Chapitre 1 : Les différents niveaux d`organisation du vivant

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Chapitre 1 : Les différents niveaux d’organisation du vivant
I)
Les caractéristiques du vivant
1) La matière du vivant
Les êtres vivants sont constitués de matière, c’est-à-dire d’éléments chimiques
disponibles sur le globe terrestre.
La molécule est la structure de base de la matière. Une molécule est constituée d’atomes (au
moins deux). La composition chimique d'une molécule est donnée par sa formule chimique.
Exemples :


la molécule de méthane CH4 est constituée d'un atome de carbone (C) et de quatre
atomes d'hydrogène (H) ;
la molécule de dioxygène O2 est constituée de deux atomes d'oxygène (O)

la molécule d’eau H2O est constituée de ………………………………………..
Malgré leur très grande diversité, les molécules qui composent la matière des êtres
vivants appartiennent à un nombre réduit de familles chimiques.
On a recensé très exactement 92 éléments chimiques naturels (= atomes) dans l’Univers. Ces
éléments sont classés par les physiciens dans un tableau appelé « classification périodique
des éléments ». Cf document.
 D’après ce document, classer par ordre décroissant les éléments :
 Quelle est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants ?
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Les autres molécules se répartissent principalement dans les trois catégories suivantes :
 les glucides (sucres)
 les lipides (matières grasses)
 les protides (protéines)
 Comparer la composition de ces 3 molécules :
Il existe des molécules plus grosses, comme l’ADN
ou la chlorophylle.
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Chlorophylle a
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2) Différentes échelles d’organisation du vivant
L’organisation d’un être vivant peut être définie à différentes échelles, de l’organisme à
celle de la molécule. :
- un être vivant est constitué d’un certain nombre d’organes spécialisés, observables à
l’œil nu ;
- les organes sont constitués de cellules observables au microscope optique et dont la
taille est d’une dizaine de micromètres (µm) environ pour une cellule animale ;
- les cellules contiennent divers organites bien délimités, comme le noyau et les
mitochondries présents dans toutes les cellules ou encore les chloroplastes présents
uniquement dans les cellules végétales. Les organites sont observables au microscope
électronique ;
- les innombrables molécules qui constituent ces organites cellulaires sont beaucoup
plus petites, de l’ordre de quelques nanomètres (soit mille fois plus petites qu’une
cellule).
3) La cellule, unité structurale du vivant
La cellule est définie comme l'élément fonctionnel et structural qui compose les tissus et
les organes des êtres vivants. Elle contient l'information génétique de l'individu.
La cellule est douée d’autonomie : c’est l’unité de base du vivant ! C’est une structure
capable de se développer, de se reproduire et d’évoluer.
La vie de la cellule est liée à de nombreuses réactions chimiques qui se déroulent en son
sein et définissent son métabolisme. Néanmoins, la cellule n’est pas indépendante dans son
environnement : c’est un espace délimité par une membrane à travers laquelle se produisent
les échanges d’énergie et de matières indispensables à son métabolisme.
Les activités cellulaires
sont rendues possibles par
certaines structures présentes à
l’intérieur des cellules, les
organites. Ceux-ci renferment,
en effet, diverses composantes
essentielles
au
bon
fonctionnement cellulaire : les
ribosomes, les mitochondries,
les centrioles, l’appareil de
Golgi,
le
réticulum
endoplasmique
et
les
lysosomes, le tout faisant partie
d’une dynamique fonctionnelle
régie par le noyau.
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II)
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Les principaux types d’organismes
1) Différents types d’organisations cellulaires
Tout être vivant est constitué de cellules. On trouve cependant deux types d’êtres vivants :
- Ceux composés d’une seule cellule (ex : bactéries, champignons) : …………………
- Ceux composés d’un assemblage de cellules, en nombre plus ou moins important (ex :
l’Homme avec cent mille milliards de cellules) : ………………………………………
Il existe de nombreux types de cellules selon leur taille et leur forme. Mais toutes
possèdent des caractéristiques communes en ce qui concerne leur structure et leur
composition chimique. On peut distinguer deux types d’organismes :
- Ceux qui n’ont pas de noyau : ……………………………………….
- Ceux qui possèdent un noyau : ………………………………………
2) Les procaryotes
a. Cas général
Les procaryotes ne possèdent pas de noyau. Organismes les plus primitifs, il s’agit
essentiellement des bactéries. Les procaryotes sont des unicellulaires avec une structure
simple et sont relativement petits : 1 à 10 m. Leur matériel génétique est libre dans la cellule,
mêlé au contenu cellulaire.
b. Les bactéries
i. Classification
Les bactéries n’ont pas de noyau : ce sont des procaryotes. Elles sont de petite taille,
de l’ordre du micromètre. Un microscope est nécessaire pour les observer.
On classe les bactéries selon trois grandes formes :
 forme sphérique ou ovale : les cocci (ou coques)
 forme allongée (en bâtonnet) : les bacilles
 forme spiralée : les spirilles
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Il est également possible de les distinguer selon la composition de leur paroi :
 les bactéries dites GRAM + ont une paroi simple avec une grande quantité de
peptidoglycanes
 les bactéries dites GRAM – ont peu de peptidoglycane mais possèdent une membrane
externe supplémentaire
Ce type de classification a une utilité notamment dans le domaine médical.
ii. Structure des bactéries
Les bactéries ne possèdent qu’une seule cellule (unicellulaire) et la structure de cette
cellule est très simple. La connaissance des composantes internes des bactéries est nécessaire
pour comprendre leur métabolisme.
Structure d'une bactérie
Toutes les bactéries possèdent les composantes suivantes :
- La ………….. entoure la bactérie et constitue la structure la plus externe. C’est une
paroi rigide qui détermine la forme de la cellule, protège la bactérie (une bactérie qui n'a plus
de paroi meurt) et l’empêche d’éclater sous la pression osmotique de son cytoplasme au
contenu cellulaire très concentré. La paroi est un passage obligé pour les échanges avec le
milieu extérieur. Elle est la cible d'antibiotiques, tels que la pénicilline, qui bloquent sa
synthèse et donc la multiplication des bactéries.
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- La …………………. ………………… entoure le cytoplasme. Elle est composée de
lipides et de protides. Les molécules qui la constituent sont mobiles et "flottent" dans son
épaisseur lui donnant une grande plasticité.
Parmi les diverses protéines, certaines sont constitutives, d'autres ont un rôle de transport
permettant le passage de diverses molécules ou ions (Na, K, Cl, sucres, aminoacides ou
oligopeptides). Elle contrôle donc les entrées et sorties de la cellule.
La membrane cytoplasmique des bactéries contient en outre de nombreux enzymes (=
protéines qui facilitent les réactions chimiques) assurant les synthèses et fournissant l'énergie
nécessaire au métabolisme.
- Le ………………… contient toutes les substances vitales de la cellule. Les
……………….. sont les composants essentiels qui assurent les synthèses protéiques en
traduisant l’information génétique provenant du matériel nucléaire.
- Le matériel génétique
Les cellules procaryotes ne possèdent pas de noyau mais possèdent du matériel nucléaire sous
forme d'un ………………… unique, circulaire, d'une longueur voisine de 1 mm. Ce
chromosome est composé d’une molécule d’ADN (acide désoxyribonucléique). C’est le grand
chromosome.
Les ……………….... sont de petits éléments circulaires constituant du matériel génétique
extra-chromosomique. Ils sont faits d'ADN et portent, comme le chromosome, des
informations génétiques. Ils sont autonomes et capables de se répliquer indépendamment du
chromosome.
Ces plasmides sont transmissibles à d'autres bactéries.
Eventuellement, les bactéries possèdent aussi d’autres structures qu’on appelle
« inconstantes ».
- La capsule est une structure extérieure qui entoure la bactérie et la protège.
- Les flagelles ou cils sont des structures rigides, ondulées qui naissent de la
membrane cytoplasmique. Ils permettent la mobilité des bactéries et seules les espèces qui en
sont pourvues sont mobiles.
- Les pili (poils) sont de deux sortes.
Certains d'entre eux, dénommés pili communs sont courts et cassants. Ils sont utiles pour
l'adhésion des bactéries aux interfaces et particulièrement aux muqueuses.
Les pili sexuels, plus longs, relient deux bactéries et sont voies d'échanges de matériel
génétique entre les bactéries. Les bactéries capables de produire des pili sexuels sont
dénommées bactéries "mâles" à l'opposé des autres qui sont dites "femelles".
iii. Fonctionnement et rôle des bactéries
Les bactéries ont la particularité, lorsque les conditions de température, de pH,
d’humidité et d’oxygène sont favorables, de se multiplier très rapidement. Une cellule en
donne deux identiques en seulement 30 minutes.
Les bactéries ont la capacité de s’échanger des gènes rapidement grâce aux plasmides.
Ainsi, si une information est temporairement favorable, elle sera transmise à de nombreuses
souches.
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Etres vivants les plus répandus sur terre, beaucoup de bactéries possèdent la faculté de
résister à des conditions défavorables en formant des spores qui contiennent, sous forme
condensée, le chromosome et une partie du cytoplasme autour d’une enveloppe très résistante.
Les spores peuvent être dispersées par le vent et lorsque les conditions de vie redeviennent
favorables, elles se multiplient alors de nouveaux.
Les bactéries constituent ainsi un matériel biologique très étudié : elles ont de
nombreuses applications en milieu agricoles ou industrielles. Notamment grâce à leur faculté
de reproduction si rapide.
Exemples d’utilisation : Dépollution des eaux, transformation, recyclage, etc.
Les bactéries peuvent être bénéfiques ou bien néfastes pour l’homme.
 Exemple de bénéfices : Symbiose avec les légumineuses, rumination, fabrication du
yaourt, santé humaine (fabrication d’une substance pour l’homme : insuline, hormone
de croissance). Pour cela, il est nécessaire d’introduire dans la bactérie, le gène
contenant l’information génétique intéressante, pour la faire synthétiser par la suite par
la bactérie.
 Exemple de bactéries néfastes : Les bactéries responsables de fermentation butyriques
sur le fromage, les maladies dues aux bactéries pathogènes. Dans ce cas là, elles
agissent en fabriquant des toxines qui perturbent le fonctionnement de l’organisme.
3) Les eucaryotes
Les eucaryotes possèdent un vrai noyau délimité par une membrane nucléaire. Il
s’agit des cellules des plantes et des animaux supérieurs. De taille beaucoup plus grande (10 à
50 m), le matériel génétique est contenu pour l’essentiel dans le noyau. Les eucaryotes
peuvent être de type unicellulaire ou pluricellulaire.
a. La cellule animale
Document cellules végétale et animale
Taille moyenne : 50 m
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http://bv.allopro/
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b. La cellule végétale
Document cellules végétale et animale
Taille moyenne : 200 m
La cellule végétale est celle qui
constitue tous les organismes
végétaux. Elle se distingue par
plusieurs caractéristiques :
1. La présence d’une double
membrane dont la couche
extérieure rigide, la membrane
cellulosique ou paroi cellulaire,
est faite de cellulose.
2. Les cellules végétales sont
reconnaissables par leur forme
allongée et la présence d’une
grande vacuole centrale
permettant l’hydratation constante
de la cellule par un phénomène
d’osmose.
3. On trouve dans les cellules
végétales des chloroplastes qui
contiennent la chlorophylle, un
pigment à l’origine de la couleur
verte des végétaux et qui participe
au processus de photosynthèse.
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4) Les virus
Situé à la frontière entre le non vivant et le vivant, ils ont besoin pour exister d’utiliser un
hôte. Il s’agit d’agent pathogène qui transporte le génome viral de cellule en cellule.
Attention !! Ils ne sont pas considérés comme des cellules car ils n’ont ni membrane
plasmique, ni cytoplasme, ni noyau.
Etant donnée leur structure très simple, ils n’ont ni croissance, ni métabolisme : une seule
fonction, la reproduction. Les virus sont donc des parasites obligatoires :
 parasite car la cellule hôte voit son propre fonctionnement perturbé par cette invasion
 obligatoire car le virus ne peut pas se reproduire autrement !
Il va détourner la « machine génétique » de la cellule infectée pour faire fabriquer son propre
matériel génétique et ainsi se multiplier, au détriment de la cellule.
Il existe trois types fondamentaux de virus, caractérisés par leur forme :
 cubiques
 en bâtonnets
 mixtes
Le virus a une organisation extrêmement faible mais il provoque énormément de dégâts.
Extrêmement petit, de l’ordre du nanomètre, ils sont composés :
 d’acide nucléique qui contient l’information génétique
 de protéines qui constituent une structure appelée capside (rôle de protection)
On classe les virus en deux catégories :
 les virus à ADN qui vont utiliser le noyau pour leur multiplication
 les virus à ARN qui vont utiliser le cytoplasme pour leur multiplication
5) Les cinq règnes de la vie
Il existe cinq règnes :
-
Le règne VEGETAL composé d’organismes ………………….
 capable d’édifier leur propre matière à partir d’eau, de CO2 et de
substances minérales grâces aux chloroplastes
 organismes qui vivent fixés
-
Le règne ANIMAL composé d’organismes ………………………
 Tirent leur énergie de composés organiques déjà préexistants
 Mobilité
-
Le règne des PROTISTES = protozoaires, algues unicellulaires, champignons
unicellulaires
-
Le règne des MONERES = bactéries (cyano et archae)
-
Le règne des MYCETES : champignon pluricellulaire
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III)
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Exercices
Exercice 1 : Mots croisés organisation du vivant
1: Système complexe pouvant être unicellulaire ou pluricellulaire. L'être humain en est un …
ORGANISME
2: Il est constitué d'un ensemble d'organes qui accomplissent une même fonction.
3: Il est constitué d'un ensemble de cellules différenciées assurant une même fonction.
4: Ensemble d'atomes qui mènent à la formation des constituants de base de la cellule.
5: Structure anatomique identifiable constituée d'au moins deux types de tissus.
6: Unité structurale et fonctionnelle de l'organisme. Sa dimension est de l'ordre du micromètre. Elle
possède un noyau qui renferme les chromosomes.
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Exercice 2 : Structure bactérie
Placer ces 10 organites en face des bons numéros :
Capsule - Paroi - Membrane plasmique – Chromosome - Flagelle – Cytoplasme - Ribosomes Plasmide - Pili sexuels - Pili communs
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Pili sexuels
Mésosome
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Exercice 3 : Quiz cellule animale
1. Une cellule ne possédant pas de noyau est appelée cellule ……………………
2. Une cellule possédant un noyau est appelée cellule …………………….
3. Elle délimite le volume de la cellule :
4. Lieu de conservation du matériel génétique de la cellule :
5. Il regroupe l'ensemble des substances qui se trouvent entre la membrane plasmique et le
noyau :
6. Ils synthétisent les protéines :
7. Organite où a lieu la respiration cellulaire :
8. Organite qui intervient dans la synthèse des lipides :
9. Organite qui intervient dans la synthèse et la modification des protéines :
10. Organite responsable de la dégradation des organites usés :
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Exercice 4 : Compléter avec les numéros ce schéma d’une cellule végétale
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http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biocell_plantcellstructure.htm
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IV)
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Annexes
Cellule animale
(http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/fencmed/targets/illus/ilt/T059292A.gif)
Cellule végétale
(http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/fencmed/targets/illus/ilt/T059293A.gif)
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Comparaison cellule animale et cellule végétale
Procaryote
s
Unicellulaire
MONERES
Unicellulaire
PROTISTES
Eucaryotes
VEGETAL
Pluricellulaire
ANIMAL
MYCETES
Les 5 règnes
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