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La cellule et l'unité du vivant

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​Introduction :

La Terre est la seule planète connue à offrir toutes les conditions nécessaires à l'apparition de la vie.

Ces conditions sont la présence d'eau à l'état liquide et une atmosphère qui nous protège et nous procure une température clémente. Dans cette fiche, nous allons chercher à comprendre de quoi sont faits tous les êtres vivants qui peuplent la Terre.

Dans une première partie on s'intéressera à l'unité chimique du vivant et on la comparera avec la constitution des minéraux de notre Terre.
Dans une deuxième partie, nous verrons quelle est l'organisation des êtres vivants à l'échelle de la cellule.

L'unité chimique du vivant

Les matériaux

Qu’ils soient végétaux ou animaux, les êtres vivants sont un assemblage de cellules faites de plusieurs molécules reliées entre elles et composées d'atomes.

L'atome est la plus petite unité de matière. Dans la nature, il en existe 118 qui ont des propriétés chimiques et physiques différentes. Les scientifiques les regroupent et les classent dans le tableau périodique des éléments.

Tableau de classification périodique des éléments chimiques

Les atomes sont classés en fonction de leurs propriétés chimiques et de leur numéro atomique.

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À retenir

Dans le tableau de classification périodique des éléments, le numéro atomique représente le nombre de protons de l'atome.

L'atome, déjà très petit, est constitué d'éléments qui le sont encore plus.

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Définition

Atome :

Un atome est formé d'un noyau qui comprend des protons et des neutrons autour duquel gravitent des électrons.

L'atome

La matière est composée d'atomes, tout comme les êtres vivants ; retrouve-t-on les mêmes atomes, et dans les mêmes proportions, dans la matière et dans les êtres vivants ?

Ces tableaux montrent d'une part la composition d'un basalte qui représente la croûte terrestre et d'autre part la composition d'un être humain.

Composition chimique d’un basalte et d’un être humain

L'une des différences entre le basalte et le corps humain est la richesse en carbone (C) et en hydrogène (H).

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À retenir

On parle de matière organique pour désigner la matière vivante en opposition à la matière minérale.
La matière organique est caractérisée par la présence en grande quantité d'atomes de carbone mais également par la richesse en atomes d'hydrogène et d'oxygène. On dit que c'est une matière carbonée riche en eau.

L'eau représente 60 % de la masse totale d'un être humain. Chez certains êtres vivants, comme les méduses, elle peut atteindre 95 %. C'est donc la molécule la plus abondante du vivant.

Notre corps est également constitué de sels minéraux et de vitamines mais en plus petite quantité : on parle d'oligoéléments. Ces oligoéléments sont des atomes que l'on retrouve en intégralité dans les matières terrestres. Dans notre exemple, le corps humain contient des atomes comme le silicium (Si) ou le fer (Fe), soit les mêmes que ceux qui composent la croûte terrestre.

Les molécules

Les atomes de notre corps ne sont pas libres : ils sont reliés entre eux grâce à des liaisons chimiques pour former différentes molécules.

Les molécules organiques constituantes de la matière vivante sont regroupées en trois groupes : les glucides, les protides et les lipides.

  • Les glucides sont communément appelés les sucres.

Ils sont constitués d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils ont un rôle primordial chez les êtres vivants car ce sont eux qui fournissent l'énergie nécessaire à nos cellules pour fonctionner. On trouve des glucides simples comme le glucose ou le fructose (présent dans les fruits) et des sucres complexes qui sont des molécules plus grosses et permettent à notre corps de constituer des réserves. Chez les animaux cette réserve est appelée glycogène et chez les végétaux il s'agit de l'amidon.

  • Les lipides sont les matières grasses.

Comme les glucides, ce sont des molécules composées de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ce qui les distingue des glucides c'est l'ordre d'assemblage des atomes ainsi que la proportion de chacun. Les lipides sont essentiels à tout organisme vivant car ils sont les constituants des membranes plasmiques.

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Astuce

La membrane plasmique est la membrane qui entoure toutes les cellules des êtres vivants ainsi que des organites.

  • Les protides sont composés d'atomes de soufre en plus des atomes de carbone, hydrogène et oxygène. Les protéines, qui sont les matériaux de construction de notre corps, sont des protides.

La cellule, l'unité structurale du vivant

Cellules eucaryotes et procaryotes

Certains êtres vivants comme les bactéries sont des organismes unicellulaires, c'est-à-dire qu'ils ne sont constitués que d'une cellule. D'autres comme les humains sont des organismes pluricellulaires c'est à dire constitués de plusieurs cellules. Au sein des organismes pluricellulaires, des amas de cellules spécialisées forment des tissus particuliers comme la peau, ou le tissu cérébral par exemple.

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À retenir

Que ce soit chez un organisme unicellulaire ou pluricellulaire, chez les animaux ou chez les végétaux, la cellule représente une unité structurale et fonctionnelle commune à tous les êtres vivants.

On peut distinguer deux types de cellules en fonction de la présence ou de l'absence de noyau.

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Définition

Cellule procaryote :

La cellule procaryote est dépourvue de noyau comme les cellules de bactéries par exemple. Dans une cellule procaryote, les chromosomes sont libres dans le cytoplasme entouré d'une membrane plasmique et d'une paroi.

Cellule procaryote

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Définition

Cellule eucaryote :

La cellule eucaryote contient un noyau renfermant le matériel génétique. Les cellules animales et végétales sont eucaryotes. Les cellules eucaryotes ont également la spécificité de contenir des organites.

Cellule eucaryote

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Définition

Organites :

Les organites sont des structures intracellulaires situées dans le cytoplasme. Ils sont entourés par une membrane et remplissent une fonction propre à chacun.

Les métabolismes cellulaires

C'est dans la cellule qu'ont lieu toutes les réactions chimiques qui permettent le fonctionnement d'un organisme vivant. On appelle ces réactions les métabolismes.

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Définition

Métabolismes chimiques :

Les métabolismes chimiques correspondent à l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans les cellules de l'organisme.

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À retenir

Grâce à sa membrane plasmique perméable, la cellule réalise des échanges entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire.

Étude de cas : la respiration cellulaire

Le phénomène de respiration cellulaire est un exemple d'échange entre les milieux intracellulaire et extracellulaire. La respiration cellulaire a lieu dans un organite bien spécifique de la cellule : la mitochondrie. À partir de glucose trouvé dans le milieu extracellulaire, arrivé là par notre alimentation, et en présence d'oxygène, la cellule va fabriquer du dioxyde de carbone et de l'eau. De cette opération, appelée respiration cellulaire, va émerger de l'énergie sous forme de chaleur.

La respiration cellulaire La respiration cellulaire

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À retenir

Tous les métabolismes cellulaires sont influencés par les conditions environnementales : la température, la luminosité, la richesse en oxygène et en nutriments.

Par exemple, nos cellules ont besoin d'oxygène pour réaliser la respiration cellulaire. Si on nous met dans un milieu anaérobie (c’est-à-dire dépourvu d'oxygène) nos cellules meurent.

En plus du facteur environnemental, le facteur génétique entre en jeu. Une cellule peut être incapable de réaliser certains métabolismes suite à une mutation génétique.

Conclusion :

Notre corps est constitué de tissus cellulaires qui sont des amas de cellules spécialisées. En y regardant de plus près, on constate que les cellules sont un assemblage de diverses molécules elles-mêmes composées d'atomes liés par des liaisons chimiques.
Autrement dit, le vivant a le même composant de base que toute matière : l'atome. Ce qui diffère est la nature de ces atomes ; ceux qui caractérisent le monde vivant sont les atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ces trois éléments permettent de construire les molécules primordiales à la vie.

Tous les êtres vivants sont formés de cellules qui peuvent être eucaryotes ou procaryotes. C'est au sein de cette unité structurale du vivant que les nombreux métabolismes ont lieu. Ces métabolismes sont soumis au contrôle du génome de l'individu et aux conditions environnementales.