Introduction :
La cellule est souvent définie comme étant la plus petite unité structurale du vivant. Or, que l’on soit unicellulaire ou pluricellulaire, il faut être capable d’assurer les différentes fonctions du vivant. Pourtant, si on est unicellulaire, toutes les fonctions du vivants sont assurées, c’est à dire se développer, se reproduire, et évoluer. Tandis que chez les organismes pluricellulaires chaque cellule des tissus assure des fonctions spécifiques.
Problème : Comment les cellules assurent-t-elles différentes fonctions du vivant ?
I- L’unité cellulaire fonctionnelle
A- chez les êtres unicellulaires
Il existe différents groupes d’êtres vivants unicellulaires (protistes, levures, bactéries…) qui sont très différenciés. Même si certains ont des spécificités propres à leur groupe, ils ont tous un point commun, chaque cellule doit assurer toutes les fonctions du vivant.
B- Chez les êtres pluricellulaires
Lorsque plusieurs cellules sont associées pour former un organisme pluricellulaire, les cellules constituant les organes sont spécialisées. Pourtant chaque cellule diffère d’une autre par sa taille, sa forme, sa position, sa durée de vie, la présence ou non de certains organites ou molécules.
Définition :
Organite : compartiment cellulaire spécialisé dans une fonction déterminée chez les cellules eucaryotes.
Pour assurer les différentes fonctions, ces cellules eucaryotes possèdent donc divers organites.
Doc 1 : La cellule eucaryote animale, et ses organites
Doc 2 : La cellule eucaryote végétale, et ses organites
Certains organites sont facilement observables avec un microscope optique (MO), comme le noyau ou les chloroplastes des cellules chlorophylliennes. Par contre d’autres organites nécessitent d’être observés au microscope électronique (ME) comme la mitochondrie par exemple.
La spécialisation des cellules est à mettre en relation avec leur fonction. Ex : neurone, globule rouge ou cellule chlorophyllienne. On estime qu’un être humain est constitué d’environ 30 000 milliards de cellules appartenant à plus de 250 types cellulaires différents.
Doc 3 : Différents types cellulaires de différentes espèces
Toutes les cellules sont délimitées par une membrane plasmique, renferment du liquide appelé cytoplasme et possèdent du matériel génétique protégé ou non par un noyau. Ceci témoigne bien de l’unité du monde vivant.
II- L’organisation du vivant
A- Les échelles du vivant
Tout organisme pluricellulaire est un individu dans son espèce. On peut observer qu’il est constitué d’organes (ex : coeur, foie, poumons…) représentant souvent des appareils fonctionnels ou des parties (appareil circulatoire, appareil digestif, appareil respiratoire…) assurant les grandes fonctions de l’organisme.
Chaque organe est constitué de tissus représentant les différentes parties de l’organe et assurant des fonctions particulières. Puis, chaque tissu possèdera des cellules spécialisées dans ces mêmes fonctions et possèdera pour ces raisons une richesse en organite variable, dépendant de sa spécialisation. Enfin chaque cellule aura une richesse particulière en molécules qui diffèrera d’une autre cellule dont la spécialité sera différente.
Les cellules des organismes pluricellulaires sont généralement jointives et entourée d’une matrice extracellulaire permettant l’adhérence des cellules et la cohésion des tissus. Par exemple, les cellules végétales sont entourées d’une paroi cellulaire constituée de diverses molécules dont la cellulose et les pectines.
Matrice extracellulaire : La matrice extracellulaire est un ensemble de grosses molécules présentes dans les tissus mais situées en dehors des cellules qui les synthétisent et les sécrètent. La matrice extracellulaire facilite les liaisons et l’adhérence entre les cellules et les organise en tissus.
Doc 4 : la paroi végétale, une matrice extracellulaire
Doc 5 : les échelles d’organisation de la cellule
B- Les outils pour observer le vivant
Avec unmicroscope optique, on peut observer les tissus, constituant les organes, et les cellules, constituant les tissus, mais le grossissement maximal est d’environ x1000.
Avec un microscope électronique, on peut observer plus de détails dont les organites. Il existe 2 techniques : une qui nous permet de voir l’intérieur de la cellule, la microscopie électronique à transmission (MET) et l’autre qui permet de voir les cellules en relief, la microscopie électronique à balayage (MEB).
Comme la matière minérale, la matière du vivant est constituée de molécules, assemblages d’atomes, trop petits pour être observés en microscopie (nm).
Pas de malentendus : Ne pas confondre cellule et molécule !
Une cellule mesure entre 100 et 2 µm. Mais une molécule est nettement plus petite. Il s’agit d’un assemblage d’atomes. Une cellule est constituée d’une multitude de molécules, et une molécule de différents atomes. Mais confondre une molécule et une cellule, c’est un peu confondre une ville et un pays.
III- L’importance de l’information portée par l’ADN
L’ADN ou Acide Désoxyribo-Nucléique est la molécule porteuse de l’information génétique. C’est une molécule qui est contenue dans le noyau ( sous la forme de chromatine) quand elle est sous sa forme lisible. Quand en revanche la cellule est en division, l’enveloppe nucléaire disparait, et l’ADN se condense fortement pour prendre la forme de chromosomes.
Toutes les cellules de nos organes, possèdent la même information Mais dans une cellule spécialisée d’un tissus, tous les gènes ne s’expriment pas, et seule une partie correspondant à la spécialisation s’exprime.
A- La structure de la molécule d’ADN
Rappel : ADN = Acide DésoxyriboNucléique : molécule du support de l’information génétique.
Cette molécule est constituée de deux chaînes enroulées l’une autour de l’autre en double hélice (qualifiée pour cette raison de bicaténaire = 2 chaines). C’est un polymère constitué d’une succession de molécules élémentaires appelées nucléotides. Dans l’ADN il existe 4 nucléotides possibles qui sont :
Doc 6 : Les nucléotides de l’ADN
Ces nucléotides s’enchainent les uns aux autres pour former une longue chaine s’enroulant en hélice. La deuxième chaine est complémentaire de la première selon la règle suivante : A=T et GC.
Doc 7 : fragment d’ADN
La structure de la molécule d’ADN est universelle dans le monde vivant.
B- Le langage de l’ADN
Une succession de nucléotide est appelée séquence, car elle forme une succession de lettre. Si cette succession de lettre aboutit à une phrase cohérente, qui permet la synthèse d’une protéine, on parle alors de gène… De même, si un gène permet la fabrication d’une protéine particulière, ayant une fonction, il peut exister différentes versions de ce même gène, entrainant des modifications ponctuelles ou non de cette protéine. Ces différentes versions d’un même gène sont appelées allèles.
Doc. 8 : Exemple de la séquence du gène de l’insuline :
Le noyau de toutes les cellules possède absolument tout l’ADN caractérisant l’organisme pluricellulaire, en revanche, tous les gènes ne sont pas exprimés. Ainsi, selon la spécialisation de la cellule, seuls certains gènes utiles à la spécialisation s’expriment. En conclusion, selon la spécialisation de la cellule, certains gènes sont actifs et d’autres sont rendus silencieux.
Doc 9 : Activation ou répression d’un gène
Un gène est un segment d’ADN qui contient l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine. Le gène est dit actif/allumé/exprimé lorsque cette synthèse a lieu. Sinon, il est inactif/éteint/réprimé. Mais évidemment, l’expression génétique n’est pas un processus fait de noir et blanc : il existe plein de niveau gris, avec par exemple des gènes très actifs, surexprimés (synthèse importante) ou encore partiellement réprimés (synthèse très faible)…
Conclusion :
Toutes les cellules d’un organisme pluricellulaire sont issues des divisions successives de la cellule-œuf à l’origine de cet organisme. Elles contiennent toutes l’intégralité du génome mais en expriment une partie seulement. Ainsi, pendant toute la vie, les cellules utilisent certains gènes pour produire leurs propres molécules selon leur spécialité : on dit que les gènes s’expriment. En se spécialisant, les cellules acquièrent ainsi des différences qui les distinguent (plus de 250 types cellulaires sont recencés dans l’espèce humaine).
Schéma bilan : le livre scolaire
