SVT — La Terre, la vie et l'organisation du vivant
La cellule, unité du vivant
Organisation cellulaire, ADN, métabolisme
Résumé synthétiqueFiche en 5 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub
Résumé
Des bactéries aux baleines, tous les êtres vivants sont faits de cellules : c'est la théorie cellulaire. La cellule est à la fois l'unité de structure (la plus petite brique du vivant) et l'unité de fonction (elle assure seule les activités de la vie). On en distingue deux grands types : les procaryotes, sans noyau, dont l'ADN flotte dans le cytoplasme (les bactéries), et les eucaryotes, dotées d'un vrai noyau et de nombreux organites (cellules animales et végétales). Chaque cellule renferme de l'ADN, une molécule en double hélice qui porte l'information génétique sous forme de gènes ; la complémentarité des bases (A-T, C-G) garantit une copie fidèle lors de la réplication. Enfin, la cellule est le siège du métabolisme, l'ensemble des réactions chimiques de la vie : l'anabolisme construit des molécules, le catabolisme les dégrade. La respiration (glucose + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie), réalisée dans les mitochondries, et la photosynthèse, réalisée dans les chloroplastes, en sont les deux grands moteurs.
Tous les êtres vivants sont faits de cellules : c'est la théorie cellulaire. La cellule est l'unité de structure (la plus petite brique du vivant) et l'unité de fonction (elle assure à elle seule les activités de la vie). Malgré leur immense diversité, presque toutes partagent le même plan de base : une membrane, un cytoplasme et du matériel génétique.
- La membrane plasmique est une fine bicouche de lipides qui délimite la cellule et contrôle les échanges avec le milieu extérieur.
- Le cytoplasme est le milieu gélatineux intérieur où baignent les organites et où se déroulent de nombreuses réactions chimiques.
- Le noyau (chez les cellules eucaryotes) renferme l'ADN et est entouré d'une enveloppe nucléaire : c'est le centre de commande.
- Les mitochondries produisent l'énergie (ATP) par la respiration cellulaire ; on les trouve dans toutes les cellules eucaryotes.
- Le réticulum endoplasmique et les ribosomes assurent la synthèse des protéines.
- Les chloroplastes, présents uniquement chez les végétaux, réalisent la photosynthèse.
Exemple
Au microscope, une cellule de la muqueuse buccale (un simple frottis de joue) laisse voir nettement son noyau coloré au centre, entouré du cytoplasme et délimité par la membrane : trois éléments présents chez toute cellule eucaryote.
Piège à éviter
Ne confondez pas la membrane plasmique (souple, présente partout) et la paroi (rigide, en cellulose, seulement chez les végétaux, par-dessus la membrane). Une cellule animale n'a pas de paroi.
Dans le noyau, l'information génétique est portée par une longue molécule en forme d'échelle torsadée : l'ADN (acide désoxyribonucléique). Sa structure en double hélice a été décrite par Watson et Crick en 1953. Toute l'information tient dans l'ordre de quatre bases qui s'apparient toujours deux à deux.
L'ADN est une double hélice. Les bases s'apparient toujours de la même façon : A avec T (2 liaisons), C avec G (3 liaisons).
- L'ADN est une molécule en double hélice : deux brins enroulés l'un autour de l'autre.
- Il s'écrit avec 4 bases : A (adénine), T (thymine), C (cytosine), G (guanine).
- Complémentarité des bases : A s'apparie toujours avec T, et C toujours avec G — jamais autrement.
- Un gène est une portion d'ADN qui code la fabrication d'une protéine : c'est une unité d'information.
- Chez l'être humain : environ 3 milliards de paires de bases et 20 000 à 25 000 gènes.
- Avant chaque division, la réplication recopie fidèlement l'ADN grâce à la complémentarité ; une erreur de copie est une mutation.
Exemple
Si un brin d'ADN porte la séquence A–C–G–T, le brin d'en face porte forcément T–G–C–A. Connaître un seul brin permet donc de reconstituer l'autre : c'est exactement ce qui rend possible la copie fidèle de l'ADN.
Piège à éviter
L'ADN ne sort pas du noyau. Pour fabriquer une protéine, c'est une copie mobile, l'ARN messager, qui transporte l'information jusqu'aux ribosomes. Ne confondez pas non plus une base (une lettre) et un gène (un mot entier de plusieurs milliers de bases).
Le métabolisme rassemble toutes les réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule pour la maintenir en vie. Il a deux versants opposés et complémentaires : construire des molécules (anabolisme) et en dégrader d'autres pour libérer de l'énergie (catabolisme).
- Anabolisme : construction de molécules complexes à partir de molécules simples ; cela consomme de l'énergie.
- Catabolisme : dégradation de molécules complexes en molécules simples ; cela libère de l'énergie.
- Respiration cellulaire (dans les mitochondries) : glucose + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie (ATP).
- Photosynthèse (dans les chloroplastes) : 6 CO₂ + 6 H₂O + lumière → glucose + 6 O₂.
- Un organisme autotrophe fabrique sa propre matière organique à partir de matière minérale (plantes, algues).
- Un organisme hétérotrophe doit consommer de la matière organique déjà formée (animaux, champignons).
Exemple
Une plante verte est à la fois autotrophe et « respirante » : le jour, ses chloroplastes réalisent la photosynthèse ; jour et nuit, ses mitochondries réalisent la respiration. Elle grandit parce qu'elle produit, au total, plus de matière organique qu'elle n'en dégrade.
Piège à éviter
Respiration et photosynthèse ne se déduisent pas « au hasard » : la photosynthèse produit le glucose et le dioxygène, la respiration les consomme. Et la photosynthèse exige de la lumière, contrairement à la respiration qui se fait en permanence, de jour comme de nuit.
Les cellules animale et végétale sont toutes deux eucaryotes et partagent l'essentiel. Mais la cellule végétale possède trois équipements supplémentaires qui expliquent la rigidité des plantes et leur capacité à se nourrir de lumière.
- Points communs : membrane plasmique, cytoplasme, noyau, mitochondries et ribosomes.
- La cellule végétale ajoute une paroi cellulosique rigide qui lui donne sa forme et l'empêche d'éclater.
- Elle possède des chloroplastes, absents chez l'animal, qui réalisent la photosynthèse.
- Elle contient une grande vacuole centrale qui stocke l'eau et les sels minéraux et maintient la turgescence (la fermeté de la cellule).
- Sans chloroplastes, la cellule animale ne peut pas faire la photosynthèse : l'animal est donc hétérotrophe obligatoire.
Exemple
Une feuille d'élodée (plante d'aquarium) observée au microscope montre, dans chaque cellule, une bordure nette (la paroi) et des dizaines de petits grains verts : les chloroplastes. Une cellule de joue humaine, elle, n'a ni paroi ni chloroplaste.
Piège à éviter
Toutes les cellules végétales ne sont pas vertes : celles d'une racine ou d'un tubercule (pomme de terre) n'ont pas de chloroplastes, car elles ne reçoivent pas de lumière. « Vert » n'est donc pas synonyme de « végétal ».
Au-delà de la distinction animal/végétal, toutes les cellules se rangent en deux grandes catégories selon qu'elles possèdent ou non un vrai noyau. C'est la division la plus profonde du monde vivant.
- Une cellule eucaryote possède un noyau délimité par une enveloppe et de nombreux organites (mitochondries, réticulum…) : c'est le cas des animaux, des végétaux et des champignons.
- Une cellule procaryote n'a ni noyau ni organites membranaires : son ADN circulaire flotte librement dans le cytoplasme. Les bactéries en sont l'exemple typique.
- Les deux types possèdent toujours une membrane plasmique, un cytoplasme et de l'ADN.
- Les procaryotes sont généralement beaucoup plus petits que les eucaryotes.
Exemple
La bactérie Escherichia coli mesure environ 2 micromètres et n'a pas de noyau : son unique chromosome circulaire flotte directement dans le cytoplasme. Une de vos cellules de peau, eucaryote, est bien plus grande et range soigneusement son ADN dans un noyau.
Piège à éviter
« Procaryote » ne veut pas dire « sans ADN » : une bactérie possède bien de l'ADN, mais libre dans le cytoplasme, sans être enfermé dans un noyau. Le vrai critère est l'absence de noyau, pas l'absence d'ADN.
Quiz - La cellule
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Questions fréquentes
Les points clés à retenir sur La cellule, unité du vivant, extraits du quiz de révision.
Quel organite est présent uniquement dans les cellules végétales ?
Réponse :
Le chloroplaste
Le chloroplaste réalise la photosynthèse ; on ne le trouve que chez les végétaux (et les algues). Mitochondrie, noyau et membrane sont communs aux cellules animale et végétale.
L'ADN est écrit avec combien de bases différentes ?
Réponse :
4
Il y a 4 bases : A (adénine), T (thymine), C (cytosine) et G (guanine). C'est leur ordre qui code l'information génétique.
Quel organite produit l'énergie (ATP) de la cellule ?
Réponse :
La mitochondrie
La mitochondrie réalise la respiration cellulaire et produit l'ATP, la molécule qui fournit l'énergie à la cellule.
La membrane plasmique sépare :
Réponse :
La cellule de son environnement
La membrane plasmique délimite la cellule et contrôle les échanges entre l'intérieur et le milieu extérieur. C'est la frontière de la cellule.