Chapitre 3 : Biologie cellulaire 1. Qu'est-ce que la cellule? La cellule est la plus petite unité structurale et fonctionnelle des organismes vivants. 2. Quels sont les composants caractéristiques d'une cellule, qu’elle soit procaryote ou eucaryote? La cellule est caractérisée par la présence de : membrane plasmique, ADN, ribosomes (particules formées de protéines permettant la traduction de l’ADN en ARNm) 3. Quelle est la différence entre les cellules procaryotes et eucaryotes? Les organismes procaryotes et eucaryotes ont pour differences la localisation et la forme du matériel génétique ainsi que la taille : Procaryotes: absence de noyau, ADN localisé dans le nucléoïde, sous forme d’un chromosome annulaire. Mesure (1 µm). Eucaryotes: L’ADN, sous forme d’un ou plusieurs chromosomes linéaires est enfermé dans un noyau délimité par une double membrane (enveloppe nucléaire). Mesure (10-100 µm). 4. Quelles autres caractéristiques retrouve-t-on exclusivement chez les eucaryotes ? Autres caractéristiques exclusives aux cellules eucaryotes : Un réseau interne de membranes permettant l’individualisation d’organites au sein du cytoplasme. Ceux-ci sont limités à une membrane et assurent des fonctions particulières. Un cytosquelette. 5. Les procaryotes sont-ils unicellulaires ou pluricellulaires ? Les organismes procaryotes sont toujours unicellulaires 6. Les eucaryotes sont-ils unicellulaires ou pluricellulaires ? Les eucaryotes peuvent être uni- ou pluricellulaires. 7. Comment se manifeste la différenciation cellulaire chez les organismes eucaryotes pluricellulaires? La différenciation cellulaire chez les eucaryotes pluricellulaires se traduit par la spécialisation de certaines cellules dans certaines fonctions. 8. Malgré une information génétique identique, que constate-t-on au niveau de l'expression des gènes? Malgré une information génétique identique, l'expression de gènes varie. 9. Quelle en est la conséquence ? Cela conduit à une diversité fonctionnelle. 10. Quels sont les éléments communs retrouvés dans les cellules eucaryotes animales et végétales? Les éléments communs retrouvés dans les cellules eucaryotes animales et végétales : 11. Par quoi se distingue la cellule végétale de la cellule animale? La cellule végétale est caractérisée par la présence : - D'une paroi pectocellulosique localisée à l'extérieur de la membrane plasmique, qui fabrique la cellulose que contient la paroi. (cellulose synthase) - De plastes (ex : chloroplaste, amyloplastes) - D'une grande vacuole centrale : organite délimitée par une simple membrane qui porte le nom de tonoplaste. - Membrane plasmique (plasmalemme) - Cytoplasme - Ribosomes - Cytosquelette - Noyau - Centre organisateur des microtubules (équivalent du centrosome dans les cellules animales) - Organites à une membrane (réticulum endoplasmique lisse et rugueux, appareil de Golgi, peroxisomes) - Organites à deux membranes (mitochondrie) Mais aussi l’absence : - De centrioles et de lysosomes. 12. Par quoi se caractérise le cytoplasme d’une cellule végétale ? Le cytoplasme se caractérise par la cyclose : c'est un mouvement de brassage. Elle est rendue visible par le déplacement des inclusions cytoplasmiques qu’elle entraîne. 13. Quel rôle joue le cytosquelette, notamment les filaments d'actine, dans la cyclose des cellules végétales? Le cytosquelette, en particulier les filaments d'actine, contribue à l'établissement du mouvement de cyclose dans le cytoplasme des cellules végétales. 14. Quelle est la fonction du réticulum endoplasmique lisse (RE lisse) chez les plantes? Le RE lisse intervient dans diverses synthèses, telles que celles des lipides, des flavonoïdes et des tannins. Il est abondant dans les cellules végétales riches en ces composés. 15. Quel est le rôle de l'adG (appareil de Golgi) chez les plantes? L'appareil de Golgi chez les plantes est impliqué dans la synthèse des polysaccharides non cellulosiques de la paroi cellulaire (ex. : pectines, hémicelluloses), des enzymes hydrolytiques de la vacuole et des molécules formant le mucilage. 16. Où sont stockés les éléments synthétisés par l’adG ? Les éléments synthétisés par l’adG sont stockés dans des vésicules. 17. Vers où migrent ces éléments ? Ils vont migrer le long des microtubules du cytoplasme. Ils fusionnent avec la membrane plasmique pour déverser leur contenu dans la paroi. 18. Quel est le terme utilisé pour décrire une cellule végétale dépourvue de sa paroi? Une cellule végétale dépourvue de sa paroi est appelée protoplaste, limité par la membrane plasmique. 19. Qu’est-ce que l’apoplasme dans le tissu végétal ? Apoplasme : ensemble des espaces se trouvant à l’extérieur des membranes plasmiques. Les lacunes, les méats et les espaces intermembranaires forment donc l'apoplaste. 20. Son rôle ? Il englobe les parois cellulaires, contient beaucoup d'eau et sert de passage pour de nombreuses molécules telles que sels minéraux, glucides, hormones, molécules de défense, etc. 21. Qu'est-ce que le symplasme dans le contexte cellulaire des plantes ? Symplasme : C'est un réseau de cytoplasmes interconnectés permettant la communication directe entre les cellules végétales. L’ensemble des protoplastes communiquent alors via les plasmodesmes. 22. Quelles sont les structures qui facilitent la communication entre les protoplastes dans le symplasme? Les plasmodesmes sont les structures qui facilitent la communication entre les protoplastes. 23. Quelle caractéristique marque le début de la lignée des photoautotrophes et les distingue des hétérotrophes? La présence de plastes marque le début de la lignée des photoautotrophes, distinguant ainsi cette lignée des animaux et des champignons qui n'en contiennent pas. 24. Quelles caractéristiques structurales retrouve-t-on chez les mitochondries et les plastes? Les mitochondries et les plastes sont des organites délimités par une double membrane, qui contiennent un ADN circulaire et des ribosomes ainsi que tous éléments nécessaires à la synthèse de protéines (ARN, enzymes…) 25. Quelle relation existe entre les plastes, les mitochondries et les cellules eucaryotes ? Les mitochondries et les plastes sont des endosymbiontes. 26. Pourquoi sont-ils qualifiés d’endosymbiontes ? Ils assurent une symbiose intracellulaire. 27. Quel est leur rôle ? Ils convertissent l'énergie absorbée en ATP utilisable par la cellule : Les mitochondries vont utiliser des glucides en présence d'oxygène pour générer de l’ATP : Molécule organique + O2 -> ATP Les chloroplastes vont utiliser le CO2 et l’H20 en présence de lumière pour générer de l'ATP : CO2 +H2O -> ATP 28. Quelle est leur origine ? Les mitochondries sont apparues il y a plusieurs milliards d'années. Elles sont issues du groupe des protéobactéries qui ont été phagocytées mais non digérées. Les chloroplastes ont quant à eux des caractéristiques communes avec les cyanobactéries. 29. Pourquoi dit-on qu’ils sont semi-autonomes ? semi-autonomes : On distingue des protéines codées par l'ADN de l'organite en lui-même et des protéines codées par de l'ADN nucléaire. 26. Comment ces organites se reproduisent-ils ? Ils se reproduisent par fission en fonction des signaux émis par la cellule lors des divisions cellulaires. 30. Qu’est-ce que les proplastes ? Les proplastes sont de petits plastes sphériques, incolores ou vert pâle, indifférenciés. Ce sont des cellules méristématiques. 31. Où se trouvent-ils ? Les proplastes se trouvent dans le cytoplasme. Au cours de la différenciation cellulaire, ils peuvent migrer vers des positions spécifiques où ils se transforment en chloroplastes, amyloplastes, chromoplastes ou d'autres types de plastides en fonction des fonctions spécifiques de la cellules 32. D'où proviennent tous les plastes différenciés, et qu'est-ce qui influence leur différenciation? Tous les plastes différenciés proviennent de proplastes qui sont localisés dans les cellules de l'embryon ou dans les cellules méristématiques. La différenciation des protoplastes en plastes dépend du tissu dans lequel ils se trouvent. 33. En quoi peuvent se différencier les plastes selon leur localisation ? - 34. Quels sont les différents types de plastes et leur fonction ? - Chloroplastes s'ils sont dans le parenchyme d’une feuille. Amyloplastes s'ils sont dans le parenchyme d’une racine. Chromoplastes s'ils sont dans un pétale Chloroplastes (photosynthèse) Amyloplastes (stockage d'amidon) Chromoplastes (stockage de pigments) Oléoplastes (stockage d'huile) Étioplastes (forme transitoire lors de la différenciation des chloroplastes) 35. Comment les plastes peuvent-ils interconvertir ? Les plastes sont capables d'interconversion en réponse à des signaux extérieurs. 36. Quels sont les principaux composants structurels des chloroplastes? Un chloroplaste est constitué de : - Double membrane - Stroma - 37. Décrire la double membrane Une molécule d'ADN circulaire, caractéristique des organites d'origine bactérienne. Ribosomes Thylakoïdes Chlorophylle - La membrane extérieure possède des caractéristiques de membrane eucaryote. - La membrane interne possède des caractéristiques de membrane procaryote. 38. Qu’est-ce que le stroma ? Un liquide présent à l'intérieur du chloroplaste. 39. Qu’est-ce que les ribosomes ? Les ribosomes sont des structures impliquées dans la synthèse des protéines. 40. Qu’est-ce que les thylakoïdes ? Les thylakoïdes sont un réseau de membranes formant des disques empilés appelés les granums. 41. Où se trouvent les molécules de chlorophylle dans les chloroplastes? Les molécules de chlorophylle se trouvent dans les membranes thylakoïdiennes. 42. Quelle est la fonction principale des thylakoïdes dans les chloroplastes? Les thylakoïdes sont impliqués dans la photosynthèse. Ils fournissent un espace où les molécules de chlorophylle captent la lumière et initient le processus de conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique. 43. De quelle forme sont les chloroplastes ? Combien y en a-t-il dans une cellule de chlorenchyme ? Les chloroplastes ont une forme circulaire, ils sont typiquement au nombre de 20 à 60 dans une cellule de chlorenchyme 44. Quelle est la particularité principale des chromoplastes par rapport aux chloroplastes? Les chromoplastes ne contiennent pas de chlorophylle. 45. Quelle est leur origine ? La différenciation en chromoplaste se réalise souvent à partir de chloroplastes, ou de proplastes. 46. Quels types de pigments contiennent les chromoplastes? Les xanthophylles (jaunes) et les carotènes (oranges). 47. Ou Sont contenus ces pigments Étant dépourvus de thylakoïdes, leurs pigments sont contenus dans des globules. 48. Quel est leur rôle? Les chromoplastes sont responsables de la coloration des organes végétaux. 49. Quelles sont les différences, d’un point de vue moléculaire, entre les caroténoïdes et les xanthophylles? Les xanthophylles contiennent de l'oxygène et les carotènes uniquement du carbone ou de l'hydrogène. 50. Qu'est-ce que les amyloplastes ? Plastes stockant l'amidon. 51. Leurs caractéristiques? Ce sont les plastes les moins différenciés. Ils ne possèdent pas de pigments ni de thylakoïdes. 52. Leur structure? L’amyloplaste est toujours limité par une double membrane entourant un stroma plus ou moins important. 53. Leur forme ? Polymorphes, de forme caractéristique de l'espèce. 54. Comment stockent-ils l’amidon ? Sous forme de grains organisés autour d’un point central, le hile. 55. Quelle est la structure du vacuole? La vacuole un organe délimité par une membrane appelée le tonoplaste. 56. Quelle est son origine ? La vacuole peut provenir directement du RE, mais la majeure partie du tonoplaste et des enzymes vacuolaires proviennent de l’appareil de Golgi 57. Que contient le tonoplaste ? Le tonoplaste contient e suc vacuolaire, qui contient des ions, des métabolites primaires, des métabolites secondaires et des cristaux. 58. En fonction de quoi le suc vacuolaire varie-t-il ? Le contenu du suc vacuolaire est différent selon la fonction des cellules dans laquelle la vacuole est située 59. Quelles sont les fonctions des vacuoles communes à toutes les cellules ? Les fonctions communes à toutes les vacuoles incluent l'élargissement cellulaire, la rigidité des tissus, et le recyclage intracellulaire. 60. Quel est le processus de l'élargissement cellulaire ? Lors d’une mitose les deux cellules filles sont de petites tailles par rapport à la cellules mère. Elles doivent donc augmenter de taille. Cette augmentation est permise grâce l’accumulation de solutés qui va provoquer une entrée d’eau dans la vacuole par osmose. Cette entrée d’eau va entraîner l'augmentation de la taille de la vacuole et donc de la taille de la cellule. 63. Comment les tissus restent-ils rigides ? La turgescence assure a la cellules, aux tissus et à la plante une entière rigidité. 61. Par quoi est provoquée la turgescence ? La turgescence est provoquée par la pression exercée par la vacuole sur les parois de la cellule 62. Qu’est-ce que le recyclage intracellulaire ? Certaines macromolécules sont digérées/dégradées dans les vacuoles et leurs composants sont recyclés. 63. Quelle fonction la vacuole assure-t-elle dans le parenchyme racinaire ? Dans le parenchyme racinaire, la vacuole va permettre l’immobilisation des substances toxiques absorbées du sol. Protection des plantes assurée. 64. Quelle fonction la vacuole assure-t-elle par rapport aux métabolites primaires et au métabolites secondaires ? La vacuole assure un stockage temporaire de métabolites primaires et définitif des métabolites secondaires (protège le reste du cytoplasme de leur toxicité). 65. Quelle fonction la vacuole assure-t-elle dans les graines ? Le stockage. Ces vacuoles particulières : grains d’aleurone, se remplissent d'une masse protéique homogène, se déshydratent et se réduisent à un grain solide. 66. Quels autres organes retrouve-t-on dans une cellule végétale ? - Les oléosomes Les glyoxysomes 67. Quelle est la structure des oléosomes ? Les oléosomes sont délimités par une membrane en monocouche phospholipidique (ou galacto lipidique) car leur contenu est hydrophobe. 68. Quelle est leur origine ? Les oléosomes sont formés de la manière suivante : Accumulation de triglycérides dans la membrane du REL et bourgeonnement de ces triglycérides accumulés. 69. Quel est leur rôle ? Organites spécialisés dans le stockage des lipides. Aussi appelés sphérosomes, corps huileux (oil bodies) 70. Quel est le rôle des glyoxysomes? Les glyoxysomes sont des organites qui permettent la digestion des sphérosomes (triglycérides) lors de la germination 71. Quels sont les deux types de parois cellulaires? Les deux types de parois cellulaires sont la paroi primaire et la paroi secondaire. 72. Quelle est la structure de la paroi primaire ? La paroi est une enveloppe polysaccharidique hétérogène et extérieure à la membrane plasmique 73. Quels sont les composants principaux de la paroi primaire? La paroi primaire est constituée de protéines de microfibrilles cellulase, de pectine, d'hémicellulose, et d'eau. 74. Que forment les pectines et les hémicelluloses ? Les pectines et les hémicelluloses forment la matrice Les microfibrilles de cellulose sont donc dans une matrice. Remarque : Le type d'hémicellulose, le type de pectine ou encore la densité de la paroi va varier d'une espèce à l’autre 75. Fonctions de la paroi primaire ? - Le soutien du squelette de la cellule La résistance à la pression vacuolaire La protection contre l'environnement biotique et abiotique Remarque : La structure de la paroi est en relation étroite avec la fonction des cellules 76. Localisation de la paroi primaire ? Dans les cellules qui se divisent et dans les cellules qui possèdent une activité métabolique. 77. Structure de la paroi secondaire ? La paroi secondaire est formée de 3 couches successives de cellulose et d'hémicellulose. Elle ne possède quasiment plus de pectine. En revanche, il y a des dépôts de lignine. On peut également retrouver des dépôts de silice, de carbonate de calcium et des tannins. Remarque : En fonction des espèces, il y aura une différence de densité des fibres de cellulose et une proportion différente des 3 monomères de lignines. 78. Localisation de la paroi secondaire ? Localisée à l’intérieur de la paroi primaire et à l'extérieur de la membrane plasmique 79. Comment sont synthétisées les polysaccharides de la paroi ? L'AdG va produire les hémicelluloses et les pectines dans des vésicules qui vont ensuite migrer le long des microtubules et fusionner avec la membrane plasmique. Cette fusion va provoquer le déversement du contenu de ces vésicules à l'extérieur de la membrane et donc dans la paroi. 80. Quelle influence la paroi a-t-elle ? La paroi influence : La division cellulaire La communication entre les cellules 81. Qu’est-ce que la lamelle moyenne? - - - Espace se trouvant à équidistance des parois de deux cellules filles adjacentes. C'est une assise qui se forme essentiellement au moment des divisions entre cellules. C’est une partie extrêmement riche en pectine qui assure l’adhésion entre les deux parois de cellules adjacentes. 82. Comment se forme-t-elle ? Prophase : organisation des microtubules autour du noyau sous forme de bande préprophasique Métaphase : alignement des chromosomes au niveau de la plaque équatoriale Télophase : après la répartition du matériel génétique aux deux pôles de la cellule mère il y a la mise en place d’un phragmoplaste le long duquel des vésicules remplies de pectine et d’hémicellulose venant de l’AdG vont migrer. On précisera que l'AdG a été répliqué et se trouve au quatre coins de la cellule mère. Ces vésicules migrent jusqu’au centre de la cellule et fusionnent au niveau de la plaque équatoriale pour former une plaque contenant des cellulose synthases délimitée par une membrane. Les cellulose synthases vont produire des microfibrilles de cellulose qui vont fusionner avec la membrane plasmique pour former la lamelle moyenne. 83. Qu’est-ce que le phragmoplaste ? Un ensemble de microtubules qui ont une forme de tonneau. Schémas à connaître :
