Comment les cellules ont été découvertes et la théorie cellulaire
Une cellule est la plus petite unité vivante. La plupart des cellules sont trop petites pour être vues à l'œil nu, il faut donc un microscope (un instrument qui fait paraître grandes les petites choses).
- 1665 – Robert Hooke a vu de minuscules boîtes dans une tranche de liège et les a appelées cellules (du latin cella = petite chambre). C'étaient des cellules mortes.
- 1674 – Leeuwenhoek a vu des cellules vivantes, comme des bactéries, dans l'eau d'une mare grâce à une meilleure lentille.
- 1831 – Robert Brown a découvert le noyau.
- 1838–39 – Schleiden et Schwann ont dit que toutes les plantes et tous les animaux sont faits de cellules.
- 1855 – Virchow a ajouté que les nouvelles cellules viennent seulement de cellules déjà existantes.
La théorie cellulaire en trois lignes
- Tous les êtres vivants sont faits d'une ou de plusieurs cellules.
- La cellule est l'unité de base de la structure et du fonctionnement.
- Toutes les cellules viennent de cellules déjà existantes.
Les organismes à une seule cellule (amibe, bactéries) sont unicellulaires. Ceux qui ont beaucoup de cellules (toi, un manguier) sont pluricellulaires.
À essayer à la maison
Détache la fine peau à l'intérieur d'une couche d'oignon, pose-la sur une lame de verre avec une goutte d'eau et regarde-la avec un microscope d'école ou un bon objectif macro de téléphone. Tu verras de jolies cellules en forme de briques.
Cellules procaryotes et eucaryotes, cellules végétales et animales
Procaryote et eucaryote
| Procaryote | Eucaryote |
|---|---|
| Très petite (1–10 µm) | Plus grande (5–100 µm) |
| Pas de membrane nucléaire ; l'ADN se trouve dans une zone appelée nucléoïde | Vrai noyau avec une membrane nucléaire |
| Pas d'organites entourés d'une membrane (ni mitochondries, ni chloroplastes) | Beaucoup d'organites entourés d'une membrane |
| Bactéries, algues bleu-vert | Plantes, animaux, champignons, amibe |
Cellule végétale et cellule animale
| Cellule végétale | Cellule animale |
|---|---|
| Paroi de cellulose à l'extérieur de la membrane | Pas de paroi |
| Forme fixe, en boîte | La forme peut changer, souvent ronde |
| Chloroplastes présents (dans les parties vertes) | Pas de chloroplastes |
| Une grande vacuole centrale | Vacuoles petites ou absentes |
| Centrioles en général absents | Centrioles présents |
Les deux ont une membrane cellulaire, du cytoplasme, un noyau, des mitochondries, un RE, un Golgi et des ribosomes.
Les organites de la cellule et leurs rôles
Les organites sont de minuscules parties à l'intérieur d'une cellule, chacune avec un seul travail, comme les salles d'une usine.
- Membrane cellulaire (membrane plasmique) : fine peau extérieure. Elle est à perméabilité sélective : elle laisse passer certaines choses et en bloque d'autres.
- Paroi cellulaire (plantes, champignons) : couche rigide de cellulose à l'extérieur de la membrane. Elle donne forme et solidité et empêche la cellule d'éclater dans l'eau.
- Noyau : la salle de contrôle. Il contient les chromosomes faits d'ADN, qui portent les instructions et transmettent les caractères à la génération suivante.
- Cytoplasme : la gelée qui remplit la cellule ; les organites y flottent.
- Mitochondries : la centrale d'énergie. Elles décomposent les aliments pour libérer de l'énergie sous forme d'ATP. Elles ont leur propre ADN et leurs propres ribosomes.
- Plastes : chloroplastes (verts, avec de la chlorophylle – ils fabriquent la nourriture par photosynthèse), leucoplastes (incolores, ils stockent l'amidon, l'huile, les protéines). Les plastes ont aussi leur propre ADN.
- Réticulum endoplasmique (RE) : un réseau de tubes. Le RE rugueux a des ribosomes et aide à fabriquer les protéines ; le RE lisse fabrique les graisses (lipides) et aide à éliminer les poisons dans les cellules du foie. Ensemble, ils fabriquent des membranes (biogenèse des membranes).
- Ribosomes : ils fabriquent les protéines.
- Appareil de Golgi : il stocke, transforme et emballe des substances et les envoie dehors ; il forme aussi les lysosomes.
- Lysosomes : sacs d'enzymes digestives qui nettoient les déchets et les pièces usées. Si la cellule est très abîmée, ils éclatent et digèrent la cellule elle-même, on les appelle donc sacs suicides.
- Vacuoles : sacs de stockage. Très grandes dans les cellules végétales (elles peuvent remplir presque toute la cellule) et elles gardent la cellule ferme (turgescente).
Diffusion et osmose
Diffusion : des particules se répandent toutes seules de l'endroit où elles sont plus nombreuses vers l'endroit où elles sont moins nombreuses. L'oxygène entre dans une cellule et le dioxyde de carbone en sort par diffusion.
Osmose : déplacement de l'eau à travers une membrane à perméabilité sélective, d'une région avec plus d'eau (solution diluée) vers une région avec moins d'eau (solution concentrée).
Trois sortes de solutions à l'extérieur
- Hypotonique (plus diluée à l'extérieur, par exemple l'eau pure) : l'eau entre, la cellule gonfle. Les cellules animales peuvent éclater ; les cellules végétales restent fermes grâce à la paroi.
- Isotonique (même concentration) : pas de mouvement net, pas de changement.
- Hypertonique (plus concentrée à l'extérieur, par exemple l'eau salée) : l'eau sort, la cellule rétrécit. Dans les cellules végétales, le contenu se décolle de la paroi : c'est la plasmolyse.
Les cellules prennent aussi leur nourriture par endocytose : l'amibe enroule sa membrane autour de la nourriture. Cela marche parce que la membrane est souple.
À essayer à la maison
Prends deux bols : un avec de l'eau pure, un avec de l'eau très salée. Mets 5 raisins secs dans chacun. Après 2 heures, compare. Fais d'abord une prédiction, puis vérifie.
Division cellulaire : mitose et méiose
On a besoin de nouvelles cellules pour grandir, pour remplacer les cellules vieilles ou blessées et pour fabriquer les cellules sexuelles (gamètes).
| Mitose | Méiose |
|---|---|
| 1 cellule → 2 cellules filles | 1 cellule → 4 cellules filles (deux divisions) |
| Même nombre de chromosomes que la cellule mère | Moitié du nombre de chromosomes |
| Les cellules filles sont identiques | Les cellules filles sont différentes |
| Pour la croissance et la réparation (peau, pointe de racine) | Seulement dans les organes reproducteurs, pour fabriquer spermatozoïdes et ovules |
Pourquoi la moitié ? Quand un spermatozoïde et un ovule s'unissent, les deux moitiés s'additionnent et redonnent le nombre complet. Chez l'être humain : cellules du corps 46 chromosomes, cellules sexuelles 23.
Formules et définitions clés
- Cellule = unité de base de la structure et du fonctionnement du vivant
- Procaryote : pas de membrane nucléaire (nucléoïde) ; Eucaryote : vrai noyau
- Seulement dans la cellule végétale : paroi, chloroplastes, grande vacuole
- Mitochondrie = centrale d'énergie (ATP) ; Lysosome = sac suicide
- Osmose : l'eau passe du milieu dilué vers le milieu concentré à travers une membrane à perméabilité sélective
- Hypotonique → gonfle ; Isotonique → pas de changement ; Hypertonique → rétrécit (plasmolyse)
- Mitose : 1 → 2 identiques, même nombre de chromosomes ; Méiose : 1 → 4, moitié du nombre
Exemples résolus
1. Une cellule n'a ni membrane nucléaire ni mitochondries. Est-elle procaryote ou eucaryote ? Donne un exemple.
Pas de membrane nucléaire signifie que l'ADN flotte dans un nucléoïde, et pas d'organites entourés d'une membrane. Elle est donc procaryote, par exemple une bactérie.
2. Une cellule a une paroi et une grande vacuole mais pas de chloroplastes. Peut-elle quand même être une cellule végétale ?
Oui. Une paroi et une grande vacuole centrale montrent une cellule végétale. Les cellules des racines ne sont pas vertes, elles n'ont donc pas de chloroplastes (elles peuvent avoir des leucoplastes pour stocker l'amidon).
3. Pourquoi les raisins secs gonflent dans l'eau alors qu'un morceau de mangue salé devient humide ?
Les raisins secs sont plus concentrés à l'intérieur que l'eau, donc l'eau entre par osmose (milieu hypotonique à l'extérieur). Le sel à l'extérieur de la mangue rend l'extérieur plus concentré (hypertonique), donc l'eau sort des cellules.
4. Les cellules du corps humain ont 46 chromosomes. Combien chaque cellule en aura-t-elle après la mitose ? Après la méiose ?
La mitose garde le nombre : 46 dans chacune des 2 cellules. La méiose le divise par deux : 23 dans chacune des 4 cellules.
5. Pourquoi une cellule végétale placée dans l'eau pure n'éclate pas, mais un globule rouge peut éclater ?
L'eau entre dans les deux par osmose. La paroi rigide de cellulose de la cellule végétale résiste et empêche l'éclatement (la cellule devient turgescente). Un globule rouge n'a pas de paroi, il continue de gonfler et peut éclater.
6. Si l'appareil de Golgi d'une cellule s'arrête de fonctionner, qu'est-ce qui sera touché ?
Le Golgi emballe et envoie dehors les substances fabriquées par le RE et forme les lysosomes. Donc l'emballage et la sécrétion (comme les enzymes et les hormones) s'arrêteront et de nouveaux lysosomes ne se formeront pas.
Erreurs fréquentes
- Dire que Robert Hooke a vu des cellules vivantes. Les cellules de liège qu'il a vues étaient mortes ; Leeuwenhoek a vu le premier des cellules vivantes.
- Croire que les bactéries n'ont pas d'ADN. Elles en ont ; il n'est simplement pas enfermé dans une membrane nucléaire.
- Confondre diffusion et osmose. L'osmose concerne seulement l'eau qui traverse une membrane à perméabilité sélective.
- Écrire que la méiose donne 2 cellules. La méiose donne 4 cellules avec la moitié des chromosomes ; la mitose en donne 2.