Thème 2 Les cellules

Les Cellules 2.1 La théorie cellulaire 2.2 Les procaryotes 2.3 Les eucaryotes 2.4 Les membranes 2.5 La division cellulaire

2.1 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.

Le milieu de vie de la cellule Liquide interstitiel : solution salée (comme dans le lab sur l’osmose)

3. 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 ?

Fonctions de la vie Métabolisme Sensitivité Croissance Reproduction Organismes capable du toutes les fonctions de la vie telles que: Métabolisme Sensitivité Croissance Reproduction Homéostasie Nutrition

La cellule: Grandeur Surface vs Volume (Campbell Fig. 6.7, p108) La vitesse de production de chaleur/production de déchets/consommation de ressources d’une cellule est fonction de son volume La vitesse des échanges de substances et d’énergie (chaleur) est fonction de sa surface

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

Visible au microscope optique 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

Visible au microscope à électrons 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)

Agrandissement et échelle Micrographie d’un rein Source: http://www.trefle.com/a-vendre/art-collection-bibelot/normal-kidney-tissue-x100-micrograph-renal-urinary-photograp_91480426-loc-france-paris_75056.html

Agrandissement et échelle 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.

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 / agrandissment = 1 cm / 100 = 0,01 cm ou 10 mm

Les organismes multicellulaires présentent des propriétés émergentes Les propriétés émergentes découlent de l’interaction entre les parties composantes : le tout est plus grand que la somme de ses parties. Ex : Nid de fourmi

Cellules Souches (Campbell p.477- 481) D’où viennent – elles À quoi servent-elles.

On reconnaît deux grands types de cellules: Cellules procaryotes (= bactéries) Cellules eucaryotes (= toutes les autres cellules) p. 7 1 à 3 µm en général pas d'organites présents (sauf ribosomes) matériel génétique non enfermé dans un noyau délimité tous unicellulaires Cellules procaryotes: 1 µm = 1/1000 mm

2.2 Les Procaryotes N’ont pas d’organites entourés de membrane Paroi cellulaire (peptidoglycane) Thylakoides(bactéries photosynthétiques seulement) Membrane cellulaire Cytoplasme Pili Flagelle Ribosome (Milliers) Région nucléoide

Cellule Procaryote

Zoom sur une épingle X 50

X 1250

X 6000

X 30 000

Paroi cellulaire Protège et maintient la forme de la cellule Composée de complexe de protéines - peptoglycane Certaines bactéries ont une couche additionelle composée de polysaccharide à l’extérieur de la paroi. Rôle de cette couche – adhérence aux structures (dents, peau, nourriture)

Les algues bleues responsables de la pollution de certains lacs sont des colonies de bactéries photosynthétiques.

Gram Gram Positif Paroi simple avec ++ pepto-glycane Gram Négatif Paroi plus complexe avec membrane externe de lipo-polysaccharides Plus dangereuse car protégée par la membrane externe qui est toxique Et sont résistante aux antibiotiques

Membrane cellulaire Juste à l’intérieur de la paroi cellulaire. Composition similaire aux cellules eucaryotes Contrôle le mouvement des matériaux qui entrent et sortent de la cellule. Joue un rôle dans la fission binaire. Le cytoplasme occupe tout l’intérieur de la cellule. La structure la plus visible au microscope est le chromosome ou la molécule d’ADN. Aucune compartimentation donc tous les processus se font dans le cytoplasme.

1. Les membranes Double couche de phospholipides. Perméabilité sélective. Protéine de transport. Les glycoprotéines déterminent les groupes sanguins. Double-couche de phospholipides Perméabilité sélective Protéine de transport

Pili et Flagelle Pili - Structure qui ressemble à un cheveu chez certaines bactéries. Utilisée pour s’attacher Fonction primaire – Joindre les bactéries pour l’échange de l’ADN d’une cellule à l’autre. (Reproduction sexuelle) Si la bactérie a une flagelle, ce ne sont plus des pilis. La flagelle permet la mobilité de la cellule.

Le Ribosome Présent dans toutes les cellules procaryotiques. Fonction – Synthèse des protéines Grande quantité avec haute production de protéines. Apparence granulaire au microscope.

La région nucléoïde Sans compartimentation. Contient 1 brin circulaire simple, continu et long de l’ADN. Région est impliquée dans le contrôle cellulaire et la reproduction. Contient chromosomes bactériens et des plasmides. Plasmides ne sont pas reliées aux chromosomes principal et se réplique indépendamment de l’ADN chromosonal. Permet l’échange du matériel génétique.

La fission binaire Processus simple. L’ADN est copiée les chromosomes filles s’attachent aux différentes régions de la membrane cellulaire. Élongation de la cellule. La cellule se divise en 2 cellules filles identiques.

Les bactéries se reproduisent très rapidement La masse des bactéries sur Terre est supérieure à celle de toutes les plantes de la planète. Moins de 1% des bactéries vivent dans les animaux ou humains. 92% à 94% vivent dans le sol. Nombre estimé de bactéries sur Terre (W. Whitman, Un. de Georgia) = 5 x 1030 = 5 millions de fois le nombre total de flocons de neige qui tombent sur tout le Canada au cours de l’hiver En les regroupant, on formerait un cube de 11 Km de côté (le total de l’humanité formerait un cube de 700 m de côté).

2.3 Les Eucaryotes Contiennent un noyau et des organites Paroi cellulaire Membrane cellulaire Cytoplasme Noyau Ribosome (Milliers) Réticulum endoplasmique (RE) Appareil de Golgi Mitochondrie

Cellules eucaryotes : 10 à 100 µm en général Nombreux organites internes faits de membranes. Matériel génétique délimité par une membrane = noyau

Cellule procaryote Cellule eucaryote

Structure générale Modèle général : il existe d’innombrable forme

2. Le noyau Structure générale Contient les gènes (ADN) Chromatine ou chromosome La membrane nucléaire est double. Nucléoles : assemblage des ribosomes.

3. Cytoplasme Zone entre la membrane cellulaire et le noyau. Comprend : le cytosol (la solution) les organites Des inclusions: dépend du type de cellules (ex: pigments, lipides, mucus etc.)

4. Réticulum endoplasmique

RER et les ribosomes Fct : synthèse des protéines Décodent l’ARN Donnent l’aspect rugueux du RER.

REL (lisse) Pas dans toutes les cellules Pas de ribosome (donc pas de synthèse de protéines). Dégrade le cholestérol. Détoxication (beaucoup dans le foie).

5. Appareil de Golgi Gère la distribution des protéines dans la cellule Emballe et modifie les protéines arrivant du RER. Fabrique de la membrane.

6. La mitochondrie Fct: transformation énergétique. Double-membrane. Énergie ATP Quantité proportionnelle au travail cellulaire (métabolisme cellulaire).

Production d’énergie par respiration cellulaire Matière organique (nutriment) + O2 Matière inorganique + H2O + Énergie Tous les glucides peuvent se transformer en glucose. Glucose = "carburant" dans la respiration cellulaire 1 glucose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Énergie L’énergie est récupérée pour former de l’ATP

ATP

Cytoplasme Région de la cellule à l’intérieur de la membrane. Où l’on retrouve les organites Cytosol – portion liquide entre les organites

Réticulum endoplasmique Réseau de tubes ou canaux entre le noyau et la membrane. Rôle de transport interne des matériaux Divisé en 2 types: Lisse et Rugueux 2 types sont présents dans les cellules. Le RE rugueux sont normalement plus près du noyau.

Réticulum endoplasmique RE lisse. Le RE lisse contient des enzymes sur sa surface pour: Production de la membrane phospholipides et de lipides Production des hormones sexuelles telles que la testostérone et l’œstrogène. Désintoxication des drogues dans le foie. Stockage des ions de calcium requis pour la contraction des cellules musculaires. Transport des composés à base de lipides. Aide à la libération de glucose dans le sang.

Réticulum endoplasmique RE rugueux. Contient des ribosomes impliqués dans la synthèse des protéines: Développement des protéines Transport des protéines. Protéines deviendront possiblement des membranes, enzymes, etc.

Ribosomes Structure sans membrane externe. Synthèse des protéines. Libre dans le cytoplasme ou attaché au RE. Toujours composé d’ARN et de protéines. Ribosomes des eucaryotes sont plus grands et plus denses Formés de 2 sous-unités Eucaryotes Procaryotes 80S 70S L’unité de mesure est l’unité Svedberg, une mesure du taux de sédimentation en centrifugation au lieu de la grandeur ce qui explique pourquoi les fragments ne s’additionne pas (70S est composé de 50S et 30S).

Lysosomes Centre de digestion intracellulaire. Ne contiennent pas de structures définies Sac contenant des enzymes Enzymes hydrolytiques. Catalyse le bris des protéines, acides nucléiques, lipides et les hydrates de carbone. S’attache aux organites endommagés ou vieux pour les détruire. Bon recycleur Intérieur est acide (nécessaire pour l’hydrolyse)

Appareil de Golgi Apparence de sacs aplatis empilés l’un sur l’autre. Fonctions: Collecte, mise en paquet, modification des distribution des matériaux produits par la cellule. Partie plus près du RE rugueux est appelé cis Reçoit les produits du RE. Se déplaces dans les citernes. Libéré de l’autre côté - trans. Sous forme de petites vésicules. Vésicules transportent les matériaux à l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Très communes dans les cellules des glandes (pancréas)

Appareil de Golgi Image du noyau, du Réticulum endoplasmique et de l'appareil de Golgi : noyau (enveloppe nucléaire) pore nucléaire réticulum endoplasmique granuleux (REG) réticulum endoplasmique lisse (REL) ribosome sur le REG protéines transportées vésicule golgienne appareil de Golgi face cis d'un dictyosome face trans d'un dictyosome saccules membranaires d'un dictyosome

Mitochondrie Organite cylindrique. Ordre de grandeur : similaire à une bactérie Contiennent leur propre ADN (Chromosome circulaire) Produit ses propres ribosomes. (70s) Membrane double – Membrane externe est lisse. Membrane interne est repliée avec des crêtes. Crêtes offrent une plus grande surface pour les échanges. Liquide interne – Matrice Zone entre les membranes – Espace inter membranaire. Rôle de production d’énergie – l’ATP Quels types de cellules contiennent le plus de mitochondrie.

Mitochondrie Cristae = Crêtes

Mitochondrie

Noyau Dans une région isolée contenant l’ADN. Entouré d’une membrane double (enveloppe nucléaire) Contient des pores pour les échanges. Permet la production de l’ADN à l’abris des fonctions de la cellule.

Noyau ADN. Sous forme de chromosomes Nombre de chromosomes varie par espèce. Contient le code génétique Chromosomes sont visibles seulement durant la division. Le reste du temps, l’ADN est sous forme de chromatine. La chromatine contient des brins d’ADN et des protéines (histones) Nucléosome – Combinaison de 8 histones et 1 brin d’ADN Position – centre (côté chez certaines plantes)

Chloroplastes Chez les algues et les plantes. Contient membranes double Ordre de grandeur – similaire à une bactérie Contient son propre ADN et ribosomes (70s) Développement des protéines Transport des protéines. Protéines deviendront possiblement des membranes, enzymes, etc.

Centrosomes RE rugueux. Contient des ribosomes impliqués dans la synthèse des protéines: Développement des protéines Transport des protéines. Protéines deviendront possiblement des membranes, enzymes, etc.

Vacuoles RE rugueux. Contient des ribosomes impliqués dans la synthèse des protéines: Développement des protéines Transport des protéines. Protéines deviendront possiblement des membranes, enzymes, etc.

Les Eucaryotes Contiennent un noyau et des organites Lysosome Peroxysome Centrosome Vésicule Vacuole Cytosquelette

Cellule végétale

Questions Quel est le désavantage d’avoir l’ADN libre dans le cytoplasme des cellules procaryotes sans membrane nucléaire Quelles structures sont impliquées dans la reproduction sexuelle des cellules procaryotes

Fin