S.V.T. Seconde Biologie - Cytologie

Cytologie (html) cours

CYTOLOGIE

I- Les différents constituants cellulaires

 

Constituants cellulaires et ultrastructure

Description et Composition chimique

fonction

NOYAU

Nucléoplasme : glucide, protide, lipide, ARN

 Chromatine : ADN, protéine

 Nucléole : ARN

 Membrane nucléaire : Lipo-protéine

- premier responsable de la survie de la cellule: organisateur cellulaire

- assure la transmission des caractères héréditaires de la cellule

RETICULUM ENDOPLASMIQUE

- Prolongement de la membrane nucléaire (simple membrane)

-Réseaux de cavités s’étendant dans tout le cytoplasme, riches en protéine et en d'autres éléments cellulaires

-2 types : réticulum endoplasmique granuleux ou REG sous forme de citerne présentant des ribosomes sur la face externe de leur membrane

réticulum endoplasmique lisse ou REL

Les ribosomes enchaînés forment un polysome

- vésicules de transport d’éléments

-REG : usine de fabrication de protéine (ribosome)

- lieu de stockage de protéines synthétisées (cavité de REG)

REL : Synthèse des lipides, absorption et transport des lipides, détoxification (alcool, drogue…), emmagasiner les ions calcium

 

-Limité par une simple membrane

-Entouré de vésicules

-Formé de plusieurs

dictyosomes ou saccules aplatis

-Recevoir les protéines et lipides des RE, les expédier après transformation et tri vers un certain nombre de destinations interne ou externes (exocytose) à la cellule dans des vésicules de sécrétion c’est un Appareil excréteur de la cellule

-Formation de lysosomes 

MITOCHONDRIE

Organite ressemblant à une fève possédant une double membrane : externe et interne Riche en ATP

Producteur d’énergie de la cellule pour la respiration : Centrale énergétique de la cellule; siège de synthèse d'ATP

-Membrane souple formée d’une bicouche phospholipidique : 

Protéine - lipide

 

- assure les échanges avec le milieu externe

- limite la cellule

 

CYTOPLASME

-milieu visqueux limité par la membrane cytoplasmique, formant le hyaloplasme avec de cytosquelette présentant de filaments et microfilaments maintenant la forme de la cellule (charpente)

-Riche en sels minéraux, ARN, protéines, Acides aminés, lipides, glucides.

 

- support de tous les organites cellulaires

- lieu du déroulement de différentes réactions chimiques

  CENTROSOME (Propre aux cellules végétales)

 microtubules

  Dirige la division cellulaire chez les cellules animales

PLASTE (Propre aux cellules aux cellules animales)

 

ATP, ADP, H2O, CO2, O2, Amidon

Siège de synthèse de beaucoup de substances de réserve chez les cellules végétales plus particulièrement siège de la photosynthèse

VACUOLE

- dilatation des cavités de réticulum endoplasmique formant de grandes poches d'eau

 Riche en eau

 Réservoir d'eau de la cellule

LYSOSOME

Petite vésicule entourée d'une membrane

 Sac membraneux (simple) contenant un mélange d’

enzymes

 -digestion intracellulaire des substances nutritives

-digestion des composantes endommagées de la cellule

Digestion des substances étrangères (bactéries)

-autolyse : autodigestion de la cellule

 

Comparaison : cellule animale-cellule végétale (à faire compléter par les élèves)

 

II- Les mouvements cellulaires

Le mouvement de la cellule marque sa vigueur. Il existe deux types de mouvement cellulaire :

-mouvement extracellulaire ou déplacement cellulaire

- mouvement intracellulaire

Mouvement extracellulaire ou déplacement cellulaire

Les cellules qui se déplacent présentent parfois des organes de locomotion. Suivant l’organe de locomotion, on distingue trois types :

Déplacement par cils vibratiles ou ciliaire:

Exemple

paramécie, bacille subtil dont le corps est recouvert de cils vibratiles mesurant 0,2mm de diamètre 7 à 10mm de long sur, se déplacent par battement de leur cils dans de liquide.


Déplacement par flagelle ou flagellaire 


Exemple

Euglène, bactérie intestinale Echerichia colis, trypanosoma, spermatozoïde,… se déplacent par battement de flagelle dans de liquide

Une cellule ne porte qu’un ou deux flagelles de 0,2mm de diamètre sur plus de 100mm de long.

 

Les flagelles se distinguent des cils par leur longueur qui atteigne parfois 200mm et par la nature ondulatoire de leur battement.

Déplacement par pseudopode ou amiboïde

Exemple

amibe,polynucléaire (globule blanc),…pour se déplacer, ces cellules envoient un prolongement cytoplasmique appelé pseudopode vers un point visé, ensuite elles tirent leur corps et se fixent sur ce point visé

 

2) Mouvement intracellulaire

a) Mouvement de cyclose

Le cyclose désigne le mouvement incessant du cytoplasme d’une cellule.il est généralement circulaire, d’où le nom de cyclose, et repérable grâce au déplacement des organites cellulaires. La vitesse du mouvement est généralement influencée par différents facteurs externes comme l’intensité de lumière, la température, le pH

- Cyclose des chloroplastes dans les feuilles d’élodée en fonction de l’intensité de la lumière - Déplacement des vacuoles digestives à l’intérieur du cytoplasme de la paramécie

- Gonflement et dégonflement alternatif des vacuoles pulsatiles assurant la respiration de la paramécie

b) Remaniement intracellulaire provoquant des variations et déformations au niveau de différents organites cellulaires

Des observations microscopiques montrent que les structures d’une cellule différenciée ne sont pas figées (sauf la paroi pecto-cellulosique) et que son organisation interne est constamment remaniée

- Déformation des mitochondries: le nombre de crêtes mitochondriales augmente en fonction de la teneur en oxygène du milieu. 

- Variation de volume vacuolaire due à l’échange d’eau à travers la membrane cytoplasmique provoquant ainsi un décollement (sauf au niveau de certains plasmodesmes) ou un accolement de la membrane cytoplasmique de la paroi pectocellulosique lors du phénomène de plasmolyse et turgescence

- Mouvement affectant les canalicules du réticulum endoplasmique

- Déplacement des centrioles qui se disposent diamétralement opposés l’un de l’autre lors de la division chez la cellule animale

c) Mouvement de cytose :transformation au niveau de la cellule lors d’une absorption ou expulsion de certaines substances à travers la membrane plasmique. On peut citer:

- Endocytose : absorption de substance par une cellule ou mécanisme de transport de molécules et de particules vers l’intérieur de la cellule. Une partie de la membrane entoure complètement une particule ou grosse moléculeet la fait pénétrer de l’extérieur vers l’intérieur en formant une vésicule. Selon le type de matériel absorbé, on distingue la phagocytose s’il s’agit de substance solide (exemple microbe) et de pinocytose s’il s’agit de substance liquide (exemple lipide)

- exocytose : expulsion de substance hors de la cellule ; libération de molécules contenues dans des vésicules de transport ou de sécrétion qui fusionnent avec la membrane cytoplasmique et sortent dans le milieu extracellulaire

Exemple

phagocytose

 

 

III- Echanges cellulaires

1) Osmose

a- Définition :

C’est le transport passif de l'eau à travers une membrane, une diffusion simple d’eau à travers une membrane.

b-  Principes d'osmose à travers une membrane semi-perméable: Expérience du Dutrochet

Un entonnoir muni d’un long tube et dont l’ouverture est enveloppée d’une membrane perméable, contenant une solution de glucose colorée , est renversé dans un cristallisoir rempli d’eau pure (voir dispositif expérimental)

 Comparons les deux phénomènes To et Tf , on constate que :

  • Le niveau du liquide dans le tube fin de l’entonnoir monte de no à nf.
  • La solution colorée de glucose se trouve diluée

Cela montre une entrée d’eau du cristallisoir dans l’entonnoir à travers la membrane semi-perméable.

Pour une expérience de courte durée, on constate que la membrane se laisse traversée seulement par de l’eau mais pas par le glucose : on dit que la membrane est semi-perméable .

Qui dit montée d’eau, dit force poussant le liquide vers le haut. Cette force est appelée force osmotique ou pression osmotique. Elle est liéeà la concentration du glucose ou soluté de part et d’autre de la membrane semi-perméable : 0g/l dans le cristallisoir et xg/l dans l’entonnoir.

Si deux solutions présentent des concentrations inégales de soluté,

  • la solution la plus concentrée est dite hypertonique (la solution dans l’entonnoir),
  • la solution la moins concentrée est dite hypotonique (la solution dans le cristallisoir).

L'eau tend toujours à diffuser à travers une membrane d'une solution hypotonique vers une solution hypertonique : 1er principe de l’osmose

Ce mouvement d'eau a lieu pour équilibrer les pressions osmotiques de part et d'autre de la membrane séparant le cristallisoir et l’entonnoir:

Les solutions du cristallisoir et de l’entonnoir exercent sur la membrane une pression proportionnelle à leur concentration dans chacun des compartiments. La pression est donc plus forte dans l’entonnoir. Pour diminuer celle-ci, et l'égaliser par rapport à la pression dans le cristallisoir, l'eau va diffuser vers l’entonnoir. La concentration dans l’entonnoir va diminuer ainsi que la pression osmotique.

Si deux solutions présentent des concentrations égales de soluté, elles sont ditesisotoniques, l'eau traverse la membrane à la même vitesse dans les deux sens  c’est-à dire qu’iln'y a pas de mouvement net d'eau au travers de celle-ci :2ème principe de l’osmose

La pression osmotique peut être définie comme la pression hydrostatique nécessaire pour retenir le flux net d'eau. Pour calculer la pression osmotique on utilise les formules :

P= a T i C

ou

P= 22,4 i C

 

 

a

0,082 coefficient de proportionnalité dépendant du solvant

T

température absolue en ° Kelvin

i

coefficient de dissociation dépendant du soluté

i=1 atmosphère/mole /° pour les molécules non ionisablesou non électrolytes

i=2 atmosphères/mole/° pour les molécules ionisables ou électrolytes

C

concentration molaire

P

en atmosphères

 c- Principe d'osmose au travers d’une membrane perméable à l'eau et aux molécules de faibles poids moléculaires

Les mouvements d'eau étant toujours plus rapide que les mouvements des solutés, l'eau va diffuser vers le compartiment hypertonique. Parallèlement mais plus lentement,lessolutés, pouvant passer librement la membrane, vont se déplacer vers le compartiment hypotonique et progressivementéquilibrer sa concentration de part et d'autre de la membrane.Ainsi, les molécules de glucose avec le colorant sortent de l’entonnoir à travers la membrane perméable et l’eau du cristallisoir est devenue également glucosée et colorée. A la fin de l’expérience, les concentrations en glucose de l’entonnoir et du cristallisoir s’égalisent : c’est l’isotonie entre ces deux milieux.

 

La substance de faible poids moléculaire se déplace toujours, à travers une membrane d'une solution hypertonique vers une solution hypotonique : 3ème principe de l’osmose

Application du phénomène d’osmose chez les cellules vivantes : équilibre hydrique

La membrane plasmique joue le rôle de membrane perméable dans ce cas.Une cellule peut être placée dans un milieu isotonique, hypotonique ou hypertonique.

Osmose chez les cellules végétales

- Dans un milieu extracellulaire isotonique au suc vacuolaire, la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la cellule est la même qu’à l’extérieur, pour une molécule d'eau qui entre dans la cellule, une autre en sort. Il n'y a pas de flux net d'eau, le volume d'une cellule végétale reste stable : l’observation au microscope montre unecellulenormale.

Un milieu isotonique est un milieu de même pression osmotique que le milieu intracellulaire, il n'y a donc pas de mouvement net d'eau au travers de la membrane plasmique.

- Dans un milieu extracellulaire hypotonique,la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la cellule est plus importante.(Un milieu hypotonique est un milieu dont la pression osmotique est plus faible que la pression intracellulaire parce que la concentration totale en solutés est plus faible dans le milieu extracellulaire par rapport au milieu intracellulaire) :le milieu intracellulaire est donc hypertonique.

Selon le 1er principe d'osmose, l'eau tendant à égaliser les pressions de part et d'autre de la membrane, une entrée importante d'eau dans les cellules va entraîner un gonflement de la vacuole qui provoque un accolement de la membrane cytoplasmique à la membrane pecto-cellulosique, le volume cellulaire est délimité par la membrane rigide pecto-cellulosique : la cellule est dite turgescente.

- Dans un milieu extracellulaire hypertonique, la concentration en soluté(s) est moins importante à l'intérieur de la cellule (Un milieu hypertonique est un milieu de pression osmotique plus forte que la pression intracellulaire parce que la concentration totale en solutés est plus élevée dans le milieu extracellulaire par rapport au milieu intracellulaire) : le milieu intracellulaire est hypotonique.

Selon le 1er principe d'osmose, l'eau tendant à égaliser les pressions de part et d'autre de la membrane, une sortie importante d'eau des cellules va provoquerun rétrécissement de la vacuole qui entraine un décollement de la membrane cytoplasmique de la membrane pecto-cellulosique : la cellule est diteplasmolysée.

Remarque :

la turgescence constitue l'état idéal pour la plupart des végétaux. La turgescence apporte aux plantes non ligneuses un soutien mécanique essentiel. Les cellules végétales doivent donc être hypertoniques par rapport au milieu extérieur pour être turgescentes. Pour diluer le milieu extracellulaire pensez à arroser vos plantes.

Osmose chez les cellules animales(même principes que chez les cellules végétales)

  • Dans un milieu isotonique, le volume d'une cellule animale (exemple globules rouges) reste stable. Il n'y a pas de flux net d'eau.
  •  Dans un milieu hypotonique, la concentration en soluté(s) est plus importante à l'intérieur de la cellule, une entrée importante d'eau dans les cellules va entraîner leur TURGESCENCE.

Dans le cas de l'eau de distillée comme milieu extracellulaire le phénomène de turgescence va être dépassé (car il n’y a pas de membrane rigide délimitant la cellule) et les cellules animales vont éclater.

Dans le cas des globules rouges, on parlera d'HEMOLYSE : L'hémoglobine se rependent dans le milieu extracellulaire, on observe uniquement des globules rouges fantômes (ghosts) d'apparence translucide puisqu'ils ont perdu leur contenu et ne sont plus composés que de leur membrane plasmique.

 Dans un milieu hypertonique, la concentration en soluté(s) est moins importante à l'intérieur de la cellule, l'eau tendant à égaliser les pressions de part et d'autre de la membrane, une sortie importante d'eau des cellules va entraîner leur PLASMOLYSE

Mesure de la concentration molaire des solutés et calcul de pression osmotique à l’intérieur d’une cellule ou d’un ensemble de cellules

- Pour calculer la pression osmotique on utilise la formule : P=i CMou P= 22,4 i CM

La température est une grandeur facilement mesurable; par contre, il est plusdifficile de mesurer la concentration molaire (CM) des solutés à l'intérieur d'une cellule ou d'un ensemble de cellules. On se souvient alors que, par osmose :

  • Si CMint. cel. > CMext. cel : entrée d'eau et la cellule gonfle; elle devient turgescente,
  • Si CMint. cel. < CMext. cel. : sortie d'eau et la cellule se flétrit; elle devient plamolysée,
  • Si CMint. cel. = CMext. cel. :aucun mouvement d'eau et la cellule conserve ses dimensions.

Il "suffit" donc de plonger un ensemble de cellules (dont on peut facilement mesurer les dimensions) dans des solutions de différentes concentrations et de repérer (ou évaluer par graphique) la solution dans laquelle le groupe de cellules ne subit aucune(ou peu) variation de dimensions : il y a alors EGALITE des concentrations intra- et extracellulaires. On connait ainsi la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la cellule et de là, la pression osmotique

Perméabilité membranaire aux différentes substances chimiques 

La perméabilité membranaire est l’état de la cellule de se laisser traversée ou non par une substance. Elle varie suivant la nature de substance , on distingue trois types :

  • Perméabilité selective : la membrane fait un choix aux substances qui peuvent la traverser.
  • Perméabilité orientée : La membrane laisse passer une substance, seulement dans un sens (entrée suele ou sortie seule)
  • Perméabilité différentielle : Les vitesses de passage des différentes substance sont différentes.

En fonction de la composition du milieu extérieur, la plasmolyse peut évoluer ou non.

- Si le milieu extérieur hypertonique est une solution de soluté(s) dont le Poids Moléculaire est élevé(exemples : protéine, amidon, lipide, glycogène…) et ne permet pas le passage au travers de la membrane plasmique, la cellule va rester en état de plasmolyse. Le soluté ne pourra en effet pas équilibrer sa propre concentration de part et d'autre de la membrane.

- Si le milieu extérieur hypertonique est une solution de soluté(s) dont le Poids Moléculaire est faible(exemples : acides aminés, glucose, glycérol…), celui-ci pourra rentrer dans la cellule et tenter d'équilibrer sa propre concentration de part et d'autre de la membrane. En fonction du degré d'hypertonie du milieu extérieur, ce mouvement de soluté(s) aura une conséquence importante sur le mouvement d'eau. A un moment donné, le milieu intracellulaire deviendra hypertonique par rapport au milieu extracellulaire et l'eau va rentrer dans la cellule au lieu d'en sortir. Nous observerons alors soit une turgescence ou un état d'équilibre de la cellule en fonction du degré d'hypertonie du milieu : c’est la déplasmolyse spontanée, ou encore un éclatement de cellule (pour cellule animale).

La déplasmolyse peut être provoqué en replaçant les cellules plasmolysées dans l’eau démineralisée ou milieu très dilué

Pour que la vie cellulaire se maintienne, des substances nombreuses et variées, doivent continuellement traverser la membrane plasmique par simple diffusion ou par transport actif :

- Les sucres, les acides aminés et les autres éléments nutritifs doivent pénétrer dans la cellule afin de satisfaire ses besoins en énergie et soutenir sa croissance

- Les déchets et autres produits de dégradation doivent en sortir, sous peine d'être toxiques pour la cellule. - - Des ions doivent être transportés dans les deux sens, afin de maintenir la composition ionique du milieu intracellulaire, qui est très différente du milieu environnant.

- Les gaz traversent la membrane plasmique du milieu de forte pression vers le milieu de faible pression.

- Exocytose et endocytose sont les passages des substances non dissoutes à travers la membrane cytoplasmique. (voir mouvement de cytose)

Remarque

Différence entre osmose et dialyse

- Osmose : pur passage d’eau d’une solution hypotonique vers une solution hypertonique séparées par unemembrane perméable laissant passer l’eau et certains solutés, jusqu’à équilibre d’osmolarité

- Dialyse : sorte de filtrage, on fait sortir d’une solution, des petites solutés à travers une membrane dialysant (ions, petites molécules organiques…)

La dialyse est une technique de purification d’une solution composée de différentes substances. Le principe consiste à séparer deux solutions par une membrane : On distingue différents types de membranes : membrane hemiperméable (laissant passer seulement le solvant) et membranes dialysantes (laissant passer à la fois le solvant et les solutés en dessous de certaine taille). Par effet de diffusion, les petites molécules traversent la membrane, tandis que les grosses molécules seront retenues

 

 

Propre aux cellules végétales

Last modified: Tuesday, 26 July 2016, 12:53 PM
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