Enseignement Scientifique :

De l'unité cellulaire à la théorie cellulaire

Introduction

- Tout organisme vivant est constitué de cellules.

- La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants.

- Certains êtres vivants sont unicellulaires, d'autres sont pluricellulaires

- Toute cellule provient de la division d'une cellule préexistante.

2) Les différents types de microscopes et le développement de la théorie cellulaire

a) Types de microscopes

Microscope optique

- Utilise la lumière visible pour observer des échantillons.

- Pouvoir de résolution limité à environ 200 nm.

- Utilisé pour observer des cellules vivantes et des tissus.

Microscope électronique à transmission (MET)

- Utilise des électrons pour obtenir des images à haute résolution (jusqu'à 0,1 nm).

- Permet d'observer les structures internes des cellules en détail.

- Nécessite des échantillons très fins et souvent des préparations complexes.

Microscope électronique à balayage (MEB)

- Utilise des électrons pour balayer la surface des échantillons.

- Produit des images en trois dimensions de la surface des échantillons.

- Résolution d'environ 1 nm.

Microscope à force atomique (AFM)

- Utilise une sonde pour "sentir" la surface des échantillons à l'échelle atomique.

- Permet d'obtenir des images en trois dimensions avec une résolution de l'ordre de l'angstrom.

- Utilisé pour observer des surfaces et des molécules individuelles.

b) Développement de la théorie cellulaire

Matthias Jakob Schleiden (1804-1881)

- Décrit les plantes comme des agrégats de cellules.

Theodor Schwann (1810-1882)

- Il a découvert les cellules de Schwann, qui sont des cellules gliales du système nerveux périphérique. Ces cellules entourent les axones des neurones, formant la gaine de myéline qui accélère la transmission des signaux nerveux.

- En 1858, Rudolf Virchow, un pathologiste allemand, a formulé le principe fondamental de la biologie cellulaire : "Omnis cellula e cellula," signifiant que toute cellule provient de la division d'une cellule préexistante.

- En 1861, Louis Pasteur a mené des expériences cruciales qui ont démontré que la vie ne peut pas émerger spontanément de la matière inerte.

- 1864 : La théorie de la génération spontanée est définitivement rejetée.

II) La membrane plasmique

1) Organisation moléculaire

- Principalement constituée de lipides et de protéines.

- Les lipides membranaires sont organisés en une bicouche lipidique, avec des régions hydrophiles (qui aiment l'eau) et des régions lipophiles (qui aiment les graisses).

Propriétés des lipides membranaires

- Possèdent une tête hydrophile et une queue lipophile.

- La membrane est fluide et flexible, elle maintient une barrière sélective.

Protéines membranaires

- Les protéines intégrées servent aux transports de molécules, aux signalisations cellulaires et aux adhésions cellulaires.

- Elles peuvent être des protéines transmembranaires ou périphériques

2) Fonctionnement de la membrane plasmique

Échanges et communication

- Régule les échanges de substances entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire grâce à des protéines de transport.

- Elle participe également à la communication cellulaire via des récepteurs membranaires

- La couche de lipide est le double de celle de la membrane plasmique.

III) L'organisation interne de la cellule

Les principaux composants incluent le noyau, l'ADN, les mitochondries, l'ARN et d'autres organites.

1) Le noyau

Structure et fonction

- Le noyau est l'organite le plus grand et le plus visible dans une cellule eucaryote.

- Il est entouré d'une enveloppe nucléaire composée de deux membranes, percée de pores nucléaires qui régulent le passage des molécules entre le noyau et le cytoplasme.

- Le noyau contient le matériel génétique sous forme d'ADN, organisé en chromosomes.

ADN (Acide Désoxyribonucléique)

- L'ADN est une molécule qui porte l'information génétique nécessaire au développement, au fonctionnement et à la reproduction des organismes vivants.

- Il est constitué de nucléotides, chacun composé d'un sucre (désoxyribose), d'un groupe phosphate et d'une base azotée (adénine, thymine, cytosine, guanine).

Réplication et transcription

- La réplication de l'ADN est le processus par lequel une cellule copie son ADN avant de se diviser.

- La transcription est le processus par lequel l'ADN est transcrit en ARN messager (ARNm), qui transporte l'information génétique du noyau au cytoplasme pour la synthèse des protéines.

2) Les mitochondries

Structure et fonction

- Les mitochondries sont des organites éentourés de deux membranes.

- Elles sont souvent appelées les "centrales énergétiques" de la cellule car elles produisent l'ATP (adénosine triphosphate), la principale source d'énergie de la cellule, via la respiration cellulaire.

Respiration cellulaire

- La respiration cellulaire se déroule en plusieurs étapes : glycolyse, cycle de Krebs et chaîne de transport des électrons.

- Les mitochondries contiennent leur propre ADN, distinct de l'ADN nucléaire, et peuvent se reproduire indépendamment de la cellule.

3) L'ARN (Acide Ribonucléique)

Types d'ARN

- ARN messager (ARNm) : transporte l'information génétique de l'ADN aux ribosomes pour la synthèse des protéines.

- ARN ribosomique (ARNr): constitue une partie essentielle des ribosomes, les structures où se déroule la synthèse des protéines.

- ARN de transfert (ARNt) : transporte les acides aminés aux ribosomes pour être assemblés en protéines.

Transcription et traduction

- La transcription est le processus par lequel l'ADN est transcrit en ARNm.

- La traduction est le processus par lequel l'ARNm est traduit en une chaîne polypeptidique (protéine) au niveau des ribosomes.

4) Autres organites

Ribosomes

- Les ribosomes sont des complexes moléculaires composés d'ARNr et de protéines.

- Ils peuvent être libres dans le cytoplasme ou attachés au réticulum endoplasmique rugueux.

- Leur fonction principale est la synthèse des protéines.

Réticulum endoplasmique (RE)

- RE rugueux : couvert de ribosomes, il est impliqué dans la synthèse et le transport des protéines.

- RE lisse: dépourvu de ribosomes, il est impliqué dans la synthèse des lipides et le métabolisme des glucides.

Appareil de Golgi

- L'appareil de Golgi est un ensemble de sacs membranaires empilés.

- Il modifie, trie et emballe les protéines et les lipides pour leur transport vers leur destination finale.

Lysosomes

- Les lysosomes sont des vésicules contenant des enzymes digestives.

- Ils dégradent les macromolécules, les organites endommagés et les particules ingérées par la cellule.

Cytosquelette

- Le cytosquelette est un réseau de filaments protéiques qui donne à la cellule sa forme et sa structure.

- Il est composé de microfilaments, de filaments intermédiaires et de microtubules.