1. Introduction à la cytologie.

13 Introduction à la
cytologie
Tu dois devenir capable de :
Savoir
1. Décrire les principales étapes de l’avènement de la
théorie cellulaire ;
2. Expliquer ce qu’est une cellule, en partant de différents exemples ;
3. Expliquer les principales techniques d’observation utilisées en cytologie ;
4. Expliquer une expérience qui montre le rôle du noyau
cellulaire ;
Savoir faire
5. Annoter un schéma muet d’un microscope optique ;
6. Annoter un schéma muet d’un microscope électronique ;
7. Établir une comparaison entre le microscope optique
et le microscope électronique.
8. Justifier les caractéristiques physique des images obtenues à l’aide d’un microscope.
cytologie
unicellulaire
pluricellulaire
noyau cellulaire
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microscopie par transmission
microscope à balayage
isotope radioactif
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Introduction à la cytologie
1. Introduction à la cytologie.
1.1. Robert Hooke (1635-1703)
Robert Hooke est un chimiste, mathématicien, physicien et inventeur
anglais.
En 1665, il publie Micrographia, un ouvrage dans lequel il décrit un
certain nombre d'objets tels qu'il les a observés à l'aide d'un microscope de sa fabrication.
Il observe un fragment d'écorce à l'aide d'un microscope et découvre
que cette écorce contient une multitude de petites chambres. Pour les
qualifier, il utilise le terme " cellules ".
C'est donc bien Hooke, l'inventeur du terme " cellule ".
Il décrit également des structures similaires dans des échantillons provenant d'autres végétaux.
Dans certaines cellules, il observe la présence d'un liquide. Il
en conclut erronément que les cellules dans les plantes
servent au transport de substances.
En réalité, les structures observées par Hooke ne sont que
des parois cellulaires : les cellules constitutives de l'écorce
sont des cellules mortes.
Les cellules n'ayant été observées que dans des plantes, on
imaginait que seules les plantes étaient constituées de cellules.
1.2. Antonie van LEEUWENHOEK (1632-1723)
van Leeuwenhoek n'a pas une formation scientifique de
base consistante. Il n'est, au départ, qu'un artisan habile
dans la fabrication de lentilles.
Il exerce, à Delft, la profession de drapier, pour laquelle il
doit pouvoir examiner les fibres des textiles qu'il achète.
Il met ainsi au point un grand nombre de lentilles de
grande qualité.
Les observations et les descriptions qu'il fait, le mènent à
entrer en contact avec des scientifiques. C'est là qu'il
acquiert un bagage scientifique.
Il fabrique des microscopes qui permettent des grossissements de 50 à 300 fois et qui lui permettent de
découvrir toutes sortes d'« animalcules ».
Avec lui, le monde des êtres vivants microscopiques unicellulaires devient accessible.
Il réalise de nombreuses observations de spermatozoïdes. Ces observations mèneront à l'idée que
ces spermatozoïdes contiennent l'être vivant entièrement formé, mais en miniature. Dans
le cas de l'être humain, on parle de l'homuncule.
Ce modèle ne reconnaît aucune importance à l'ovocyte.
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Introduction à la cytologie
1.3. Invention de la théorie cellulaire
D'autres scientifiques vont utiliser les microscope pour étudier plus avant les cellules mises en évidence par Hooke et van Leeuwenhoek.
En 1838, Matthias Schleiden (ci-contre à gauche), un botaniste allemand
suggère que tous les tissus végétaux sont faits de cellules.
Un an plus tard, le zoologiste Théodore Schwann (à droite) en arrive à la
même hypothèse au sujet des animaux.
En 1855, Rudolf Virchow (ci-dessous) suggère que toute cellule provient
d'une autre cellule, préexistante (" omnis cellula e cellula ").
Les contributions de ces trois scientifiques ont mené à la théorie cellulaire qui comporte trois grands aspects :

La cellule est la plus petite entité vivante.

Tout être vivant est composé de cellules.

Toute cellule provient d'une autre cellule.
1.4. Pluricellulaires et unicellulaires
Aujourd'hui, on considère que tout être vivant est formé de cellules. L'être humain est formé de milliards de cellules. Parmi elles,
on peut distinguer un certain
nombre de types différents :

certaines nous servent à
transporter l'oxygène (l'illustration
ci-contre
à
gauche présente des globules rouges),

d'autres à nous défendre
contre les microbes (l'illustration ci-contre à droite
présente des globules
blancs),

d'autres à produire les enzymes digestives,

d'autres à nous servent à
penser
(l'illustration
cidessous à gauche présente
des cellules nerveuses),
Bien que la plupart des organismes soient formés d'un grand
nombre de types différents de
cellules, certains sont constitués
d'une seule cellule. Les biologistes parlent d'organismes unicellulaires (l'illustration ci-contre à
gauche présente une amibe, organisme unicellulaire).
1.5. Organisation des cellules
Dans les organismes pluricellulaires, les cellules sont organisées en tissus.
Un tissu est un ensemble de cellules caractérisées par

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une structure et
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Introduction à la cytologie

une fonction commune
L'illustration à gauche présente un fragment de tissu prélevé
dans la gorge d'un être
humain.
L'illustration de droite
présente une coupe d'un
tissu végétal. On y
reconnaît trois tissus
différents.
L'étude de l'organisation
des cellules en tissus est
appelée " histologie ".
1.6. Échelle de grandeurs
La plupart des structures cytologiques intéressantes sont trop petites pour être observées à l'œil nu.
L'œil humain peut distinguer deux objets distants de 100 µm (c'est la résolution de l'œil humain).
L'illustration ci-dessous indique les grandeurs approximatives des objets. On voit que les cellules
végétales peuvent, dans certains cas, être distinguées à l'œil nu. En général, l'usage du microscope
est obligatoire.
D'un type cellulaire à l'autre, les dimensions sont très variables.
La plupart des cellules animales mesurent entre 10 et 100 µm. Les cellules sanguines sont plus
petites (globules blancs, 3 à 4 µm ; globules rouges, 8 µm).
Les cellules végétales sont souvent plus grandes que les cellules animales.
L'œuf d'autruche est, au départ, constitué d'une seule cellule. Certaines cellules nerveuses humaines
mesurent plus d'un mètre.
2. Quelques méthodes d’étude de la cellule.
chapeau
2.1. Mise en évidence du rôle du noyau.
Acetabularia est une algue unicellulaire de grande dimension (6 cm
de haut). Le noyau est situé près du pied. Il en existe plusieurs
espèces qui se différencient par la forme du chapeau.
noyau
pied
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Introduction à la cytologie
2.1.1. Expérience 1.
On sectionne le chapeau et on laisse l’algue se régénérer. Le
chapeau se reforme parfaitement. La partie qui ne contient
pas le noyau dégénère rapidement.
2.1.2. Expérience 2.
A. crenulata
échange des noyaux
A. mediterranea
On procède à l’échange des noyaux entre deux espèces d’Acetabularia.
1. En te basant sur l’illustration ci-dessus, expose les résultats de cette expérience.
2. Quelles conclusions peut-on tirer de cette expérience quant à l’importance du noyau dans la cellule?
Le noyau contient des informations qui permettent à la cellule de survivre.
Le noyau contient les plans de fabrication des
substances qu’elle doit être capable de fabriquer.
3. Pour chacun des deux rôles précisés ci-dessus, indique
quelle expérience permet de le mettre en évidence. Explique pourquoi.
4. Quel est le rapport entre l’illustration ci-contre et le noyau
cellulaire ?
5. Quel problème fondamental est posé à la division cellulaire au niveau du noyau ?
2.2. Le microscope.
Le cytologiste utilise le microscope optique et le microscope électronique pour l’étude de la cellule.
Chacun d’eux a des avantages et des inconvénients.
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Introduction à la cytologie
2.2.1. Le microscope optique
Le microscope optique est un constitué d’un ensemble de deux lentilles qui agrandissent tour à tour
l’objet à observer. Dans le schéma de la Figure 1 Les parties du microscope, les objectifs sont présentés au numéro 5 et l’oculaire au numéro 1.
Les autres parties du microscope qui sont représentées sont, dans le désordre :

la platine

la potence

la source de lumière

la vis de réglage macrométrique

la vis de réglage micrométrique

le revolver

le tube porte-oculaire

les pinces-valets
Rétablis la numérotation de la légende.
Le schéma optique de la Figure 2 Schéma optique du microscope permet de
justifier le double grossissement obtenu. L’objet AB est agrandi deux fois :
par l’objectif et par l’oculaire. Justifie que l’image finale obtenue est agrandie,
renversée et virtuelle.
Les objets à observer sont grandis jusqu’à 1500 fois.
Les objets à observer doivent généralement être soumis à un traitement
particulier, comprenant souvent la coloration. Une technique de préparation
est illustrée à la Figure 3 Préparation pour la microscopie optique.
2.2.2. Le microscope électronique.
Le principe général de fonctionnement du microscope électronique est assez semblable à celui du
microscope optique. Certaines différences fondamentales existent cependant. Les principales caractéristiques des microscopes optique et électronique sont présentées dans le tableau ci-dessous.
Microscope optique
Microscope électronique à transmission
Caractéristiques
Grossissement : 25 à 1.500 x
Grossissement : 1.500 à 1.000.000 x
Pouvoir séparateur : 0,2 µm
Pouvoir séparateur : 3 à 10.10-10 m
Lentilles en verre
« Lentilles » magnétiques
Images reçues dans l’œil
Images reçues sur un écran fluorescent
Épaisseur des préparations : 5 à 15 µm
Épaisseur des préparations : 0,055 à 15 µm
Avantages
On peut voir les cellules entières
On peut voir l’ultrastructure de la cellule
Observation de cellules vivantes
On atteint le niveau moléculaire
Couleurs réelles ou colorants
Les objets à observer sont recouverts d’une fine
couche métallique
Inconvénients
Peu d’informations
La cellule observée est morte
Pas de vue d’ensemble
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Introduction à la cytologie
F2
1
2
Oculaire
3
4
O2
5
6
7
A'
B'
8
9
10
F1
11
Objectif
A'' O1
B A
B''
Objet
Figure 2 Schéma optique du microscope
Figure 1 Les parties du microscope
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Introduction à la cytologie
Figure 3 Préparation pour la microscopie optique.
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Figure 4 Schéma de principe du microscope électronique
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Introduction à la cytologie
Il existe une technique un peu particulière de microscopie
électronique qui permet d’observer les objets « en relief » : il
s’agit de la microscopie électronique à balayage (MEB). Elle
ne s’applique généralement qu’à des structures relativement
grandes et ne permet pas des grossissements aussi forts
que la microscopie électronique par transmission (MET)
2.3. Utilisation des isotopes radioactifs.
Il est possible de suivre le cheminement des substances qui
entrent en interaction avec la cellule si l’on utilise des moléFigure 5 Fourmi à la puce électronique
cules marquées par la radioactivité.
Les éléments radioactifs sont des isotopes de certains atomes. Ils en possèdent toutes les propriétés
chimiques. Cependant, il est possible de les suivre « à la trace » à l’aide de détecteurs de radioactivité
(compteur Geiger-Müller) ou à l’aide de simples photographies.
Il est, par exemple, aisé de déterminer quelles parties de la cellule interviennent dans le métabolisme
du glucose en faisant ingérer à la cellule du glucose C6H12O6 dont un atome C serait 14C. Ce dernier
étant radioactif, il impressionnera une pellicule photo sur laquelle on dépose des cellules qui ont
ingéré ce glucose.
2.4. Fractionnement cellulaire.
La technique du fractionnement cellulaire consiste à broyer des cellules que l’on souhaite étudier. Le
broyat est ensuite soumis à la centrifugation dans différentes conditions. Chaque phase de centrifugation permet de récupérer certaines fractions des composants cellulaires qui peuvent alors être
étudiées séparément.
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