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HPT UAA3 CC 160222
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AUTEURS : Brigitte Janssens, Pascale Papleux
2 février 2015
Clarifications conceptuelles à l’usage du professeur
La cellule, unité de base du monde vivant
Partie I. La cellule est un tout fonctionnel
L’unité de base de tout être vivant est la cellule. En d’autres termes, tous les organismes vivants sont
faits d’au moins une ou de plusieurs cellules que l’on ne peut voir qu’au microscope, sauf exceptions.
L’organisme vivant se distingue de la matière inerte par sa capacité à se déplacer, à se reproduire et à
réagir à certains stimuli. De plus, pour survivre, tout organisme vivant a besoin d’eau (à l’état liquide),
d’air, de nourriture, d’un moyen de se débarrasser de ses résidus et d’un environnement qui demeure
dans un domaine de température convenable.
Toutes les fonctions de base de la vie résultent de ce qui se produit à l’intérieur des cellules,
notamment au niveau des organites cellulaires des cellules eucaryotes. Dans les organismes vivants
complexes, dont fait partie l’être humain, ces fonctions de base sont assurées par des systèmes
organiques.
Niveaux d’organisation du vivant
Les organismes vivants sont composés de cellules
Sur notre bonne vieille Terre, la vie règne partout. Quel que soit la créature vivante (de la baleine à la
bactérie par exemple), elle répond à la même définition de la vie. Cependant, au vu de la diversité des
formes corporelles, des comportements et des structures des organismes, il est difficile, voire
impossible, de donner une définition simple à la vie. Mais, malgré tout, il a été observé que toutes les
formes de vie présentent des caractéristiques communes. Cela s’explique par le fait que tous les êtres
vivants descendent du même organisme ancestral, apparu il y a des milliards d’années.
Afin de définir la vie, les biologistes utilisent l’ensemble de ces caractéristiques communes de la
vie.
Tous les organismes vivants : - sont composés de cellules ;
- se reproduisent en utilisant le matériel héréditaire, l’ADN ;
- croissent et se développent ;
- captent de l’énergie dans leur environnement ;
- ressentent et réagissent à leur environnement ;
- présentent un haut niveau d’organisation ;
- évoluent de génération en génération.
Les premiers organismes, vivant il y a des milliards d’années, étaient des
êtres vivants composés d’une seule cellule comme les organismes
contemporains les plus simples : les bactéries. La cellule reste donc la plus
petite unité de vie, mais la plus fondamentale : la cellule est l’unité de base
de tout être vivant. Entourée par une membrane, les cellules sont de
minuscules unités constitutives de tous les organismes vivants.
HPT
Formation scientifique
UAA3 – Partie I
Bactérie E. coli

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Une bactérie est composée d’une seule cellule, autonome ; c’est un organisme unicellulaire. Les
organismes pluricellulaires, comme la grenouille ou le chêne, sont composés de différents types de
cellules spécialisées. La grenouille, par exemple, possède des cellules de la peau, des cellules
musculaires, des cellules cérébrales… Tout animal, toute plante est une collection de cellules
organisées et interagissant entre elles.
Cellules de peau
de grenouille
Les niveaux
d’organisatio
n des êtres vivants complexes
Une des caractéristiques communes à tous les êtres vivants est leur haut niveau d’organisation : les
organismes vivants sont des êtres complexes constitués de nombreux éléments essentiels qui
s’organisent de façon très particulière. Le corps humain, par exemple, présente une organisation très
élaborée des organes et des tissus qui contribue à leur bon fonctionnement. Les organes ou les tissus
endommagés, suite à une affection, un accident ou une exposition à des rayonnements, peuvent
provoquer la maladie ou conduire à la mort de l’individu. De même, la structure d’une fleur ou de la
cellule bactérienne est également très organisée. Cette organisation est nécessaire à tous les
organismes pour fonctionner convenablement.
L’organisation biologique repose sur une hiérarchie des niveaux structuraux, chacun des niveaux
s’édifiant sur le niveau inférieur.
A la base, cette hiérarchie commence avec les molécules (elles-mêmes constituées d’un assemblage
d’atomes), comme, par exemple, les molécules d’ADN. Différentes molécules spécialisées
s’organisent pour former des organites (dans les cellules eucaryotes), compartiments intracellulaires
qui assurent une fonction déterminée dans la cellule. L’assemblage de ces organites entre eux et
avec des molécules spécialisées donnera la cellule, l’unité fondamentale de la vie. Il existe des
organismes, comme les bactéries, qui sont constitués d’une seule cellule. Les organismes
pluricellulaires, quant à eux, se composent d’ensembles de cellules spécialisées et coordonnées – les
tissus, comme le tissu musculaire ou le tissu nerveux qui possèdent des fonctions particulières et
spécialisées dans le corps.
Parfois, les tissus s’organisent en organes, comme le cœur ou le cerveau. Des groupes d’organes
peuvent fonctionner ensemble en constituant des systèmes d’organes, ainsi l’estomac, le foie et
l’intestin font-ils partie du système digestif. Des groupes de systèmes d’organes sont nécessaires au
fonctionnement de l’organisme d’un individu.
Chaque individu est un élément d’un vaste ensemble d’organismes semblables, défini comme une
population. Par exemple, la population de souris dans un champ ou bien la population de mûriers
dans une montagne. Les populations composées d’organismes semblables, qui ont le potentiel de
s’accoupler les uns avec les autres en engendrant une progéniture féconde, forment une espèce (tous
les êtres humains font partie d’une seule espèce, Homo sapiens). Les diverses populations qui vivent
en interactions forment une communauté, par exemple la communauté des êtres vivants qui vivent
dans une même forêt.
Une communauté et l’environnement qui l’entoure constituent un écosystème (le fleuve et la
communauté qui y vit constituent un écosystème fluvial). Sur une échelle plus large, les vastes
régions du monde forment des biomes. Les biomes sont définis en fonction de la végétation terrestre
et des caractéristiques physiques de l’environnement aquatique. Le récif corallien et la toundra
arctique représentent deux types de biomes différents. Pour terminer, l’ensemble des biomes
compose la biosphère. La biosphère englobe tous les organismes vivants et tous les milieux où se
trouve la vie.
Il existe donc trois grands niveaux structuraux :

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- le niveau cellulaire, qui va de l’atome à la cellule ;
- le niveau de l’organisme, qui va de la cellule à l’organisme ;
- le niveau des populations, allant des organismes à la biosphère.
Dans l’UAA3, les niveaux d’organisation du vivant se limiteront aux éléments suivants : système,
organe, tissu, cellule, c’est-à-dire le niveau de l’organisme.
NIVEAUX D’ORGANISATION DU VIVANT (EXEMPLE DE L’ETRE HUMAIN)
(Source : http://st2s-casteilla.net/bph/organisation-de-letre-humain.html, page consultée le 28/01/2015)
La cellule, aspect structurel
La théorie cellulaire est la théorie selon laquelle tous les organismes sont faits de petites unités : les
cellules. Elle affirme également que toute cellule est issue d’une autre cellule. Cette théorie est née,
par étapes successives, de l’imagination et de la logique des savants. La validité de ce modèle n’a été
prouvée que par la suite, grâce à l’observation et l’expérimentation au moyen des techniques
microscopiques.
Un peu d’histoire…
Le mot « cellule » fut utilisé pour la première fois en 1665 par le
physicien, astronome et naturaliste anglais Robert Hooke (1637-
1703), lors de la publication de son traité scientifique
« Micrographia ». C’est en observant une fine tranche de liège qu’il
compara la structure en nids d’abeille de celui-ci à de petites
chambres ou cellules. Le microscope qu’il utilisa était déjà composé
de loupes placées en série.
Le microscope de Robert Hooke,
d'après une gravure dans la

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Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723), de
Delft aux Pays-Bas, a consacré toute sa vie à
perfectionner une loupe de drapier afin
d’observer toutes sortes de cellules : globules
rouges humains ou d’animaux, levure de
bière, spermatozoïdes de différentes espèces,
êtres microscopiques des mares d’eau,
cellules nerveuses et musculaires… On lui
doit de nombreux dessins, et notamment la
première représentation du noyau cellulaire. Il
n’imaginait cependant pas que toutes ces
cellules étaient comparables, ni que le corps
humain en était entièrement constitué.
Au XVIIIe siècle, plusieurs auteurs décrivent des cellules, comme les italiens Malpighi ou Fontana.
Mais il faut attendre les progrès des techniques microscopiques au XIXe siècle pour que les
découvertes s’accélèrent.
En 1825, le français Henri Dutrochet avance que tous les êtres vivants sont composés de cellules.
EN 1831, l’anglais Robert Brown observe la présence dans toutes les cellules végétales d’une zone
plus dense qu’il appelle « noyau ». Il fera la même découverte pour les cellules animales.
En 1835, le français Félix Dujardin découvre le cytoplasme.
La théorie cellulaire prend forme en 1838 et 1839 avec le botaniste allemand Matthias J. Schleiden
et le zoologiste d’origine allemande Théodor Schwann, professeur à l’Université de Louvain puis de
Liège : « Tout organisme est formé de cellules et les fonctions de l’organisme en entier ne
représentent que la somme des fonctions exécutées par ses cellules constitutives. »
Schleiden et Schwann considèrent tous deux que le noyau joue un rôle important dans la formation et
le développement des cellules. Mais il faudra attendre 1858 pour que le prussien Rudolf Virchow
affirme que toute cellules vivante provient d’une autre cellule et pas de substances non cellulaires :
« Omnis cellula e cellula ».
Le rôle prépondérant du noyau fut ensuite mis en évidence par l’allemand Eduard Strasburger en
1872 : « Omnis nucleus e nucleo ».
Il faudra attendre l’avènement du microscope électronique, dans les années 1930, pour étudier
l’ultrastructure de la cellule.
Les moyens d’étude de la cellule
C’est grâce à une série de méthodes, soit chimiques, soit physiques, utilisées isolément ou en
association, que la connaissance de la cellule et de son ultrastructure a été étendue et précisée.
Les instruments d’observation
La précision des instruments d’observation dépend de leur pouvoir de résolution, qui est la plus petite
distance qui sépare deux points vus distinctement. Pour l’œil, il est de l’ordre du dixième de millimètre.
 Le microscope optique (M.O.), associé aux différentes colorations, a permis la description des
organes, tissus et cellules. Il est le seul microscope qui permet l’observation de cellules vivantes.
Son pouvoir de résolution de l’ordre du micromètre (1 µm = 10-3 mm) en limite les observations :
seuls les gros organites cellulaires peuvent être observés au M.O.
A côté des structures de soutien (potence,
tourelle…), le M.O. comporte des lentilles et
prismes qui permettent le grossissement des
Microscope de Van Leeuwenhoek
(longueur: environ 5 cm)

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images des objets observés (jusque 400 X,
voire 1000 X pour les microscopes les plus
performants) ; il est également nécessaire
d’éclairer l’objet à observer.
Pour permettre l'observation des organites en microscopie optique, des substances colorantes sont
utilisées. Suivant les structures cellulaires que l’on souhaite observer, on utilisera l’une ou l’autre
coloration.
L'image ci-contre présente un fragment d'épiderme d'oignon coloré au
lugol. Les parois cellulaires et les noyaux sont mis en évidence.
(Source : http://cell.sio2.be/noyau/1.php, page consultée le 28/01/2015)
(Source : http://www.didier-pol.net/3ftoignon.htm,
page consultée le 28/01/2015)
(Source : http://mtkfr.accesmad.org/, page
consultée le 28/01/2015)
Epithélium intestinal vu au microscope optique
(Source : http://histoblog.viabloga.com/texts/le-tube-
digestif, page consultée le 28/01/2015)
A gauche, cellule d’épiderme d’oignon colorée au rouge neutre (x 100)
Le rouge neutre s'est concentré dans les vacuoles, qui apparaissent
donc colorées en rouge. (Source : http://www.svt.ac-
versailles.fr/archives/docpeda/actpeda/lycee/boite_outils/Classeur%20
SVT/vacuole.html, page consultée le 28/01/2015)