Biologie 30

Unité 2 :Structure et fonction des cellules

Structure et fonction des cellules

Objectifs :

1) Décrire les structures et les fonctions des composantes de la cellule.2) Expliquer comment s’accomplissent les processus de diffusion, d’osmose et de

transport actif dans une cellule.

3) Décrire les processus de respiration, fermentation, ainsi que celui de photosynthèse.

1- Preuves de l’existence des cellules

La cellule a été découverte en 1665 par Robert Hooke. À cette époque, on utilisait un microscope photonique ou optique. Le principe de ce microscope est que la lumière traverse l’échantillon ainsi que des lentilles qui permettent de grossir ce qu’il y a dans l’échantillon. C’est ce type de microscope que nous utilisons en salle de classe. Malheureusement ce type de microscope a ses limites. Il grossit jusqu’à 1000 fois et on ne peut pas voir les organites à l’intérieur de la cellule.

«Antoni Van Leeuwenhoek 1632 – 1723 Leeuwenhoek est né à Delft le 24 octobre 1632. A partir de 1654, il y exerce le métier de marchand drapier. Aux environs de 1668, Il réalise son premier microscope et commence ses observations. C'est, dit-on, en utilisant des perles de verre comme compte-fils qu'il eut l'idée de partir à la découverte du monde microscopique caché dans les dépôts entre ses dents, dans l'eau des mares ou dans son sperme. Cette dernière observation fit sensation dans la bonne société cultivée européenne car personne n'aurait pu imaginer qu'il y a dans la semence des animaux et de l'homme des "animaux semblables à des têtards."

A partir de 1673 et pendant les 50 années suivantes, il correspondra avec la Royal Society of London et en devient membre en 1680. Il découvrira les cellules sanguines, les spermatozoïdes, des animaux microscopiques comme les nématodes et les rotifères. En 1689, il démontre la circulation dans les capillaires. En 1702, il donne la description de nombreux protistes. Il continuera ses observations jusqu'à sa mort le 30 août 1723.Les

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instruments qu'il utilisait, étaient très simples : une lentille formée d'une minuscule bille de verre sertie dans une lame métallique. L'échantillon était placé sur une pointe métallique, solidaire du support et que l'on déplaçait face à la lentille pour en explorer le contenu. L'ensemble était tenu très près de l'œil, face à la lumière, et permettait d'obtenir des grossissements allant jusqu'à trois cents fois.

Un tel procédé permet d'observer des objets de quelques micromètres (1 µm = 1 millième de mm) et est donc suffisant pour observer des cellules qui mesurent, en général, quelques dizaines de micromètres. Il faut d'ailleurs signaler que si van Leeuwenhoek a observé et décrit de nombreux types de cellules, il n'a pas réalisé que tous les êtres vivants sont formés d'un assemblage plus ou moins complexe de ces unités.» Référence : http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1677_leeuwenhoek/leeuwenhoek.html

Depuis les années 1950, la biologie cellulaire s’est beaucoup dévelopée grâce au microscope électronique. On utilise un faisceau d’électrons qui balaie la surface ou passe à travers l’échantillon, au lieu de la lumière. Il existe deux types de microscopes électroniques. Il y a le microscope électronique à transmission qui sert principalement à étudier l’infrastructure cellulaire interne et le microscope électronique à balayage qui est utilisé pour faire un examen détaillé de la surface d’un échantillon.

**Visionne le film sur la microscopie électronique (Encyclopédie audiovisuelle des sciences et des techniques réalisé par TFO) durée : 3 minutes

Image : microscope électronique à balayage

«Le microscope électronique à balayage fournit des images en trois dimensions des surfaces observées. Ce type de microscope est plus petit et moins onéreux qu ’un microscope électronique à transmission. Il utilise pour former une image les électrons secondaires qui sont émis de la surface d ’un échantillon lorsque celui-ci est balayé par un fin faisceau d ’électrons primaires. Afin de rendre cet échantillon conducteur pour le flux d ’électrons qui le balaye et optimaliser l ’émission d ’un nombre suffisant d ’électrons

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secondaires, un échantillon biologique, après fixation et déshydratation, doit être recouvert d ’une fine couche de métal lourd.

La membrane de filtration du rein est observée au microscope électronique à balayage. Sur le panneau de gauche, les fenestrations des cellules endothéliales s ’observent du côté sanguin, alors que l ’autre côté de la membrane (illustré sur le panneau de droite) est recouvert des pédicelles formés par les podocytes.»

Source des images ci-dessus: http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/micro_elec/micro_elec.html

Image : microscope électronique à transmission

«Dans sa conception, un microscope électronique à transmission ressemble à un microscope classique, mais est plus grand, se trouve inversé et doit être couplé à un système de pompage qui réalise le vide dans la colonne du microscope. Ce vide est nécessaire pour permettre le déplacement des électrons (qui sinon entrent en collision avec les molécules de l ’air) et leur permettre de traverser l ’échantillon pour en établir une image. Le flux des électrons provient du chauffage d ’un filament et de l ’accélération des électrons libérés par le filament au moyen d ’une différence de potentiel de 60 à 100 kilovolts. Le flux des électrons peut être focalisé au moyen de lentilles magnétique situées dans les parois de la colonne du microscope.

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La membrane de filtration du rein est observée au microscope électronique à transmission. On peut observer du côté des globules rouges (masses homogènes denses aux électrons) les fenestrations des cellules endothéliales, alors que l ’autre côté de la membrane est recouvert des pédicelles formés par des cellules appelées podocytes.»

Source des images ci-dessus : http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/micro_elec/micro_elec.html

Théorie cellulaire :

Tous les êtres vivants, plantes, animaux et moisissures, sont constitués de cellules. La cellule est l’unité d’organisation structurale des systèmes vivants. Cette théorie a été proposée par un botaniste allemand Mathias Schleiden et son ami Thoedor Swann.

Sites à voir pour plus de détails:

http://www.fundp.ac.be/bioscope/1838_schleidenschwann/schleidenschwann.html#Exp

Histoire du microscope :

http://micromonde.free.fr/histoire/#

2- La membrane cellulaire

La membrane plasmique sépare la cellule de son environnement tout en la protégeant. Elle laisse passer certaines substances plus facilement que d’autres ce qui en fait une membrane sélective. En général, les molécules de petite taille pénètrent plus facilement que les grosses molécules.

Rôle de la membrane :

1) Limite cellulaire2) Lieu d’échange

3) Lieu de reconnaissance

4) Défense cellulaire

2.1 Structure de la membrane plasmique :

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La membrane plasmique est constituée d’une double couche de lipides appelés phospholipides. La structure n’est pas rigide. Elle est maintenue ensemble grâce aux attractions hydrophobes entre les molécules de phospholipides.

Source de l’image : http://biodidac.bio.uottawa.ca/ (une légende a été ajoutée)

Les parties hydrophiles (tête) des molécules de phospholipides restent en contact avec l’eau, tandis que la partie hydrophobe (queue) est protégée à l’intérieur de la structure.

2.2 Le modèle de la mosaïque fluide :

En 1972, les biologistes S.J.Singer et G.Nicholson ont proposé un modèle qui tient compte de la capacité des protéines à avoir une partie hydrophile et une partie hydrophobe. Selon eux, les protéines sont dispersées à travers la double couche de phospholipides. Cette disposition des protéines maximise le contact avec la partie hydrophile des protéines en même temps que la partie hydrophile des phospholipides avec l’eau, tout en protégeant la partie hydrophobe. D’après ce modèle, la membrane est une mosaïque faite d’une double couche de phospholipides où flottent des protéines.

Structure de la membrane cellulaire

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Tête hydrophile

Queue hydrophobe Attractions

hydrophobes

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Source de l’image : http://Biodidac.bio.uottawa.ca/ (une légende a été ajoutée)

2.3 Le cholestérol :

Dans les cellules animales, on retrouve du cholestérol, un stéroïde, à l’intérieur de la membrane plasmique à travers les phospholipides. Le cholestérol joue un rôle dans la fluidité membranaire lors des changements de températures. À des températures modérées, le cholestérol diminue la fluidité membranaire en diminuant les mouvements des phospholipides. À des températures plus basses, le cholestérol empêche la membrane de se solidifier en empêchant l’entassement des phospholipides.

3- Les cellules eucaryotes

Constituants de la cellule animale eucaryote:

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Protéine intramembranaire

Glycoprotéine

Glucide

Glycolipide

Cholestérol

Tête hydrophile

Queue hydrophobe

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Source de l’image : http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1838_schleidenschwann/schleidenschwann.html#Exp

Membrane plasmique: c’est l’enveloppe protectrice qui délimite le compartiment cellulaire avec l’extérieur de la cellule. Elle entoure le cytoplasme.

Rôle : Elle joue le rôle de filtre car elle contrôle ce qui entre (substances nutritives) et ce qui sort (déchets) de la cellule.

Noyau : c’est la structure la plus importante de la cellule. C’est le centre de contrôle de la cellule car il renferme le matériel génétique (L’ADN) et il est délimité par une enveloppe nucléaire. Il contient de la chromatine qui contient l’ADN et le nucléole.

Rôle : Il règle l’activité de la cellule.

Nucléole : Il se trouve dans le noyau et correspond aux zones plus denses que l’on trouve dans le noyau.

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Rôle : c’est l’endroit où a lieu la synthèse de l’ARN dans la cellule pour fabriquer les ribosomes.

Cytoplasme : c’est l’intérieur de la cellule. Il contient les organites et est constitué à 80% d’eau. Il est constitué du cytosol et des organites.

Rôle : il sert de lieu de stockage des matériaux indispensables à la vie en créant un milieu favorable au fonctionnement des organites cellulaire.

Cytosol : substance semi-liquide à l’intérieur de la cellule. Les organites baignent dans ce liquide.

Réticulum endoplasmique : il est composé d’un système de membranes pliées et il constitue à lui seul la moitié des membranes présentes dans la cellule.

Rôle : c’est là qu’a lieu les réactions chimiques de la cellule.Le R.E. lisse synthétise les phospholipides et le R.E. rugueux synthétise les protéines. Il peut former des vésicules de transport de macromolécule vers l’appareil de Golgi.

Ribosomes : ils se trouvent sur le réticulum endoplasmique rugueux et ils lui donnent la texture rugueuse ou ils sont des structures libres (minuscules organelles sans membrane) dans le cytoplasme de la cellule.

Rôle : ils fabriquent les protéines de la cellule.

Lysosomes : ils sont des vésicules entourées d’une membrane et situés dans le cytoplasme. Ils sont les recycleurs de la cellule.

Rôle : c’est une réserve d’enzymes digestives puissantes.

Mitochondrie : sa membrane interne forme plusieurs plis pour augmenter la surface utilisable par les enzymes qui produisent l’ATP.

Rôle : elle produit l’énergie de la cellule en convertissant l’énergie emmagasinée dans les macromolécules en énergie utilisable par la cellule sous forme d’ATP.

Appareil de Golgi : il a la forme d’une soucoupe.

Rôle : reçoit les macromolécules synthétisées par le réticulum endoplasmique et termine le travail d’emballage et de triage.

Peroxysomes : vésicule située dans le cytoplasme.

Rôle : Plusieurs fonctions métaboliques dont la production ou la dégradation du peroxyde d’hydrogène.

Cytosquelette : il est constitué de structures protéiques comme les microfilaments, les filaments intermédiaires et les microtubules.

Rôle : Squelette qui maintient la forme de la cellule et joue un rôle dans la mobilité cellulaire.

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Centrosome : il contient le centriole qui a une forme cylindique.

Rôle : il coordonne l’assemblage du fuseau mitotique en vue de la division cellulaire. Les centrioles interviennent dans la formation des cils et des flagelles.

Flagelle : est composé de microtubules. (Plus long que les cils)

Rôle : sert au déplacement de la cellule.

Cils : ils sont de courts prolongements de la cellule.

Rôle : déplacement de la cellule, amène la nourriture et évacue les particules étrangères.

3.1 La cellule animale ne contient pas :

- de chloroplaste- de vacuole centrale et tonoplaste

- de paroi cellulaire

- de plasmodesme

- Source de l’image : http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1880_golgi/golgi.html

Voici un autre schéma d’une cellule animale eucaryote :

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Cellule de glande salivaire de rat

Les protéines apparaissent en sombre dans l'enveloppe nucléaire (en), le reticulum endoplasmique (re), et dans les grains de sécrétion (gs). Nucléole (nu) ; chromatine (ch) ; mitochondrie (m).

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Source de l’image : http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1974_deduve/deduve.html

Quiz en ligne – légender une cellule animale

http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biocell-structurecellanimale.htm

Schéma à légender de la cellule eucaryote animale (à télécharger)

4- Constituants de la cellule végétale eucaryote:

source de l’image : http://biodidac.bio.uottawa.ca. (une légende a été ajoutée)

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Paroi cellulaire de la cellule adjacente

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Paroi cellulaire : est composée de protéines et de polysaccharides comme la cellulose.

Rôle : maintenir la forme de la cellule et la protéger de l’environnement extérieur.

Vacuole centrale : organite volumineux qui grossit à mesure que la plante croît. Elle est entourée d’une membrane appelée tonoplaste.

Rôle : elle emmagasine et dégrade les déchets.

Chloroplaste : fait partie d’un groupe d’organites que l’on appelle «plastes». Ils sont formés de sacs membraneux empilés. La chlorophylle est le pigment vert qui donne la couleur des chloroplastes.

Rôle : faire la photosynthèse en convertissant l’énergie lumineuse en énergie chimique qui est emmagasinée sous forme de glucides.

Plasmodesmes : canaux qui traversent la paroi cellulaire.

Rôle : relier le cytoplasme aux cellules voisines.

4.1 La cellule végétale contient aussi les organites suivants comme la cellule animale:

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Mitochondrie

Nucléole

Chloroplastes

Peroxysome

Appareil de Golgi

Vacuole centrale

Chromatine

Enveloppe nucléaire

Paroi cellulaire

Réticulum endoplasmique

Membrane cellulaire

Pore nucléaire

PlasmodesmeCytoplasme

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- Noyau qui est entouré d’une membrane nucléaire et qui contient le nucléole.- Centrosome

- Appareil de Golgi

- Mitochondrie

- Peroxysome

- Membrane plasmique

- Réticulum endoplasmique rugueux

- Réticulum endoplasmique lisse

- Ribosomes

- Cytosquelette (microfilaments, filaments intermédiaire et microtubules)

4.2 La cellule végétale ne contient pas :

-de lysosomes

-de centrioles

-de flagelles (sauf sur certaines gamètes)

Quiz en ligne – légender une cellule végétale

http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biocell-plantcellstructure.htm

Quiz en ligne – légender une cellule animale

http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biocell-structurecellanimale.htm

5-Les cellules procaryotes

Les Bactéries et les Archéobactéries sont les seules cellules procaryotes.

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Elles sont constituées de   :

Membrane plasmique : elle entoure le cytoplasme

Paroi cellulaire : c’est la structure rigide qui entoure la membrane plasmique.

Capsule : c’est une substance gélatineuse qui recouvre la paroi cellulaire.

Ribosomes : ils synthétisent les protéines.

Nucléoïde : il n’est pas entouré d’une membrane. Il contient l’ADN de la cellule.

Fimbriae : c’est une structure de fixation à la surface de certaines bactéries (au-dessus de la capsule)

Flagelles : organites qui sert au déplacement de certaines bactéries . On en retrouve dans les cellules procaryotes non photosynthétiques).

Thylakoïdes : fonctionnent comme ceux des chloroplastes des cellules végétales. On les retrouve dans les cellules procaryotes photosynthétiques seulement.

6- Différence entre eucaryote et procaryote

On distingue les cellules eucaryotes des cellules procaryotes par leur grosseur et leur complexité.

Les cellules eucaryotes sont entourées d’une membrane plasmique qui contient les organites de la cellule. Les organites baignent dans le cytosol de la cellule. Toutes les cellules eucaryotes contiennent de l’ADN et des ribosomes.

L’ADN des cellules procaryotes est situé dans le nucléoïde qui n’est pas un noyau. Le nucléoïde n’est pas séparé par une membrane du reste de la cellule.

La cellule eucaryote est beaucoup plus grosse que la cellule procaryote. Vu que les cellules procaryotes sont surtout des bactéries, leur diamètre est de 1 à 10m tandis que les cellules eucaryotes ont un diamètre 10 fois plus grand que les bactéries soit de 10 à 100m.

Liens à consulter pour en savoir plus sur les cellules procaryotes:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_%28biologie%29#La_structure_procaryote

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Schéma animé d’une cellule procaryote :

http://www.cegep-rimouski.qc.ca/dep/biologie/cellule/cellule4.html

LES MODES DE TRANSPORTS À TRAVERS LA MEMBRANE (sections 7 à 10)

7- La diffusion

La diffusion à travers une membrane est un processus qui ne nécessite pas d’énergie (transport passif).

Il y a une tendance vers l’équilibre sur les deux côtés d’une membrane. Regarde le schéma ci-dessous.

On a des molécules d’un côté, séparés par une membrane perméable.

Les molécules se déplacent suivant le gradient de concentration, c’est-à-dire de la zone plus concentrée vers la zone moins concentrée

Après un certain temps, on atteint un équilibre. Il y a le même nombre de molécules de chaque côté de la membrane.

Lors de la diffusion, le mouvement des molécules se fait toujours de la zone de forte concentration vers la zone de plus faible concentration grâce au gradient de concentration.

Regardons un autre schéma qui explique ce qui se passe lorsque l’on a deux solutions de concentration différentes.

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Deux solutions sont séparées par une membrane perméable.

Les deux solutions diffusent selon leur gradient de concentration.

Les molécules vertes se déplacent vers la gauche même si au départ la concentration était plus grande du côté gauche pour les molécules foncées. On atteint un équilibre.

8-L’osmose

On appelle osmose, le transport passif de l’eau à travers une membrane.

L’eau a tendance à se déplacer d’un milieu de faible concentration en soluté à un milieu à forte concentration en soluté. Le soluté est la substance dissoute dans l’eau.

Une solution hypotonique est une solution ayant une faible concentration en soluté.

Une solution hypertonique est une solution ayant une forte concentration en soluté.

Une solution isotonique est une solution qui contient des concentrations égales de solutés.

La direction du déplacement de l’eau (ou osmose) dépend de la concentration totale du soluté de chaque côté de la membrane et non de la nature du soluté.

8.1 L’équilibre de l’eau dans les cellules ou osmorégulation

Les cellules animales et végétales ne réagissent pas de la même façon lorsque l’on applique des variations de concentration des solutés de leur milieu.

Solution hypotonique

Cellule animale

Solution isotonique

Cellule animale

Solution hypertonique

Cellule animale

L’eau entre dans la cellule la faisant grossir jusqu’à l’éclatement (lyse)

Le volume de la cellule reste stable

Le volume de la cellule diminue. Elle devient ratatinée et meurt.

Solution hypotonique

Cellule végétale

Solution isotonique

Cellule végétale

Solution hypertonique

Cellule végétale

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L’eau entre dans la cellule et la paroi élastique de la cellule se distend jusqu’à un certain point. La paroi de la cellule exerce ensuite une pression ce qui empêche l’eau d’entrer. Elle devient ferme (turgescente) qui est l’état idéal pour les végétaux.

Il n’y a pas de diffusion nette de l’eau vers l’intérieur et la cellule devient flasque. La plante verra ses feuilles flétrir lorsque ses cellules sont flasques.

La cellule perd de l’eau et rétrécit. La membrane plasmique s’écarte de la paroi cellulaire. La cellule se ratatine et meurt. (plasmolyse)

9- La diffusion facilitée

La diffusion facilitée est un mode de transport à travers la membrane plasmique. L’eau et certains solutés traversent la membrane sans problèmes. D’autres molécules ont besoin de l’aide des protéines présentes dans la membrane pour pénétrer à l’intérieur de la cellule.

Il existe 2 types de diffusion facilitée :

1) Celle qui utilise les canaux protéiques2) Celle qui utilise une protéine de transport

1) Les canaux protéiques :

Ils sont des petits couloirs hydrophiles qui permettent aux molécules d’eau et aux petits ions de traverser la membrane. Le canal protéique est constitué d’une seule protéine.

2) Protéine de transport :

Cette protéine possède les mêmes propriétés qu’une enzyme, c’est-à-dire qu’elle reconnaît qu’une seule substance. Il existe un type de protéine de transport pour une molécule particulière. La perméase est un exemple de protéine de transport.

Animations sur les transports à travers la membrane (réalisé par Laurent Martorell)

http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_transportmb.htm

10- Transport actif

Lorsque la cellule doit faire passer une substance à travers une membrane à l’encontre du gradient de concentration, elle a besoin d’énergie. Cette énergie provient de l’ATP (adénosine triphosphate). Cette forme de transport membranaire qui utilise de l’énergie s’appelle transport actif.

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Les concentrations à l’intérieur des cellules ne sont pas les mêmes que celles à l’extérieur de la cellule, le transport actif permet le maintient de ces différentes concentrations.

Le transport actif utilise des protéines qui sont situées dans la membrane cellulaire. L’ATP (adénosine triphosphate) fournit l’énergie au processus en donnant son groupement phosphate terminal à la protéine de transport. Le transfert du groupement phosphate change la forme de la protéine ce qui permet au soluté (comme le Na ou le K) qui est faiblement lié à la protéine, d’être transporté de l’autre côté de la membrane. La pompe à sodium et à potassium est une pompe qui utilise le transport actif.

Voir une animation de la pompe Na-K

http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/biocell/docs/pomp2.html

Résumé des types de transports à travers la membrane :

Diffusion simple : les petite molécules polaires non ionisées (comme l’eau) et les molécules hydrophobes diffusent à travers la membrane. Ne nécessite pas d’énergie (transport passif)

Diffusion facilitée : l’eau diffuse à travers la membrane à l’aide d’une protéine de transport comme les perméases ou des canaux protéiques. Ne nécessite pas d’énergie (transport passif)

Transport actif : des protéines de transport agissent comme une pompe en faisant traverser des substances à travers la membrane contre le gradient de concentration. Nécessite de l’énergie sous forme d’ATP.

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Unité 2 :Structure et fonction des cellules

Animation sur les transports membranaires (téléchargeable)

http://rea.decclic.qc.ca/dec_virtuel/biologie/101-NYA-05/Cellule_et_evolution/1.La_Cellule/Transport_membranaire/transport.htm

Voir 2 films sur l’homéostasie (l’adaptation aux changements et la mer intérieure) (2x 10min)

L’homéostasie a été définie par Walter B Cannon en 1930. C’est la préservation de la constance dans le milieu intérieur d’un organisme ou le maintien d’un état d’équilibre à l’intérieur d’un organisme.

10.1- L’énergie et la cellule

Voir le film : Le concept de flux de l’énergie (10 min)

L’énergie est la capacité d’accomplir un travail. Il existe différentes formes d’énergie : l’énergie potentielle, l’énergie cinétique, l’énergie chimique, etc.

L’énergie libre est la portion de l’énergie totale d’un système qui est disponible pour accomplir un travail.

L’énergie peut passer d’une forme à une autre, elle ne peut être ni créée ni détruite.

11. Le transport de grosse particules

Les particules, comme des granules et des microorganismes, des macromolécules comme les protéines et les polysaccharides franchissent la membrane plasmique à l’aide d’un mécanisme faisant intervenir des vacuoles ou des vésicules. C’est un processus du transport actif.

11.1-L’endocytose

Dans l’endocytose, une portion de la membrane plasmique forme une pochette vers l’intérieur. Cette pochette se détache de la membrane et forme une vésicule dans le cytoplasme. Cette vésicule est remplie de matière provenant de l’extérieur de la cellule.

Il y a trois types d’endocytose : la phagocytose, la pinocytose et l’endocytose par récepteur interposé.

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Phagocytose : une particule est encerclée par des pseudopodes qui sont des prolongements cytoplasmiques temporaires. Cela forme une vacuole autour de la particule. La vacuole se fusionnera avec un lysosome rempli d’enzymes hydrolytiques qui pourra digérer la particule.

Pinocytose : de petites vésicules contenant du liquide extracellulaire sont incorporées dans la cellule.

Endocytose par récepteur interposé : des récepteurs sont situés à la surface de la cellule et certaines molécules se lient à ces récepteurs (ligands). Ces récepteurs sont regroupés dans une région de la cellule appelée puits tapissés qui deviennent une vésicule enrobée suite à l’invagination du puits.

11.2- L’exocytose:

L’exocytose est l’inverse de l’endocytose. Une vésicule de sécrétion s’est détachée de l’appareil de Golgi et est transporté dans le cytosquelette. Lorsque la membrane de la vésicule et la membrane plasmique entrent en contact, les molécules de la bicouche de la membrane, se réorganisent. Les membranes fusionnent et deviennent continues ce qui permet de verser le contenu de la vésicule à l’extérieur de la cellule.

Va voir une animation réalisée par le Cégep de Rimouski sur l’endocytose et l’exocytose : http://www.cegep-rimouski.qc.ca/dep/biologie/cellule/endocytose.html

Voici quelques exemples de fonctions de l'exocytose.

1. Sécrétions des glandes : Insuline (hormone) relâchée des cellules du pancréas où elle est produite.

2. Rejet de déchets non-digérés

3. Passage à travers d'une barrière cellulaire

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12- La photosynthèse – une introduction

Voir l’animation sur le site et faire l’activité à la fin de celle-ci (tester tes connaissances).

Source de l’animation : http://www.vecteur.ca

Les végétaux fabriquent leur propre nourriture. On les appelle des autotrophes.

Les humains et les animaux (carnivores, omnivores, herbivores) ne peuvent pas faire la même chose que les plantes. Ils sont appelés des hétérotrophes car ils ne fabriquent pas leur nourriture.

Les végétaux synthétisent leur matière organique à partir de substances minérales qu’ils puisent dans le sol ou dans le milieu aquatique (eau et sels minéraux).

L’énergie nécessaire pour réaliser cette synthèse provient du soleil. L’énergie du soleil est captée par les pigments assimilateurs des végétaux (que l’on appelle chlorophylle) qui sont situés dans les chloroplastes des cellules végétales ou dans des régions spécialisées de la membrane cellulaire des cellules procaryotes (cellules sans noyau).

Les chloroplastes captent l’énergie lumineuse du soleil et la convertissent en énergie chimique qui est ensuite emmagasinée sous forme de glucides ou d’autres molécules organiques formées à partir d’eau et de gaz carbonique (CO2). Ce processus complexe est appelé photosynthèse.

La photosynthèse est une suite de réactions chimiques. Elle est constituée de deux phases : la phase photo (ou phase claire) convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique et d’une phase synthèse (ou phase obscure) qui utilise l’énergie chimique de la phase photo pour produire du PGAL qui sert à fabriquer le glucose. Cette dernière phase n’a pas besoin de lumière.

On représente la photosynthèse par l’équation suivante :

6CO2 + 6 H2O énergie lumineuse C6H12O6 + 6O2

Dioxyde de eau glucose oxygène

Carbone

La plante convertit le dioxyde de carbone (CO2) en oxygène (O2) en suivant une chaîne de réactions chimiques.

Voir l’animation d’introduction à la photosynthèse au lien suivant :

http://rea.decclic.qc.ca/dec_virtuel/Biologie/101-NYA-05/Cellule_et_evolution/1.La_Cellule/Etapes_Photosynthese/

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13- LA PHASE PHOTO (appelée aussi phase claire) DE LA PHOTOSYNTHÈSE :

**Voici le texte que l’on retrouve dans l’animation sur le site.

On parle de phase photo car cette étape dépend de l’énergie lumineuse du soleil. Les réactions photochimiques ont lieu dans les chloroplastes situés dans les feuilles des plantes.

Les feuilles des plantes contiennent des cellules de mésophiles qui sont des cellules spécialisées pour la photosynthèse. Ces cellules contiennent plusieurs chloroplastes et elles leur fournissent l’eau et le dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse.

Les chloroplastes contiennent des thylakoïdes qui ressemblent à des rondelles empilées.La structure des petites rondelles est appelé grana (granum au singulier). Le stroma est un liquide épais et riche en enzyme. Il remplit l’intérieur de chaque chloroplaste.

Feuille Cellule de mésophile

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Chloroplaste

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Schéma d’un chloroplaste : source : http://biodidac.dio.uottawa.ca/ (une légende a été ajoutée)

13.1 Les photosystèmes

La membrane du thylakoïde contient des pigments appelés chlorophylle (a et b) et d’autres pigments (caroténoïdes) qui peuvent déclencher les réactions photochimiques. Les pigments des chloroplastes absorbent principalement la lumière rouge et bleue (du spectre visible) qui sont les couleurs les plus favorables à la photosynthèse. Les pigments réfléchissent la majeure partie de la lumière verte ce qui donne la couleur particulière des plantes

Dans la membrane des thylakoïdes, la chlorophylle est associée avec des protéines et d’autres molécules organiques pour former des photosystèmes (I et II). Les molécules de chlorophylle forment un réseau appelé antenne pigmentaire. Ces antennes recueillent et acheminent l’énergie. Chaque photosystème possède un centre réactionnel spécifique.

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ThylakoïdeStroma

Membrane interne du chloroplaste

Membrane externe du chloroplaste

Grana

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Le photosystème fonctionne en faisant circuler l’énergie lumineuse d’une molécule de chlorophylle à une autre.

L’énergie atteint le centre réactionnel, où la chlorophylle a transmet l’électron excité à un accepteur primaire d’électron.

L’énergie de ces électrons sert à transporter les ions H+ à l’intérieur du thylakoïde pour produire de l’ATP.

La membrane des thylakoïdes comprend deux types de photosystèmes.

-Le photosystème I :se compose d’une paire de molécule de chlorophylle a appelé P700. (Ce pigment doit son nom au fait qu’il absorbe la lumière ayant une longueur d’onde de 700nm située dans la partie rouge du spectre)

-Le photosystème II : se compose d’une paire de molécule de chlorophylle a appelé P680. (Ce pigment absorbe la lumière d’une longueur d’onde de 680nm).

Les pigments P700 et P680 sont des molécules de chlorophylle a identiques, sauf qu’ils sont liés à des protéines différentes. C’est pourquoi leurs spectres d’absorption sont différents.

13.2 Le transport cyclique des électrons

Dans les réactions photochimiques, le transport d’électrons peut se faire selon deux trajets : cyclique ou non cyclique.

Le transport cyclique d'électrons est le trajet le plus simple. Il ne fait intervenir que le photosystème I et n'engendre que de l'ATP.

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Cette voie est dite cyclique parce que les électrons excités qui quittent la chlorophylle au centre réactionnel finissent par y revenir.

L’énergie libérée par les électrons est utilisée pour phosphoryler les molécules d’ADP pour produire de l’ATP.

13.3 Le transport non cyclique des électrons (voie la plus empruntée)

Ce transport fait intervenir les deux photosystèmes I et II.

Le photosystème II produit de l’ATP. Les électrons qui sont passés par la chaîne respiratoire ne sont pas recyclés par le photosystème II. Cette production de l’ATP est appelé photophosphorylation non cyclique.

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Le photosystème II a besoin d’électrons pour continuer de fonctionner. Les électrons de remplacement proviendront de l’eau. Une enzyme extrait des électrons de l’eau et les fournit au P680 (photosystème II). Le retrait des électrons scinde la molécule d’eau en deux protons ( 2H+ ) et un atome d’oxygène, lequel se combine avec un autre atome d’oxygène pour former de l’oxygène moléculaire (O2).

Comme dans le transport cyclique, la lumière excite les électrons du P700, le centre réactionnel du photosystème I. Cependant, les électrons ne retournent pas au centre réactionnel: ils sont pris par le NADP+ (nicotinamide- adénine- dinucléotide- phosphate). Le NADP+ accepte deux électrons et un ion H+ et forme la coenzyme NADPH + H+. Le NADPH+ H+ et l’ATP produits par ces réactions alimentent les réactions de synthèse qui forment des glucides (Cycle de Calvin).

Le transport non cyclique d’électrons pousse les électrons et l’eau, où ils possèdent peu d’énergie potentielle, vers le NADPH où ils renferment beaucoup d’énergie potentielle. Le courant d’électrons engendré par la lumière produit aussi de l’ATP. La membrane des thylakoïdes convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique qui est emmagasinée dans le NADPH et l’ATP. L’énergie chimique sera utilisée dans le cycle de Calvin pour produire des glucides. L’oxygène est dons un sous-produit des réactions photochimiques.

**À quoi sert la phosphorylation cyclique?

Le transport non cyclique produit du NADPH + H+ et de l’ATP en quantités égales. Le cycle de Calvin a besoin de plus d’ATP que de NADPH + H+ c’est pourquoi le transport cyclique sera utile pour produire l’ATP manquant.

14- La phase synthèse (phase obscure) de la photosynthèse:

http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1932_calvin/calvin.html

Melvin Calvin (1911-1997)

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Source des 2 images : http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1932_calvin/calvin.html (copyleft)

La phase photo a lieu dans les thylakoïdes du chloroplaste. La phase synthèse a lieu dans le stroma situé aussi dans le chloroplaste. Cette dernière phase n’a pas besoin de la lumière pour avoir lieu. On l’appelle aussi phase obscure ou cycle de Calvin.

Le NADPH + H+ et l’ATP produits pendant la phase photo servent à produire des molécules organiques à partir du dioxyde de carbone (CO2).

Le cycle de Calvin comporte trois étapes :

Fixation du carbone

1) Réduction2) Reconstitution de RuBP (ribulose 1,5-biphosphate)

1) Fixation du carbone

Le CO2 ou dioxyde de carbone, diffuse dans le stroma du chloroplaste et est fixé dans un composé organique appelé RuBP qui est un composé instable qui se divise en deux molécules de PGA.

2) Réduction

Le PGA est phosphorylé et devient du PGAP. Cette réaction utilise l’ATP et le NADPH + H+ de la phase photo.

Le PGA est le point de départ de plusieurs réactions métaboliques. Une partie est transformé en PGAL qui est le point de départ pour former du glucose, le saccharose, l’amidon et d’autres composés utiles pour la plante. L’autre partie est utilisée pour l’étape 3 du cycle de Calvin qui est la reconstitution du RuBP.

3) Reconstitution du RuBP

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Une partie du PGAL reforme du RuBP pour continuer le cycle. Cette partie utilise aussi de

l’ATP.

** Le cycle de Calvin produit une molécule de PGAL pour 3 molécule de CO2 qui entrent dans le cycle. Le PGAL est utilisé pour former d’autres glucides utilisés par la plante.

Voir le film TFO sur la photosynthèse (10 min)

Va voir le site de Anne-Marie Bernier de l’université de St-Boniface au Manitoba pour d’autres explications de la photosynthèse.

http://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/Biologie/metabolisme/ps1-1.html

La photosynthèse par les expériences : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/index.html

Cours sur la photosynthèse : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese-cours/index.htm

Animation photosynthèse : http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/planete/portail/labo/carbone/photosyntese.html

Animation photosynthèse(2 phases) téléchargeable: http://rea.decclic.qc.ca/dec_virtuel/Biologie/101-NYA-05/Cellule_et_evolution/1.La_Cellule/Etapes_Photosynthese/

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15- La respiration cellulaire

La respiration cellulaire est une série de réactions chimiques qui servent à transformer les glucides et d’autres molécules, pour libérer l’énergie contenue dans ces glucides et molécules.

La respiration aérobie (en présence d’oxygène) a lieu dans les mitochondries de la cellule. Les produits et molécules intermédiaires de la respiration aérobie fournissent des molécules de carbone qui sont utilisées pour fabriquer les acides aminés, les précurseurs des acides nucléiques et les lipides.

Équation de la respiration cellulaire aérobie :

C6H12O6 + 6 O2 ADP + P ATP 6CO2 + 6H2O + énergie

Glucose oxygène dioxyde eau

de carbone

Le glucose est une molécule riche en énergie. La décomposition du glucose forme des molécules faibles en énergie et de l’énergie. 40% de l’énergie chimique du glucose sert à la formation d’ATP, le reste est perdu en énergie thermique.

La respiration cellulaire aérobie comporte 4 étapes.

1) GLYCOLYSE :

La glycolyse se produit dans le cytoplasme des cellules. C’est un processus qui dégrade le glucose (molécule à 6 carbones) en deux molécules de pyruvates (molécules à 3 carbones). Deux molécules d’ATP sont libérées par chaque molécule de glucose. Ce processus se produit en condition anaérobie, c’est-à-dire sans présence d’oxygène. Tous les organismes font la glycolyse.

Le pyruvate peut être utilisé sans oxygène dans le processus de fermentation qui est un processus anaérobie (aucune autre molécule d’ATP ne sera produite). S’il y a de l’oxygène, le pyruvate pénètre dans les mitochondries et le processus de respiration cellulaire continue.

2) RÉACTION DE TRANSITION  ou décarboxylation oxydative :

Chaque molécule de pyruvate perd un atome de carbone. Le carbone est enlevé grâce à l’action du NAD+ . On obtient une molécule à 2 carbones qui se combine avec une coenzyme A pour former de l’acétyl-CoA. Vu que l’on avait 2 pyruvates, on obtient 2 acétyl-CoA.

3)CYCLE DE KREBS

Il est appelé aussi le cycle de l’acide citrique est une voie métabolique situé dans les mitochondries. Les 2 molécules d’acétyl-CoA subissent les réactions du cycle de Krebs qui formera du dioxyde de carbone (CO2) et une molécule d’ATP par molécule d’acétyl-CoA.

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4) PHOSPHORYLATION OXYDATIVE

Cette étape a besoin de l’oxygène pour produire de l’ATP par chimiosmose. La chimiosmose est le passage d’ions H+ par un complexe protéique spécial. Cette dernière étape dépend de la chaîne respiratoire qui est une suite de molécules incrustée dans la membrane interne de la mitochondrie. Ces molécules sont réduites et oxydées pour amener les électrons à l’étape finale où l’eau est produite.

Schéma qui résume les 4 étapes :

Glycolyse Réaction de Cycle de Phosphorylation

Transition Krebs oxydative

ATP

ATP

ATP ATP

Fermentation Cycle de Krebs

Glucose Pyruvate groupe acétyl électron électron

(6C) (3C) (2C) Chaîne respiratoire

Mitochondrie

Cytoplasme CO2 H2O

CO2

Voir le film TFO : Le flux de l’énergie au niveau cellulaire (10min)

Facultatif : Les films TFO – La respiration cellulaire (6x 10min) pour ceux qui veulent connaître toutes les réactions chimiques en jeu.

16- La fermentation

La fermentation comprend la glycolyse qui est suivie par l’une des étapes suivantes : le pyruvate se décompose en lactate (acide lactique) ou en alcool selon l’organisme concerné. C’est un processus anaérobie.

Lors d’un exercice musculaire, la quantité d’oxygène nécessaire par les muscles est supérieure à celle fournie par ton corps. En situation de manque d’oxygène, les mitochondries s’arrêtent. La glycolyse continue dans le cytoplasme et forme des molécules

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de pyruvate. Les molécules de pyruvates ne peuvent pas entrer dans la mitochondrie, alors ils se décomposent pour former du lactate (appelé aussi acide lactique) selon le processus de fermentation. La fermentation produit 2 molécules d’ATP ce qui n’est pas beaucoup.

Pendant les activités musculaires intenses, il y a production d’acide lactique et une trop grande quantité de cet acide produit des crampes musculaires.

La fermentation alcoolique est la transformation du pyruvate en éthanol (un alcool). Les cellules de levures eucaryotes produisent de l’alcool notamment lors de la fabrication du vin ou de la bière.

Glycolyse Fermentation

ATP ATP

Acide lactique (3C)

Glucose Pyruvate

(6C) (3C) éthanol (2C)

Cytoplasme CO2

17- Les cellules souches

Voir le film TFO –Panorama : les cellules souches (13min)

Lire le Bio Magazine p.67 du livre Biologie 11

Va voir le projet de loi C-13 sur les cellules souches

http://www.parl.gc.ca/37/2/parlbus/chambus/house/bills/government/C-13/C-13_3/C-13_cover-F.html

Seul ou en équipe de 2 ou 3 personnes :

Choix 1 : Vous devez prendre position à propos de l'article 5. On pourra proposer d'adopter , d'amender ou d'éliminer en tout ou en partie l'article et de justifier votre ou vos positions.

Vous devez remettre une page écrite justifiant votre position.

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Choix 2 : Suite à la lecture du Bio Magazine p. 67, donne une liste d’arguments pour et contre concernant le cas mentionné dans la section Relance de l’article.

Vous devez remettre un minium de 5 arguments (pour et contre ensemble) et les expliquer brièvement, ce qui donnera une page écrite.

18- Projet 2

La photosynthèse

Ce que vous devez faire :

-Concevoir votre propre expérience sur la photosynthèse ou utiliser un protocole existant.

Types de questions :

- Les couleurs de la lumière et la photosynthèse (protocole p. 86 livre Biologie 11) Vous devez apporter une lampe de la maison

- Quel est l’effet de l’intensité lumineuse sur la photosynthèse (protocole p. 125 livre Les enjeux de la biologie) Vous devez apporter une lampe de la maison

- Identifier le gaz produit par une plante lors de la photosynthèse

- Séparer les pigments des feuilles d’une plante (inventer un protocole)

- Toute autre questions ayant rapport à la photosynthèse.

Exigences :

1) Vous devrez remettre une copie du protocole si vous prenez autre chose que les références ci-haut mentionnées.

2) Si vous créez votre propre protocole, vous devrez en remettre une copie.

3) Identifier clairement la question que vous tenterez de répondre.

4) Remettre un rapport contenant : votre question, une hypothèse, le matériel, les résultats sous forme de tableau, une analyse (qui est la réponse à votre question) et une conclusion.

5) Le rapport devra avoir un maximum de 6 pages.(minimum 3 pages).

*** Le matériel pour les expériences vous sera fourni. Il faut utiliser ce que l’on a à l’école. Je disposerai de plantes normales et de plantes aquatiques. Si vous avez besoin d’une lampe, vous devrez l’apporter de la maison.

Échéancier : 4 périodes

1 période   : trouver un protocole et décider de la question (demander au prof si on a le matériel)

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2 périodes  pour faire l’expérimentation et/ou commencer le rapport

1 période pour faire le rapport.

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