Organisation de La Cellule

DAEU- Cours Sciences de la Nature & de la Vie- Marc Cantaloube

La cellule est lunit de base des tres vivants. Il existe deux grands groupes de cellules : les cellules procaryotes ou bactries qui ne possdent pas de noyau et les cellules eucaryotes qui en possdent un. Dans ce chapitre, seules les cellules eucaryotes seront tudies.

Partie 1 : notions de biologie cellulaire Chapitre 2 : Organisation de

la cellule

1- structure gnrale de la cellule eucaryote

1.1- structure de la cellule observe au microscope optique 1.2- structure de la cellule observe au microscope

lectronique

2- les principales structures et organites cellulaires

2.1- le systme des membranes et les changes cellulaires 2.1.1- la membrane cytoplasmique 2.1.2 lenveloppe nuclaire 2.1.3- le rticulum endoplasmique 2.1.4- lappareil de Golgi

2.2- le noyau et linformation gntique 2.3- mitochondries/chloroplastes et production dnergie 2.4- un rseau de fibres formant un cytosquelette

3- un exemple de rapport structure/fonction de la cellule : la biosynthse des protines


1- Structure gnrale de la cellule eucaryote

Les structures observes dans une cellule dpendent des moyens dobservation que lon utilise. Loutil le plus communment utilis est le microscope lumire ou microscope optique avec lequel la cellule est traverse par des photons (lumire) et qui permet des grossissements de lordre de 1000 fois. Pour observer des structures cellulaires non visibles ces grossissements, il faut utiliser un microscope lectronique (la cellule est alors traverse par un faisceau dlectrons) qui permet des grossissements qui peuvent aller jusqu 800 000 fois. Parmi les cellules eucaryotes, il faut distinguer la cellule de type animal et la cellule de type vgtal.

1.1 - structure de la cellule observe au microscope optique

microscope optique

microscope lectronique

cellules buccales

Les cellules animales prsentent une structure relativement simple : un milieu intracellulaire appel cytoplasme (2) limit par une membrane cytoplasmique (1) et contenant un noyau (3). On distingue dans le cytoplasme des lments difficiles dterminer qui seront pour le moment appels inclusions cytoplasmiques . Ces lments ncessitent le microscope lectronique pour tre analyss.


cellules d'oignon violet x400

cellules d'lode au microscope optique

cellules d'oignon violet x1000

Les cellules vgtales apparaissent plus complexes : elles ont en gnral une forme plus gomtrique car elles sont entoures par une paroi squelettique rigide. Lintrieur de la cellule est en grande partie occup par une poche ou vacuole (teinte en violet dans le cas des cellules doignon violet). Le noyau est visible mais la membrane cytoplasmique et le cytoplasme sont souvent difficiles observer car lessentiel de lespace cellulaire est occup par la vacuole gonfle deau.

Il est possible, par certaines techniques, de faire sortir en partie leau de la cellule et alors la cellule se rtracte lintrieur de sa paroi rigide et on peut alors observer le cytoplasme et la membrane cytoplasmique

La plupart des vgtaux sont chlorophylliens (vgtaux verts) et doivent leur couleur un pigment vert appel chlorophylle. Dans les cellules, lensemble des molcules de chlorophylles est regroup dans des pastilles ou chloroplastes Les cellules du document ci-contre sont des cellules dlode (plante verte aquatique) dans lesquelles les chloroplastes sont bien visibles.


1.2 - structure de la cellule observe au microscope lectronique

2- La cellule : une unit de fonctionnement des systmes vivants

En rsum, au microscope optique, toutes les cellules comportent une membrane cytoplasmique, du cytoplasme et un noyau. Les cellules vgtales possdent en plus une paroi squelettique, une vacuole et en gnral des chloroplastes.

Le microscope lectronique confirme les structures observes par le microscope optique mais son intrt est de pouvoir dterminer les inclusions cytoplasmiques. Au microscope lectronique on ne parle plus de structure cellulaire mais dultrastructure cellulaire. Les inclusions sont alors appeles organites cytoplasmiques.

Figure 1 ultrastructure de la cellule animale


2- Les principales structures et organites cellulaires

2.1- le systme des membranes et les changes cellulaires

Figure 2 ultrastructure de la cellule vgtale

En comparant les organites de la cellule animale et ceux de la cellule vgtale, nous constatons que ce sont pratiquement les mmes, la cellule vgtale possdant toutefois en plus des chloroplastes comme nous lavons dj signal lors de ltude au microscope optique. Il est possible de regrouper ces diffrents lments de lultrastructure cellulaire en fonction des rles quils assurent dans la cellule.

Les membranes cellulaires forment un rseau qui permet de dlimiter diffrents compartiments dans la cellule. Leurs structures sont trs proches et peuvent tre compares celle de la membrane cytoplasmique.


2.1.1 : La membrane cytoplasmique

2.1.2 : lenveloppe nuclaire

La membrane cytoplasmique reprsente la limite physique entre le milieu intra et et le milieu extracellulaire. Elle est essentiellement forme par une bicouche de phospholipides disposs tte bche avec leurs ples hydrophiles orients vers le cytoplasme ou le liquide extracellulaire riches en eau. Cette bicouche est impermable la plupart des molcules et les changes entre lintrieur et lextrieur de la cellule se font laide de protines diverses ou de glucides enchsss dans la membrane. Toutes les membranes cellulaires prsentent une structure analogue, les diffrences portant sur la nature des protines quelles contiennent.

lectronographie montrant la limite noyau ( gauche)/ cytoplasme ( droite)

Lenveloppe nuclaire permet disoler lintrieur du noyau du reste du cytoplasme et protge ainsi le matriel gntique de la jungle cytoplasmique. On parle denveloppe et non de membrane car elle est forme de la superposition de deux bicouches lipidiques. Lenveloppe nuclaire est perfore de pores nuclaires (NP) qui permettent des changes entre noyau et cytoplasme.

Sur llectronographie ci-contre, un rseau de galeries cytoplasmiques est bien visible. Ce rseau est appel rticulum endoplasmique.


2.1.3 : Le rticulum endoplasmique

2.1.4 : lappareil de Golgi

Le rticulum endoplasmique rugueux (RER) est un rseau de galeries ou sacs aplatis limit par des membranes. Ce rseau permet la circulation de molcules dans la cellule, et notamment le transport des protines. Le qualificatif de rugueux est employ car le RER est tapiss de petits organites sphriques appels ribosomes. Les ribosomes sont essentiels la vie de la cellule car cest leur niveau que se ralise la synthse des protines

lectronographie montrant l'appareil de Golgi

appareil de Golgi, vue 3D

Lappareil de Golgi est un rseau proche de celui du rticulum, mais son rle est surtout de transporter et demballer des molcules dans des vsicules de manire pouvoir les exporter hors de la cellule.


2.2- le noyau et linformation gntique

2.2- le noyau et linformation gntique

lectronographie de noyau

du noyau l'ADN...

Le noyau peut tre considr comme le coffre fort de la cellule, car cest en son sein que se trouve linformation gntique matrialise par la molcule dADN Cette molcule immense (environ 2m de long pour lensemble de lADN dune seule cellule) est droule dans le liquide nuclaire ou nucloplasme. LADN droul constitue la chromatine. Dans une zone du noyau, la chromatine est plus dense et forme une tache circulaire appele nuclole.

Au cours de la division cellulaire (voir chapitre suivant), les longs filaments dADN se condensent et senroulent, formant les chromosomes. Chaque chromosome est donc une unit qui contient une partie de linformation gntique (chez lHomme, lensemble de linformation gntique dune cellule est stocke dans 23 paires de chromosomes).


2.3 mitochondries- chloroplastes et production dnergie cellulaire

lectronographie de mitochondrie

coupe schmatique de mitochondrie

La mitochondrie est un organite dlimit par deux membranes. La membrane interne prsente des plis appels crtes mitochondriales. Le milieu intrieur de la mitochondrie est la matrice. Les mitochondries sont prsentes dans toutes les cellules, animales et vgtales et sont considres comme les centrales nergtiques de la cellule.

lectronographie de chloroplaste

Les chloroplastes sont des organites uniquement prsents chez les vgtaux chlorophylliens. Comme les mitochondries, ils sont dlimits par une double membrane. Lintrieur du chloroplaste, appel stroma, contient des pastilles vertes : les thylacodes. La couleur des thylacodes est lie la prsence de chlorophylle, pigment capable de capter lnergie lumineuse qui sera ensuite transforme par la cellule vgtale.


Mitochondries et chloroplastes sont donc les deux organites qui permettent une cellule de produire de lnergie qui lui est ncessaire pour assurer sa survie. Mais la cellule ne peut utiliser quune seule forme dnergie, matrialise par une molcule appele ATP (adnosine tri-phosphate). Le rle des mitochondries et des chloroplastes est donc de transformer lnergie reue par la cellule en ATP directement utilisable. Cest l que se fait la diffrence essentielle entre mitochondrie et chloroplaste : la mitochondrie va transformer lnergie reue par la matire organique alimentaire (glucides, lipides, protides) alors que le chloroplaste, grce la chlorophylle, va transformer lnergie lumineuse .

chloroplaste

ATP

ATP

ATP

ATP

Energie lumineuse

Utilisation de lATP par la cellule

Matire organique (glucose)

mitochondrie

ATP

ATP

ATP

Utilisation de lATP par la cellule


2.4- un rseau de fibres formant un cytosquelette

3- Un exemple de relation structure/ fonction de la cellule : la biosynthse des protines.

cytosquelette mis en vidence par marquage fluorescent

Par des techniques de marquage de molcules par fluorescence, il est possible de mettre en vidence un rseau dense de fibres intracellulaires qui forment un vritable squelette interne Ces fibres sont indispensables pour les mouvements cellulaires (spermatozodes par exemple) mais aussi pour la division cellulaire comme nous le verrons dans le chapitre suivant.

La synthse des protines est un processus fondamental pour la vie de la cellule car ces molcules interviennent tous les niveaux de lorganisation cellulaire. Chaque espce fabrique ses propres protines en utilisant linformation gntique contenue dans ses molcules dADN LADN est donc le point de dpart pour fabriquer les protines, il contient les plans de construction de chaque protine. Mais lADN reste dans le noyau et les protines sont fabriques au niveau des ribosomes, dans le cytoplasme. Pour transmettre linformation gntique jusquaux ribosomes, lADN est transcrit en ARN messager. Cette copie dARN messager sort du noyau par les pores nuclaires et va se fixer la surface du rticulum (RER) sur les ribosomes. Le ribosome va alors lire la squence de lARNm et la traduire en squence dacides amins c'est--dire en protine : cest la traduction. LADN est un langage dans un alphabet 4 lettres (les 4 nuclotides) et les protines ont des squences construites avec un alphabet 20 lettres (les 20 acides amins). Pour passer de lADN aux protines, il existe un code molculaire appel code gntique : 3 nuclotides de lADN codent pour un acide amin dans la protine (voir le tableau du code gntique qui rpertorie les 64 possibilits de codons et les acides amins qui leur correspondent). - Lorsque la fabrication de la protine est termine au niveau du ribosome, elle est transmise dans le rticulum au sein duquel elle sera oriente ver tel ou tel compartiment cellulaire.


s

Le code gntique : correspondance ARNm/acides amins

Les principales tapes de la synthse des protines


Exercices

-Exercice 1- Aprs avoir bien observ les documents prsents, sous-titrer et lgender ces documents.


-Exercice 2-


- exercice 3 -

- exercice 4-

Documents

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