Bilan structural et fonctionnel de la cellule vivante
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RR - 17/04/17 - 769786931 - 1/4 Spécialité Chapitre 1.4 1 semaine 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. RR - 17/04/17 - 769786931 - 2/4 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. RR - 17/04/17 - 769786931 - 3/4 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. RR - 17/04/17 - 769786931 - 4/4 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.
