cellule ce qui suggère une indépendance
physique.
 Ils contiennent de ADN et sont capables de synthèse de protéines. Cependant
cette propriété est limitée car une partie de leurs protéines est codée par des
gènes nucléaires.
 Ils proviennent toujours de la division (= scissiparité) d'un chloroplaste ou une
mitochondrie antérieur.
 Ils sont entourés d'une double membrane. La membrane externe est analogue à
la membrane plasmique, la membrane interne est différente et se rapproche de
celle des bactéries.
 Les cyanobactéries sont des organismes procaryotes chez lesquels les
mécanismes photosynthétiques sont comparables à ceux qui se déroulent dans les
chloroplastes des plantes supérieures.
B. La théorie endosymbiotique rend compte de ces particularités
 La double membrane fait penser à une vésicule d'endocytose.

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 Il y a 1,5 Ga environ il n'existait que des procaryotes autotrophes ou bien
hétérotrophes.
 Des cellules ont pu, par endocytose, en intégrer d'autres sans les digérer. Il a ainsi
pu se former des associations à bénéfice réciproques (= symbioses), reposant sur
l'endocytose ou endosymbioses. Ainsi seraient apparues, à partir des procaryotes,
les premières cellules compartimentées eucaryotes.
 Au cours de l'installation progressive de la symbiose une partie de plus en plus
importante du génome bactérien se serait intégrée à celui de l'hôte, d'où la
réduction de la taille et des capacités de l'ADN chloroplastique.
 Dans cette théorie, la mitochondrie résulterait de l'association d'une cellule
phagocytaire primitive et d'une bactérie aérobie se trouvant internalisée. Le
chloroplaste serait une cyanobactérie capturée par un phagocyte déjà muni de
mitochondries.
► FIGURE 2. Origine endosymbiotique des mitochondries et des
chloroplastes dans Synapses p.72 .
BILAN
 La cellule est l’unité de base de la structure de tous les organismes
vivants.
 Les cellules eucaryotes possèdent des organites cellulaires. Elles
contiennent des compartiments spécialisé mais interdépendants.