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Place et découverte de la cellule

 
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MessagePosté le: Ven 7 Déc - 14:29 (2007)    Sujet du message: Place et découverte de la cellule Répondre en citant

  Place et découverte de la cellule
La connaissance de la composition et du fonctionnement cellulaires a permis de comprendre comment les organismes se développent, se reproduisent et interagissent - à de nombreux niveaux - avec leur environnement. En effet  les interactions, se produisant à de nombreux niveaux, dépendent des liens nutritionnels et chorologiques s'établissant entre structures vivantes et non vivantes, correspondant aux différents niveaux d'intégration de la matière.
Admettons que la matière fondamentale est l'atome.   Un ensemble d'atomes formera - par liaisons chimiques - une molécule ; atomes et molécules, dépourvus de vie, se caractériseront par des propriétés physiques et chimiques bien spécifiques. Un ensemble de milliards de molécules, bien organisées, donnera naissance - phénomène non encore expliqué aujourd'hui - à une cellule vivante qui se caractérisera non seulement par des propriétés physico-chimiques mais également par des propriétés biologiques - spécifiques aux entités vivantes - telles que : respiration, croissance, nutrition, excrétion, reproduction, ...
Les cellules participant à la même fonction biologique se regrouperont en tissu ; des tissus différents formeront un organe. Certains organes s'associeront pour assurer une fonction bien déterminée ; ils forment alors un système. Enfin, un ensemble de systèmes formera un organisme qui, lui-même, établira des relations avec d'autres organismes de la même espèce ou d'espèces différentes.
Il apparaît donc que, indiscutablement, la cellule malgré la spécialisation qu'elle peut acquérir,  constitue l'unité fonctionnelle d'un organisme vivant, du plus petit - prion, virus, bactérie, ... - au plus grand - être humain, éléphant, baleine, ... -.
L'étude de la cellule ne commença vraiment qu'au 17ème siècle avec l'apparition du microscope optique. Anton van Leeuwenhoek est célèbre pour avoir, le premier, observé des êtres unicellulaires, mais c'est Robert Hooke qui identifia l'existence de cellules dans les tissus. Les minuscules chambres qu'il observa dans la structure alvéolaire du liège lui rappelèrent les chambres ou cellule d'un monastère. En fait, ce qu'il voyait correspondait aux parois des cellules du liège.
C'est seulement au 18ème siècle que Matthias Schleiden publia sa théorie selon laquelle toutes les plantes étaient composées de cellules; Théodore Schwann émit une théorie semblable concernant les animaux. Peu de temps après, l'allemand Rudolph Virchow statua que « chaque cellule provient d'une cellule préexistante ». C'est finalement au milieu du 19ème siècle que les biologistes reconnurent le principe de la théorie cellulaire: tous les êtres yivants sont composés d'éléments autoreproducteurs qu'on appelle cellules.
Mais ce n'est qu'au 20ème siècle, avec l'apparition du microscope électronique présentant un pouvoir de résolution 200 000 fois supérieur à celui de l'oeil humain, qu'on découvrit l'ultrastructure de la cellule révélant, avec précision, l'existence d'organites cellulaires : noyau, mitochondries, lysosomes, vacuoles, corps de Golgi, ribosomes, centrioles, chloroplastes, ... que nous évoquerons en détail par après.
Au cours des dernières décennies, ce sont donc des moyens d'investigation et d'observation de plus en plus perfectionnés qui ont été développés; citons : le microscope électronique à balayage, évitant les préparations microscopiques et donnant une impression de relief, le cryodécapage complétant le microscope à balayage, l'ultracentrifugation permettant de séparer les organites cellulaires en fonction de leur de leur masse, l'usage de traceurs chimiques radioactifs permettant de "suivre" les molécules au sein d'une cellule, l'analyse des figures de diffraction par rayons X permettant de modéliser la structure des molécules, les analyses chimiques et biochimiques qui consistent en des séparations par chromatographie ou encore par électrophorèse. Bon nombre de ces techniques sont, de plus actuellement, associées aux traitements par ordinateur.  
 
http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…    
  
  La membrane cytoplasmique - Généralités
Les observations faites en microscopie optique ont rapidement révélé que toute cellule était constituée d'un cytoplasme, limité par une membrane cytoplasmique, et d'un noyau séparé du cytoplasme par une membrane nucléaire. On soupçonnait l'existence, dans le nucléoplasme du noyau ainsi que dans le cytoplasme, l'existence de petites entités : les organites.
  1 - Structure
Observée avec le microscope électronique à transmission, la membrane ressemble à un sandwich d'environ 7,5 à 8,0 nm d'épaisseur: deux couches sombres séparées d'une zone centrale plus claire. D'après les recherches biochimiques des années 30, on croyait que les deux couches externes étaient constituées par des protéines emprisonnant une double couche de phospholipides qui présentaient leur région polaire vers l'extérieur et leur région non polaire vers l'intérieur. Comme on pensait que toutes les membranes avaient cette structure on a parlé alors de modèle de membrane unitaire.
Un peu plus tard, la technique de cryodécapage révéla que la structure de la membrane était plus complexe et qu'elle se modifiait. Lorsqu'on congèle une cellule, elle se fracture; la membrane éclate en laissant voir son intérieur . Le microscope électronique y révèle la présence de particules globulaires.
Il semble que la plupart des protéines se trouvent à l'intérieur de la double couche lipidique. On retrouve quelques protéines juste à l'intérieur de la cellule et elles sont apparemment reliées à celles de la membrane; c'est ce qu'on appelle le modèle de la mosaïque fluide. Les protéines situées à l' intérieur de la membrane donnent à celle-ci un aspect toujours changeant car elles se déplacent latéralement dans la double couche lipidique qui a une consistance huileuse. Il existe différents types de protéines membranaires selon les variétés cellulaires. Certaines sont qualifiées de médiateurs car elles facilitent l'entrée ou la sortie des molécules; d'autres agissent comme récepteurs des molécules qui influencent l'activité cellulaire.
De courtes chaînes glucidiques sont accrochées à la surface externe de certaines molécules protéiques et lipidiques. On a des preuves que ces glycoprotéines et ces glycolipides permettent aux cellules de se reconnaître entre elles et d'identifier les cellules étrangères à l'organisme. Si tel est le cas, leur présence peut expliquer en partie pourquoi un individu rejette l'organe qu'on vient de lui implanter .
http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…
 
  2 - Fonctions
De ce qui précède on conçoit aisément que plusieurs fonctions fondamentales peuvent être attribuées à la membrane cytoplasmique:
1. C'est la limite cellulaire
2. C'est un lieu d'échange
3. C'est la "carte d'identité" ; donc le lieu de reconnaissance
4. Elle participe à la défense cellulaire
Nous n'évoquerons, dans cette partie - "réservée" fondamentalement aux élèves de 4ème année -, que l'aspect échange. La membrane cellulaire sert de frontière entre le milieu extérieur de la cellule et son milieu intérieur qu' on appelle cytoplasme. La membrane permet seulement à certaines molécules d'entrer ou de sortir librement du cytoplasme; on dit que la membrane est sélectivement perméable. En général, les molécules de petite taille la traversent plus facilement que les plus grosses. Les molécules non polaires comme certains lipides, traversent aisément la membrane, mais les molécules polaires sont souvent repoussées par les particules chargées de la membrane. Plusieurs mécanismes sont mis en oeuvre pour assurer les échanges : diffusion, osmose, transports passif et actif.
  
 
 
  La membrane cytoplasmique - Les échanges 
  1 - Diffusion  http://www.accessexcellence.org/AB/GG/passActiveTrans.html
Certaines petites molécules traversent la membrane par diffusion. La diffusion correspond au déplacement des molécules d'une région de forte concentration vers une région de plus faible concentration. On peut la mettre en évidence en plaçant, par exemple, du sirop de grenadine au fond d'un verre et en le remplissant doucement d'eau. La couleur se répandra très lentement jusqu'à l'obtention d'une teinte homogène dans l'entièreté du verre. La diffusion est un phénomène physique qui se produit - grâce à l'agitation moléculaire - lorsqu'il existe un gradient de concentration, c'est-à-dire qu'il y a variation de la quantité de substance d'une région à une autre. Les molécules gazeuses C02 et O2  et l'eau traversent facilement la membrane par simple diffusion.
http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…
 
  2 - Osmose
L'osmose est la diffusion de l'eau à travers une membrane cellulaire. Elle se produit toutes les fois que la concentration de l'eau est différente de part et d'autre d'une membrane sélectivement perméable. Dans le cas de l'osmose, on parle de concentration d'une solution en eau (solvant) plutôt que de concentration en substance dissoute (soluté). Dans ce cas, l'eau a tendance à se déplacer du milieu de plus forte concentration (en eau) - solution HYPOTONIQUE - vers le milieu de plus faible concentration (en eau) - solution HYPERTONIQUE -. En théorie, l'eau devrait continuer à pénétrer dans le tube jusqu'à ce que la concentration (en eau) soit égale de part et d'autre de la membrane. Cependant, dès que l'eau pénètre, une « contre- pression » apparaît qui freine le passage de l'eau. À ce moment, les molécules d'eau entrent et sortent du tube en quantités égales. Cette « contre-pression » ou pression osmotique est la force qu'il faut exercer pour retenir le mouvement de l'eau à travers la membrane sélectivement perméable.
Le cytoplasme contenant en plus de l'eau, des protéines et des sels, la cellule possède des propriétés osmotiques. L'osmose est très importante pour les cellules puisqu'elle leur permet d'absorber ou de perdre de l'eau jusqu'à menacer leur existence.
Osmose chez les cellules animales 
Lorsqu'on plonge une cellule animale, un globule rouge par exemple, dans une solution isotonique (concentration en eau identique de part et d'autre de la membrane), l'eau ne se déplace pas et la cellule conserve une apparence normale. Par contre, un globule rouge placé dans une solution hypertonique ( concentration en eau plus faible à l'extérieur de la membrane), se ratatine par perte d'eau cytoplasmique; placé dans une solution hypotonique (concentration en eau plus forte à l'extérieur de la membrane) il se gonfle jusqu'à éclater par absorption d'eau extérieure.
Osmose chez les cellules végétales 
La cellule végétale jouit de propriétés osmotiques qui sont plus difficiles à observer car il existe une paroi cellulaire qui jouxte la membrane. Cette paroi, constituée en grande partie par de la cellulose recouvre extérieurement la membrane et confère à la cellule sa forme et sa rigidité. La paroi est poreuse (repérez les flèches sur la photographie) et permet à toutes les variétés de molécules de la traverser librement. Le reste de la cellule végétale réagit cependant aux solutions hypertoniques et hypotoniques. Lorsqu'on plonge une cellule végétale dans une solution hypertonique, une grande vacuole centrale se vide en partie de son eau et la cellule se rapetisse. La membrane cellulaire se décolle de la paroi ; on dit que la cellule est en état de plasmolyse. Lorsque la cellule se trouve dans une solution hypotonique, la vacuole s'enrichit en eau, la membrane repousse la paroi mais celle-ci empêche normalement la cellule d'éclater ; on dit que la cellule est en état de turgescence. C'est la turgescence qui maintient les plantes herbacées dressées; en absence de turgescence, la plante se flétrit.On s'intéressera, si possible, à une expérience amusante et à un laboratoire de mesure de la pression osmotique.
http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…
 
  3 - Transports passif et actif  http://www.accessexcellence.org/AB/GG/passActiveTrans.html
La plupart des solutés (ions ou molécules autres que l'eau) sont incapables de diffuser simplement à travers la membrane; ils la traversent grâce à des médiateurs (molécules porteuses). Un médiateur est une protéine membranaire (ou un groupe de protéines) dont le rôle est spécifique car elle ne se lie qu'au type de molécule qu'elle transporte. On pense qu'il existe deux modes de transport: le transport passif et le transport actif.
Dans le transport passif, le médiateur ne fait qu'augmenter la vitesse de diffusion d'un soluté spécifique. Ce transport passif permet à des glucides, à des acides aminés ou à des nucléotides d'entrer ou de sortir de la cellule selon leur gradient de concentration. Dans ce cas, aucun apport d'énergie n'est requis.
Dans le transport actif, le soluté traverse la membrane à l'encontre du gradient de concentration (d'une région à faible concentration vers une région à forte concentration). C'est un mécanisme grâce auquel un soluté voit sa concentration augmenter soit d'un côté de la membrane soit de l'autre. Chez l'Homme, par exemple, l'iode se concentre dans les cellules de la glande thyroïde; le sucre est complètement absorbé au niveau de l'intestin par les cellules de sa paroi; parfois aussi l'ion sodium (Na+) est presque complètement réabsorbé à partir de l'urine par les cellules des tubules rénaux.
Le transport actif exige une dépense d'énergie considérable car, contrairement à la diffusion, le soluté se déplace d'une région à faible concentration vers une région à forte concentration. L'énergie sert à changer la forme du médiateur afin que le soluté puisse traverser la membrane. Le cycle se termine lorsque la forme du médiateur revient à la normale.
 
 
 
  Le cytoplasme et les organites 
  1 - Le cytoplasme
Le cytoplasme se présente sous la forme d'une solution colloïdale contenant des micelles - macromolécules ou agrégats de petites molécules organiques -. Cette solution est transparente, forme un gel suite à une évaporation - comme l'amidon dans l'eau, p. ex. -, diffuse latéralement la lumière et est instable lors d'une centrifugation. Il contient tous les organites cellulaires extranucléaires.
Il est souvent, chez les cellules végétales, animé d'un mouvement entraînant d'autres organes ; ce processus est la cyclose durant laquelle le cytoplasme passe alternativement d'une consistance gélatineuse (gel) à une consistance liquide (sol) et inversement. Le passage sol --> gel exige une dépense d'énergie.
Dans le cytoplasme se déroulent de nombreuses réactions chimiques contrôlées par des enzymes ; l'ensemble de ces réactions constituant le métabolisme (anabolisme=synthèse et catabolisme=dégradation) cellulaire. Les produits de ces réactions se retrouvent parfois enfermés dans une vacuole limitée par une membrane de même nature que la membrane cytoplasmique.
Enfin, il contient également des microfilaments formant un réseau très dense au sein du liquide conférant une relative rigidité à l'ensemble de la cellule.
http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…http://users.skynet.be/chr_loockx_sciences/org_cell_un.htm#haut_de_page#hau…
 
  2 - Les organites
Les organites sont de petites structures, souvent membranaires, aux fonctions spécifiques responsables de la croissance et de la reproduction des cellules. Ils peuvent être classés en 3 catégories selon la fonction principale à laquelle ils apportent leur contribution.
1.  Pour croître, une cellule doit synthétiser et éventuellement dégrader les macromolécules qui constituent la matière cellulaire. C'est un premier type d'organites qui assure ces fonctions : noyau et chromosomes, reticulum endoplasmique et ribosomes, corps de Golgi et dictyosomes, lysosomes, vacuoles. Des molécules bien spécifiques participent à cette fonction : ADN, ARN, acides aminés, protéines, enzymes.
2.  Les cellules ont besoin d'énergie pour synthétiser les macromolécules et pour effectuer d'autres activités telles que le transport actif. Un second type d'organites fournit l'énergie à la cellule : chloroplastes, mitochondries. Ici encore, d'autres molécules, spécifiques, contribuent à cette fonction : glucose, oxygène, ATP (et ADP, AMP).
3.  Un troisième type d'organites est chargé de maintenir la forme de la cellule et de l'aider dans ses déplacements ; ce sont les microfilaments protéiques, les centrioles et l'aster, les cils et les flagelles.
 
 
 


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MessagePosté le: Ven 7 Déc - 14:29 (2007)    Sujet du message: Publicité

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