Introduction : Pour vivre, des êtres vivants doivent assurer des fonctions vitales : se nourrir, se protéger, se reproduire principalement.
Certains êtres vivants sont constitués de plusieurs cellules (organisme pluricellulaire) et d’autres d’une seule cellule (organisme unicellulaire).
Problématique du chapitre : Comment les cellules sont-elles capables d’assurer des fonctions particulières ?
I) Un organisme unicellulaire : une cellule aux multiples fonctions
Les organismes unicellulaires sont constitués d’une seule cellule qui assure toutes les fonctions vitales grâce aux organites qui la constituent et aux molécules qu’elle produit.
Il existe de nombreux êtres vivants unicellulaires, parmi eux :
- Les bactéries ou procaryotes : ce sont des cellules ne contenant pas d’organite (et donc pas de noyaux) de petite taille (1 à 10 μm)
- Les eucaryotes : ce sont les cellules avec des organites (et donc un noyau) de grande taille (50 à 100 μm)
Attention les virus ne sont pas considérés comme des êtres vivants, car ils ne sont pas constitués d’une cellule, mais d’une enveloppe et ne peuvent pas vivre sans infecter une cellule hôte.
II) Les organismes pluricellulaires : un ensemble de cellules spécialisées
Chez les organismes pluricellulaires, les organes assurent une ou plusieurs fonctions grâce aux cellules spécialisées qui les constituent (exemple la peau). La plupart du temps, les cellules spécialisées dans une fonction s’assemblent en un tissu.
Une cellule spécialisée accomplit une fonction particulière dans l’organisme grâce aux organites qu’elle contient (exemple les chloroplastes des cellules végétales) et aux molécules qu’elle produit (ex : la chlorophylle).
Un ensemble de grosses molécules sécrétées localement par certaines cellules et organisées en un réseau complexe permet d’assurer l’adhérence des cellules et ainsi que la résistance du tissu (exemple de l’élastine et du collagène dans les cellules de la peau). C’est la matrice extracellulaire.
Définitions :
Matrice extracellulaire (n.f) : ensemble de molécules de grande taille présentes dans les tissus, situées à l’extérieur des cellules qui les sécrètent et qui favorisent, entre autres, l’adhérence cellulaire. Ces molécules jouent également un rôle clé dans la croissance des cellules.
Organe (n.m) : ensemble de cellules ou tissus qui assurent une ou plusieurs fonctions au sein d’un organisme.
Cellule spécialisée (n.f) : cellule qui accomplit une fonction particulière dans l’organisme (exemple : un mélanocyte est une cellule spécialisée dans la synthèse d’un pigment : la mélanine).
Tissu (n.m) : ensemble de cellules spécialisées participant à une fonction commune et fonctionnant de manière coordonnée.
Organite (n.m) : compartiment cytoplasmique limité par une ou plusieurs membranes et assurant une fonction précise (exemple : noyau, mitochondrie, chloroplaste…).
Schéma bilan des différents niveaux d’organisations des êtres vivants
III) L’origine de la spécialisation des cellules
Les cellules spécialisées, différentes entre elles par leur structure et leur fonctionnement, diffèrent-elles génétiquement ?
Toutes les cellules d’un organisme sont issues d’une unique cellule. Elles possèdent toutes les mêmes gènes mais elles ne les expriment pas de la même façon. Ainsi, la spécialisation des cellules dépend des gènes qu’elle exprime.
Quand un gène est exprimé (actif) dans une cellule, il permet la synthèse d’une ou plusieurs molécules qui participe au fonctionnement de cette cellule. Cette molécule peut être une enzyme.
L’expression génique est la façon dont les cellules utilisent les informations portées par les gênes.
Définitions :
- Gène : portion d’ADN qui participe à la réalisation d’un ou plusieurs caractères héréditaires.
- Enzyme : Protéine qui accélère une réaction biologique (par exemple la Glucokinase est une enzyme qui permet de stocker du glucose sous forme de glycogène).
IV) L’ADN : support de l’information génétique
La spécialisation des cellules provient de l’expression des gènes : des gènes différents, portant des informations différentes, s’expriment dans des cellules différentes. Or, un gène est un fragment d’ADN.
Comment la molécule d’ADN porte-elle l’information génétique ?
L’ADN (acide désoxyribonucléique) est une molécule composée de 2 brins enroulés l’un autour de l’autre, ce qui forme une double hélice.
Les brins sont composés de quatre nucléotides différents, avec leurs bases azotées tournées vers l’intérieur de la molécule : adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G).
Les bases A d’un brin sont toujours en face des T de l’autre brin, alors que les bases G sont toujours en face de C : c’est la complémentarité des bases.Cette structure est universelle et présente chez toutes les cellules.
L’ADN présente toutefois un élément variable : c’est l’enchaînement des nucléotides sur un brin. On parle de séquence d’ADN.
La séquence de l’ADN constitue un message qui forme les gènes.
Un gène est une séquence ordonnée de nucléotides responsable d’un caractère héréditaire.
SVT 