Bilan :La spécialisation des cellules et les niveaux d’organisation

Coupe transversale dans une silique d'Arabidopsis thaliana.Fœtus humain

Très tôt dans le développement de

l’organisme, les cellules deviennent différenciées

et acquièrent une spécialisation

Les organismes pluri-cellulaires

L’ensemble des fonctions est distribué

sur des organes spécialisés:

Ex. l’intestin sert à digérer/ nutrition;

l’appareil génital à la reproduction;

La fleur sert à la reproduction, la feuille à

capter l’énergie nécessaire à la

photosynthèse et à la nutrition…

Lignée germinale (reproduction) et lignée

somatique (autres fonctions)

Comment s’opère laspécialisation des cellules aucours du développement?Bilan et comparaison entrecellules végétales et animales

Cellule eucaryote animale, cellule eucaryote végétale ‘type’ (=indifférenciée)

Rôles des constituants :-Noyau : contient l’information génétique-Le cytoplasme est le milieu où baignent les organites et différentes structures impliquées dans la synthèse et le transport de protéines (ribosomes, appareil de Golgi, Reticulum). Il maintient la forme de la cellule (mouvements de liquide au travers de la membrane). Il contribue à la protection du noyau. Au sein du cytoplasme, les organites sont des éléments différenciés permettant à la cellule d'assurer ses fonctions (ex. mitochondrie, chloroplaste), notamment énergétiques.-Membrane : interface d’échange de molécules avec le milieu extérieur, protection de la cellule, communication intercellulaire

Cellule végétale

Correction des exercices de révision sur les cellules spécialisées et les niveaux

d’organisation

Cell. Epithéliale(Intestin)

Globule Rouge

Fonction principale dans l’organisme

Modification morphologique (=forme) de la Cell.

Organite

Perte de compartiment

Production de protéines

spécifiques

Perte de fonction

Maladie/Dys-fonctionnement

associé

BILAN

Cell. Epithéliale(Intestin)

Globule Rouge

Fonction principale dans l’organisme

Modification morphologique (=forme) de la Cell.

Organite

Perte de compartiment

Production de protéines

spécifiques

Perte de fonction

Maladie/Dys-fonctionnement

associé

Absorption nutriments

Transport dioxygène

microvillosités

mitochondrie

Canaux de transport membranaire + protéine actine permettant replis

Hémoglobine

Noyau

métabolisme

Atrophie des microvillosités Drépanoctyose

BILAN

BILAN Cell. Parenchyme

(feuille)

Cell. Tubercule Patate (Racine)

Fonction principale dans l’organisme

Organite

BILAN Cell. Parenchyme

(feuille)

Cell. Tubercule Patate (Racine)

Réserves sucre

(amidon)

Photosynthèse

MitochondrieAmyloplastes

abondants

MitochondrieChloroplastes

abondants

Fonction principale dans l’organisme

Organite

Neurone Cell. Epithéliale(Intestin)

Globule Rouge

Cell. Parenchyme

(feuille)

Cell. Tubercule Patate (Racine)

Cell. Du foie(Hépatocyte)

Fonction principale dans l’organisme

Modification morphologique (=forme) de la Cell.

Organite

Perte de compartiment

Production de protéines

spécifiques

Perte de fonction

Maladie/Dys-fonctionnement

associé

Transmission influx nerveux/

Communication

Absorption nutriments

Transport dioxygène Réserves sucre(glycogène)

Réserves sucre(amidon)

Photosynthèse

Dendrite/axone microvillosités

Forme concave de la cellule (favorise

circulation dans le sang)

mitochondrie mitochondrieMitochondrie

Granule de glycogèneMitochondrie

Chloroplastes abondantsMitochondrie

Amyloplastes abondants

Canaux de transport membranaire

Canaux de transport membranaire + protéine actine permettant replis

Hémoglobine

Noyau

Division cellulaire

métabolisme

Atrophie des microvillosités Drépanoctyose

BILAN

Partie 1 : la spécialisation des cellules chez les mammifères : le neurone (cellule du cerveau)

Neurone & réseau de neurones

Spécialisation par association de cellules:Au cours de la différenciation d'un neurone, sa capacité de fabrication dela myéline émerge avec la mise en place des cellules de la gaine deSchwann…mais ceci a un coût : perte de la capacité à se reproduire unefois différencié. Attention à toute confusion : il peut toutefois y avoirneurogenèse tout au long de la vie de l’individu

Neurone :Spécialisé dans la communication –circulation de l’influx nerveux.Adaptations :*modification de la forme de la cellule(dendrite, axone- assimilable à uncâble);*association avec les cellules de lagaine de myéline (cellules de Schwann)qui assurent l’isolation électrique del’axone,*perte de la capacité à se diviser pour

la plupart des neurones ;*mise en place de nombreuxtransporteurs ioniques sur lamembrane pour déclencher l’influxnerveux

A faire avec les élèves

Partie 1 : la spécialisation des cellules chez les mammifères : le neurone (cellule du cerveau)

Les réseaux de neurones permettent la communication entre les neuronesAinsi l’apprentissage dépend de l’efficacité de la transmission des messages d’un neurone à l’autre : efficacité de la propagation du signal nerveux (potentiel d’action), de la transmission des molécules au niveau des synapses.Si une connexion neuronale est fréquemment utilisée, elle se renforce = ApprentissageSi une connexion neuronale est peu utilisée, elle s’affaiblit = Oubli➔ Notion de plasticité cérébraleAinsi, réviser régulièrement, par petites sessions de 20-30 min est plus efficace que réviser une seule fois pendant 2h (saturation + oubli)

A faire avec les élèves

EXERCICE : spécialisation des cellules du foie (hépatocyte) chez l’homme

A partir de l’image en microscopie de cette cellule du foie, déterminez quelle est la spécialité de cette cellule dans l’organisme, et comment est-elle optimisée A quelle cellule du monde végétal pouvez vous comparer cette cellule animale?

Aide :Le glycogène est un

glucide complexe présent dans le foie et les muscles. C'est une grosse molécule qui

stocke de l'énergie en réserve.

Elle se constitue de plusieurs molécules de glucose (sucre) liées entre elles.

EXERCICE : spécialisation des cellules du foie (hépatocyte) chez l’homme

Spécialité: Réserves de glucides sous la forme de glycogène

Stockés dans les granules de glycogène

Rôle dans la régulation de la glycémie

Même rôle que les cellules de réserve des pomme de terre.Les Amyloplastes jouent le même rôle que les granules de glycogène

➔Même stratégie de spécialisation des cellules

A partir de l’image en microscopie de cette cellule du foie, déterminez quelle est la spécialité de cette cellule dans l’organisme, et comment est-elle optimisée

*A l’origine, chez l’homme, une seule cellule œuf…A terme, des

centaines de milliards de cellules différentes

*Comment passe-t-on d’une cellule œuf initiale indifférenciée à un

organisme composé de multiples cellules différenciées?

Le nombre de bactéries du corps humain est de 3,8.1013, et le nombre de cellules humaines est de 3,0.1013 (valeurs pour un homme de 70 kg et de 170 cm).

Partie 1 : la spécialisation des cellules chez les mammifères

➔ Séances sur l’ADN et l’expression du génôme

Le niveau d’organisation cellulaire et les organites

Cellule végétaleau microscope électronique (x7000)Taille de la cellule ~50 µm de long

Cellule animale(épithélium buccal)

au microscope électronique (x7000)

Doc 1

Le niveau d’organisation tissulaire

https://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/botanique-anatomie-vegetale-microscope-781/page/7/

Tissu animal (peau)Tissu conjonctif lâche avec réseau de fibres collagéniques

Microscope optiqueÉchelle : centaine de µm

Tissus végétaux,parenchymes foliaires et de réserve (racine)

Microscope optiqueChaque cellule fait 50 à 100 µm de long

Doc 2

Feuille d’arbreÉchelle : plusieurs centimètres

Foie de LapinÉchelle : plusieurs centimètres

Le niveau d’organisation de l’organe

Doc 3

Le niveau d’organisation cellulaire et les organites

Cellule végétaleau microscope électronique (x7000)Taille de la cellule ~50 µm de long

Cellule animale(épithélium buccal)

au microscope électronique (x7000)

CORRECTION

Organite (chloroplaste)

Noyaucytoplasme

vacuole

Organite (mitochondrie)

MembraneParoi

Noyau

Membrane

cytoplasme

Le niveau d’organisation tissulaire

https://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/botanique-anatomie-vegetale-microscope-781/page/7/

Tissu animal (peau)Tissu conjonctif lâche avec réseau de fibres collagéniques

Microscope optiqueÉchelle : centaine de µm

Tissus végétaux,parenchymes foliaires et de réserve (racine)

Microscope optiqueChaque cellule fait 50 à 100 µm de long

CORRECTION

Organite(chloroplaste)

CytoplasmeParoi=matrice extracellulaire

Fibres =matrice extra cellulairecellules

Feuille d’arbreÉchelle : plusieurs centimètres

Foie de LapinÉchelle : plusieurs centimètres

Le niveau d’organisation de l’organeCORRECTION

Tissu et cellules visibles À cette échelle on voit surtout le tissu mais on distingue mal les contours de chaque cellule qui le compose

• ………………..……………….. : : chaque cellule contient toute l'information génétique sous la forme de chromosomes,eux-mêmes constitués d'ADN. Les gènes sont des segments de l’ADN. Chaque gène code un caractère héréditairedéterminé (transmissible de génération en génération). Chez les procaryotes, le chromosome est dans lecytoplasme, chez les eucaryotes, les chromosomes sont enclos dans un noyau.

• ……………….. : Compartiment de la cellule, situé dans le cytoplasme, délimité par une ou plusieurs membranes.Elément cellulaire assurant une fonction déterminée. Ex. : vacuole, mitochondries, chloroplastes, amyloplastes,glycosomes…

• ……………….. : Unité structurale et fonctionnelle du vivant (autonome), composée d’un noyau, d’un cytoplasme,d’organites et délimitée par une membrane

• ……………….. : Ensemble de cellules spécialisées qui réalisent une même fonction biologique. Ex. : Peau,Parenchyme… Les cellules sont maintenues cohésives (‘soudées’) par une matrice extra-cellulaire (Ex. paroipectocellulosique, fibres de collagène).

• ……………….. : partie du corps qui participe à la réalisation d’un même ensemble de fonctions biologiques. Partieconstituée par un ou plusieurs tissus cellulaires. Ex. : fleur, feuille, tige, racine, foie, rein, intestin, sexe…

• ……………….. : Etre vivant (animal, végétal…), ayant une individualité propre et constitué par un ensembled’organes. Un organisme intègre plusieurs niveaux d’organisation, il est doté de systèmes de communicationentre ces parties (ex. les hormones, molécules messagers qui coordonnent les différentes parties entre elles; ex.les systèmes circulatoires -sève, sang). De nouvelles fonctions émergent à chaque niveau d’organisation :l’organisme est plus que la somme de ses parties.

Définitions des différents niveaux d’organisation composant un être vivant (Eucaryotes)

A partir des documents fournis et de vos observations, déterminez à quel niveau d’organisation correspond chaque définition proposée. Mots à placer : organe, cellule, organite, tissu, information génétique, organisme

• Information génétique : chaque cellule contient toute l'information génétique sous la forme de chromosomes,eux-mêmes constitués d'ADN. Les gènes sont des segments de l’ADN. Chaque gène code un caractère héréditairedéterminé (transmissible de génération en génération). Chez les procaryotes, le chromosome est dans lecytoplasme, chez les eucaryotes, les chromosomes sont enclos dans un noyau.

• Organite : Compartiment de la cellule, situé dans le cytoplasme, délimité par une ou plusieurs membranes.Elément cellulaire assurant une fonction déterminée. Ex. : vacuole, mitochondries, chloroplastes, amyloplastes,glycosomes…

• Cellule : Unité structurale et fonctionnelle du vivant (autonome), composée d’un noyau, d’un cytoplasme,d’organites et délimitée par une membrane

• Tissu : Ensemble de cellules spécialisées qui réalisent une même fonction biologique. Les cellules sontmaintenues cohésives (‘soudées’) par une matrice extra-cellulaire. Ex. : Peau, Parenchyme…

• Organe : partie du corps qui participe à la réalisation d’un même ensemble de fonctions biologiques. Partieconstituée par un ou plusieurs tissus cellulaires. Ex. : fleur, feuille, tige, racine, foie, rein, intestin, sexe…

• Organisme : Etre vivant (animal, végétal…), ayant une individualité propre et constitué par un ensembled’organes. Un organisme intègre plusieurs niveaux d’organisation, il est doté de systèmes de communicationentre ces parties (ex. les hormones, molécules messagers qui coordonnent les différentes parties entre elles; ex.les systèmes circulatoires -sève, sang). De nouvelles fonctions émergent à chaque niveau d’organisation :l’organisme est plus que la somme de ses parties.

Définitions des différents niveaux d’organisation composant un être vivant Correction

A APPRENDRE ET A CONNAÎTRE PARFAITEMENT!

Les niveaux d’organisation sont interdépendants

Le cancer correspond à une proliférationexacerbée de cellules qui finissent parmourir.

Un cancer ne ‘détraque’ pas seulement lescellules qu’il affecte mais l’ensemble del’organisme

Autrement dit, la mort des cellules peutentraîner la mort des niveauxd’organisation supérieurs

Les niveaux d’organisation sont doncconnectés et interdépendants, ils nepeuvent vivre l’un sans l’autre

Une bonne équipe de foot émerge du jeu collectif.Au mondial 2018, l’équipe d’Argentine avait le meilleur joueur du monde, Lionel Messi, mais n’a pas su survivre au-delà des quartsde finale, faute de faire émerger un bon jeu et de parvenir à faire circuler le ballon.L’équipe de France, elle, ne comptait pas de ballon d’or et souffrait d’un manque de joueur avec un ‘grand’ palmarès. Cependant,elle a su développer un esprit d’équipe et décrocher la victoire.Une bonne équipe de foot est donc plus que la somme des joueurs qui la composent, elle repose sur l’émergence d’un jeu collectifet de stratégies de jeu qui déstabilisent l’adversaire.

L’émergence d’un organisme

Un organisme nécessite plusieurs caractéristiques fonctionnelles “toutes mutuellement nécessaires et suffisantes pour rester vivant“ :-la capacité de mobiliser des flux de matière et d'énergie,

-la capacité de réagir à des stimulations, -la croissance

-la mise en place et au maintien d'une organisation spatiale et temporelle, -le mouvement,… qui permettent de survivre, -la capacité de se reproduire, de façon sexuée ou non

Toutes les parties d’un organisme doivent simultanément perdre la capacité de détruire l'autre. Ils doivent apprendre à survivre ensemble, à partager des avantages et des

inconvénients, à la manière d’une symbiose… Le vivant se construit toujours par emboîtements et juxtapositions de niveaux d'organisation préexistants, ET chaque

nouveau niveau émerge uniquement par la mise en place d'une association à avantages et inconvénients réciproques et partagés

-> rôle des hormones et systèmes de communication dans l’émergence de l’organisme-> à chaque niveau d’organisation émergent de nouvelles fonctions collectives

Dans une équipe de foot, il y a des fonctions différentes (attaquant, meneur,défenseur, gardien…) mais l’ensemble des postes joue ensemble pour définir uneéquipeDe la même façon que dans une équipe de foot l’individuel doit savoir se mettre enretrait pour faire émerger le collectif, qui permet de survivre.

L’émergence d’un organisme

Les différentes fonctions du vivant

Récolter de l’énergie

Nutrition, respiration, reproduction, protection, thermorégulation, locomotion, communication…

Mais comment les cellules & tissus qui composent les organes acquièrent-ils les différentes spécialisation permettant de réaliser une fonction spécifique?

L’ensemble des fonctions

est distribué sur des

organes spécialisés:

Ex. l’intestin sert à digérer/

nutrition; l’appareil génital à

la reproduction;

La fleur sert à la

reproduction, la feuille à

capter l’énergie nécessaire à

la photosynthèse et à la

nutrition…

Lignée germinale pour les

cellules reproductrices et

lignée somatique pour les

autres cellules