★ À maîtriser
La membrane plasmique, commune à toutes les cellules vivantes, est une bicouche de phospholipides amphiphiles et semi-perméable.
La membrane délimite l’intérieur de la cellule et règle les échanges sélectifs et réciproques avec l’extérieur, ce qui permet le fonctionnement cellulaire et la production de ses composants.
Compléments
📌 Une cellule morte peut conserver une délimitation membranaire, mais ses échanges avec l’extérieur ont cessé.
★ À maîtriser
L’agitation des molécules dans le cytoplasme augmente leur probabilité de se rencontrer et d’interagir, mais ne suffit pas à modifier leur structure physico-chimique ni à créer de nouvelles molécules.
Dans les cellules, l’ATP et les molécules à pouvoir réducteur fournissent l’énergie nécessaire aux réactions.
Compléments
Le transfert d’électrons le long de la chaîne de transport d’électrons, lors de réactions d’oxydoréduction, expulse des protons et établit le gradient de protons.
Des molécules transportent des électrons et fournissent un pouvoir réducteur :
Un compartiment associé à la cellule est nécessaire à la production d’ATP par chimiosmose, grâce à un gradient électrochimique transmembranaire ; l’espace périplasmique en est un exemple chez les procaryotes.
Gradient de protons → ATP synthase → ATP
La transformation d’une molécule en une autre implique la rupture de liaisons chimiques existantes puis la création de nouvelles liaisons, ce qui requiert une énergie d’activation.
Plus l’énergie d’activation nécessaire est importante, plus la réaction est lente.
Les cellules utilisent des enzymes pour accélérer leurs nombreuses réactions biochimiques.
★ À maîtriser
📌 Chez les procaryotes, l’ADN peut être libre dans la cellule, tandis que chez les eucaryotes il est contenu dans le noyau.
Compléments
★ À maîtriser
📌 Les cellules eucaryotes possèdent des systèmes endomembranaires développés, notamment le noyau, le réticulum et l’appareil de Golgi, alors que les procaryotes n’ont pas de compartiments endomembranaires.
À l’intérieur des cellules, les structures filamenteuses et tubulaires du cytosquelette organisent l’espace cytoplasmique, construisent l’architecture cellulaire et permettent la division cellulaire.
Les cellules adhèrent à un environnement physique, appelé substratum, ou biologique, comme une autre cellule, pour se protéger, communiquer, coopérer ou se déplacer.
L’adhésion entre cellules peut conduire à des formes coloniales chez les organismes unicellulaires, à la pluricellularité et à des structures complexes comme les tissus.
Compléments
Chez les eucaryotes, les systèmes endomembranaires permettent plusieurs travaux métaboliques et l’accumulation de molécules sans perturbation réciproque au sein d’une même cellule.
Chez les procaryotes, certains éléments constituent des compartiments : la paroi, la membrane externe des bactéries Gram négatif, l’enveloppe, la capsule
Les compartiments des procaryotes peuvent contribuer aux gradients chimio-osmotiques, aux voies de sécrétion ou à la défense, notamment par le stockage d’antibiotiques.
La plupart des cellules vivent associées afin d’adhérer, de se protéger, de coopérer métaboliquement et de construire des structures tissulaires complexes.
Les cellules excrètent des polymères extracellulaires qui servent de colle pour établir une proximité avec un support physique ou biologique.
Des procaryotes unicellulaires peuvent s’associer pour former des biofilms.
Les cellules procaryotes sécrètent des substances extracellulaires, les EPS (Extrapolymeric Substances), composées de déchets cellulaires tels que des fragments de protéines et des polyoses.
★ À maîtriser
Le complexe de surface résulte des relations fonctionnelles entre les polymères extracellulaires, la membrane et les éléments filamenteux du cytosquelette.
Le vivant présente un métabolisme assurant l’auto-maintien, une composante génétique transmissible par réplication et une frontière entre le soi et le non-soi.
Compléments
Les cellules peuvent vivre seules, en association transitoire ou permanente, ou former des populations et des communautés aux propriétés nouvelles, comme les tissus et les biofilms.
Les interactions, plutôt que la séparation, caractérisent la cellule dans un environnement auquel elle est reliée de façon dynamique.
La membrane plasmique et le complexe de surface délimitent et spécialisent un espace contrôlable, tandis que le cytoplasme concentre les molécules et permet la catalyse des réactions.
Les interactions de surface déterminent le devenir de la cellule dans son environnement.
★ À maîtriser
Compléments
La reproduction cellulaire assure la fabrication de nouvelles cellules, car les savoir-faire métaboliques sont perdus lorsque la cellule meurt.
La reproduction cellulaire s’inscrit dans un cycle cellulaire, au cours duquel certaines phases peuvent permettre une différenciation en types cellulaires particuliers avant leur spécialisation.
Croissance, séparation du matériel génétique, puis scission en deux cellules.
★ À maîtriser
📌 La chimiotrophie utilise l’énergie provenant de l’oxydation de molécules chimiques réduites, tandis que la phototrophie utilise l’énergie des photons du spectre lumineux.
📌 L’autotrophie au carbone utilise une source de carbone minérale comme le CO₂, tandis que l’hétérotrophie utilise une source de carbone organique comme les sucres.
Compléments
La respiration cellulaire dans les mitochondries est un exemple de catabolisme, tandis que la photosynthèse dans les chloroplastes et la synthèse des protéines à partir d’acides aminés sont des exemples d’anabolisme.
Les procaryotes présentent les quatre grands types de métabolismes trophiques, tandis que les eucaryotes pratiquent essentiellement la chimio-hétérotrophie et la photo-autotrophie.
La chimiotrophie tire l’énergie de molécules chimiques, la phototrophie de photons.
★ À maîtriser
🔄 Le métabolisme énergétique chimio-hétérotrophe suit ces étapes :
La phototrophie repose sur des pigments photosynthétiques capables de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique, en absorbant des photons qui excitent des électrons.
L’énergie cellulaire peut être convertie en :
Compléments
La chaîne respiratoire est située dans la membrane plasmique chez les bactéries et dans les membranes des mitochondries chez les eucaryotes.
Chez les bactéries phototrophes, les complexes responsables de la photolyse et la chaîne de transport d’électrons sont localisés dans les replis membranaires appelés thylacoïdes.
Chez les eucaryotes, les savoir-faire de la phototrophie sont concentrés dans les chloroplastes.
Lors des conversions énergétiques cellulaires, une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur.
★ À maîtriser
Compléments
Les champignons sont incapables de phagotrophie et l’osmotrophie est leur mode de nutrition exclusif.
Chez les animaux, la digestion par des exoenzymes se déroule dans la lumière d’un tube ou d’une cavité, les cellules spécialisées des parois absorbent les produits digérés et les éléments non digérés sont éliminés.
La phagotrophie est utilisée par de nombreux protistes et beaucoup de cellules animales et représente probablement le mode ancestral de nutrition des eucaryotes.
L’osmotrophie est fréquente chez les bactéries et les parasites, et constitue le mode de nutrition exclusif des champignons.
Particules phagocytées, molécules dissoutes osmotrophiées
★ À maîtriser
📌 LUCA n’est pas le premier organisme vivant apparu sur Terre : « dernier » désigne l’ancêtre commun le plus proche de nous dans le temps, et d’autres formes de vie sans descendants ont pu l’accompagner.
Les êtres vivants actuels partagent :
La présence chez LUCA de gènes codant des enzymes membranaires, des ATP synthases et des protéines du système SRP indique qu’il possédait une membrane cellulaire et pouvait générer et exploiter un gradient chimiosmotique.
Compléments
📌 Les caractères communs aux êtres vivants actuels peuvent provenir d’un ancêtre commun qui les possédait déjà ou de convergences évolutives indépendantes, mais cette seconde explication est jugée très improbable vu la complexité des caractères considérés (Brochier-Armanet et Gribaldo, La Recherche).
Le génome de LUCA devait contenir entre 300 et 1000/1200 gènes, soit une taille comparable à celle de certains procaryotes actuels.
Moins d’une centaine de gènes présents chez LUCA sont retrouvés dans tous les génomes actuels.
Les gènes universels de LUCA indiquent qu’il possédait des systèmes complexes de traduction utilisant le code génétique universel et une machinerie de transcription proche de celle des organismes actuels.
📌 Le génome de LUCA a pu être à ADN, avec des protéines de réplication et de réparation ensuite perdues ou remplacées, ou à ARN, avec un recrutement indépendant de l’ADN chez ses descendants.
★ À maîtriser
Les organismes actuels se répartissent en trois domaines : les Bacteria, les Archaea et les Eucarya, tous issus de LUCA.
L’ordre de divergence des trois domaines a été débattu, mais plusieurs indices soutiennent une divergence des procaryotes antérieure à celle des eucaryotes.
Compléments
★ À maîtriser
La diversification initiale des bactéries et des archées s’est accompagnée de l’apparition de stratégies variées d’acquisition de l’énergie et du carbone.
La plupart des métabolismes procaryotes seraient apparus avant -2,5 Ga.
Compléments
Après leur diversification initiale, les procaryotes ont continué à évoluer alors que les grands métabolismes étaient déjà apparus et que la plupart des milieux étaient occupés.
Les procaryotes ont survécu à de grands changements environnementaux, notamment à l’oxydation de l’atmosphère, dont ils sont aussi responsables.
Les procaryotes sont à l’origine des eucaryotes modernes.
Diversification métabolique → occupation de nombreux milieux
★ À maîtriser
📌 Chez les eucaryotes, l’ADN se trouve dans un noyau séparé du reste de la cellule par la membrane nucléaire, et la transcription nucléaire est spatialement découplée de la traduction cytoplasmique.
Les cellules eucaryotes possèdent un système d’endomembranes et un cytosquelette développés, associés à une complexité cellulaire moyenne supérieure à celle des procaryotes.
Les groupes d’eucaryotes multicellulaires dérivent tous d’ancêtres unicellulaires, ce qui conduit à supposer que leur dernier ancêtre commun, LECA, était lui aussi unicellulaire.
LECA était probablement un eucaryote moderne proche des protistes flagellés actuels et possédait au moins 4 000 gènes, et plus probablement plus de 10 000 gènes.
Compléments
La plus grande diversité des eucaryotes se trouve dans les lignées unicellulaires, ou protistes, dont la plupart ne sont visibles qu’au microscope.
Les caractéristiques communes des grandes lignées eucaryotes peuvent être considérées comme anciennes et héritées de LECA.
Le système d’endomembranes de LECA comprenait :
LECA possédait un cytosquelette composé de microtubules de tubuline et de microfilaments d’actine, également impliqués dans la construction des cils et des flagelles associés à la motilité cellulaire.
LECA possédait des mitochondries, organites délimités par une membrane et contenant du matériel génétique.
La complexité eucaryote s’est mise en place à un stade évolutif précoce, avant la diversification des lignées actuelles.
Noyau eucaryote : transcription séparée de la traduction
★ À maîtriser
Les ancêtres des mitochondries et des chloroplastes étaient des bactéries endosymbiotiques.
Après l’acquisition des mitochondries, certaines cellules ont intégré des cyanobactéries, à l’origine des chloroplastes, et ont acquis la capacité de photosynthèse et un métabolisme autotrophe.
Les êtres vivants modernes sont des organismes cellulaires, unicellulaires ou pluricellulaires, et la cellule fait consensus comme entité vivante minimale, contrairement à ses constituants qui ne sont pas vivants.
Compléments
Une hypothèse propose que les eucaryotes actuels descendent d’un ancêtre archéen ayant acquis une protéobactérie devenue la mitochondrie.
L’endosymbiose a joué un rôle central dans l’évolution des eucaryotes et a largement contribué à leur biodiversité.
Les cellules des bactéries, des archées et des eucaryotes partagent des caractéristiques et des propriétés structurales et fonctionnelles.
Bactéries endosymbiotiques → mitochondries et chloroplastes
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1. Quelle structure caractérise la membrane plasmique des cellules vivantes ?
2. Une cellule maintient une composition intérieure différente de celle de son milieu malgré les échanges moléculaires. Quelle propriété membranaire rend cela possible ?
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De quoi est constituée la membrane plasmique des cellules vivantes ?
D’une bicouche de phospholipides amphiphiles et semi-perméable.
Que règle la membrane plasmique entre l’intérieur cellulaire et l’extérieur ?
Des échanges sélectifs et réciproques.
Qu’est-ce que la perméabilité sélective d’une membrane ?
La propriété de laisser traverser certaines substances plus facilement que d’autres.
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