Agrandissement et échelle

Introduction aux cellules
Idée Essentielle: l’évolution des organismes
multicellulaires a permis la spécialisation et le
remplacement des cellules.
Cette image montre des cellules souches totipotentes. Ces cellules non spécialisées se diviseront et certaines
deviendront des cellules qui forment le muscle cardiaque, les neurones dans le cerveau et des lymphocytes du sang.
Ces trois types de cellules humaines spécialisées sont structurellement très différentes et accomplissent certaines
fonctions plus efficacement qu’une cellule non spécialisée telles que les cellules embryonnaire pourraient le faire.
Un autre avantage des organismes multicellulaires sur ceux unicellulaires est la sévérité des dommages ne mène pas
nécessairement à la mort de l’organisme. Les cellules souches demeurent durant la vie d’un organismes
multicellulaires, ce qui lui permet de digérer les cellules endommagées et les remplacer, ex. des blessures peuvent
être guéries.
Nature de la science
Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se
conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1)
Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches
tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre
éthique. (4.5)
Notions-Clés
1.1 N1
Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se
composent de cellules. Le rapport surface/volume
est important pour limiter la taille de la cellule.
1.1 N2
Les organismes composés d’une seule cellule
effectuent toutes les fonctions de la vie dans cette
cellule.
1.1 N3
Le rapport surface/volume est important pour
limiter la taille de la cellule.
1.1 N4
Les organismes multicellulaires ont des propriétés
qui émergent de l’interaction entre leurs
composantes cellulaires.
On s’attend à ce que les élèves puissent
nommer et décrire brièvement les
fonctions de la vie suivantes : la nutrition,
le métabolisme, la croissance, la
réponse, l’excrétion, l’homéostasie et la
reproduction
Nature de la science
Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se
conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1)
Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches
tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre
éthique. (4.5)
Notions-Clés
1.1 N5
Les tissus spécialisés peuvent se développer par
différenciation cellulaire dans les organismes
multicellulaires.
1.1 N6
La différenciation implique l’expression de certains
gènes, mais pas d’autres dans le génome d’une
cellule.
1.1 N7
L’aptitude qu’ont les cellules souches à se diviser et à
se différencier en empruntant des voies différentes
est nécessaire dans le développement
embryonnaire ; c’est grâce à cette aptitude qu’elles
conviennent pour être utilisées à des fins
thérapeutiques.
Nature de la science
Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se
conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1)
Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches
tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre
éthique. (4.5)
Compétences et Applications
1.1 A1
La présentation de questions sur la théorie
cellulaire en utilisant des exemples atypiques,
notamment les muscles striés, les algues géantes
et les hyphes fongiques non cloisonnées.
1.1 A2
L’examen des fonctions de la vie chez
Paramecium et un organisme unicellulaire
photosynthétique nommé.
1.1 A3
L’utilisation des cellules souches pour traiter la
maladie de Stargardt et une autre affection
nommée.
1.1 A4
Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins
thérapeutiques de cellules souches provenant
d’embryons créés tout spécialement à cette fin,
du cordon ombilical d’un nouveau-né et des
propres tissus d’un adulte
Chlorella ou Scenedesmus sont des organismes
unicellulaires photosynthétiques adéquats
mais il faut éviter de nommer Euglena car elle
peut se nourrir par voie hétérotrophe
Nature de la science
Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se
conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1)
Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches
tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre
éthique. (4.5)
Compétences et Applications
1.1 C1
L’utilisation d’un microscope optique pour
examiner la structure de cellules et de tissus,
avec schémas des cellules. Le calcul du
grossissement des schémas et de la taille
réelle des structures et ultrastructures
représentées sur les schémas ou les photos
prises au microscope. (Exercice de travaux
pratiques 1)
Les échelles graphiques sont un moyen utile pour
indiquer les tailles réelles sur les schémas et les
photographies prises au microscope.
1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas
des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures
représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1)
L’apprentissage des microscopes se fait mieux par
des expériences. Les liens ci-dessous visent ceux
sans accès à un microscope.
Comment utiliser un
microscope
Source: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Dinoflagellata
Microscope Virtuel: http://www.udel.edu/biology/ketcham/microscope/scope.html
Apprenez sur les microscopes: http://www.wisc-online.com/objects/ViewObject.aspx?ID=BIO905
1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas
des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures
représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1)
Agrandissement et échelle
Agrandissement
Agrandissement
=
Grosseur de l’image
---------------------------Grosseur de l’objet
 Avec un microscope, n’oubliez pas de multiplié la valeur de
l’objectif par la valeur de l’oculaire(10x)
 Les micrographies et images imprimées ont normalement une
échelle ou un agrandissement.
1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas
des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures
représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1)
Agrandissement et échelle
 Il est très important de s’assurer que les unités sont les mêmes en





utilisant la formule.
Elles pourraient être en mm ou en µm.
Elles doivent être converties.
La barre d’échelle est parfois ajoutée directement sur la
micrographie ou le dessin, parfois sur le côté.
Ces lignes droites représentent la grandeur réelle de l’objet
Par exemple, si une barre de 10mm sur une micrographie avec un
agrandissement de 10 000X, la barre aurait une indication de 1 µm.
1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas
des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures
représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1)
Agrandissement et échelle
Exemple:
La longueur d’une image est 30mm. Elle représente une structure qui a une
mesure réelle de 3 µm. Déterminez l’agrandissement de l’image?
Soit:
30 mm
3 µm
=
=
30 x 10-3 m
3 x 10-6 m
Agrandissement =
=
30 x 10-3
3 x 10-6
10 000 X
1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas
des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures
représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1)
Agrandissement et échelle
Exemple:
La longueur d’une image est 30mm. Elle représente une structure qui a une
mesure réelle de 3 µm. Déterminez l’agrandissement de l’image?
Ou
30 mm
=
30, 000 µm
Agrandissement =
=
30, 000
3
10 000 X
Calculer l’agrandissement
On veux probablement savoir
combien de fois l’image a été
agrandie.
La barre d’échelle représente la
grosseur « réelle » de l’échantillon de
l’image, donc nous n’avons qu’à
travailler avec la barre d’échelle
En premier lieu, convertissez vos unités pour qu’elles soient toutes identiques.
Barre d’échelle = µm, alors convertissez la règle en µm.
1 mm = 1 000 µm, alors 20 mm = 20 000 µm.
Maintenant, on peut calculer l’agrandissement.
Mesure de la barre d’échelle
(On vient de la calculer).
20 000 µm
Valeur de la barre d’échelle
(grosseur réelle de l’échantillon).
L’agrandissement = 2
10 µm
000x
Imprimer cette feuille et calculer l’agrandissement des barres d’échelle:
Rappel: Pour calculer l’agrandissement, l’image n’est pas
nécessaire si vous avez la barre d’échelle.
Tiré de:
Calculer l’agrandissement (sans barre d’échelle)
Pour ce type de question, mesurer la
partie de l’image à résoudre et diviser
celle-ci par l’agrandissement.
Convertissez vos unités de façon
appropriée
Ex.: Longueur mesurée
-------------------------
Agrandissement
OU
Converti à
Devrait avoir un nombre entier de ce côté de la virgule
Une option possible
Diatomée x 1 000
Tête de Moustique x 200
Diatomée x 5 000
Seringue hypodermique x 100
2. Un spermatozoïde a une queue de 50 µm. Un étudiant le dessine
de 75 mm en longueur. Quel est l’agrandissement?
2. Un spermatozoïde a une queue de 50 µm. Un étudiant le dessine
de 75 mm en longueur. Quel est l’agrandissement?
Si vous êtes bloqué, dessinez le
problème
1. Convertissez les mm en µm :
2. Longueur mesurée
Mesure de la barre d’échelle
Agrandissement
Agrandissement et échelle
Micrographie d’un rein
Source: http://www.trefle.com/a-vendre/art-collection-bibelot/normal-kidney-tissue-x100-micrograph-renal-urinaryphotograp_91480426-loc-france-paris_75056.html
Agrandissement et échelle
Sur l’image précédente, la zone identifié sur l’image mesure 1 cm.
Avec un agrandissement de 100x, alors la taille de l’objet est alors:
Taille de l’objet = Taille de l’image / agrandissement
= 1 cm / 100
= 0,01 cm ou 0,1 mm
1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules
Selon la théorie cellulaire…..
 Les organismes vivants sont composés de cellules.
 Les cellules sont les plus petites unités de la vie.
 Les cellules proviennent de cellules préexistantes.
1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules
Le milieu de vie de la cellule
Qu’est-ce que la vie ?
La vie se définit au niveau cellulaire, mais qu'est-ce qu'une cellule vivante ?
Qu’est-ce que la vie?
Être vivant = structure pouvant :
•
•
•
Se réparer (en puisant des matériaux et de l’énergie
dans son environnement)
Se reproduire
Contrôler son fonctionnement en fonction des
variations du milieu
Et pour un pluricellulaire, qu’est-ce que la vie ?
1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules
Tous les organismes
vivants sont composés
de cellules(ou produits
de cellules)
Longitudinal section of a root tip of Maize (Zea mays)
by Science and Plants for Schools on Flickr (CC) http://flic.kr/p/bNNM6M
1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules
La cellule est la plus petite
unité de vie
Les structures spécialisées dans
les cellules (organites)
complètent des fonctions
différentes. Les Organites ne
peuvent survivre seuls.
Cette micrographie de
Paramecium montre 2 vacuoles
contractile , la rainure orale avec
la formation d’une nouvelle
vacuole de nourriture à son
extrémité, et les cils qui
l’entourent.
http://www.infovisual.info/02/004_en.html
Source: http://www.dr-ralf-wagner.de/
1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules
Les cellules proviennent de
cellules préexistantes :
 Cellules se multiplient par division
 Toute vie a évolué d’ancêtres
simples
 La mitose résulte en cellules filles
diploïdes génétiquement identique
 La méiose génère des gamètes
haploïdes (cellules sexuelles)
Étape à 4 cellules du Dollar des sables ( Clypeaster subdepressus - Oursin) par Bruno
Vellutini sur Flickr (CC) http://flic.kr/p/daWnnS
1.1.A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment
les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées
Muscle Strié
 Contredit l’idée qu’une




cellule a un noyau seulement
Les cellules musculaire ont
plus qu’un noyau par cellule
Les cellules musculaires
nommées fibres peuvent être
très longues (300mm)
Elles sont entourées par une
membrane plasmique simple
mais sont multi-nucléée
(plusieurs noyaux).
Ceci ne suit pas le principe
d’un seul noyau par cellule
Source: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Skeletal_striated_muscle.jpg
1.1.A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment
les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées
Hyphes fongiques aseptées
 Contredit l’idée qu’une cellule a un
noyau seulement.
 Hyphes fongiques sont également
très grosses avec plusieurs noyaux
et un cytoplasme continue
 Le système tubulaires des hyphes
forme un réseau dense nommé
mycélium
 Comme les cellules musculaires,
elles sont multi-nucléée
 Elles ont des parois cellulaires
composée de chitine
 Le cytoplasme est continu le long
de l’hyphe avec aucune paroi ou
membrane terminale
Source: http://www.apsnet.org/edcenter/intropp/pathogengroups/pages/introfungi.as
1.1.A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment
les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées
Algue géante (Acetabularia)
 Acetabularia est un organisme
unicellulaire qui contredit les idées que
les cellules doivent être
structurellement simples et petites en
grosseur
 Énorme en grosseur (5 – 100mm)
 Forme Complexe, elle consiste de
trois parties anatomiques:
 Rhizoïde inférieur (qui ressemble à
un groupe de racines courtes)
 Une tige longue
 Un groupement en parapluie de
branches qui peuvent fusionner en
chapeau.
 Le noyau simple se retrouve dans le
rhizoïde
Source: http://deptsec.ku.edu/~ifaaku/jpg/Inouye/Inouye_01.htm
Fonctions de la vie

Organismes capable du toutes les
fonctions de la vie telles que:
Métabolisme
Sensitivité
Croissance
Reproduction
Homéostasie
Nutrition
1.1.N2 Les organismes composés d’une seule cellule effectuent toutes les fonctions de la vie dans cette cellule
Vous connaissez:
Dans le cours, ces fonctions sont raffinées:
 Mouvement
 Métabolisme – le réseau de toutes les réactions
 Reproduction
 Sensitivité
 Homéostasie
 Croissance
 Respiration
 Excrétion
 Nutrition






catalysées par un enzyme dans une cellule ou un
organisme, ex. respiration
Réponse – Les organismes vivants peuvent
répondre et interagir avec l’environnement
Homéostasie – Le maintien et le contrôle des
conditions cellules internes, ex. eau et le pH
Croissance - Les organismes vivants peuvent
croitre ou changement de dimension / forme
Excrétion – l’élimination des déchets
métaboliques
Reproduction - Les organismes vivants
produisent des descendants, soit sexué ou asexué
Nutrition – Se nourrir soit par la synthèse de
molécules organiques (ex. photosynthèse) ou
l’absorption de matière organique
1.1.N2 Les organismes composés d’une seule cellule effectuent toutes les fonctions de la vie dans cette cellule
Mémoriser les fonctions de la vie
Un moyen facile de s’en rappeler: Croissance, Homéostasie,
Excrétion , Reproduction, Métabolisme, Sensitivité, et Nutrition est:
“CHER M. S N”
(chaque lettre est une fonction)
Source: http://www.dr-ralf-wagner.de/
1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique
nommé
Comment cette paramécie démontre les fonctions de la vie?
Source:
http://umanitoba.ca/Biology/BIOL1030/Lab1/biolab1_3.html#Ciliophora
1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique
nommé
Excrétion – la membrane
plasmique contrôle l’entrée
et la sortie des substances
incluant l’expulsion de
déchets métaboliques
Homéostasie – vacuole contractile se
remplie d’eau et s’en débarrasse via la
membrane plasmique pour contrôler le
contenu en eau
Métabolisme –
majorité des
voies
métaboliques
ont lieu dans le
cytoplasme
Réponse – Le
mouvement
d’action de
vagues par les
cils déplace la
paramécie en
réponse aux
changement
dans
l’environnement
, ex. vers la
nourriture.
Source: http://umanitoba.ca/Biology/BIOL1030/Lab1/biolab1_3.html#Ciliophora
Nutrition – Les vacuoles
alimentaires contiennent
les organismes que la
paramécie a consommée
Croissance – après avoir
consommé et assimilé la
biomasse de la nourriture, la
paramécie deviendra plus grosse
jusqu’à ce qu’elle se divise.
Reproduction – Le noyau
peut se diviser pour supporter
la division cellulaire par
mitose, la reproduction est
souvent asexuée
1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique
nommé.
Comment cette algue démontre les fonctions de la vie?
Source: http://www.algae.info/Algaecomplete.aspx
1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique
nommé.
Excrétion – la
membrane plasmique
contrôle l’entrée et la
sortie des substances
incluant la diffusion vers
l’extérieur de l’oxygène
en surplus
Reproduction – Le noyau peut se
diviser pour supporter la division
cellulaire par mitose (ces cellules sont
en cytokinèse)
Métabolisme
– majorité des
voies
métaboliques
ont lieu dans le
cytoplasme
Nutrition – La
photosynthèse a
lieu à l’intérieur
des chloroplastes
pour fournir de
la nourriture à
l’algue.
Source: http://www.algae.info/Algaecomplete.aspx
Croissance – après avoir consommé et assimilé la
biomasse de la nourriture, l’algue deviendra plus
grosse jusqu’à ce qu’elle se divise.
Réponse – Le
mouvement
d’action de
vagues par les
cils déplace
l’algues en
réponse aux
changement
dans
l’environnement,
ex. vers la
lumière.
Homeostasis –
vacuole
contractile se
remplie d’eau et
s’en débarrasse
via la
membrane
plasmique pour
contrôler le
contenu en eau
1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule.
Grosses cellules VS petites cellules
Combien d’unités de membrane (surface) sont présentes par unité de volume
La membrane plasmique est responsable des échanges (export/import) dans la cellules. Les
réactions métaboliques ont lieu sur les membranes
Un ratio plus large SA:Vol indique que la cellule agit de façon plus efficace: pour chaque unité de
volume qui nécessite des éléments nutritifs ou produit des déchets, il y a plus de membranes pour les
desservir
1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule.
De quelle autre façon un grand ratio SA:Vol
est bénéfique?
Les voies de diffusion sont plus courtes, donc plus efficace – les molécules n’ont pas besoin de voyage loin
pour entrer/sortir de la cellule, alors prennent moins de temps et (si transport actif,) moins d’énergie.
Les gradients de concentration sont plus facile à créer – ce qui rend la diffusion plus efficace. (i.e. on a besoin
de moins de soluté pour faire une solution de 10% dans un bécher de 100ml que dans un sceau de 10L
Un grand ration SA:Vol n’est pas toujours un avantage:
Les petits mammifères à sang chaud perdent leur chaleur très vite à
cause du grand ratio. Ils doivent manger constamment! (Pensez à
comment vous avez faim dans les jours très froid)
Les plantes désertiques perdraient leur eau rapidement avec des
feuilles plates – donc elles minimisent leur ration SA:Vol afin de
conserver l’eau. Certaines plantes changent leur métabolisme
(CAM) pour préserver l’eau
1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule.
Alors comment les organismes maximisent leur ratio SA:Vol
Lorsque les organismes croissent , les cellules se divisent.
Deux petites cellules sont plus efficace qu’une grosse cellules.
Ceci permet aussi la différenciation cellulaire, des fonctions spécialisées
et une vie multicellulaire plus complexe.
Les cellules se cloisonnent - ils utilisent leurs membranes pour compléter les
processus métaboliques. Chez les eucaryotes, on les nomme organites.
Les organites eux-mêmes, comme cette mitochondrie, sont aussi composés
de membranes – maximisant la surface pour les réactions.
Certains organes (comme les intestins) se replient pour
maximiser le rapport SA:Vol – permettant une absorption plus
efficace des molécules de nourriture.
Les alvéoles dans les poumons sont des membranes minces qui
maximisent la surface pour les échanges gazeux.
Les racines sont longues et ramifiées, avec des
poils racinaires sur les cellules pour maximiser
la surface d’absorption de l’eau.
1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule.
Cellules et tissus spécialisés pour les
échanges gazeux ou de matériel vont
augmenter leur surface pour optimiser
les transferts de matériaux, ex. les
microvillosités(ci-dessous) dans
l’intestin grêle
La cellule doit par conséquent se diviser afin de
rétablir un rapport SA:Vol viable et survivre.
 A représente un petit organisme unicellulaire
 B un gros organisme unicellulaire
 C un organisme multicellulaire
Surface augmente malgré que le
volume total demeure constant
A
B
C
1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule.
En résumé:
 Le taux métabolique d’une cellule est en fonction de sa masse / volume
 Le taux d’échange de matériaux (entre/sort) d’une cellule est fonction




de sa surface
Lorsque la cellule croît, son volume augmente plus vite que sa surface
(menant à un rapport SA:Vol réduit)
Si le taux métabolique est plus grand que le taux d’échange de
matériaux vitaux et de déchets, la cellule mourra éventuellement
Par conséquent, la cellule doit se diviser afin de rétablir un rapport
SA:Vol viable et survivre
Les cellules et tissus spécialisés pour les échanges gazeux ou de
matériel (ex. alvéoles) vont augmenter leur surface pour optimiser les
transferts de matériaux.
Extension: Y a t-il des exceptions? Essayez de trouver des cellules
inhabituellement grosses et comment elles sont adaptées pour
survivre.
Comparaison de taille
1 µm = 1/1000 mm
1 nm = 1/1000 µm
Virus (50 à 100 nm)
Protéine ~ 3 nm
Bactérie (2 µm)
L’ordre de grandeur
Visible à l’œil nu
500 m
L’épaisseur de la feuille de
troène (Ligustrum)
200 m
Paramécie(organisme
unicellulaire)
100 m
Diamètre d’une aiguille
(pointe) et le plus petit objet
visible par l’œil
L’ordre de grandeur
Visible au microscope optique
40 m
Diamètre de la cellule
végétale
30 m
Épaisseur de d’un cheveu
humain très fin
20 m
Diamètre d’une cellule
animale
1 m
Diamètre d’une
mitochondrie
0,5 - 1 m
(500 – 1000nm)
Diamètre d’une bactérie
0,2 m
(200 nm)
Plus petit objet visible au
microscope optique
L’ordre de grandeur
Visible au microscope à électrons
20 nm
Diamètre d’un ribosome
7 nm
Épaisseur d’une membrane
2 nm
Diamètre d’une molécule
d’ADN
0,5 nm
Plus petit objet visible au
microscope à électrons
Invisible
0,04 nm
Diamètre d’un atome
d’hydrogène (le plus petit
atome)
1.1.N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs
composantes cellulaires.
Les propriétés émergentes proviennent de l’interaction de
composantes. Le tout est plus grand que la somme de ses
parties. Les organismes multicellulaires sont capable de
compléter des fonctions que des cellules individuelles ne
pourraient faire – Ceci est causé par l’interaction entre les
cellules produisant de nouvelles fonctions.
1.1.N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs
composantes cellulaires.
La science a traditionnellement pris une approche réductionniste pour
résoudre les problèmes et développer des théories. La biologie utilise
une pensée inductive puisque elle a réalisé l’importance des propriétés
émergentes, que ce soit l’interaction des gènes, enzymes travaillant
ensemble dansune voie métabolique, ou des cellules qui forment des
tissus, des tissus différents formant des organes, qui ensuite forme des
systèmes et l’organisme lui-même. À chaque niveau, les propriétsé
émergents apparaissent.
1.1.N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs
composantes cellulaires.
Comme modèle, prenez une ampoule électrique. L’ampoule est le système
composé de filaments fait de tungstène, un bouchon métallique, et un
contenant de verre. On peut étudier les composantes individuellement, leurs
fonctions et leur propriétés. Ce serait les propriétés de :
 Tungstène
 Bouchon métallique
 Contenant de verre
Lorsqu’on les étudie de façon individuelle, cela ne
permet pas de prédire les propriétés de l’ampoule.
Seulement lorsqu’on les combine pour former
l’ampoule que les propriétés peuvent être
déterminées. Il n’y a rien de supranaturel avec les
propriétés émergentes mais simplement une
combinaison des partis qui résulte en de nouvelles
propriétés qui émergent.
Source: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gluehlampe_01_KMJ.jpg
1.1.N5 Les tissus spécialisés peuvent se développer par différenciation cellulaire dans les organismes
multicellulaires.
 Chez les humains, 220
types de cellules
distinctes hautement
spécialisées ont été
identifiés
 Toutes les cellules
spécialisées et les organes
issus d’elles se sont
développés à partir de la
différentiation.
Source: http://images.wisegeek.com/types-of-human-cells.jpg
1.1.N6 La différenciation implique l’expression de certains gènes, mais pas d’autres dans le génome d’une
cellule.
 Toutes les cellules (diploïde) d’un
organisme partagent un génome
identique – chaque cellule contient la
recette entière d’instructions génétique
pour cette organisme.
 MAIS pas tous les gènes sont exprimés
(activés dans toutes les cellules.
 Dans les cellules souches
embryonnaires (totipotente), le
génome entier est actif
 Les nouvelles cellules créées reçoivent
des signaux qui désactivent (ou plus
rarement activent) les gènes, ex. une
cellule de la peau ne peut pas produire
de l’hémoglobine (le pigment dans les
globules rouges qui transporte
l’oxygène)
Source: http://www.ns.umich.edu/stemcells/022706_Intro.html
1.1.N6 La différenciation implique l’expression de certains gènes, mais pas d’autres dans le génome d’une
cellule.
 Extension: Les gènes actifs sont
normalement assemblés sous une
forme accessible et élargie
(euchromatine), tandis que les gènes
inactifs sont plutôt assemblés sous une
forme condensée (hétérochromatine)
 Le mois de gènes actifs qu’une cellule
possède la plus spécialisée elle
deviendra.
 En réponse à l’expression génique, la
différentiation cellulaire débute: le
métabolisme et la forme de la cellule
change pour effectuer une fonction
spécialisée.
Source: http://www.ns.umich.edu/stemcells/022706_Intro.html
1.1.N7 L’aptitude qu’ont les cellules souches à se diviser et à se différencier en empruntant des voies
différentes est nécessaire dans le développement embryonnaire ; c’est grâce à cette aptitude qu’elles
conviennent pour être utilisées à des fins thérapeutiques
Cellules souches sont non-spécialisées
qui:
 Peuvent se diviser constamment et
se répliquer
 Ont la capacité de se différencier en
cellules spécialisées
Totipotente
Peut se différencier en n’importe quel type de
cellules.
Pluripotente
Peut se différencier en plusieurs types de cellules.
Multipotente
Peut se différencier en certains types de cellules
similaires.
Unipotente
Peut se régénérer mais peut seulement se
différencier dans leur type de cellules (ex. cellules
souches du foie peuvent seulement faire des cellules
du foie).
Image from:
http://en.wikipedia.org/wiki/Stem_cell
1.1.N7 L’aptitude qu’ont les cellules souches à se diviser et à se différencier en empruntant des voies
différentes est nécessaire dans le développement embryonnaire ; c’est grâce à cette aptitude qu’elles
conviennent pour être utilisées à des fins thérapeutiques
Apprenez davantage sur les site ci-dessous
http://ns.umich.edu/stemcells/022706_Intro.html
http://learn.genetics.utah.edu/content/stemcells/scintro/
A Stem Cell
http://www.youtube.com/watch?v=2-3J6JGN-_Y
Story
1.1.A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée
Dystrophie maculaire de Stargardt
Le
problème
• Affecte environ un sur 10,000 enfants
• Condition génétique récessive (héritée)
• Une mutation cause le mauvais fonctionnement d’une protéine de
transport actif sur des cellules photo réceptrices
• La cellule photo réceptrice dégénère
• La production d’une protéine dysfonctionnelle qui ne peut pas faire
de transport d’énergie et qui cause progressivement et
éventuellement la perte de la vision
Le
traitement
• Les cellules souches embryonnaires sont traitées pour se diviser et
se différencier en cellules rétiniennes
• Les cellules rétiniennes sont injectées dans la rétine
• Les cellules rétiniennes s’attachent à la rétine et deviennent
fonctionnelles
• La vision centrale s’améliore suite à un plus grand nombre de
cellules rétiniennes fonctionnelles.
Le futur
• Ce traitement est encore au stade des essais cliniques limités, mais
devrait être utilisé fréquemment dans le futur
1.1.A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée
Apprenez davantage sur les thérapies avec
cellules souches au site suivant
http://media.hhmi.org/biointeractive/click/Stem_Cell_Therapies/01.html
1.1.A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée
Leucémie
Le
problème
• Cancer du sang ou de la moelle osseuse, résultant en niveaux élevés
et anormaux de globules blancs qui fonctionnent mal.
Le
traitement
• Cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont récoltées de la
moelle osseuse, le sang périphérique ou le sang du cordon
ombilical
• La chimiothérapie et radiothérapie sont utilisées pour détruire les
globules blancs infectés
• De nouveau globules blancs ont besoin d’être remplacés par cellules
en santé.
• CSH sont transplantés dans la moelle osseuse
• CSH se différencie pour former de nouveau globules blancs sains
Le bénéfice • L’utilisation des CSH propres au patient diminue grandement le
risque d’un rejet immunitaire comparativement à une
transplantation traditionnelle de la moelle osseuse.
1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons
créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte
Comparaison des sources de cellules souches
Embryon
Sang du cordon
Adulte
Facilité d’extraction Peut être obtenue
d’embryons
excédentaires via
FIV.
Facilement obtenu
et stockée,
cependant en
quantité limitée.
Difficulté
d’obtention car
elles sont rares et
cachées
profondément dans
les tissus
Éthique de
l’extraction
Peut seulement être
obtenu suite à la
destruction de
l’embryon
Cordon ombilical
est retiré à la
naissance et jeté
qu’on récolte ou
non les cellules
souches.
Le patient adulte
peut donner sa
permission pour
l’extraction des
cellules
Potentiel de
croissance
Presque illimité
Risque de tumeur
Haut risque de
développement
Potentiel réduit (en comparaison aux
cellules embryonnaires)
Risque plus faible de développement
1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons
créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte
Comparaison des sources de cellules souches
Différentiation
Dommage
génétique
Compatibilité
Embryon
Sang du cordon
Adulte
Peut se différencier
en n’importe quel
type de cellules
Capacité limitée de
se différencier (sans
aide, se divise
naturellement en
cellules du sang)
Capacité limitée de
se différencier
(selon la source du
tissu)
Moins de change de dommage génétique
que les cellules adultes
Cellules souches ne
sont pas
génétiquement
identiques au
patient
Avec l’accumulation
des mutations dans
la vie d’un adulte,
des dommages
génétiques peuvent
avoir lieu.
Complètement compatible avec le patient
puisque les cellules souches sont
génétiquement identiques
1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons
créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte
Arguments pour le clonage thérapeutiques
 La recherche sur les cellules souches nous dirige vers des découvertes
futures et des technologies bénéfiques qui n’auraient pas eu lieu si
leur usage était banni
 Peut être utilisé pour guérir des maladies sérieuses ou handicap avec
une thérapie cellulaire (remplaçant les mauvaises cellules avec des
bonnes)
 Transplants ont moins de chance d’être rejeté puisque leur cellules
sont génétiquement identique à ceux des parents
 Transplants n’ont pas besoin de la mort d’un donneur
 Cellules souches peuvent être retirées des embryons qui ont cessé leur
développement et qui seraient mort de toute façon (ex. avortements)
 Les cellules sont récoltées à un stade où l’embryon n’a pas de système
nerveux et par conséquent ne ressent pas la douleur
 Les cellules souches peuvent être créées sans le besoin de fertilisation
et de destruction d’embryons humains ‘naturels’ – CSPi
1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons
créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte
Arguments contre le clonage thérapeutiques
 Implique la création et destruction d’embryons humains (à quel moment






offre-t-on le droit de vivre?)
Les cellules souches embryonnaires sont capable de division continue et
peuvent se développer en cellules cancéreuses et causer des tumeurs
Plus d’embryons que nécessaire sont produits, donc l’excédent est tué.
Avec des coûts et des efforts additionnels, des technologies alternatives
peuvent remplir des rôles similaires (ex. reprogrammation nucléique des
cellules différenciées)
Objections religieuses ou morales selon l’argument ‘On prend le rôle de
Dieu’.
L’embryon qui est crée pourrait potentiellement être utilisé dans FIV et se
développer en un fétus humain, alors est-ce qu’on crée la vie humaine pour
la détruire?
Malgré que le clonage reproductif humain est illégal, Ceci n’a pas été ratifié
par toutes les nations. Il existe un potentiel pour une course vers le clonage
du premier humain.
1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons
créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte
Les cellules souches CSPi pourraient réduire le
besoin de cellules souches embryonnaires.
Pluripotente induite.
Cellules différenciées qui peuvent être
reprogrammées pour retourner à l’état de cellules
souches.
1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons
créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte
Reprogrammation: Comment converti n’importe quelle cellule du corps en une
cellule souche pluripotente.
Regardez les nouvelles
– Il y a des articles sur
CSPi tout le temps.
Nouveau type de cellule pluripotente découverte
dans des tissus de la poitrine d’un adulte
Des essais avant-gardistes sur des cellules souches adultes ont
été approuvé au Japon.
Bibliographie / Remerciements
Jason de Nys