Organisation générale des vivants en cellules (microscope optique)

Du macro au micro…

Un organisme possède une structure bien déterminée. Prenons comme exemple le corps humain. Celui-ci est constitué de plusieurs systèmes ou appareils : respiratoire, circulatoire, digestif,… Chaque système est composé d’un ensemble d’organes : le système digestif comporte l’estomac, l’intestin grêle,… Un organe est un ensemble de tissus : l’estomac se compose de tissus musculaire, glandulaire, épithélial,… Un tissu est un ensemble de cellules d’un même type et d’une même fonction. Le nombre de cellules dans le corps humain s’élève à plus de  60 x 10¹² (soixante mille milliards) de cellules.

Une cellule, c’est quoi ? »

 

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I. Caractéristiques des cellules

I.1. Définition historique

Le terme « cellule » (du latin cellula, signifiant « petite » chambre) fut utilisé pour la première fois en 1665 par Robert HOOKE alors qu’il observait des cavités closes, semblables à des chambres monastiques, dans l’écorce de liège.

I.2. Définition

Une cellule est la plus petite unité structurale, fonctionnelle et reproductrice. Elle peut soit constituer, à elle seule, un organisme unicellulaire, soit s’assembler avec d’autres cellules pour former un organisme.

I.3. Chaque cellule est spécialisée

Il existe plusieurs types de cellules : par exemple, les cellules sanguines, les cellules épithéliales,… Et chaque type de cellules est destiné à une fonction définie : les cellules épithéliales ont un rôle de protection,…

 

II.Observations de cellules au microscope optique

Tous les êtres vivants sont donc constitués de cellules. En fonction de leur rôle ou de leur localisation dans l’organisme, il existe des différences entre ces cellules. Néanmoins, nous allons ici aborder la microscopie optique cellulaire avec des cellules, animales et végétales, sous leur aspect le plus typique.

 

II.1. Cellule végétale – type

Pour commencer, nous allons observer des cellules végétales de l’épiderme d’un oignon.

 

Schéma :

II.2. Cellule animale – type

Maintenant, observons-nous de plus près… Voici un échantillon de peau humaine prélevée au niveau du doigt et observée à l'aide d'un microscope optique.<

 Schéma :

Remarque : On peut observer, selon le type de cellule, des petits vésicules dans le cytoplasme.

II.3. Comparaison entre les cellules végétale et animale – types

 

* Chloroplaste : « chloro- » signifie vert → Les chloroplastes colorent en vert les différentes parties de la plantes (feuilles, tiges,…)

 

III. Ultrastructure cellulaire : Observations de cellules au microscope électronique

Le microscope électronique nous permet d’observer et de déterminer les différents organites cytoplasmiques non visibles au microscope optique. C’est pourquoi nous parlons « d’ultrastructure » cellulaire. 

III.1. La membrane plasmique

Au microscope optique, on l’observe sous la forme d’un simple trait entourant chaque cellule. Par contre, au microscope électronique, on constate qu’elle est composée de trois couches : deux couches sombres séparées par une ligne claire. D’un point de vue chimique, celles-ci se composent de lipides complexes (phospholipides) et de protéines. La membrane plasmique constitue, non seulement une barrière physique entre le milieu intracellulaire, le cytoplasme, et le milieu extracellulaire, mais aussi un filtre permettant l’entrée et la sortie sélectives des substances.

illustration : (c) http://www.ac-orleans-tours.fr/svt/

III.2. La paroi cellulaire

Dans les cellules végétales, la paroi cellulaire entoure la membrane plasmique. Cette paroi épaisse et rigide renforce donc la forme de la cellule.

III.3. Le noyau

D’un point de vue structural, le noyau est entouré par une enveloppe nucléaire (3), en continuité avec le réticulum endoplasmique rugueux. Cette enveloppe est percée de pores nucléaires (4), permettant le transfert de substances avec le cytoplasme. A l’intérieur du noyau, se trouve un ou plusieurs nucléoles (2) composé d’ARN (acide ribonucléique) et un amas diffus de chromosomes, la chromatine (1).

D’un point de vue fonctionnel, le noyau contient une grande partie du matériel génétique de la cellule.

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III.4. Le cytoplasme

Le cytoplasme est le milieu aqueux séparant le noyau de la membrane plasmique et dans lequel baignent les organites cellulaires (coloré en jaune ci-contre). Il est composé d’environ 75% d'eau dans laquelle des substances minérales et organiques sont soit dissoutes soit en suspension.

Ce liquide intracellulaire est le milieu de transport des nutriments et des déchets de la cellule. Il est également le siège des différentes transformations chimiques cellulaires.

III.5. Les organites cellulaires

III.5.1. Les organites cellulaires à une membrane

Le réticulum endoplasmique

D’un point de vue structural, le réticulum endoplasmique est un réseau de tubules en communication direct avec le noyau. Chaque tubule est délimité par une membrane similaire à la membrane plasmique.

Le réticulum endoplasmique rugueux se distingue du réticulum endoplasmique lisse par la présence de ribosomes* sur sa face externe.

D’un point de vue fonctionnel, il produit les protéines et participe à l’élaboration des autres constituants des membranes.

*Les ribosomes sont des petits grains non délimités par une membrane et composés principalement d’ARN (acide ribonucléique) associé à des protéines. Ils sont soit fixés au réticulum endoplasmique rugueux soit libres dans le cytoplasme. Dans ce cas, ils forment une chaîne, appelée polysome.

L’appareil de Golgi

D’un point de vue structural, l’appareil de golgi est un empilement de 4 à 5 saccules (1) superposés les uns sur les autres et délimités par une membrane similaire à la membrane plasmique. Des vésicules golgiennes (2) bourgeonnent à partir des saccules.

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D’un point de vue fonctionnel, il est le centre de modification, de sélection et d’expédition interne ou externe des protéines et lipides sous la forme de vésicules golgiennes.

Les lysosomes

D’un point de vue structural, les lysosomes sont des petits organites limités par une membrane. Le contenu du lysosome est acide (pH ~ 5) grâce à la présence d’enzyme. D’un point de vue fonctionnel, les lysosomes digèrent, grâce à ses enzymes, les macromolécules (protéines, glucides, lipides, acides nucléiques,…).

Les vacuoles

D’un point de vue structural, les vacuoles sont des vésicules aqueuses limitées par une membrane similaire à la membrane plasmique. Elles sont plus grandes dans les cellules végétales que dans les cellules animales. De plus, elle peut occuper près de 90% de l’espace cellulaire chez les cellules végétales adultes.

D’un point de vue fonctionnel, les vacuoles constituent une zone de stockage d’eau, de sucre, de sels minéraux et parfois de substances toxiques. Elles jouent également un rôle important dans la croissance des plantes.  

 

III.5.2. Les organites cellulaires à double membranes

Les mitochondries

D’un point de vue structural, les mitochondries sont des organites de forme ovoïdes entourés par une double membrane. La membrane externe (1) entoure entièrement la mitochondrie, tandis que la membrane interne (2) se repli et forme les crêtes mitochondriales (3).

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D’un point de vue fonctionnel, les mitochondries sont le siège de la respiration cellulaire : elles fournissent l’énergie (ATP, ADP,…) dont la cellule a besoin en oxydant le glucose.

Remarque : Les mitochondries sont capables de se reproduire car elles possèdent ADN, ARN et ribosomes.

 

Les chloroplastes

D’un point de vue structural, les chloroplastes sont des organites de forme ovoïdes entourés par une double membrane. La membrane externe (1) entoure entièrement la mitochondrie, tandis que la membrane interne (2) se replie et forme les thylakoïdes (3). Les pigments, ici la chlorophylle, se trouvent sur la surface externe de ces grains.  

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D’un point de vue fonctionnel, les chloroplastes sont le siège de la photosynthèse : grâce à l’absorption de la lumière, les chloroplastes synthétisent des composés organiques (le glucose) à partir du dioxyde de carbone et de l’eau.

 

Synthèse - Les différents organites et leurs fonctions cellulaires

             

Conclusion - Du micro au macro

Une cellule est constituée d’un ensemble d’organites : mitochondrie, noyau, appareil de Golgi,… Un ensemble de cellules identiques jouant un rôle spécialisé est appelé un tissu : tissu musculaire, nerveux,… Les tissus s’organisent en organes : poumons, cœur, … Ceux-ci sont reliés en systèmes ou appareils : système nerveux, circulatoire,… Enfin, un ensemble de systèmes constitue un organisme ou individu : l’homme. Et la boucle est bouclée !

 

>1. Complète ce schéma de la cellule vue au microscope optique >1. >2. >3. >4. >5. De quel type de cellule s'agit-il ? Justifie   > 2. Complète ce schéma de la cellule vue au microscope électronique > >1. >2. >3. >4. >5. >6. >7. >8.

 

>Introduction à la microscopie | http://www.microscopix.ch/microscopie_introduction.php?smenu=3 >La cellule animale | http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0006-2 >La cellule végétale | http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0007-2