Structure et énergie de la cellule
La cellule est l'unité de base de la vie. Son noyau contient l'ADN. La membrane cellulaire contrôle ce qui entre et sort. Les ribosomes fabriquent les protéines. Les mitochondries libèrent l'énergie des aliments.
Respiration cellulaire et ATP
Les cellules ne peuvent pas utiliser le glucose directement. Pendant la respiration, le glucose est dégradé étape par étape (glycolyse dans le cytoplasme, puis cycle de Krebs et chaîne de transport d'électrons dans les mitochondries). L'énergie est stockée dans une molécule appelée ATP. Avec de l'oxygène, un glucose donne environ 30 à 32 ATP. Sans oxygène, seulement 2 ATP sont produits (fermentation).
Photosynthèse
Les plantes captent la lumière dans les chloroplastes pour fabriquer du glucose à partir du dioxyde de carbone et de l'eau, et elles libèrent de l'oxygène. C'est la source de la nourriture et de l'énergie de presque tous les êtres vivants.
Régulation et défense
Le corps garde son milieu intérieur stable (homéostasie) grâce à la rétroaction négative. Quand la glycémie monte, le pancréas libère de l'insuline, les cellules absorbent le sucre, et le taux redescend. Les nerfs agissent en un éclair ; les hormones agissent lentement mais plus longtemps.
Défense immunitaire
La peau et le mucus sont le premier mur. Si un microbe entre, les globules blancs l'attaquent. Les lymphocytes B fabriquent des anticorps, des protéines en forme de Y qui s'ajustent à une forme précise (un antigène) sur un microbe. Certains lymphocytes B et T restent comme cellules mémoire, si bien que la prochaine infection est combattue plus vite. Un vaccin entraîne cette mémoire sans provoquer la maladie.
Continuité de la vie : ADN et hérédité
L'ADN est une double hélice faite de deux brins reliés par des paires de bases : A avec T, et C avec G. Un gène est un morceau d'ADN qui porte les instructions pour une protéine.
Réplication de l'ADN
Avant qu'une cellule se divise, l'hélice s'ouvre comme une fermeture éclair. Chaque ancien brin sert de modèle et de nouvelles bases s'y associent. On obtient deux molécules d'ADN identiques, chacune avec un ancien brin et un nouveau brin (semi-conservative).
Transmettre les caractères
Les cellules du corps se divisent par mitose et font des cellules identiques. Les cellules sexuelles sont produites par méiose et portent la moitié des chromosomes, donc l'enfant reçoit un lot de chaque parent. Les erreurs de copie sont des mutations, une source de variation.
Biotechnologie
La biotechnologie utilise des cellules vivantes ou leurs parties pour fabriquer des choses utiles. Les formes anciennes sont la fabrication du yaourt, du pain et du vin. Le génie génétique moderne déplace un gène d'un être vivant à un autre.
Étapes du clonage d'un gène
- Découper le gène voulu avec des enzymes de restriction (des ciseaux moléculaires).
- Découper un plasmide avec la même enzyme pour que les extrémités correspondent.
- Coller le gène dans le plasmide avec la ligase (la colle moléculaire).
- Mettre le plasmide dans des bactéries. Elles se multiplient et font de nombreuses copies du gène et de sa protéine.
Utilisations : insuline, vaccins, cultures résistantes aux maladies, empreintes génétiques pour les enquêtes criminelles et les tests de parenté. La sécurité, l'équité et la nature demandent des règles prudentes.
À toi de jouer : voir l'effet de l'utilisation d'ATP
Compte tes respirations pendant une minute au repos. Fais 30 jumping jacks, puis compte à nouveau. Tes muscles ont utilisé plus d'ATP, donc il t'a fallu plus d'oxygène et ta fréquence respiratoire a augmenté. Dans la 3D, fais glisser le glucose et regarde le nombre d'ATP monter avec lui.
Formules et définitions clés
- Respiration : glucose + oxygène -> dioxyde de carbone + eau + énergie (environ 30-32 ATP)
- Photosynthèse : dioxyde de carbone + eau + lumière -> glucose + oxygène
- Paires de bases : A-T et C-G
- La réplication est semi-conservative : chaque nouvel ADN a un ancien brin et un nouveau brin
Exemples résolus
1. Une cellule reçoit 4 molécules de glucose et les dégrade complètement avec de l'oxygène. Environ combien d'ATP sont produits si chaque glucose donne 30 ATP ?
4 x 30 = 120 ATP.
2. Un brin d'ADN se lit A-T-G-C. Quel est le brin complémentaire ?
A s'associe à T et C s'associe à G, donc le partenaire est T-A-C-G.
3. Pourquoi une deuxième infection par le même microbe cause-t-elle en général une maladie plus légère ?
Les cellules mémoire se souviennent du microbe. Elles fabriquent très vite les bons anticorps, donc le microbe est arrêté avant de se propager.
Erreurs fréquentes
- Dire que l'ATP est l'énergie elle-même. L'ATP est une molécule qui transporte de l'énergie.
- Croire que les plantes ne respirent pas. Elles respirent, jour et nuit ; elles font la photosynthèse seulement à la lumière.
- Mélanger les paires A-T et C-G, ou mettre A avec C.
- Croire qu'un anticorps convient à tous les microbes. Chaque anticorps s'ajuste à un antigène précis.