Chapitre 3 - Une structure complexe : la cellule

La matière est constituée d’atomes, de molécules, d’ions, qui peuvent s’organiser sous forme de cristaux. Chez les êtres vivants, il existe également une structure beaucoup plus complexe : la cellule.

 

Problématique : Comment est né le concept de cellule comme unité structurale du monde vivant ?

 

 I – La découverte de la cellule

A3 – Les observations microscopiques

Objectif : On cherche à comprendre comment est née la théorie cellulaire.

  • Analyser et interpréter des documents relatifs à la théorie cellulaire.

--> TimeLine sur la théorie cellulaire.

 

     Le microscope est un instrument d’optique permettant de grossir les objets grâce à un système de lentilles. Il a été inventé par Zacharias Janssen (lunetier hollandais) en 1595.

    La première observation de cellules est attribuée à Robert Hooke (chercheur anglais) en 1665, qui plaça une coupe de liège sous un microscope fabriqué par ses propres soins et y observa des "petites chambres" qu’il nomme "cellules", (cella en latin).

Rmq : il a en réalité observé les parois cellulaires des cellules mortes.

    Au XVIIe siècle, Antoni Van Leeuwenhoek (drapier Hollandais) conçut des lentilles très élaborées permettant d’atteindre des grossissements de 250 fois avec son microscope.

 En 1674, il observe et dessine de nombreux êtres vivants unicellulaires contenus dans de l’eau de pluie qu'il nomme des animalcules.

Rmq : En observant du sperme, il fut ainsi le premier à décrire des spermatozoïdes.

   Au XIXe siècle (200 ans après !) Matthias Jakob Schleiden en 1838 (botaniste allemand) et Theodor Schwann en 1839 (zoologiste allemand), démontrent que tous les êtres vivants sont constitués de cellules.

   Des travaux supplémentaires, tels que ceux de Louis Pasteur (chimiste français) en 1859, ont démontré que la vie n'apparaît pas spontanément mais qu’une cellule provient nécessairement d’une cellule préexistante. Cette unité cellulaire est héritée d’un ancêtre commun à tous les êtres vivants, qui était nécessairement constitué d’une cellule.

   La théorie cellulaire a ainsi pu émerger par une collaboration entre scientifiques. Elle postule que :

- tous les êtres vivants sont constitués d’une (ou plusieurs) cellule(s) ;

- la cellule est la plus petite unité structurale du vivant ;

- toute cellule provient d’une autre cellule.

La cellule est définie comme l’unité structurale et fonctionnelle du vivant, délimitée par une membrane plasmique.

 

II – La description de la cellule :

A4 – Explorer la cellule

Objectif : On cherche à préciser l’organisation cellulaire

  • Situer les ordres de grandeur : atome, molécule, cellule, organisme, organite.

 

 Le développement de microscopes de plus en plus performants a permis d’explorer en détail la cellule et son fonctionnement. Le microscope électronique, inventé dans les années 30, utilise des électrons qui traversent ou qui balaient la surface de l’objet à observer, puis reconstitue une image.

Sa résolution, de l’ordre du dixième de nanomètre, a révélé l’ultra-structure cellulaire : compartiments cytoplasmiques, organites et détails de la membrane plasmique.

 

III – La Membrane plasmique :

A5 – La membrane plasmique

Objectif : On cherche à définir l’organisation de la membrane plasmique

  • Schématiser la membrane plasmique à partir de molécules dont les parties hydrophile/lipophile sont identifiées.

 

La cellule est délimitée par une membrane plasmique d’environ 7 nm d’épaisseur. C’est la frontière entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire.

 La membrane est constituée :

  • d’une bicouche de lipides (phospholipides et cholestérol),
  • de protéines enchâssées dans la bicouche,
  • de quelques glucides.

Les constituants membranaires sont mobiles : la membrane plasmique est donc une mosaïque lipoprotéique fluide.

Les lipides sont amphiphiles : ils ont une tête hydrophile (donc lipophobe) et une queue lipophile (donc hydrophobe). Les protéines sont également amphiphiles. En milieu aqueux, comme dans le corps, les régions hydrophiles se placent au contact des molécules d’eau et les régions lipophiles se retrouvent au cœur de la membrane.