FORMATION INTERMÉDIAIRE BIO 2011 CAHIER 4 ET CORRIGÉ

FORMATION INTERMÉDIAIRE
BIO 2011
CAHIER 4
ET
CORRIGÉ
BIO 2011
91-04
LA CELLULE
CAHIER
4
TABLE DES
MATIÈRES
I
1.0
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.0
LES STRUCTURES CELLULAIRES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1
Les parties de la cellule et leur rôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2
Les principaux modes d'échange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Exercice 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.0
LES ACTIVITÉS CELLULAIRES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1
La respiration cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2
Le rendement énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3
La production des déchets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4
Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Exercice 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Mots-clés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
DI-FM-1991-05-16
BA-PG/98-04
BIO 2011
91-04
1.0
LA CELLULE
INTRODUCTION
CAHIER
4
THÉORIE
1
INTRODUCTION
Les systèmes digestif, respiratoire et circulatoire ont pour but ultime de préparer les
entrées et de les faire parvenir à toutes les cellules du corps. En effet, les aliments que tu
ingères sont réduits en nutriments lors de la digestion. Ces nutriments et l'oxygène que tu
inspires sont transportés jusqu'aux cellules grâce au système circulatoire. Ces notions, tu les
as vues dans les cahiers précédents. Maintenant, il est temps de regarder ce qui se passe au
niveau des cellules.
L'organisme humain est un ensemble bien organisé de petites vies élémentaires : les
cellules. Celles-ci sont les unités fondamentales de tous les êtres vivants. Pour comprendre
le phénomène de la vie, on doit connaître la constitution et le fonctionnement d'une cellule.
C'est ce que tu étudieras dans ce cahier.
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91-04
2.0
LA CELLULE
LES STRUCTURES CELLULAIRES
CAHIER
4
THÉORIE
2
LES STRUCTURES CELLULAIRES
Tous les êtres vivants, du plus petit au plus gros, sont constitués de cellules. C'est
l'unité structurale et fonctionnelle de base de la vie. On estime qu'un adulte est constitué
d'environ 85 billions1 de cellules. Par contre, l'amibe, qui est aussi un organisme complet,
n'est fait que d'une seule cellule.
La cellule est une minuscule structure vivante qui est généralement invisible à l'oeil nu.
Elle est plus petite que la tête d'une épingle et plus grosse que l'une ou l'autre des molécules
qui la composent. L'invention du microscope au XVIIe siècle a permis son étude. Grâce à
cet instrument, on a pu observer et découvrir les secrets de la cellule.
Les cellules ne sont pas toutes semblables. On en retrouve de différentes formes et
dimensions (Fig. 4.1). Par exemple, les globules rouges du sang sont tellement minuscules
qu'une goutte de sang en renferme 125 millions. Par contre, les cellules nerveuses peuvent
atteindre plusieurs centimètres de longueur, grâce à leurs prolongements.
La différenciation des cellules réflète leur spécialisation. Comme tu l'as vu dans le
cahier précédent, les trois types de cellules sanguines (globules blancs, globules rouges et
plaquettes) ont trois fonctions bien distinctes. Chacune a son rôle à jouer. Il en est de même
pour toutes les autres cellules de ton corps. Il doit donc y avoir une bonne coopération entre
les différents groupes de cellules afin que ton corps fonctionne bien.
))))))))))
1.
Il est à noter que le terme billion en français désigne le nombre représenté par 1 suivi
de 12 zéros, c'est-à-dire 1 x 1012. Le terme anglais "billion" se traduit en français par
milliard, qui est égal à 1 x 109.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES STRUCTURES CELLULAIRES
Fig. 4.1 : Différents types de cellules
THÉORIE
3
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PARTIES DE LA CELLULE ET LEUR RÔLE
2.1
THÉORIE
4
LES PARTIES DE LA CELLULE ET LEUR RÔLE
Bien que les cellules varient dans leurs formes et leurs dimensions, elles se
composent toutes essentiellement de trois structures principales :
1 2 3 -
la membrane cytoplasmique;
le cytoplasme;
le noyau.
La membrane cytoplasmique (ou membrane cellulaire) est une enveloppe
mince, composée surtout de protéines et de lipides. Elle est pourvue de petits
orifices, les pores, d'où s'effectuent les échanges avec son milieu. Son rôle principal
est de contrôler les échanges entre la cellule et le milieu extérieur. Elle y puise ce
qu'elle a besoin (nutriments, oxygène et eau) et y rejette ses déchets. En effet, on peut
comparer cette membrane à une frontière, réglant les entrées et les sorties. Elle
permet le passage de certaines substances, mais en empêche d'autres. C'est une
membrane semi-perméable (ou à perméabilité sélective).
Le cytoplasme forme la matière vivante de la cellule. C'est une substance
gélatineuse très complexe, renfermant des structures minuscules, les organites. Ceux­
ci ont chacun une fonction spécialisée à remplir à l'intérieur de la cellule. Lorsque ces
fonctions cessent, la structure de la cellule s'effondre. Le cytoplasme joue donc un
rôle primordial dans la vie cellulaire.
La partie centrale d'une cellule est habituellement occupée par le noyau. C'est
lui qui dirige toutes les activités cellulaires en informant le cytoplasme de ce qu'il doit
faire. En plus, il joue un rôle primordial dans les phénomènes de reproduction
cellulaire et d'hérédité. Ces fonctions importantes font du noyau un constituant
essentiel de la cellule. Si la cellule en est privée, elle meurt.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PARTIES DE LA CELLULE ET LEUR RÔLE
THÉORIE
5
Fig. 4.2 : Les constituants d'une cellule
Lors de la prochaine expérience, tu vas avoir l'occasion d'observer des cellules
au microscope et de voir les différentes parties qui composent une cellule.
Expérience 3
Les structures de la cellule
Cahier de laboratoire, p. 17
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LA CELLULE
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CAHIER
4
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
2.2
THÉORIE
6
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
Certaines substances (nutriments, eau, oxygène) sont indispensables à la
cellule. Elle tire ces substances de son milieu extérieur et évacue ses déchets, assurant
ainsi sa survie.
Fig. 4.3 : Échanges entre la cellule et son milieu
Ces échanges entre la cellule et son milieu extérieur sont contrôlés par la
membrane cytoplasmique. Ils se font selon quatre modes :
1
2
3
4
-
par diffusion;
par osmose;
par pinocytose;
par phagocytose.
La diffusion est un phénomène que tu as déjà étudié lors de la respiration
(échanges d'oxygène entre l'air et le sang). C'est le mouvement de particules qui se
dispersent à partir d'une région de forte concentration vers une région où la
concentration est plus faible. Prenons l'absorption du glucose comme exemple (Fig.
4.4). Une fois réabsorbé dans l'intestin grêle, le glucose se retrouve dans le sang à
concentration élevée, plus élevée que dans la lymphe où baignent les cellules. Le
glucose va alors se diffuser du sang vers la lymphe. Lorsque la concentration de
glucose devient plus élevée dans la lymphe que dans les cellules, celui-ci va se diffuser
à l'intérieur des cellules.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
THÉORIE
7
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
THÉORIE
8
Fig. 4.4 : La diffusion du glucose
La diffusion s'applique aussi à l'eau; c'est le phénomène de l'osmose. L'eau se
diffuse donc à travers la membrane cytoplasmique à partir d'une région de forte
concentration vers une région de faible concentration. Cette diffusion de l'eau peut
se faire dans deux sens : vers l'intérieur de la cellule ou vers l'extérieur de la cellule
(Fig. 4.5). Dans le premier cas, l'eau se diffuse dans la cellule car la concentration
intracellulaire est plus faible. Dans le deuxième cas, l'eau se diffuse de la cellule au
milieu extérieur car la concentration extracellulaire est plus faible.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
Fig. 4.5 : Phénomène de l'osmose
THÉORIE
9
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
THÉORIE
10
Les deux phénomènes de la diffusion et de l'osmose sont purement physiques
et on les considère comme des mécanismes de transport passif. Il existe deux autres
modes d'échange qui sont considérés comme des mécanismes de transport actif. Ce
sont la phagocytose et la pinocytose.
La phagocytose a été expliquée lors de l'étude des constituants du sang
(Cahier 3). C'est la capacité que possède une cellule d'ingérer un corps solide.
Fig. 4.6 : Globule blanc phagocytant un nutriment
La pinocytose ressemble beaucoup à la phagocytose, sauf qu'elle va ingérer
des substances liquides. En effet, certaines substances liquides sont trop grosses pour
diffuser à travers la membrane cytoplasmique. C'est alors qu'une portion de cette
dernière va former une petite poche pour capter la substance et la faire traverser à
l'intérieur de la cellule. Le rôle de la pinocytose est donc d'assurer le transport de
certaines substances liquides du milieu extérieur vers l'intérieur de la cellule. C'est un
mécanisme de nature physiologique.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE
Fig. 4.7 : Pinocytose d'une cellule
THÉORIE
11
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LA CELLULE
CAHIER
4
EXERCICE
1
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1.
12
Remplis les tirets.
a)
La
est l'unité structurale et fonctionnelle de base de tous les êtres vivants.
, c'est-à-dire qu'elle permet le
b) La membrane cytoplasmique est une membrane
passage de certaines substances mais en empêche d'autres.
c)
La cellule et le milieu extérieur échangent des
.
d) L'invention du
e)
2.
, de l'
, de
l'
a permis aux scientifiques d'étudier la cellule.
Une cellule est plus grosse qu'une
.
, mais généralement plus petite qu'une
Reproduis le schéma suivant et situe les trois structures principales de la cellule.
et des
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LA CELLULE
CAHIER
4
EXERCICE
1
91-04
3.
13
Qui suis-je?
a)
Je suis la partie de la cellule qui dirige toutes les activités cellulaires.
b) C'est moi qui contrôle les échanges entre la cellule et le milieu extérieur.
c) Je suis le siège des réactions chimiques de la cellule.
4.
Associe les définitions de gauche aux termes de droite.
a) Capacité que possède une cellule d'ingérer une
substance liquide.
A) osmose
B) phagocytose
b) Diffusion de l'eau.
C) diffusion
c) Capacité que possède une cellule d'ingérer un
corps solide.
D) pinocytose
d) Dispersion des molécules d'une région de forte
concentration vers une région de faible
concentration.
5.
Vrai ou Faux
a)
Les cellules sont toutes de la même forme.
b) Les organites sont contenus dans le cytoplasme.
c)
L'osmose et la diffusion sont des phénomènes physiques.
d) Le cytoplasme joue un rôle important dans l'hérédité.
e)
La pinocytose est un mécanisme physiologique.
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3.0
LA CELLULE
LES ACTIVITÉS CELLULAIRES
CAHIER
4
THÉORIE
12
LES ACTIVITÉS CELLULAIRES
Comme tous les êtres vivants, une cellule naît, croît et se multiplie avant de mourir.
Elle accomplit aussi plusieurs activités qui assurent non seulement sa survie, mais qui sont
utiles à l'organisme en entier.
Parmi les différentes activités de la cellule, la respiration cellulaire est particulièrement
importante. Ce processus assure la production d'énergie qui est nécessaire au maintien de la
vie. Cette activité est une partie essentielle du métabolisme qui se définit comme l'ensemble
des réactions chimiques qui entretiennent la vie.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LA RESPIRATION CELLULAIRE
3.1
THÉORIE
13
LA RESPIRATION CELLULAIRE
Tu as déjà vu la respiration cellulaire lorsque nous avons expliqué le rôle de
l'oxygène dans la nutrition (section 4.1, Cahier 1). Il serait peut-être bon de revoir
cette section afin de mieux connaître ce qui se passe dans tes cellules.
La cellule est le siège de la respiration cellulaire. De fait, chaque cellule de ton
corps produit de l'énergie grâce à la dégradation des nutriments (glucides, lipides et
protides). Pour que cette dégradation se fasse, il faut de l'oxygène (O2) qui provient
de l'air que tu respires. C'est lui qui assure la combustion des nutriments afin que
l'énergie qu'ils contiennent soit libérée.
On peut donc définir la respiration cellulaire comme la transformation des
aliments en énergie, au niveau des cellules, en présence de l'oxygène et la libération
des déchets comme l'eau, le bioxyde de carbone et les déchets azotés. Elle est
représentée par l'équation suivante :
Nutriments + O2 6 Énergie + H2O + CO2 + déchets azotés
Une partie de l'énergie libérée par la respiration cellulaire est utilisée par les
différentes activités cellulaires. Le reste est dissipé en chaleur et maintient la
température de ton corps constante.
La respiration cellulaire est le principal procédé employé par tes cellules pour
se procurer l'énergie nécessaire à leurs activités. Ce processus est donc indispensable
au bon fonctionnement de ton corps. C'est grâce à elle que tu grandis, que tu répares
l'usure de ton corps, que tu bouges et que ton corps se réchauffe.
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LA CELLULE
CAHIER
4
LE RENDEMENT ÉNERGÉTIQUE
3.2
THÉORIE
14
LE RENDEMENT ÉNERGÉTIQUE
Tu as déjà vu que les lipides, les protides et les glucides libèrent tous de
l'énergie, mais que certains ont un meilleur rendement. Le tableau suivant est un
rappel du rendement énergétique de chacune de ces substances.
Tableau 4.1 : Valeur énergétique des producteurs d'énergie
Éléments nutritifs
Valeur énergétique (kJ/g)
lipides
glucides
protides
36
16
16
Même si les lipides libèrent deux fois plus d'énergie que les glucides et les
protides, ce sont les glucides qui sont les premiers producteurs d'énergie. Les lipides
ne sont utilisés comme source d'énergie que lorsque les glucides manquent. Quant
aux protides, ils ne sont utilisés qu'en dernier lieu. C'est la source d'énergie de la
dernière chance qui ne sert qu'à sauver l'organisme de la mort.
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LA CELLULE
LA PRODUCTION DE DÉCHETS
3.3
CAHIER
4
THÉORIE
15
LA PRODUCTION DE DÉCHETS
Tu viens de voir que la respiration cellulaire produit des déchets, notamment
de l'eau, du bioxyde de carbone et des déchets azotés. Le surplus d'eau est éliminé
par les poumons, la peau (sueur) et les reins. Cette substance n'est pas dangereuse
mais il faut quand même l'éliminer. Par contre, les autres déchets sont toxiques, c'est­
à-dire qu'ils dérangent le métabolisme.
Le bioxyde de carbone (CO2) résulte de la combustion des lipides et des
glucides. Ce déchet toxique est éliminé par les poumons lors de l'expiration. La
dégradation des protides en présence d'oxygène produit un déchet azoté, l'ammoniac
(NH3). Cette substance est très toxique et elle doit donc être éliminée avant qu'elle
nuise à l'organisme. C'est au niveau du foie que l'ammoniac est transformé en urée,
substance non toxique.
Puisque ces déchets toxiques peuvent empoisonner ton organisme, il est
important que celui-ci les élimine rapidement. C'est pourquoi ton corps est muni de
mécanismes qui lui permettent de se purifier et de se désintoxiquer. En plus, certains
organes sont chargés de rejeter ces déchets à l'extérieur. Ce sont les organes
excréteurs et tu les étudieras au Cahier 6.
BIO 2011
LA CELLULE
91-04
CAHIER
4
THÉORIE
SYNTHÈSE
3.4
16
SYNTHÈSE
Jusqu'à maintenant, tu as étudié la nutrition, la digestion, la respiration
pulmonaire, la circulation et la respiration cellulaire. Comme tu as pu le constater, il
existe un lien étroit entre ces divers processus. Le schéma suivant représente cette
relation qui existe entre eux.
La nutrition
La respiration
cellulaire
Alimentation
9
Digestion des
aliments complexes
9
Absorption des
nutriments
Le transport
des nutriments
par le sang
Air atmosphérique
9
Inspiration et
expiration
9
Diffusion de
l'oxygène
La respiration
cellulaire
Cellule
9
Libération d'énergie
et production de
déchets qui sont
ensuite éliminés
Le transport
de l'oxygène
par le sang
BIO 2011
LA CELLULE
CAHIER
4
EXERCICE
2
91-04
1.
17
Vrai ou Faux
a)
L'ammoniac est transformé en urée non toxique par le pancréas.
b) Ce sont les lipides qui libèrent le plus d'énergie.
c)
L'oxygène est essentiel à la respiration cellulaire.
d) Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques qui s'accomplissent dans
l'organisme.
e)
La respiration cellulaire se fait au niveau des poumons.
2.
Énonce sous forme d'équation la respiration cellulaire.
3.
Dresse un tableau comparatif des trois producteurs d'énergie et de leur valeur énergétique
respective.
4.
Remplis les tirets.
a)
L'
b) Les
c)
Le
est un déchet azoté qui provient de la dégradation des
libèrent deux fois plus d'énergie que les
.
est le déchet produit par la combustion des lipides et des glucides.
d) La respiration cellulaire comprend la libération d'
e)
et les
.
et la production de
.
Une partie de l'énergie libérée par la respiration cellulaire est utilisée par les
Le reste aide à maintenir la
du corps constante.
.
BIO 2011
LA CELLULE
91-04
CAHIER
4
MOTS-CLÉS
18
cellule
membrane cytoplasmique
cytoplasme
noyau
diffusion
osmose
pinocytose
phagocytose
respiration cellulaire
métabolisme
rendement énergétique
bioxyde de carbone
ammoniac
FORMATION INTERMÉDIAIRE
BIO 2011
CORRIGÉ (Cahier 4)
BIO 2011
CORRIGÉ
91-03
LA CELLULE
EXERCICE 1, PAGE 10
1.
a)
b)
c)
d)
e)
cellule
semi-perméable
nutriments, oxygène, eau et déchets
microscope
molécule, tête d'épingle
3.
a)
b)
c)
noyau
membrane cytoplasmique
cytoplasme
4.
a)
b)
D
A
2.
c)
d)
B
C
CAHIER 4
1
BIO 2011
CORRIGÉ
91-03
5.
CAHIER 4
LA CELLULE
a)
b)
c)
Faux
Vrai
Vrai
d)
e)
Faux
Vrai
d)
e)
Vrai
Faux
2
EXERCICE 2, PAGE 17
1.
a)
b)
c)
Faux
Vrai
Vrai
2.
Nutriments + O2 6 Énergie + H2O + CO2 + déchets azotés
3.
4.
a)
b)
c)
d)
e)
Éléments nutritifs
Valeur énergétique (kJ/g)
lipides
glucides
protides
36
16
16
ammoniac, protides
lipides, glucides, protides
bioxyde de carbone
énergie, déchets
activités cellulaires, température