Module 3 Les cellules

La théorie cellulaire

Qu’est-ce qu’une cellule?

La cellule est l’unité de base de la structure et du

fonctionnement de tous les êtres vivants.

Postulats de la théorie cellulaire

(les premiers points de la théorie cellulaire apparus dès 1840)

tiré de l’annexe 1- Biologie 11

• La cellule est l’unité structurale de base des organismes vivants.

Autrement dit, tout organisme vivant, quelle que soit sa taille,

est constitué de cellules.

• La cellule est l’unité fonctionnelle de base de tous les organismes vivants.

Autrement dit, dans un organisme, ce sont

les cellules qui exécutent les fonctions biologiques.

• Toutes les cellulesproviennent d’autres cellules.

Cela signifie que la vie n’apparait pas spontanément;

ce sont les cellules qui donnent la vie.

• Dans un organisme pluricellulaire, l’activité de l’ensemble d’un organisme dépend de l’activité globalede ses cellulesindépendantes.

Fonctions de la cellule

• Se nourrir et obtenir de l’énergie

• Convertir l’énergie externe en source utilisable pour la cellule

• Produire et renouveler les molécules qui les forment

• Faire des réactions chimiques

• Éliminer les déchets

• Se reproduire

• Conserver le code génétique

Lorsque les scientifiques se sont intéressés aux

cellules, c’est à partir de ce moment qu’on a

commencé à développer

les microscopes.

Premier microscope simple

• On observe les organismes invisible à l’œil nu à partir d’une seule lentille

Anton van Leeuwenhoek

catoire-fantasque.be / leeuwenhoek.wordpress.com

Robert Hooke

catoire-fantasque.be / tappancsvilag.hu

Microscope optique (photonique)

• Formé de deux lentilles

• Utilise des ondes de lumière visible et invisible

• Nous permets d’observer la composition de la cellule et non seulement la cellule

• Grossit l’image des objets trop petits qu’on ne voie pas à l’œil nu

Microscope optique

musee-afrappier.qc.ca

Microscope électronique

• Utilise des faisceaux d’électrons plutôt que des rayons lumineux

• Plus puissant que le microscope optique

• Les images sont très clairs à très fort grossissement.

Il existe deux types de microscopes électroniques:

Microscope électronique à transmission (MET)

• le faisceau d’électron est dirigé à travers l’objet observé

• permet d'observer que des échantillons d'épaisseur suffisamment faible pour être transparents aux électrons (quelques dizaines de nanomètres)

microscopies.com

Microscope électronique à transmission (MET)

nirgal.net

Microscope électronique à réflexion (balayage) (MEB)

• balai la surface de l’objet avec un faisceau

• opère à la surface d'objets massifs

• Ce microscope électronique est dit à balayage (MEB) lorsque l'image est obtenue point par point (6 à 10 nm).

Éléments de cytologie Index

science-et-vie.net

Microscope électronique à balayage (MEB)

benelux-scientific.be

insecte.org

Les procaryotes et les eucaryotes

Procaryotes et eucaryotes

•Structure d’une cellule procaryote

•Activités métaboliques des procaryotes

•Structure d’une cellule eucaryote

•Comparaison entre cellules animales et végétales.

http://biologienet.free.fr/index2

.htm

Structure d’une cellule procaryote

Organites (composantes) des cellules procaryotes :

• Nucléoïde

• Plasmide (ADN nu)

• Paroi cellulaire (peptidoglycane)

• Capsule (certaines cellules)

• Membrane cellulaire

• Cytoplasme

• Ribosome

• Thylakoïdes (bactéries photosynthétiques)

• Flagelles ou pili (certaines cellules)

Page 54 manuel de biologie 11, trouve les fonctions des composantes

• Cellules les plus petites et les plus simples (taille d’un mitochondrie)

• N’ont pas de noyau

• ADN se retrouve dans la région nucléoïde

•

• Paroi cellulaire: composée d’une seule macromolécule (peptidoglycane)

• Membrane plasmique: matières diffusent rapidement à travers

• Cytoplasme

• Ribosome: milliers (même rôle que cellule eucaryote)

• ADN nu: 1 chromosome retrouvé dans le nucléoïde(certaines cellules ont ADN circulaire nommé plasmide)

Capsule : coquille qui entoure la paroi

cellulaire de certains procaryotes qui assure une protection accrue

Activités métaboliques• Photosynthèse

–Utilisent la lumière pour produire de l’énergie

• Fixation d’azote

–Prennent N2 de l’air et la transforment

en nitrates (NOx) que les plantes

peuvent utiliser

• Fermentation lactique–Utilisent le sucre des produits laitiers

(lactose) pour le transformer en acide lactique

http://biologienet.free.fr/index2

.htm

Structure d’une cellule eucaryote

Organites (composantes) des cellules eucaryotes :

• Membrane cellulaire • Lysosome

• Cytoplasme • Peroxysome

• Noyau • Centrosome

• Pores nucléaires • Vésicule

• Chromatine • Vacuole

• Nucléole • Cytosquelette

• Ribosomes • Mitochondrie

• Réticulum endoplasmique (RE)

• Appareil de golgi

Page 46-47 manuel de biologie 11, trouve les fonctions des composantes

Cellule végétale

Comparaison entre les cellules animales et végétales

Animale• Centriole

• Forme plus ronde

Végétale• Contient des plastes

(chloroplastes)

• Contient une paroi cellulaire

• Plus grosse vacuole (centrale)

• Forme plus carrée

La reproduction cellulaire

Reproduction cellulaire

• Reproduction chez les procaryotes-Scissiparité

• Division cellulaire chez les eucaryotes

- Interphase

-Mitose (PMAT)

-Cytocinèse

• Comparaison entre cellules animales et végétales au niveau de la mitose et de la cytocinèse

Reproduction chez les procaryotes

Scissiparité: (p. 424)

• Reproduction asexuée chez la bactérie

• Division cellulaire– cellule produit une copie de son chromosome

– se développe (grossit)

– après avoir atteint une certaine taille, s’allonge puis les chromosomes se séparent

– la cellule se sépare en 2 cellules identiques

• Se produit rapidement (condition favorable → division peut se faire en 20

minutes)

*(ne peut pas se reproduire par mitose ou méiose car n’a pas de noyau)

Division cellulaire chez les eucaryotes

• aussi connu sous le nom du cycle cellulaire

• plus complexe que chez les cellules procaryotes (matériel génétique dans le noyau

• Le cycle cellulaire comprend 2 stades: l’interphase (croissance) et la mitose (division).

Division cellulaire chez les eucaryotes

Interphase

• Étape de croissance cellulaire et de réplication de l’ADN

Division cellulaire chez les eucaryotes

Mitose

• Division du noyau cellulaire par laquelle les cellules filles reçoivent une copie identique de l’information génétique (chromonosomes) de la cellule mère.

Page 153-157 biologie 11, savoir expliquer les étapes

Division cellulaire chez les eucaryotes

Cytocinèse

• Scission du cytoplasme et formation de deux cellules filles

Comparaison entre cellules animales et végétales au niveau de la mitose

et de la cytocinèse

Animale

• Étranglement de la membrane par les microfilaments et la formation de deux cellules filles identiques

Végétale

• Possède une paroi cellulaire rigide donc elle ne s’étrangle pas

• C’est plutôt une plaque cellulaire qui se forme et divise la cellule en deux.

L’homéostasie et

le transport cellulaire

Homéostasie et transport cellulaire

•Maintien de l’équilibre

- homéostasie

- perméabilité sélective

• Membrane plasmique

-constituants de la membrane plasmique

-propriétés hydrophobes et hydrophiles des phospholipides

- modèle de la mosaïque fluide

Homéostasie et transport cellulaire (suite)

• Transport cellulaire

- transport de substances de petite et moyenne taille moléculaire

• transport passif

- diffusion simple

- diffusion facilitée

- osmose

- type de solutions (hypertonique, hypotonique, isotonique)

- plasmolyse

- cytolyse

Homéostasie et transport cellulaire (suite)

• transport actif

- pompe ionique (pompe Na-K)

• transport de macromolécules

- endocytose

- phagocytose

- pinocytose

- exocytose

L’homéostasie est l’état d’équilibre interne régulé

et maintenu en dépit des variations du milieu

externe.

L’importance de l’homéostasie chez les organismes

• Chaque cellule d’un organisme unicellulaire ou pluricellulaire doit garder un milieu interne stable même si le milieu externe change.

L’importance de l’homéostasie chez les organismes (suite)

• Les changements extérieurs qui arrivent le plus souvent sont des variations de la concentration des matières (solutés, éléments nutritifs, déchets).

L’importance de l’homéostasie chez les organismes (suite)

• Pour conserver son homéostasie, la membrane de la cellule doit être sélective.

Homéostasie et membranes biologiques

• La membrane d’une cellule décide ce qui entre et sort de la cellule.

Milieu extracellulaire (liquide interstitiel): mélange d’eau et de substances dissoutes dans lequel baignent les cellules

Milieu intracellulaire: région interne (en dedans) de la cellule

Perméabilité sélective

• La propriété qui permet à

la membrane plasmique de laisser

passer certaines substances et

d’en rejeter d’autres

sélectivement perméable =

perméabilité sélective=

semi-perméable

Facteurs qui peuvent affecter la perméabilité.

1. La taille et la forme des molécules

2. Le diamètre des pores

3. La structure de la membrane

4. La charge électrique de la membrane et des particules

5. La solubilité des particules dans l’eau

Les constituants de la membrane plasmique

1. Lipides

• Phospholipides

• Cholestérol

3. Protéines

2. Glucides

protéines

glucides

lipides

1. Les lipides

• La membrane plasmique est formée d’une bicouche de phospholipides (tête polaire hydrophile et queue non polaire hydrophobe).

Groupement phosphate polaire c.-à-d. hydrophile (attiré par l’eau)

2 acides gras non polaires

c.-à-d. hydrophobes (repoussés par l’eau)

Un phospholipideG l y cér o l

Propriétés hydrophobes et hydrophiles des phospholipides

• Il y a de l’eau à l’intérieur comme à l’extérieur des cellules.

• Les têtes des phospholipides (hydrophiles) se tournent vers l’eau et forment ainsi 2 couches.

• Les queues (acides gras) des phospholipides, hydrophobes, se trouvent donc prises entre les têtes (phosphates).

Tête (hydrophile)

Queue (hydrophobe)

Son rôle est de stabiliser la membrane plasmique des cellules eucaryotes.

La structure du cholestérol est rigide.

• Les chaînes de glucides sont souvent attachées aux lipides (glycolipides) ou aux protéines

(glycoprotéines).

2. Les glucides

protéine

chaîne de glucides

lipides

3. Les protéines

• Servent de transport.

• Servent de récepteurs.

• Permettent l’adhérence entre les cellules.

• Retrouvées entre les phospholipides.

• Certaines protéines s’étendent à travers toute la membrane, d’autres sont attachées aux surfaces interne et externe de la membrane plasmique.

• La membrane cellulaire est composée de différents constituants (lipides, glucides et protéines) dispersés un peu partout ce qui forme une mosaïque.

• Les phospholipides et les protéines peuvent se déplacent latéralement dans la membrane plasmique. Ce qui démontre que la bicouche a une consistance fluide.

Modèle de la mosaïque fluide

Modèle de la mosaïque fluide

2 couches de phospholipides

Protéines

Glucides (polysaccharides)

Cholestérol

Pour conserver son homéostasie,

la membrane plasmique est capable de laisser entrer et

sortir des molécules de différentes grosseurs.

• Le processus par lequel la membrane laisse sortir les déchets et laisse entrer certains solutés et éléments nutritifs s’appelle le transport cellulaire ou le transport membranaire.

Transport cellulaire (membranaire)

Nous étudierons trois différents

types de transport cellulaire:

• le transport passif

• le transport actif

• le transport de macromolécules

Transport cellulaire (membranaire)

Commençons par expliquer la diffusion

En terme général, la diffusion est le mouvement net

des particules d’une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration.

Gradient de concentration

• Lorsqu’une substance est plus concentrée dans une région que dans une autre, on dit alors qu’il y a un gradient de concentration entre les deux régions.

• Lorsqu’il y a un gradient de concentration, il se produit une diffusion de particules de la zone de forte concentration vers la zone de faible concentration.

Exemple avec la cellule:

L’oxygène (en forte concentration)

quitte les vaisseaux sanguins

et diffuse dans la cellule.

Imaginez un aquarium divisé en deux par une grille dont

les mailles sont assez grandes pour laisser passer les poissons

qui sont regroupés du côté gauche. Que devrait-on observer

après un certain temps?

Eh oui, les poissons vont occuper tout l’espace disponible.

Lorsqu’il y a égalité des concentrations, les molécules

continuent à traverser la membrane.

Par contre, il y en a autant qui se déplacent dans un sens que

dans l’autre.

C’est l’équilibre dynamique.

Transport de petite et moyenne taille

moléculaire

Transport passif

Le transport passif :

c’est le passage de substances à travers la membrane qui ne nécessite aucune dépense d’énergie de la part de la cellule.

Il se produit même si la cellule est morte.

• Le transport passif comprend:

• la diffusion simple

• la diffusion facilité

• l’osmose

La diffusion simple

• La diffusion simple permet aux petites particules comme l’eau, l’oxygène, le gaz carbonique ou l’éthanol de traverser directement les deux couches de phospholipides.

• Lors de la diffusion simple, les molécules se déplacent d’une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration.

La double couche de phospholipides est imperméable aux grosses molécules et aux ions tels que K+, Na+, Cl-, etc…

Comment font-ils pour traverser la membrane ?

Par la diffusion facilitée

La diffusion facilitée

• La diffusion facilité est la diffusion à l’aide d’une protéine de transport.

• Certaines protéines de la membrane peuvent s’associer à une molécule et relâcher cette molécule de l’autre côté de la membrane.

• Le glucose, par exemple, pénètre dans les cellules par diffusion facilitée.

protéine de transport

• La diffusion facilitée ne demande aucune dépense d’énergie comme la diffusion simple.

• Elle se fait toujours en suivant le gradient de concentration par

l’intermédiaire d’une protéine de la membrane.

Les protéines et la diffusion facilitée

• Certaines protéines font passer les substances essentielles ou les déchets à travers la membrane plasmique.

• Certaines protéines peuvent se fermer et s’ouvrir.

• Certaines protéines peuvent se faire et se défaire rapidement.

Résultat: changement de perméabilité de la membrane

• Certaines protéines forment de simples canaux et laissent les petites particules diffuser. (voir figure 5.11 livre)

Il existe deux types de protéines au niveau de la membrane plasmique.

• Canal protéique• Protéine qui forme un canal• Permet à la molécule ou l’ion de

traverser toute l’épaisseur de la membrane plasmique

• Protéine de transport• Protéine qui est porteuse• S’ouvre et se ferme

• Les ions, par exemple passent par de petits canaux formés par des protéines traversant toute l’épaisseur de la membrane.

C’est ainsi que l’eau et les électrolytes traversent

la membrane.

Ex: Na+, K+, Ca2+ , Cl- etc…

N.B. Ces canaux sont

généralement

spécifiques : une seule

substance bien précise

peut les traverser et

aucune autre.

Donc, ce n'est pas

n'importe quelle

substance qui peut

traverser la membrane

= perméabilité

sélective.

Exemples de protéine de transport

Certaines protéines de transport sont appelées protéines porteuses parce qu’elles semblent prendre les molécules et les porter à travers la membrane plasmique. Ex: glucose

L’osmose

Le transport passif (suite ):

• L’osmose est le mouvement de l’eau à travers la membrane plasmique.

• Ce déplacement d’eau se produit afin que la concentration d’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule soit égale.

• Donc, dans l’organisme, l’eau se déplace d’une zone à l’autre par osmose.

• Intestin- sang- liquide interstitiel- cellule

• Puisque la membrane est perméable à l’eau, l’eau peut donc diffuser à travers la membrane s’il existe un gradient de concentration.

• Il y a osmose si deux zones de concentrations différentes sont séparés l’une de l’autre par une membrane perméable à l’eau, mais imperméable au soluté.

• L’eau se déplace de la zone plus concentré en eau à la zone moins concentrée en eau.

?

• Le sens dans lequel se fait l’osmose dépend du type de concentration qu’il y a de chaque côté de la membrane plasmique.

• Toutes les cellules baignent dans des solutions. Donc, le type de solution influence l’osmose.

Les 3 types de solutions

o Hypertonique

o Hypotonique

o Isotonique

• La solution la plus concentrée en soluté est dite hypertonique par rapport à l’autre (moins d’eau que de solutés).

• La solution la moins concentrée en soluté (la plus diluée), est dite hypotonique par rapport à l’autre (plus d’eau que de solutés).

• Si les deux solutions ont la même concentration, on les dit isotoniques l’une par rapport à l’autre.

Pression de turgescence :

La pression qui se forme dans une cellule végétale à la suite de

l’osmose.

Plasmolyse :

• Contraction du contenu d’une cellule en raison d’une perte d’eau.

• La cellule rapetisse car l’eau sort de la cellule pour aller dans la solution hypertonique (solution où il y a moins d’eau que de solutés).

• La perte d’eau entraîne une diminution de la pression de turgescence chez la cellule végétale.

Cytolyse (lyse) :

• Éclatement de la membrane cellulaire qui provoque une destruction de la cellule.

• La cellule gonfle et finit par éclater car l’eau va entrer dans la cellule.

•Se produit lorsque la cellule est placée dans une solution hypotonique (solution où il y a plus d’eau que de solutés).

Quels sont les effets de chaque type de solution sur les cellules

de notre corps?

Isotonique = cellule normale

Hypotonique = cytolyse

Hypertonique = plasmolyse

Globules rouges en milieu:

isotonique hypotonique hypertonique

• Si on plonge une cellule dans une solution concentrée en sel (NaCl) et que la membrane cellulaire est perméable à l’eau mais imperméable au sel.

• Que se passera t-il?

• Pourquoi les solutés injectés aux patients sont-ils

généralement isotoniques (quantités d’eau et de solutés sont

égales) avec les liquides de l’organismes?

• Que se produirait-il si on injectait dans la circulation

un produit hypotonique (solution où il y a plus d’eau que de solutés)?

• Pour que la cellule fonctionne correctement, le milieu interne de la cellule doit souvent être très différent du milieu externe. (ex: Les cellules ont besoin de substances nutritives pour vivre et se développer.)

• Elles doivent aussi évacuer des déchets toxiques. Le transport passif ne permet pas d’éliminer touts les déchets.

• La cellule a parfois besoin de transporter des molécules contre un gradient de concentration (faible à forte concentration). On appelle ce genre de transport, le transport actif.

Transport actif

c’est le passage de substance à travers la membrane qui demande une dépense d’énergie de la part de la cellule.

Il ne peut se produire que si la cellule est vivante et active.

Le transport actif:

Caractéristiques du transport actif

• Peut se faire contre le gradient de concentration. C’est à dire en sens inverse de la diffusion.

• Nécessite une dépense d’énergie de la part de la cellule.

• Nécessite une protéine de transport.

But du transport actif

• Le transport actif permet à la cellule de maintenir une composition chimique interne différente de la composition chimique du milieu dans lequel elle baigne.

Exemples de transport actif

• Cellules rénales pompent du glucose et les acides aminés de l’urine et les retournent au sang

• Cellules intestinales pompent les substances nutritives des intestins

• Cellules des racines des plantes pompent les substances nutritives du sol

• Pour faire le transport actif, on a besoin d’un système particulier, une pompe qui fonctionne grâce à l’énergie du métabolisme des cellules.

• Cette pompe est une protéines de la membrane plasmique.

• Les cellules ont plusieurs pompes différentes. Ce sont les pompes ioniques.

Les pompes ioniques

• Ces protéines peuvent se fixer à une substance puis, en se déformant, (grâce à une molécule qui fournit de l’énergie à la protéine) fait traverser la membrane à cette substance.

Pompe sodium-potassium

• 3 ions sodium à l’intérieur de la cellule et 2 ions potassium à l’extérieur de la cellule se lient à la protéine de transport

• Une sorte d’énergie (ATP) va permettre à la protéine de changer de forme.

• Les 3 ions sodium se retrouvent à l’extérieur et les 2 ions potassium à l’intérieur.

• La protéine reprend ensuite sa forme initiale.

• Ex: S’il y a un surplus d’ acides aminés ou d’électrolytes comme le Na+ et le K+, ceux-ci seront transportés contre le gradient de concentration par transport actif à l’aide de pompes.

Fait intéressant

• Quand nous sommes au repos, 40 % de toute l’énergie que nous dépensons sert à entretenir les mécanismes de transport actif au niveau des membranes de nos cellules.

• Sans les mécanismes du transport actif, les concentrations s’équilibreraient par diffusion, la composition interne deviendrait sensiblement identique à la concentration externe.

C’est ce qui se produit à la mort de la cellule.

• C’est de cette façon , par exemple, que les cellules de l’intestin rejettent les enzymes digestives nécessaires à la digestions des aliments.

Transport de macromolécules

• Les macromolécules sont trop grosses pour pouvoir utiliser le transport passif ou actif.

• La membrane plasmique peut se replier sur elle-même et former un petit sac, une vacuole.

Endocytose

• La membrane se déforme en se repliant vers l’intérieur.

• Il se forme une vésicule contenant une partie du milieu extérieur (quantité de fluide extracellulaire).

• La vacuole se détache de la membrane et entre dans la cellule.

Endocytose

Il y a deux types d’endocytose:

• la phagocytose

• la pinocytose

• Lorsque la substance absorbée par endocytose est une grosse particule(une bactérie absorbée par un globule blanc par exemple, une cellule entière) on parle alors de phagocytose.

• La phagocytose ne se fait que chez les amibes et les macrophages (cellules du système immunitaire).

Phagocytose

Phagocytose

Pinocytose

• C’est la membrane cellulaire qui s’enfonce en un canal qui s’étend dans le cytoplasme.

• C’est l’ingestion de petites particules solides ou de gouttelettes liquides contenant des substances nutritives en suspension .

Exocytose

• Processus par lequel la cellule expulse les déchets.

• Une vacuole interne se déplace vers la membrane plasmique et les deux se fusionnent. Le contenu de la vacuole se retrouve à l’extérieur de la cellule.

• Ex: cellule du pancréas pour libérer l’insuline.

La vacuole, une fois fusionnée avec la membrane plasmique, rejette son contenu à l’extérieur de la cellule.

Exocytose