Organisation de l'organisme

Tout être vivant est composé de cellules. Une cellule est la plus petite unité capable d'assurer les fonctions vitales. Dans ce chapitre, vous comparez une cellule végétale, une cellule animale et la cellule d'une bactérie. Toutes les nouvelles cellules sont formées par la division de cellules déjà existantes.

Quelles structures se trouvent dans chaque cellule ?

Ainsi, les cellules végétales et animales partagent cinq structures : membrane cellulaire, cytoplasme, ribosomes, noyau et mitochondries. Une cellule végétale a trois structures supplémentaires : une paroi cellulaire, une grande vacuole et (dans les parties vertes) des chloroplastes.

Ce que fait chaque structure

• Membrane cellulaire — contrôle les substances qui entrent et sortent de la cellule.
• Cytoplasme — liquide gélatineux où se déroulent de nombreuses réactions chimiques.
• Noyau — contrôle les activités de la cellule et contient le matériel génétique.
• Ribosomes — lieu de synthèse des protéines.
• Mitochondries — lieu où se produit la respiration pour libérer de l'énergie.
• Paroi cellulaire — constituée de cellulose ; elle confère à la cellule végétale sa rigidité et sa forme fixe.
• Chloroplastes — contiennent la chlorophylle, une substance verte qui capte la lumière pour la photosynthèse.
• Grande vacuole — remplie de suc cellulaire ; elle aide à maintenir la tension de la cellule végétale.

Cellules bactériennes

Un bactérie est un procaryote — sa cellule ne possède aucun noyau. Son ADN est une seule boucle (anneau), libre dans le cytoplasme. Les bactéries possèdent également de petits anneaux d'ADN supplémentaires appelés plasmides. Une cellule bactérienne a une paroi cellulaire et une membrane plasmique, du cytoplasme et des ribosomes, mais pas de mitochondries ni de chloroplastes.

Les parties d’une cellule bactérienne remplissent les fonctions suivantes :

• ADN circulaireADN : cette boucle unique contient la plupart des gènes et contrôle donc les activités de la cellule, rôle que remplit le noyau dans une cellule végétale ou animale.
• plasmides : ils contiennent quelques gènes supplémentaires, par exemple un gène de résistance à un antibiotique. Les plasmides peuvent passer d’une bactérie à une autre et les scientifiques les utilisent pour introduire de nouveaux gènes dans les bactéries.
• paroi cellulaire : elle maintient la forme de la cellule et l’empêche d’éclater lorsque l’eau y pénètre. Elle n’est pas constituée de cellulose.
• membrane cellulaire, cytoplasme et ribosomes : ils remplissent les mêmes fonctions que dans les autres cellules : contrôler les entrées et les sorties, accueillir les réactions et fabriquer des protéines.

Les bactéries n’ont pas de mitochondries, mais elles respirent tout de même : les réactions de la respiration ont lieu dans leur cytoplasme et sur leur membrane cellulaire.

Identifier une cellule à partir d’un schéma

À l’examen, on vous montre souvent une cellule que vous ne connaissez pas et on vous demande de quel type elle est. Recherchez ces indices dans cet ordre :

1. Y a-t-il un noyau ? Pas de noyau, mais une boucle d’ADN et peut-être des plasmides → une bactérie.
2. Y a-t-il une paroi cellulaire ? Un noyau, mais pas de paroi cellulaire → une cellule animale.
3. Y a-t-il des chloroplastes ou une grande vacuole permanente ? Un noyau, une paroi cellulaire et des chloroplastes → une cellule végétale. Une cellule végétale de racine n’a pas de chloroplastes, mais possède tout de même une paroi cellulaire et une grande vacuole.

Exemple corrigé. Un organisme unicellulaire, l’euglène, possède des chloroplastes, une grande vacuole permanente, un noyau, du cytoplasme et une membrane cellulaire. Lesquels de ces éléments trouve-t-on aussi dans une cellule animale ? Les cellules animales n’ont ni chloroplastes ni grande vacuole permanente ; la réponse est donc membrane cellulaire, cytoplasme et noyau. Une cellule de levure, un champignon, est un autre piège : elle possède un noyau, une paroi cellulaire et une vacuole, mais pas de chloroplastes, car elle ne peut pas effectuer la photosynthèse.

Les nouvelles cellules proviennent de cellules existantes

Les nouvelles cellules sont produites uniquement par la division de cellules déjà existantes. Lorsqu’une cellule se divise, elle copie d’abord son matériel génétique, de sorte que chaque nouvelle cellule reçoit une copie complète. Une bactérie grandit, copie sa boucle d’ADN, puis se sépare en deux cellules filles, chacune possédant une boucle d’ADN. Les deux cellules filles sont génétiquement identiques à la cellule d’origine.

La plupart des cellules sont des cellules spécialisées — leur forme et leurs parties conviennent à une fonction particulière.

Les spermatozoïdes et les ovocytes sont les cellules sexuelles, appelées gamètes.

Dans une réponse d’examen, reliez la caractéristique à la fonction avec « donc » ou « ce qui signifie que ». Par exemple :

• Les cellules ciliées tapissent la trachée et les bronches. Les cellules caliciformes voisines produisent du mucus, qui piège les poussières et les bactéries ; les cils battent pour faire remonter le mucus vers la gorge, ce qui maintient les impuretés à l’écart des poumons.
• Une cellule de poil absorbant possède un long prolongement qui lui donne une grande surface, ce qui lui permet d’absorber plus rapidement l’eau, par osmose, et les ions minéraux. Elle n’a pas de chloroplastes, car elle se trouve sous terre, dans l’obscurité.
• Les cellules du mésophylle palissadique sont riches en chloroplastes et situées près de la surface supérieure de la feuille, ce qui leur permet d’absorber autant de lumière que possible.
• Un neurone possède une très longue fibre, ce qui permet à une seule cellule de transmettre un influx sur une grande distance, par exemple de la moelle épinière à un pied.
• Un globule rouge contient de l’hémoglobine, qui transporte l’oxygène ; l’absence de noyau laisse plus de place à l’hémoglobine, et sa forme de disque offre une grande surface permettant à l’oxygène d’entrer et de sortir par diffusion.
• Un spermatozoïde possède une queue, ou flagelle, pour nager jusqu’à l’ovule et de nombreuses mitochondries pour libérer l’énergie nécessaire à son déplacement. Un ovule est de grande taille et contient des réserves nutritives dans son cytoplasme pour la croissance initiale de l’embryon.

Un organisme multicellulaire est organisé en niveaux, du petit au grand :

• cellule — unité la plus petite de la vie (par exemple une globule rouge).
• tissu — un groupe de cellules semblables travaillant ensemble (par exemple le muscle).
• organe — plusieurs tissus différents travaillant ensemble pour accomplir une tâche (par exemple le cœur ou une feuille).
• système organique — plusieurs organes travaillant ensemble (par exemple le système digestif, qui décompose les aliments).
• organisme — tous les systèmes organiques forment un être vivant complet.

*D'une cellule unique jusqu'à l'organisme entier

Les cellules étant microscopiques, on les observe au moyen d'un microscope, qui les fait paraître beaucoup plus grandes. Le facteur de multiplication de la taille de l'image est appelé le grossissement.

• taille de l'image = la taille dans le dessin ou la photo.
• taille réelle = la véritable dimension de la préparation biologique.

Le grossissement n'a pas d'unité — c'est juste un nombre, par exemple ×250. On peut réarranger la formule :

Exemple résolu. Une structure est représentée avec un grossissement de 250. Sa taille d'image est de 5,00 mm. Donc la taille réelle = 5,00 ÷ 250 = 0,02 mm. Mettez toujours les deux tailles dans la même unité avant de diviser.

Changement d'unités (Complément)

Les cellules sont souvent mesurées en micromètres (μm), qui sont plus petits que les millimètres (mm) :

Donc 0,02 mm = 20 μm. Pour convertir des mm en μm, multipliez par 1000. Pour convertir des μm en mm, divisez par 1000.

Exemple résolu. Une cellule est dessinée large de 60 mm, et sa largeur réelle est de 30 μm. Trouvez le grossissement. D'abord, assurez-vous que les unités correspondent : taille de l'image = 60 mm = 60 × 1000 = 60,000 μm. Ensuite, grossissement = image ÷ réel = 60,000 ÷ 30 = ×2000. Si vous oubliez de convertir et divisez 60 ÷ 30, vous obtenez ×2 — mille fois trop petit. C'est l'erreur la plus courante dans tout ce chapitre.

Mesurer soi-même une image

De nombreuses questions vous présentent une photo ou un dessin et une règle, et vous demandent de mesurer la taille de l’image.

1. Mesurez la structure en millimètres avec une règle, le long de la ligne indiquée dans la question, par exemple la longueur repérée X–Y. Mesurez d’un bord à l’autre, au mm près.
2. Notez la mesure : elle vaut souvent un point.
3. Insérez-la dans la formule, en la convertissant en μm si la réponse doit être exprimée en μm.
4. Donnez la réponse avec un nombre raisonnable de chiffres significatifs et son unité ; un grossissement n’a pas d’unité.

Utiliser une barre d’échelle. Certaines images n’indiquent pas le grossissement, mais présentent une barre d’échelle : une ligne dont la longueur réelle est inscrite à côté, par exemple une ligne portant l’indication 10 μm. Mesurez aussi la barre d’échelle. Son grossissement = longueur mesurée de la barre ÷ longueur réelle qu’elle représente.

Exemple corrigé (barre d’échelle). Un dessin de cellule de levure comporte une barre d’échelle indiquant 1 μm. La barre mesure 12 mm sur la page et la cellule mesure 54 mm de long. Grossissement = 12 mm ÷ 1 μm = 12,000 μm ÷ 1 μm = ×12,000. Longueur réelle de la cellule = 54 mm ÷ 12,000 = 0.0045 mm = 4.5 μm. Méthode plus rapide : la cellule est 54 ÷ 12 = 4.5 fois plus longue que la barre, donc sa longueur est de 4.5 × 1 μm = 4.5 μm.

Exemple corrigé (calcul de la taille de l’image). Une cellule palissadique mesure 0.08 mm de long. Quelle sera sa longueur sur un dessin au grossissement ×400 ? Taille de l’image = taille réelle × grossissement = 0.08 × 400 = 32 mm.

Réaliser un dessin biologique

Les questions pratiques demandent souvent « Faites un grand dessin de … » à partir d’un spécimen ou d’une photographie, puis demandent son grossissement. Les points récompensent une représentation claire et précise, pas une œuvre d’art. Suivez ces règles :

• Utilisez un crayon bien taillé, pas un stylo, afin de pouvoir effacer les erreurs.
• Faites un dessin grand : occupez la majeure partie de l’espace prévu.
• Tracez des contours continus et nets, sans interruption ni traits répétés à main levée.
• Ne faites pas d’ombrage ni de coloriage.
• Respectez les proportions : si une partie est deux fois plus longue qu’une autre sur le spécimen, elle doit être deux fois plus longue sur votre dessin.
• Dessinez uniquement ce que vous voyez, y compris le nombre de parties, par exemple le nombre de graines.
• Tracez les traits de légende à la règle : ils touchent la partie indiquée, ne se croisent pas et n’ont pas de pointe de flèche. Écrivez les légendes à l’extérieur du dessin.

Exemple corrigé (grossissement de votre dessin). Un élève dessine une graine de haricot. La graine mesure 15 mm de long ; sur le dessin, elle mesure 75 mm de long. Grossissement du dessin = taille de l’image ÷ taille réelle = 75 ÷ 15 = ×5. Les deux longueurs sont en mm, donc aucune conversion n’est nécessaire. Si la question indique « mesurez le long de la ligne AB », tracez la ligne sur votre dessin au même endroit que sur le spécimen et mesurez les deux le long de cette ligne.

Erreurs fréquentes.

• Dire que les mitochondries « produisent de l'énergie ». L'énergie ne peut être créée ; la respiration dans les mitochondries libère de l'énergie à partir du glucose.
• Dire que toutes les cellules végétales ont des chloroplastes. Les cellules racinaires se trouvent sous terre et n'ont pas de chloroplastes, bien qu'elles possèdent toujours une paroi cellulaire et une vacuole.
• Confondre la paroi cellulaire et la membrane plasmique. La membrane plasmique régule ce qui entre et sort ; la paroi cellulaire (végétaux et bactéries) assure la rigidité et la forme.
• Placer des unités sur un grossissement. Le grossissement est simplement un nombre, tel que ×250.
• Ombrer un dessin ou ajouter des pointes de flèche aux traits de légende. Utilisez des contours nets et des traits tracés à la règle qui touchent simplement la partie indiquée.
• Mesurer l'image en mm mais la taille réelle en μm. Convertir les deux dans la même unité avant de diviser.
• Appeler le cœur un tissu, ou un muscle un organe. Un tissu est un type de cellules similaires ; un organe est plusieurs tissus fonctionnant ensemble.

• Une cellule végétale a une paroi cellulaire, une grande vacuole et des chloroplastes ; une cellule animale n'en a aucune. Toutes deux ont un noyau, du cytoplasme, une membrane cellulaire, des mitochondries et des ribosomes.
• Une cellule sans noyau mais avec des plasmides et une boucle d'ADN est une bactérie.
• Pour le grossissement, couvrez la quantité souhaitée : grossissement = image ÷ réel ; réel = image ÷ grossissement.
• Convertissez toujours dans la même unité avant de calculer. Rappelez-vous 1 mm = 1000 μm.
• Pour une cellule spécialisée, reliez sa fonction à la caractéristique unique qui lui convient (par exemple une globule rouge n'a pas de noyau, donc elle peut contenir plus d'oxygène).
• Pour nommer une cellule inconnue, demandez-vous successivement : un noyau ? Une paroi cellulaire ? Des chloroplastes ou une grande vacuole ?
• Les nouvelles cellules proviennent uniquement de la division de cellules existantes ; une bactérie qui se divise produit deux cellules filles génétiquement identiques.
• Avec une barre d’échelle, mesurez la barre et la structure dans la même unité : taille réelle = (structure ÷ barre) × longueur représentée par la barre.