Cellule, unité et diversité du vivant

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Cellule, unité et
diversité du vivant
► TP 1. La cellule, unité structurale
I. Les cellules sont les unités structurales de tous les êtres vivants
A. Une membrane plasmique délimite la cellule
B. Le cytoplasme contient des organites
► TP 2. La cellule, unité fonctionnelle
II. Les cellules sont les unités fonctionnelles de tous les êtres vivants
A. Le milieu intracellulaire est le siège de réactions métaboliques
B. Les cellules ont la capacité de se reproduire
III. Chaque cellule contient toute l’information génétique de l’individu
A. L'information génétique est portée par les chromosomes
B. Au cours du développement on observe une différenciation cellulaire
OBJECTIF
 La vie s’exprime sous des formes très variées (animaux, plantes,
champignons, algues, bactéries). Pourtant les êtres vivants sont tous
formés de cellules.
 On recherche en quoi, chez tous les êtres vivants, la cellule est
comparable tout en permettant une grande diversité.
Commentaires. La plupart des exemples seront choisis chez les eucaryotes,
cependant les procaryotes pourront être utilisés pour faire ressortir l’universalité de
la notion de cellule : membrane plasmique, activité métabolique, matériel
génétique.
► TP 1. La cellule, unité structurale
I. Les cellules sont les unités structurales de tous les
êtres vivants
► FIGURE 1. Echelles de grandeur dans Nathan p. 75.
 La plupart des cellules sont petites : cellules animales et végétales : 10 à 100 µm,
bactéries : 1 à 10 µm). Cependant certaines cellules peuvent atteindre de grandes
dimensions comme les ovules ou les cellules nerveuses.
Seconde
Chapitre
2.1
3 semaines

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A. Une membrane plasmique délimite la cellule
► FIGURE 2. Cellule animale, cellule végétale dans Hatier p. 167
 La membrane plasmique est l’enveloppe externe d’une cellule (épaisseur 7 à 8
nm). Elle sépare le milieu extracellulaire du milieu intracellulaire. Chez les
végétaux et certaines bactéries, elle est doublée extérieurement par une paroi.
 On appelle cytoplasme le contenu d’une cellule.
 On appelle tissu, un ensemble de cellules semblables entre elles et participant à la
même fonction (ex. tissu nerveux, tissu musculaire…).
B. Le cytoplasme contient des organites
 Le cytoplasme est constitué du cytosol (= hyaloplasme), milieu plus ou moins
liquide, dans lequel baignent des organites observables au microscope et qui
constituent des compartiments cellulaires.
 On appelle ultrastructure, une structure cellulaire observable seulement au
microscope électronique.
 Le noyau est limité par une enveloppe nucléaire. Il contient de la chromatine
(et un ou plusieurs nucléoles). Les organismes possédant des cellules à noyau
sont des eucaryotes (caryon = noyau), ils s’opposent aux procaryotes (=
bactéries) qui n’en possèdent pas.
 Les procaryotes se distinguent des eucaryotes par :
- l’absence d’organites ;
- leur petite taille (< 10 µm) ;
- le fait qu’ils sont toujours unicellulaires (parfois des colonies).
 Parmi les eucaryotes on distingue des organismes unicellulaires et des
pluricellulaires.
 Les chloroplastes, contiennent de la chlorophylle de couleur verte. Ils
caractérisent les cellules végétales exposées à la lumière.
 Les mitochondries (présentent des crêtes internes) sont le siège des réactions de
la respiration.
► CROQUIS. Cellule animale et cellule végétale d’après Hatier p. 167 (FIG. 2).
 Les cellules végétales se distinguent des cellules animales par :
- la présence d’une paroi externe rigide, la paroi squelettique ;
- la présence de plastes (ex. chloroplastes) ;
- la présence d’une vacuole (jusqu’à 90 % du volume cellulaire).
 Le réticulum endoplasmique (RE) est un réseau membranaire délimitant des
cavités aplaties. Chez les végétaux, la vacuole est une cavité dilatée du RE.
► TP 2. La cellule, unité fonctionnelle
II. Les cellules sont les unités fonctionnelles de tous les
êtres vivants
A. Le milieu intracellulaire est le siège de réactions métaboliques
 Toutes les cellules sont formées de matière minérale (eau et ions minéraux)
qu’elles puisent dans leur milieu extérieur et de matière organique, caractéristique des
êtres vivants et formée essentiellement de éléments C, H et O. Les éléments N, P et S en
moindre quantité.

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 On appelle métabolisme l’ensemble des réactions chimiques qui conduisent à la
synthèse et à la dégradation des molécules organiques.
 La source de carbone utilisée pour la synthèse de matière organique varie selon
les cellules. On distingue deux types principaux de métabolismes nutritifs.
► FIGURE 3a. Euglènes, Levures dans Hatier p. 159.
► FIGURE 3b. Comportement des Euglènes et des levures vis à vis du CO2
dans Hatier p. 160.
► FIGURE 3c. échanges gazeux des Euglènes et des levures dans Hatier
p. 161.
1. L’autotrophie permet de fabriquer de la matière organique à partir de
matière minérale
 La photosynthèse permet la fabrication glucides (molécules organiques formées
de C, H et O) à partir de molécules minérales : eau (H2O) et dioxyde de carbone
(CO2). Elle n’est possible que dans les chloroplastes des cellules
chlorophylliennes et en présence de lumière.
 Le dioxyde de carbone est donc un aliment des végétaux et le dioxygène est un
déchet de la photosynthèse.
 Les végétaux chlorophylliens stockent les glucides sous forme d’amidon.
2. L’hétérotrophie ne permet de fabriquer de la matière organique qu’à partir
de matière organique
 Les animaux et les champignons ne possèdent pas de chlorophylle. Ils sont
incapables de se nourrir à partir de matière minérale uniquement. Ils doivent
obligatoirement consommer de la matière organique.
 N.B. La respiration permet la dégradation des molécules organiques chez les
autotrophes et les hétérotrophes. Au cours de la respiration des molécules organiques
(contenant les éléments C, H et O) sont transformées en molécules minérales : eau (H2O)
et dioxyde de carbone (CO2). Elle n’est possible qu’en milieu oxygéné et permet la
libération d’énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire.
glucides [C, H, O] + dioxygène [O] → eau [H, O] + dioxyde de carbone [C,O]
+ énergie libérée
► FIGURE 4a. Division cellulaire de Paramécies dans Hatier p. 156.
► FIGURE 4b. Division cellulaire de levures dans Hatier p. 175.
B. Les cellules ont la capacité de se reproduire
 La reproduction cellulaire conforme (= mitose) est caractérisée par la
répartition du contenu d’une cellule mère dans deux cellules filles, identiques
entre elles et identiques à la cellule mère (à la taille près). Il en résulte une
multiplication cellulaire qui se poursuit tant que les conditions de milieu restent
favorables.
 D’un type cellulaire eucaryote à l’autre les modalités de cette division cellulaire
ne varient que dans le détail. On observe toujours :
- la disparition de l’enveloppe nucléaire de la cellule mère ;
- une individualisation des chromosomes doubles (= formés de deux
chromatides reliées par un centromère) qui deviennent visibles au MO ;
énergie lumineuse  chlorophylle
↓
eau [H, O] + dioxyde de carbone [C,O] → glucides [C, H, O] + dioxygène [O]

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- la séparation des chromosomes en deux lots identiques de chromosomes
simples (= à une chromatide) ;
- la reconstitution des enveloppes nucléaires de deux cellules filles.
 Chromatide est féminin.
 Selon le stade un chromosome est formé d’une chromatide (= chromosome simple)
ou de deux (= chromosome double), mais c’est toujours UN chromosome. Entre deux
divisions la duplication permet le passage de une à deux chromatides.
 Le bourgeonnement est un processus particulier de division cellulaire conforme
caractérisé par la formation de deux cellules de tailles différentes. La plus petite, le
bourgeon, se détache de la cellule mère, grossit et devient semblable à elle.
En conditions stables du milieu, les structures des cellules et leurs modes de
fonctionnement (type de métabolisme, modalités de division) sont transmis d’une
génération cellulaire à la suivante grâce à l’information génétique (= programme
génétique).
III. Chaque cellule contient toute l’information génétique
de l’individu
A. L'information génétique est portée par les chromosomes
 Les chromosomes sont des structures permanentes du noyau mais, entre deux
divisions cellulaires, leur structure filamenteuse ne permet pas leur observation,
même au ME. Ils forment la chromatine.
► FIGURE 5. Expérience de Gurdon dans Hatier p. 190
Présenter la manip et l’exploiter sous forme TD.
 Que ce soit chez les animaux ou chez les végétaux, les expériences de
transplantation de noyau, donc de chromosomes, montrent que :
- la structure et la fonction d’une cellule dépendent de la nature du noyau et non
de la nature du cytoplasme ;
- chaque noyau cellulaire contient toute l’information génétique de l’individu.
► FIGURE 6. Clonage animal (Dolly) dans Nathan p. 101.
B. Au cours du développement on observe une différenciation
cellulaire
 À partir de la cellule œuf, les cellules d’un individu se multiplient par
reproduction conforme (mitoses successives). Elles contiennent donc toutes la
même information génétique.
 Au cours du développement embryonnaire, la différenciation cellulaire permet
aux cellules devenir progressivement différentes entre elles sur les plans
morphologique et fonctionnel.
 Chez les mammifères on peut distinguer 200 types cellulaires différents (cellules
nerveuses, osseuses, musculaires etc.).
 Pourtant, toute l’information génétique est conservée au cours de la
différenciation cellulaire. On peut montrer que le noyau d’une cellule
différenciée, transféré dans un ovule, permet d’obtenir un individu entier
(principe du clonage animal). La différenciation cellulaire n’est pas une perte
d’information génétique.

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 Chez les végétaux il en est de même. Lors d’un bouturage, des cellules de tige
peuvent donner naissance à une plante entière (racines, feuilles etc..). On dit que ces
cellules sont totipotentes.
CONCLUSION
 Même si elles ont des formes et des fonctions diverses, toutes les cellules
présentent des caractères communs :
- plan d’organisation ;
- activité métabolique ;
- capacité à se reproduire à l’identique en conservant l’information
génétique.
 Tous ces caractères suggèrent une origine commune à tous les êtres
vivants.