2) Mouvement intracellulaire

CYTOLOGIE
I- Les différents constituants cellulaires
Constituants cellulaires et ultrastructure
NOYAU
Description et
Composition
chimique
Nucléoplasme :
glucide, protide,
lipide, ARN
Chromatine : ADN,
protéine
Nucléole : ARN
Membrane
nucléaire : Lipoprotéine
RETICULUM ENDOPLASMIQUE
fonction
- premier
responsable de la
survie de la
cellule:
organisateur
cellulaire
- assure la
transmission des
caractères
héréditaires de la
cellule
- Prolongement de la
membrane nucléaire
(simple membrane)
-Réseaux de cavités
s’étendant dans tout
le cytoplasme, riches
en protéine et en
d'autres éléments
cellulaires
-2 types : réticulum
endoplasmique
granuleux ou REG sous
forme de citerne
présentant des
ribosomes sur la face
externe de leur
membrane
réticulum
endoplasmique lisse
ou REL
Les ribosomes
enchaînés forment un
polysome
- vésicules de
transport
d’éléments
-REG : usine de
fabrication de
protéine
(ribosome)
- lieu de stockage
de protéines
synthétisées
(cavité de REG)
REL : Synthèse des
lipides, absorption
et transport des
lipides,
détoxification
(alcool, drogue…),
emmagasiner les
ions calcium
-Limité par une
simple membrane
-Entouré de
vésicules
-Formé de plusieurs
dictyosomes ou
saccules aplatis
-Recevoir les
protéines et
lipides des RE, les
expédier après
transformation et
tri vers un certain
nombre de
destinations
interne ou
externes
(exocytose) à la
cellule dans des
vésicules de
sécrétion c’est un
Appareil excréteur
de la cellule
-Formation de
lysosomes
MITOCHONDRIE
Organite
ressemblant à une
fève possédant une
double membrane :
externe et interne
Riche en ATP
-Membrane souple
formée d’une
bicouche
phospholipidique :
Protéine - lipide
CYTOPLASME
CENTROSOME (propre pour cellule animale)
-milieu visqueux
limité par la
membrane
cytoplasmique,
formant le
hyaloplasme avec
de cytosquelette
présentant de
filaments et
microfilaments
maintenant la
forme de la cellule
(charpente)
-Riche en sels
minéraux, ARN,
protéines, Acides
aminés, lipides,
glucides.
microtubules
Producteur
d’énergie de la
cellule pour la
respiration :
Centrale
énergétique de la
cellule; siège de
synthèse d'ATP
- assure les
échanges avec le
milieu externe
- limite la cellule
- support de tous
les organites
cellulaires
- lieu du
déroulement de
différentes
réactions
chimiques
Dirige la division
cellulaire chez les
cellules animales
PLASTE (propre pour cellule végétale)
ATP, ADP, H2O, CO2,
O2, Amidon
Siège de synthèse
de beaucoup de
substances de
réserve chez les
cellules végétales
plus
particulièrement
siège de la
photosynthèse
Riche en eau
Réservoir d'eau de
la cellule
Sac membraneux
(simple) contenant
un mélange d’
enzymes
-digestion
intracellulaire des
substances
nutritives
-digestion des
composantes
endommagées de
la cellule
Digestion des
substances
étrangères
(bactéries)
-autolyse :
autodigestion de
la cellule
VACUOLE
- dilatation des cavités de réticulum endoplasmique formant de grandes
poches d'eau
LYSOSOME
Petite vésicule entourée d'une membrane
Comparaison : cellule animale-cellule végétale (à faire compléter par les élèves)
II-Les mouvements cellulaires
Le mouvement de la cellule marque sa vigueur. Il existe deux types de mouvement cellulaire :
-mouvement extracellulaire ou déplacement cellulaire
- mouvement intracellulaire
1) Mouvement extracellulaire ou déplacement cellulaire
Les cellules qui se déplacent présentent parfois des organes de locomotion. Suivant l’organe de locomotion, on
distingue trois types :
a) Déplacement par cils vibratiles ou ciliaire:
Exemples : paramécie, bacille subtil dont le corps est recouvert de cils vibratiles mesurant 0,2m de diamètre 7 à
10m de long sur, se déplacent par battement de leur cils dans de liquide.
b) Déplacement par flagelle ou flagellaire
Exemples : Euglène, bactérie intestinale Echerichia colis, trypanosoma,
spermatozoïde,… se déplacent par battement de flagelle dans de liquide
Une cellule ne porte qu’un ou deux flagelles de 0,2m de diamètre sur plus de
100m de long.
Les flagelles se distinguent des cils par leur longueur qui atteigne parfois 200m et par
la nature ondulatoire de leur battement.
c) Déplacement par pseudopode ou amiboïde
Exemples : amibe,polynucléaire (globule blanc),…pour se déplacer, ces cellules
envoient un prolongement cytoplasmique appelé pseudopode vers un point visé,
ensuite elles tirent leur corps et se fixent sur ce point visé
2) Mouvement intracellulaire
a) Mouvement de cyclose
Le cyclose désigne le mouvement incessant du cytoplasme d’une cellule.il est
généralement circulaire, d’où le nom de cyclose, et repérable grâce au déplacement
des organites cellulaires. La vitesse du mouvement est généralement influencée par
différents facteurs externes comme l’intensité de lumière, la température, le pH…
- Cyclose des chloroplastes dans les feuilles d’élodée en fonction de l’intensité de la
lumière - Déplacement des vacuoles digestives à l’intérieur du cytoplasme de la
paramécie
- Gonflement et dégonflement alternatif des vacuoles pulsatiles assurant la respiration
de la paramécie
b) Remaniement intracellulaire provoquant des variations et déformations au niveau
de différents organites cellulaires
Des observations microscopiques montrent que les structures d’une cellule
différenciée ne sont pas figées (sauf la paroi pecto-cellulosique) et que son
organisation interne est constamment remaniée
- Déformation des mitochondries: le nombre de crêtes mitochondriales augmente en
fonction de la teneur en oxygène du milieu.
- Variation de volume vacuolaire due à l’échange d’eau à travers la membrane
cytoplasmique provoquant ainsi un décollement (sauf au niveau de certains
plasmodesmes) ou un accolement de la membrane cytoplasmique de la paroi
pectocellulosique lors du phénomène de plasmolyse et turgescence
- Mouvement affectant les canalicules du réticulum endoplasmique
- Déplacement des centrioles qui se disposent diamétralement opposés l’un de l’autre
lors de la division chez la cellule animale
c) Mouvement de cytose :transformation au niveau de la cellule lors d’une absorption
ou expulsion de certaines substances à travers la membrane plasmique. On peut citer:
- Endocytose : absorption de substance par une cellule ou mécanisme de transport de
molécules et de particules vers l’intérieur de la cellule. Une partie de la membrane
entoure complètement une particule ou grosse moléculeet la fait pénétrer de
l’extérieur vers l’intérieur en formant une vésicule. Selon le type de matériel absorbé,
on distingue la phagocytose s’il s’agit de substance solide (exemple microbe) et de
pinocytose s’il s’agit de substance liquide (exemple lipide)
- exocytose : expulsion de substance hors de la cellule ; libération de molécules
contenues dans des vésicules de transport ou de sécrétion qui fusionnent avec la
membrane cytoplasmique et sortent dans le milieu extracellulaire
Exemple : phagocytose
III- Echanges cellulaires
1) Osmose
a- Définition :
C’est le transport passif de l'eau à travers une membrane, une diffusion simple d’eau à travers
une membrane.
b- Principes d'osmose à travers une membrane semi-perméable: Expérience du Dutrochet
Un entonnoir muni d’un long tube et dont l’ouverture est enveloppée d’une membrane perméable, contenant
une solution de glucose colorée , est renversé dans un cristallisoir rempli d’eau pure (voir dispositif
expérimental)
Comparons les deux phénomènes To et Tf , on constate que :
- Le niveau du liquide dans le tube fin de l’entonnoir monte de no à nf.
- La solution colorée de glucose se trouve diluée
Cela montre une entrée d’eau du cristallisoir dans l’entonnoir à travers la membrane semi-perméable.
Pour une expérience de courte durée, on constate que la membrane se laisse traversée seulement par de l’eau
mais pas par le glucose : on dit que la membrane est semi-perméable .
Qui dit montée d’eau, dit force poussant le liquide vers le haut. Cette force est appelée force osmotique ou
pression osmotique. Elle est liéeà la concentration du glucose ou soluté de part et d’autre de la membrane
semi-perméable : 0g/l dans le cristallisoir et xg/l dans l’entonnoir.
 Si deux solutions présentent des concentrations inégales de soluté,
- la solution la plus concentrée est dite hypertonique (la solution dans l’entonnoir),
- la solution la moins concentrée est dite hypotonique (la solution dans le cristallisoir).
L'eau tend toujours à diffuser à travers une membrane d'une solution hypotonique vers une solution
hypertonique : 1er principe de l’osmose
Ce mouvement d'eau a lieu pour équilibrer les pressions osmotiques de part et d'autre de la membrane
séparant le cristallisoir et l’entonnoir:
Les solutions du cristallisoir et de l’entonnoir exercent sur la membrane une pression proportionnelle à leur
concentration dans chacun des compartiments. La pression est donc plus forte dans l’entonnoir. Pour
diminuer celle-ci, et l'égaliser par rapport à la pression dans le cristallisoir, l'eau va diffuser vers l’entonnoir. La
concentration dans l’entonnoir va diminuer ainsi que la pression osmotique.
 Si deux solutions présentent des concentrations égales de soluté, elles sont ditesisotoniques, l'eau
traverse la membrane à la même vitesse dans les deux sens c’est-à dire qu’iln'y a pas de mouvement
net d'eau au travers de celle-ci :2ème principe de l’osmose
La pression osmotique peut être définie comme la pression hydrostatique nécessaire pour retenir le flux net
d'eau. Pour calculer la pression osmotique on utilise les formules :
P= a T i C
ou
P= 22,4 i C
a
0,082 coefficient de proportionnalité dépendant du
solvant
T
température absolue en ° Kelvin
i
coefficient de dissociation dépendant du soluté
i=1 atmosphère/mole /° pour les molécules non
ionisablesou non électrolytes
i=2 atmosphères/mole/° pour les molécules ionisables
ou électrolytes
C
concentration molaire
P
en atmosphères
c- Principe d'osmose au travers d’une membrane perméable à l'eau et aux molécules de faibles poids
moléculaires
Les mouvements d'eau étant toujours plus rapide que les mouvements des solutés, l'eau va diffuser vers le
compartiment hypertonique. Parallèlement mais plus lentement,lessolutés, pouvant passer librement la
membrane, vont se déplacer vers le compartiment hypotonique et progressivementéquilibrer sa
concentration de part et d'autre de la membrane.Ainsi, les molécules de glucose avec le colorant
sortent de l’entonnoir à travers la membrane perméable et l’eau du cristallisoir est devenue
également glucosée et colorée. A la fin de l’expérience, les concentrations en glucose de l’entonnoir
et du cristallisoir s’égalisent : c’est l’isotonie entre ces deux milieux.
La substance de faible poids moléculaire se déplace toujours, à travers une membrane d'une solution
hypertonique vers une solution hypotonique : 3ème principe de l’osmose
2) Application du phénomène d’osmose chez les cellules vivantes : équilibre hydrique
La membrane plasmique joue le rôle de membrane perméable dans ce cas.Une cellule peut être placée dans
un milieu isotonique, hypotonique ou hypertonique.
a- Osmose chez les cellules végétales
- Dans un milieu extracellulaire isotonique au suc vacuolaire, la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la
cellule est la même qu’à l’extérieur, pour une molécule d'eau qui entre dans la cellule, une autre en sort. Il n'y
a pas de flux net d'eau, le volume d'une cellule végétale reste stable : l’observation au microscope montre
unecellulenormale.
Un milieu isotonique est un milieu de même pression osmotique que le milieu intracellulaire, il n'y a donc pas de
mouvement net d'eau au travers de la membrane plasmique.
- Dans un milieu extracellulaire hypotonique,la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la cellule est plus
importante.(Un milieu hypotonique est un milieu dont la pression osmotique est plus faible que la pression
intracellulaire parce que la concentration totale en solutés est plus faible dans le milieu extracellulaire par
rapport au milieu intracellulaire) :le milieu intracellulaire est donc hypertonique.
Selon le 1er principe d'osmose, l'eau tendant à égaliser les pressions de part et d'autre de la membrane, une
entrée importante d'eau dans les cellules va entraîner un gonflement de la vacuole qui provoque un
accolement de la membrane cytoplasmique à la membrane pecto-cellulosique, le volume cellulaire est
délimité par la membrane rigide pecto-cellulosique : la cellule est dite turgescente.
- Dans un milieu extracellulaire hypertonique, la concentration en soluté(s) est moins importante à l'intérieur
de la cellule (Un milieu hypertonique est un milieu de pression osmotique plus forte que la pression
intracellulaire parce que la concentration totale en solutés est plus élevée dans le milieu extracellulaire par
rapport au milieu intracellulaire) : le milieu intracellulaire est hypotonique.
Selon le 1er principe d'osmose, l'eau tendant à égaliser les pressions de part et d'autre de la membrane, une
sortie importante d'eau des cellules va provoquerun rétrécissement de la vacuole qui entraine un décollement
de la membrane cytoplasmique de la membrane pecto-cellulosique : la cellule est diteplasmolysée.
Remarque : la turgescence constitue l'état idéal pour la plupart des végétaux. La turgescence apporte aux
plantes non ligneuses un soutien mécanique essentiel. Les cellules végétales doivent donc être hypertoniques
par rapport au milieu extérieur pour être turgescentes. Pour diluer le milieu extracellulaire pensez à arroser
vos plantes.
b- Osmose chez les cellules animales(même principes que chez les cellules végétales)
- Dans un milieu isotonique, le volume d'une cellule animale (exemple globules rouges) reste stable. Il n'y
a pas de flux net d'eau.
- Dans un milieu hypotonique, la concentration en soluté(s) est plus importante à l'intérieur de la cellule,
une entrée importante d'eau dans les cellules va entraîner leur TURGESCENCE.
Dans le cas de l'eau de distillée comme milieu extracellulaire le phénomène de turgescence va être
dépassé (car il n’y a pas de membrane rigide délimitant la cellule) et les cellules animales vont éclater.
Dans le cas des globules rouges, on parlera d'HEMOLYSE : L'hémoglobine se rependent dans le milieu
extracellulaire, on observe uniquement des globules rouges fantômes (ghosts) d'apparence translucide
puisqu'ils ont perdu leur contenu et ne sont plus composés que de leur membrane plasmique.
- Dans un milieu hypertonique, la concentration en soluté(s) est moins importante à l'intérieur de la cellule,
l'eau tendant à égaliser les pressions de part et d'autre de la membrane, une sortie importante d'eau des
cellules va entraîner leur PLASMOLYSE.
c- Mesure de la concentration molaire des solutés et calcul de pression osmotique à l’intérieur d’une
cellule ou d’un ensemble de cellules
- Pour calculer la pression osmotique on utilise la formule : P=
CMou P= 22,4 i CM
La température est une grandeur facilement mesurable; par contre, il est plusdifficile de mesurer la
concentration molaire (CM) des solutés à l'intérieur d'une cellule ou d'un ensemble de cellules. On
se souvient alors que, par osmose :
- Si CMint. cel. > CMext. cel : entrée d'eau et la cellule gonfle; elle devient turgescente,
- Si CMint. cel. < CMext. cel. : sortie d'eau et la cellule se flétrit; elle devient plamolysée,
- Si CMint. cel. = CMext. cel. :aucun mouvement d'eau et la cellule conserve ses dimensions.
Il "suffit" donc de plonger un ensemble de cellules (dont on peut facilement mesurer les dimensions) dans
des solutions de différentes concentrations et de repérer (ou évaluer par graphique) la solution dans
laquelle le groupe de cellules ne subit aucune(ou peu) variation de dimensions : il y a alors EGALITE des
concentrations intra- et extracellulaires. On connait ainsi la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la
cellule et de là, la pression osmotique
3) Perméabilité membranaire aux différentes substances chimiques
 La perméabilité membranaire est l’état de la cellule de se laisser traversée ou non par une
substance. Elle varie suivant la nature de substance , on distingue trois types :
- Perméabilité selective : la membrane fait un choix aux substances qui peuvent la traverser.
- Perméabilité orientée : La membrane laisse passer une substance, seulement dans un sens (entrée
suele ou sortie seule)
- Perméabilité différentielle : Les vitesses de passage des différentes substance sont différentes.
 En fonction de la composition du milieu extérieur, la plasmolyse peut évoluer ou non.
- Si le milieu extérieur hypertonique est une solution de soluté(s) dont le Poids Moléculaire est
élevé(exemples : protéine, amidon, lipide, glycogène…) et ne permet pas le passage au travers de la
membrane plasmique, la cellule va rester en état de plasmolyse. Le soluté ne pourra en effet pas équilibrer sa
propre concentration de part et d'autre de la membrane.
- Si le milieu extérieur hypertonique est une solution de soluté(s) dont le Poids Moléculaire est
faible(exemples : acides aminés, glucose, glycérol…), celui-ci pourra rentrer dans la cellule et tenter
d'équilibrer sa propre concentration de part et d'autre de la membrane. En fonction du degré d'hypertonie du
milieu extérieur, ce mouvement de soluté(s) aura une conséquence importante sur le mouvement d'eau. A un
moment donné, le milieu intracellulaire deviendra hypertonique par rapport au milieu extracellulaire et l'eau
va rentrer dans la cellule au lieu d'en sortir. Nous observerons alors soit une turgescence ou un état
d'équilibre de la cellule en fonction du degré d'hypertonie du milieu : c’est la déplasmolyse spontanée, ou
encore un éclatement de cellule (pour cellule animale).
La déplasmolyse peut être provoqué en replaçant les cellules plasmolysées dans l’eau démineralisée ou milieu
très dilué
 Pour que la vie cellulaire se maintienne, des substances nombreuses et variées, doivent
continuellement traverser la membrane plasmique par simple diffusion ou par transport actif :
- Les sucres, les acides aminés et les autres éléments nutritifs doivent pénétrer dans la cellule afin de
satisfaire ses besoins en énergie et soutenir sa croissance
- Les déchets et autres produits de dégradation doivent en sortir, sous peine d'être toxiques pour la
cellule. - - Des ions doivent être transportés dans les deux sens, afin de maintenir la composition ionique
du milieu intracellulaire, qui est très différente du milieu environnant.
- Les gaz traversent la membrane plasmique du milieu de forte pression vers le milieu de faible pression.
- Exocytose et endocytose sont les passages des substances non dissoutes à travers la membrane
cytoplasmique. (voir mouvement de cytose)
Remarque :Différence entre osmose et dialyse
- Osmose : pur passage d’eau d’une solution hypotonique vers une solution hypertonique séparées par
unemembrane perméable laissant passer l’eau et certains solutés, jusqu’à équilibre d’osmolarité
- Dialyse : sorte de filtrage, on fait sortir d’une solution, des petites solutés à travers une membrane dialysant
(ions, petites molécules organiques…)
La dialyse est une technique de purification d’une solution composée de différentes substances. Le
principe consiste à séparer deux solutions par une membrane : On distingue différents types de
membranes : membrane hemiperméable (laissant passer seulement le solvant) et membranes
dialysantes (laissant passer à la fois le solvant et les solutés en dessous de certaine taille). Par effet de
diffusion, les petites molécules traversent la membrane, tandis que les grosses molécules seront
retenues