I- L’organisation du corps- la cellule

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Introduction

Le corps est constitué d’organes et les organes de tissus spécifiques, eux-mêmes composé de cellules spécifiques. Ces dernières sont en soi des unités complexes, contenant les éléments qui déterminent l’hérédité, capable de se reproduire et produisant les protéines nécessaires à assurer le maintien du corps en vie.

Les cellules se différencient selon les fonctions particulières qu’elles remplissent dans le corps, par la production de certaines substances chimiques ou leurs réactions à celles-ci.

Les organes sont des structures dont chacune possède sa forme et sa fonction spécifique comme le cœur, les poumons, le foie, le rein, l’estomac ou le cerveau.

Chaque organe fait partie d’un système, tels le système digestif, le système nerveux… Chacun joue un rôle spécifique : les reins, maintiennent l’équilibre entre le sel et l’eau, et élimine les produits toxiques du métabolisme, les poumons servent à aspirer de l’oxygène et à rejeter le dioxyde de carbone…

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fig-1 :de l’atome au corps humain

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1.Les systèmes du corps

Le corps est un organisme constitué de différents systèmes imbriqués les uns dans les autres.

Tous à l’exception des systèmes reproducteurs, sont identiques chez l’homme et la femme :

Le système nerveux, comprenant l’encéphale, la moelle épinière, les nerfs et les organes sensitifs.

Le système endocrinien, composé de toutes les glandes qui sécrètent les hormones.

Le squelette formé par les os, les cartilages et les articulations.

Les muscles avec leurs tendons correspondants.

Le système tégumentaire : La peau, les cheveux, les ongles, les glandes sudoripares et sébacées.

Le système digestif comprenant la bouche, l’œsophage, l’estomac, l’intestin, et les organes qui aident à la digestion : les glandes salivaires, le foie, la vésicule biliaire, le pancréas.

Le système urinaire, que constituent les reins et les organes qui éliminent l’urine : les uretères, la vessie et l’urètre.

Le système cardiovasculaire constitué du cœur, du sang et des vaisseaux sanguins artériels et veineux.

Le système lymphatique formé par la lymphe, les ganglions et vaisseaux lymphatiques.

Le système respiratoire constitué des poumons, avec leurs voies d’accès et d’évacuations (trachée, bronches, bronchioles, alvéoles).

Le système reproducteur comprenant les organes qui engendrent les cellules reproductrices de l’homme et de la femme.

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Fig.2 : les systèmes du corps humain

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2. les tissus du corps

Un tissu est constitué à la fois par un groupe de cellules et par les substances dans lesquelles elles baignent, les deux remplissant ensemble une fonction spécifique comme le mouvement ou la digestion ou la reproduction.

Il en existe quatre types :

1. EPITHELIAL : Le tissu épithélial recouvre les voies d’accès vers l’intérieur du corps, les vaisseaux sanguins et les organes creux. Il repose sur une membrane qui le relie au tissu conjonctif.

2. CONJONCTIF : Le tissu conjonctif est composé de cellules éparses dans une base organique. Il constitue les tissus graisseux, les cartilages et les os. Reliant les organes les uns aux autres, il les protège et les soutient.

3. MUSCULAIRE : Le muscles permet de bouger, de maintenir la posture et dégage de la chaleur.

Il existe 3 types de muscles :

- Les muscles striés - Les muscles lisses - Le muscle cardiaque

4. NERVEUX : Les tissus nerveux forment l’encéphale, les nerfs et les organes sensitifs, ainsi que les nerfs moteurs.

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3.La structure de la cellule

Les cellules sont les éléments de base dans le corps humain, celui-ci se compose de 100 millions de millions de cellules.

Une étude détaillée de la cellule nécessite l’emploi d’un microscope électronique, qui fait apparaître des structures ne dépassant pas 0.002 µm.

Chaque cellule est une véritable petite usine à l’intérieur de laquelle chaque élément, appelé organite, assure une fonction.

Les cellules n’ont pas toutes la même forme : beaucoup d’entre elles ont une forme liée à leur fonction ( Ex : Les globules rouge de la circulation sanguine ont une forme de disque, les cellules musculaire sont cylindriques, les cellules nerveuses sont ramifiées.) Cependant, les organites qu’elles contiennent, sont les mêmes pour toutes et le même organite remplit la même fonction quelque-soit la cellule.

La cellule est composée de 4 parties :

1.L’enveloppe externe de la cellule appelée MEMBRANE PLASMIQUE : tout élément ou espace situé à l’intérieur de la cellule est dit intra-cellulaire, tout élément situé hors de la cellule est dit extra-cellulaire.

2.Le CYTOPLASME, liquide dans lequel baignent les organites.

3.Les ORGANITES CELLULAIRES

4.Le NOYAU.

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3.1 La membrane cellulaire

3.1.1 Structure

Au microscope électronique elle apparait sous la forme de deux lignes : elle est constituée de deux épaisseurs de substances adipeuses, des phospholipides, et de protéines entre les deux. Les phospholipides ont un pôle hydrophile (qui aime l’eau) et un pôle hydrophobe (qui repousse l’eau).A l’intérieur de la membrane les pôles hydrophobes se font face, les pôles hydrophiles sont tournés vers l’extérieur.

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3.1.2 Fonction

Elle a pour fonction : - La protection du milieu intracellulaire contre le milieu extracellulaire.- Le transport de substances du milieu intracellulaire contre le milieu

extracellulaire et vice-versa.- La reconnaissance de certains produits actifs qui pour exercer leur fonction au

niveau de le la cellule doivent être reconnus par la membrane (les hormones par exemple)

- La cohésion et la reconnaissance entre les cellules.

3.2 Le noyau : « l’ordinateur »

Presque toutes les cellules contiennent un noyau sphérique qui se trouve en général au centre. Il est indispensable à la vie, c’est lui qui contient la majeure partie de l’information héréditaire, celle-ci est supportée par un fin réseau de filaments, la CHROMATINE, qui donne naissance en se condensant aux CHROMOSOMES. C’est le noyau qui dirige la synthèse de toutes les protéines de l’organisme. Il est enveloppé par une membrane perforée de trous, les pores, permettant le passage de matériaux.

Le noyau comprend : - Le NUCLEOPLASMES, ou suc nucléaire, liquide gélatineux dans lequel

baignent les éléments contenus dans le noyau.- La CHROMATINE, constituée d’une substance appelée acide

désoxyribonucléique ou ADN, où est stocké notre patrimoine héréditaire.- Le NUCLEOLE, sphérique, site où sont rassemblés des organites, appelés

RIBOSOMES.- Les RIBOSOMES, petites unité, dont la fonction est de synthétiser les

molécules de protéines à partir des acides aminés, sur les ordres du noyau (activité génétique de la cellule), les protéines sont ensuite évacuées dans le cytoplasme de la cellule par les nucléoles qui les accompagnent jusqu’aux pores de la membrane nucléaire.

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3.3 Le réticulum endoplasmique :« le garde manger »

Il forme un réseau tubulaire à travers tout le cytoplasme, il en existe deux types : - LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE GRANULAIRE porte à sa surface les

ribosomes. Sa fonction est de stocker les protéines.- LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE, dont la fonction est de

synthétiser les lipides et lipoprotéines, et de mettre en réserve le calcium.

3.4 L’appareil de Golgi :« le transporteur »

En forme de saccules aplatis et situé près du noyau, sa fonction est de récupérer les protéines synthétisées par les ribosomes, de les trier, de les distribuer.Les protéines à sécréter sont contenues à l’intérieur de grains de sécrétions, les VACUOLES, fabriqués à partir de l’appareil de Golgi, et ces grains sont dirigés vers la périphérie de la cellule et déversés dans l’espace extracellulaire.

3.5 Les mitochondries : « le générateur »

En forme de haricots, elles sont nombreuses dans une cellule. Leur fonction est de fournir l’énergie à la cellule, sous forme d’une molécule : l’ATP (adénosine triphosphate).

3.6 Les lysosomes :« l’incinérateur »

Ce sont des vésicules qui contiennent des enzymes, molécules protéiques capables de détruire par réaction chimique de nombreuses substances (qui ont envahi la cellule) ou des organites endommagés.

3.7 Le squelette de la cellule

Nécessaire au maintien mais aussi aux changements de forme et aux mouvements de la cellule, il est constitué de :

- Micro filaments protéiques : l’actine- Filaments intermédiaires souples- Filaments musculaires épais : la myosine

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3.8 Les centrioles : « un aimant »

Formés de 27 microtubules réunis en 9 groupes de 3, au nombre de 2 dans chaque cellule et disposés perpendiculairement l’un par rapport à l’autre, leur fonction est de diriger le sens de la division cellulaire.

4 . L’activité génétique de la cellule

Le rôle de la cellule, et en particulier celui du noyau, dans la fabrication de l’organisme, est capital.

Va-t-il s’agir d’un être humain ou d’un animal ?Aura-t-il les cheveux bruns ou blonds ?

Questions dont la réponse et déterminée par les protéines de l’organisme, dont la synthèse est codée dans la structure de la molécule d’ADN située dans le noyau.

Selon les cellules, certaines régions de l’ADN sont lues, d’autres pas. Ces régions, qui telles de petites bandes magnétiques se laissent décoder, sont appelées des gènes. A chaque gène correspond une protéine qui lui est propre et chaque protéine est propre à chaque organisme. La protéine, correspondant à chaque gène, est une suite d’éléments mis bout à bout : les acides aminés (fig.1)

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L’ADN est un matériel héréditaire et est le résultat de la transmission d’un patrimoine parental. Une seule erreur dans la traduction de l’ADN provoque une anomalie de la synthèse d’une protéine donc l’apparition d’une anomalie génétique voire d’une maladie génétique.

La couleur des yeux est un exemple classique de l’héritage simple :le gène des yeux bleus est récessif, celui des bruns dominant. Une personne aux yeux bleus en aura donc hérité le gène de ses deux parents. Une personne aux yeux marrons peut être porteur du gène des yeux bleus et le transmettre à la génération suivante : il peut réapparaître alors que les deux parents ont les yeux marrons, mais chacun porteur d’un gène des yeux bleus.

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Le sexe d’un enfant est déterminé par les chromosomes hérités de ses parents lors de création des spermatozoïdes, la division se produit de telle sorte que la moitié des spermatozoïdes du père seront porteurs du chromosome X et l’autre moitié du chromosome Y. Par contre, un seul ovocyte est produit à la fois par la mère, si le spermatozoïde X rencontre l’ovocyte X, l’enfant sera une fille (XX), si le spermatozoïde Y rencontre l’ovocyte X , ce sera un garçon (XY).

5- Division cellulaire ou mitose

Chaque jour, des cellules meurent et sont remplacées à l’identique, donc la cellule est capable de se reproduire, et de transmettre l’intégralité de son matériel générique.La division cellulaire permet qu’une cellule puisse en fabriquer d’autre, c’est la MITOSE.

5.1 La réplication de l’ADN

A partir d’une cellule possédant sa molécule d’ADN dans son noyau, on obtient deux autres cellules contenant chacune une molécule d’ADN identique à la première, c’est la REPLICATION de l’ADN.

Au cours de la réplication, les deux chaînes de l’ADN de la cellule-mère se séparent, servant chacune de modèle à la synthèse de 2 nouvelles chaînes. Il en résulte la formation de deux molécules identiques de l’ADN.

Chaque cellule formée reçoit le même potentiel d’instructions génétiques ADN que la cellule-mère.

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LA REPLICATION DE L’ADN

5.2 La mitose

Au cours de la mitose, s’effectuent la réplication de l’ADN et la fabrication conséquente de deux cellules filles.

Les chromosomes, dans le noyau cellulaire, sont des molécules d’ADN condensés à l’extrême : au microscope électronique, ils sont formés de 4 branches ( les chromatides) reliés entre eux par le centromère.

A l’exception des cellules reproductrices mâles (spermatozoïdes) et femelles (ovocytes), les cellules Humaines contiennent chacune 23 paires de chromosomes, soit 46 chromosomes.

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LE CHROMOSOME

Au microscope électronique la MITOSE se réalise en 5 étapes :

1. LA PROPHASE : Les centrioles se répliquent, les deux paires de centrioles migrent à un pôle de la cellule, être les deux paires se forme un fuseau de microtubules, qui vont être utilisés comme des rails par les chromosomes lorsqu’ils se déplaceront. Pendant ce temps la membrane du noyau se désagrège.

2. LA METAPHASE : L’ensemble des chromosomes se place à égale distance des centrioles, perpendiculairement au fuseau de microtubules.

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3. L’ANAPHASE : Les deux chromatides de chaque chromosome se séparent et se déplacent vers des pôles opposés de la cellule.

4. LA TELOPHASE : Autour de chaque lot chromosomique, le fuseau de microtubules s’estompe, et une membrane nucléaire se forme, et de chaque côté de la cellule un repli s’étend vers l’intérieurs : une cloison est un trais qui sépare les deux cellules-fines.

5. L’INTERPHASE : Pendant laquelle se produit la réplication de l’ADN.

Certains médicaments utilisés contre le cancer sont des anti-mitotiques, ils empêchent la division cellulaire.

5.4 la MEIOSE :le mélange des gènes La MÉÏOSE est le processus de création des cellules sexuelles qui peuvent ensuite constituer un nouvel être humain. Elle est différente d’autres formes de division cellulaire (MITOSE) en ce que les cellules sexuelles ( spermatozoïdes ou ovules) ou gamètes contiennent seulement la moitié du nombre normal de chromosomes.

Les chromosomes se regroupent selon un schéma particulier de 23 paires, formées chacune par un chromosome hérité du père et l ‘autre de la mère. La réplication de l’ADN s’effectue : chaque chromosome s’épaissit , se divise pour former deux chromatides réunis par un centromère.

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Des échanges de gène s’opèrent de manière aléatoire entre les chromosomes paternels et maternels : ce sont des mutations dont certaines sont impossibles et l’œuf ne se développera jamais et d’autres peuvent créer de nouveaux traits.

6. Autres fonctions de la cellule

6.1 Fonction de nutrition

La cellule se nourrit, elle est vivante et ne reste en vie qu’en puisant dans le milieu extracellulaire les nutriments indispensable au maintien de son activité et de sa croissance.

Elle rejette dans le milieu extracellulaire les déchets : la cellule échange avec le milieu dans lequel elle baigne à travers la membrane plasmique.

Seuls les éléments liposolubles peuvent la traverser facilement (cf structure de la membrane plasmatique), elle est infranchissable par les éléments non liposolubles.

6.1.1 Echanges trans-membranaires :

Il existe deux modes de transports trans-membranaires :

- Un transporte passif, qui ne requiert aucune énergie : les solutés se déplacent du milieu de plus forte concentration vers le milieu de moins forte concentration (et l’eau en sens inverse) c’est le phénomène d’OSMOSE, à travers la couche de lipides pour les solutés liposolubles, par les pores dans les protéines de la membrane pour les autres c’est le phénomène de DIFFUSION .

Ex : En cas d’inflammation, les substances sont libérées dans le liquide interstitiel, entre les cellules, et elles attirent l’eau, responsable de la formation d’œdèmes

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- Un transport actif , qui nécessite de l’énergie et l’intervention active des protéines membranaires, les transporteurs lorsque les solutés circulent à l’encontre du gradient de concentration.

Ex : La pompe ionique sodium-potassium, permettant au sodium et au potassium de rester dans des concentrations différentes entre le milieu intracellulaire et extracellulaire, allant à l’encontre des lois de diffusion (les concentrations s’équilibreraient et seraient identiques de part et d’autre de la membrane).

6.1.2 Autre type d’échange : endocytose et exocytose

Ces transports nécessitent aussi l’énergie.

- L’ENDOCYTOSE se produit par invagination de la membrane : La cellule capture les particules solides, c’est la PHAGOCYTOSE, pour former des vacuoles, (ex : phagocytes, cellules spécialisées dans la défense de l’organisme) ou capture des petites quantités de liquide extracellulaire, c’est la PINOCYTOSE.

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- L’EXOCYTOSE , c’est le phénomène inverse, qui permet aux substances intracellulaires d’être expulsées dans le milieu extracellulaire.

6.2 Fonction de respiration ou réaction chimique d’oxydo-réduction

Dans la mitochondrie, pour produire de l’énergie, la cellule utilise le glucose dont la dégradation en présence d’oxygène produit du gaz carbonique , de l’eau, et de la chaleur utilisée d’une part pour maintenir la température corporelle et d’autre part pour les réactions cellulaires consommatrices d’énergie.

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