L'organisme pluricellulaire, un ensemble de cellules spécialiséesCours

Les êtres vivants, en dépit de leur diversité, partagent de nombreux points communs, hérités d'ancêtres communs plus ou moins éloignés. Cette organisation commune du vivant se retrouve à différentes échelles d'organisation.

Tous les êtres vivants, sans exception, sont constitués d'une cellule (organismes unicellulaires) ou de plusieurs cellules (organismes pluricellulaires).

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La paramécie est un être unicellulaire.

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L'oignon est un être pluricellulaire.

Dans le cas d'un être unicellulaire, l'unique cellule doit accomplir toutes les fonctions (mouvements, absorption, excrétion, reproduction, etc.).

Dans le cas d'un être pluricellulaire, les cellules sont différenciées, spécialisées dans la réalisation de fonctions précises : cellules musculaires, absorbantes, sécrétrices, cellules nerveuses, osseuses, etc.

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I

Un organisme, plusieurs échelles d'organisation

Les cellules de la plupart des organismes pluricellulaires se regroupent en tissus qui forment des organes. Ces organes, réunis en appareils, permettent la réalisation de fonctions précises : digestion, ventilation, circulation, locomotion, etc.

L'appareil digestif permet la digestion des aliments. Il est formé de divers organes :

  • le tube digestif comprend l'oesophage, l'estomac, les intestins ;
  • les glandes digestives (foie, pancréas,...).

Tous ces organes, réunis en appareil, permettent la digestion.

Au sein des tissus, une matrice extracellulaire est présente entre les cellules. Elle assure les phénomènes de cohésion cellulaire.

On distingue quatre grands types de tissus, chacun pouvant présenter des variantes.

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II

La cellule : structure unitaire du vivant

A

La définition de la cellule

Les cellules de tous les organismes partagent des caractéristiques communes.

Les caractéristiques d'une cellule

Les caractéristiques d'une cellule

  • Membrane cellulaire : joue le rôle de barrière sélective assurant les échanges entre la cellule et son environnement.
  • Cytoplasme : où se déroulent l'essentiel des réactions biochimiques de la cellule et contenant des ribosomes assurant la synthèse des protéines.
  • Noyau : contient l'ensemble des chromosomes de la cellule.
  • Information génétique, sous forme d'ADN : porte, de manière codée, toutes les informations nécessaires au développement et fonctionnement des cellules et des organismes.

 

Il existe diverses variantes de ce modèle simple de cellule qui définissent des grands groupes dans le règne vivant.

B

L'organisation microscopique de la cellule

1

La cellule procaryote

Cellule procaryote

La cellule procaryote est une cellule de petite taille, de structure simple.

Les bactéries sont des cellules procaryotes.

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2

La cellule eucaryote animale

Cellule eucaryote

La cellule eucaryote est une cellule de plus grande taille (quelques dizaines de micromètres généralement), contenant des organites intracellulaires assurant des fonctions spécialisées.

Les mitochondries sont des organites cytoplasmiques dans lesquels se produit la respiration cellulaire.

Les cellules animales sont eucaryotes : elles possèdent un noyau et des mitochondries. Elles sont le plus souvent de forme ovale et leur taille est généralement comprise entre 10 et 50 micromètres.

Une cellule eucaryote animale
Une cellule eucaryote animale
3

La cellule eucaryote végétale

Les cellules végétales sont également eucaryotes : elles possèdent un noyau, des mitochondries ainsi que des chloroplastes de couleur verte. Ces cellules adoptent des formes plutôt géométriques (rectangulaires ou polygonales) et leur taille est généralement comprise entre 10 et 200 micromètres.

Les chloroplastes, uniquement présents dans les cellules végétales, sont des organites cytoplasmiques dans lesquels se produit la photosynthèse.

Les végétaux et les champignons possèdent autour de leur membrane plasmique une paroi squelettique épaisse et rigide, constituée de cellulose ou de chitine, ce qui leur donne ces formes souvent polygonales. Cette paroi est différente des parois présentes chez les bactéries.

Une cellule eucaryote végétale
Une cellule eucaryote végétale
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III

ADN, gènes et différenciation cellulaire

A

La structure de l'ADN

ADN

L'ADN est une molécule qui porte l'information génétique.

Nucléotide

Un nucléotide est formé d'un phosphate, d'un désoxyribose (un sucre à 5 atomes de carbone) et d'une base azotée. Il en existe quatre : l'adénine, la thymine, la cytosine et la guanine.

Un nucléotide
Un nucléotide

Les quatre nucléotides sont différents et il existe une infinité de façons de les enchaîner les uns aux autres pour former une séquence. C'est dans la succession des nucléotides que se trouve l'information génétique.

Un brin d'ADN peut être représenté comme suit :

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Il est possible de simplifier la représentation des brins d'ADN, en n'indiquant que la séquence des bases azotées.

Le brin d'ADN précédemment schématisé peut s'écrire : ...ATCAG...

Les molécules d'ADN sont bicaténaires, c'est-à-dire qu'elles sont constituées de deux brins complémentaires. Cette complémentarité est assurée par des associations spécifiques entre bases azotées :

  • A sur un brin est toujours associée à T sur un autre brin.
  • De même, C et G vont toujours ensemble.

 

Le segment d'ADN bicaténaire complet, dont l'un des brins seulement a été représenté auparavant, est donc :

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On peut écrire le fragment de molécule d'ADN précédent de façon simplifiée :
... ATCAG…

 ...TAGTC...

Lois de Chargaff

Dans un ADN bicaténaire, les rapports de quantités de bases azotées suivants sont toujours égaux à 1 :

A/T ; C/T ; (A+G)/(C+T)

C'est dans la séquence des nucléotides qu'est « écrite » l'information génétique. Il s'agit donc d'instructions « codées », dans un alphabet de quatre lettres (A, T, C, G) que la cellule sait interpréter.

La séquence …ATTCCGTAGGTGTCGAGAA… (seul un court fragment d'un brin est représenté sur les deux brins complémentaires) n'a pas la même signification pour la cellule que la séquence …ATTCCATAGGTGTCGAGAA…

B

Du gène au caractère : la fabrication des protéines

Gène

Un gène est une succession de nucléotides.

Protéine

Une protéine est une succession d'acides aminés.

Les protéines sont des molécules qui jouent des rôles fondamentaux dans les cellules et les organismes. Toute réaction dans une cellule est assurée par une protéine, véritable « machine-outil » cellulaire. Toute caractéristique cellulaire dépend donc de l'activité d'une protéine.

Un gène permet de fabriquer une protéine qui, par son activité, permet le développement d'un caractère.

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L'expression des gènes passe donc par la synthèse de protéines, dont la structure est dictée par l'enchaînement des nucléotides du gène.

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La molécule d'ADN et sa structure sont communes aux êtres vivants. On dit que l'ADN est le support universel de l'information génétique. De plus, l'information génétique est écrite dans un langage quasi universel.

L'universalité de l'ADN est un indice de l'origine commune des êtres vivants : il s'agit d'un indice de parenté. Il est donc possible d'en prélever un fragment dans l'organisme d'une espèce et de l'implanter dans l'organisme d'une autre espèce, de manière à ce que ce gène, étranger pour l'organisme receveur, puisse néanmoins s'y exprimer normalement. C'est ce que l'on appelle la transgénèse, qui permet de produire des organismes génétiquement modifiés (OGM).

C

La spécialisation cellulaire

Sur l'ensemble des gènes qu'une cellule possède (tous les gènes de l'organisme sont dans chaque cellule, à l'exception des cellules reproductrices), seuls quelques-uns sont exprimés.

Les cellules avec un même « bagage » génétique ne fabriquent pas les mêmes protéines et n'ont donc pas la même activité : elles se différencient.

Cette spécialisation des cellules peut être comparée à ce qui se passe dans une usine. Tous les ouvriers disposent du même manuel comportant les plans de fabrication de toutes les pièces d'une machine. Chacun fabrique une pièce en disposant du matériel adapté à cette fabrication. À la fin, toutes les pièces rassemblées permettent le fonctionnement général de la machine.

Le neurone (cellule nerveuse) est une cellule très allongée, permettant de transporter une information sous forme de signaux électriques.

Un neurone

Un neurone

Pmbios, © Wikimedia Commons

Ainsi, les cellules présentent à la fois unité (ressemblances liées à l'existence d'ancêtres communs) et diversité (liées à des innovations génétiques différentes dans les différentes branches à partir d'un même ancêtre).