La cellule, l'ADN et l'unité du vivant
Seconde · SVT · La Terre, la vie et l'organisation du vivant
La Terre, la vie et l'organisation du vivant
La cellule, unité structurale du vivant
Une bactérie, un chêne, une baleine : rien à voir, en apparence. Pourtant, si tu regardes au microscope, tu retrouves partout la même brique de base : la cellule. C'est le premier grand argument en faveur d'une origine commune de tous les êtres vivants.
Deux grands types de cellules
Toutes les cellules ne sont pas organisées de la même façon. On distingue les cellules procaryotes (sans noyau) et les cellules eucaryotes (avec un noyau délimité par une enveloppe). Cette différence d'organisation est la grande ligne de partage du monde vivant.
| Cellule procaryote | Cellule eucaryote | |
|---|---|---|
| Noyau | Absent : l'ADN est libre dans le cytoplasme | Présent : l'ADN est enfermé dans un noyau |
| Taille habituelle | 1 à 10 micromètres | 10 à 100 micromètres |
| Organites | Pas d'organites délimités par une membrane (mais des ribosomes) | Mitochondries, chloroplastes (végétaux), réticulum, vacuoles… |
| Exemples | Bactéries (colibacille, lactobacille) | Animaux, végétaux, champignons, protistes |
| Points communs | Membrane plasmique, cytoplasme, ADN, ribosomes | Membrane plasmique, cytoplasme, ADN, ribosomes |
Chez les eucaryotes, la cellule végétale se distingue de la cellule animale par trois éléments : une paroi rigide de cellulose à l'extérieur de la membrane, des chloroplastes (siège de la photosynthèse) et une grande vacuole centrale. La cellule animale n'a ni paroi, ni chloroplaste, et sa forme est maintenue par une matrice extracellulaire.
La membrane plasmique : une frontière qui trie
La membrane plasmique n'est pas un simple sac. Elle est formée d'une double couche de phospholipides dans laquelle « flottent » des protéines : c'est le modèle de la mosaïque fluide. Les phospholipides ont une tête hydrophile (qui aime l'eau, tournée vers l'extérieur des deux côtés) et deux queues hydrophobes (qui fuient l'eau, tournées vers l'intérieur de la membrane).
La Terre, la vie et l'organisation du vivant
L'ADN, molécule universelle de l'information génétique
Toutes les cellules contiennent la même molécule support de l'information génétique : l'ADN (acide désoxyribonucléique). Bactérie, champignon, humain : la molécule est chimiquement identique partout. Seul le message écrit dessus change.
La complémentarité des bases
Les deux brins ne sont pas indépendants : face à face, les bases s'associent toujours de la même façon. A se lie toujours à T, et C se lie toujours à G. C'est la complémentarité des bases. Conséquence essentielle : si tu connais un brin, tu peux reconstituer l'autre sans hésiter.
Gène, allèle, génome
L'ADN d'une cellule n'est pas un message unique : il est découpé en portions qui ont chacune un rôle. Ces portions sont les gènes.
| Terme | Définition | Exemple |
|---|---|---|
| Gène | Portion d'ADN qui porte l'information d'un caractère | Le gène du groupe sanguin ABO |
| Allèle | Version différente d'un même gène (même place, séquence légèrement différente) | Les allèles A, B et O du gène ABO |
| Génome | Ensemble de l'information génétique d'une cellule ou d'un individu | Le génome humain, environ 3 milliards de paires de bases |
| Mutation | Modification de la séquence de l'ADN, à l'origine de nouveaux allèles | Substitution d'un A par un G dans un gène |
Les mutations surviennent soit spontanément (erreurs rares lors de la copie de l'ADN), soit sous l'effet d'agents mutagènes : rayons UV du Soleil, rayonnements ionisants, certaines substances chimiques comme celles de la fumée de tabac. Elles sont la source première de la diversité génétique : sans mutation, pas de nouveaux allèles, donc pas d'évolution possible.
L'universalité de l'ADN : la preuve par la transgenèse
Puisque l'ADN est la même molécule chez tous les êtres vivants et qu'il est « lu » de la même façon partout, un gène prélevé chez une espèce peut fonctionner dans une autre espèce. C'est la transgenèse : on transfère un gène d'un organisme à un autre, qui devient génétiquement modifié (OGM). Exemple célèbre : le gène de la méduse codant une protéine fluorescente verte, introduit dans une bactérie ou une souris, y produit bien la fluorescence.
Exercices corrigés
Quels sont les trois éléments présents dans TOUTE cellule vivante ?
- A.Un noyau, des chloroplastes et une paroi
- B.Une paroi, une vacuole et des mitochondries
- C.Une membrane plasmique, un cytoplasme et de l'ADNBonne réponse
- D.Un noyau, une membrane et des mitochondries
Réponse : C — Une membrane plasmique, un cytoplasme et de l'ADN
La membrane plasmique délimite la cellule, le cytoplasme est son milieu interne et l'ADN porte son information génétique : ces trois éléments se retrouvent dans toutes les cellules, procaryotes comme eucaryotes. Le noyau, lui, n'existe que chez les eucaryotes ; la paroi, les chloroplastes et la vacuole sont propres aux végétaux (et la paroi aussi aux bactéries et champignons) ; les mitochondries sont absentes chez les procaryotes.
Dans l'ADN, quelle base est complémentaire de la guanine (G) ?
- A.L'adénine (A)
- B.La thymine (T)
- C.La guanine (G)
- D.La cytosine (C)Bonne réponse
Réponse : D — La cytosine (C)
Les règles de complémentarité sont strictes : A se lie toujours à T, et C se lie toujours à G. La guanine s'apparie donc avec la cytosine. Un moyen mnémotechnique : les deux « lettres rondes » C et G vont ensemble, les deux autres A et T aussi. Répondre A ou T reviendrait à mélanger les deux paires.
Qu'appelle-t-on un allèle ?
- A.Une portion d'ADN qui code une protéine
- B.Une version particulière d'un gèneBonne réponse
- C.L'ensemble de l'ADN d'une cellule
- D.Une cellule qui a subi une mutation
Réponse : B — Une version particulière d'un gène
Un gène est une portion d'ADN portant l'information d'un caractère ; un allèle est l'une de ses versions possibles, avec une séquence de bases légèrement différente. Par exemple, le gène du groupe sanguin ABO existe sous les allèles A, B et O. L'ensemble de l'ADN d'une cellule s'appelle le génome, et une cellule mutée n'est pas un allèle mais une cellule qui porte un allèle modifié.
Un brin d'ADN a pour séquence A T G C A T. Quelle est la séquence du brin complémentaire ?
- A.A T G C A T
- B.T A C G T ABonne réponse
- C.T A G C T A
- D.A U G C A U
Réponse : B — T A C G T A
On applique la complémentarité base par base : A donne T, T donne A, G donne C, C donne G, A donne T, T donne A. On obtient T A C G T A. Attention au piège de la troisième proposition : le G n'a pas été remplacé par C. Quant à la quatrième, elle contient de l'uracile (U), une base qu'on trouve dans l'ARN et jamais dans l'ADN.
Sur une photographie de microscopie, l'échelle indique que 1 cm représente 10 micromètres. Une cellule mesure 4 cm sur la photo. Quelle est sa taille réelle et de quel type de cellule s'agit-il probablement ?
- A.4 micromètres, cellule eucaryote
- B.40 micromètres, cellule eucaryoteBonne réponse
- C.40 micromètres, cellule procaryote
- D.400 micromètres, cellule procaryote
Réponse : B — 40 micromètres, cellule eucaryote
Si 1 cm de la photo correspond à 10 micromètres, alors 4 cm correspondent à 4 × 10 = 40 micromètres. Une taille de 40 micromètres se situe dans la gamme des eucaryotes (10 à 100 micromètres) : les procaryotes, eux, ne dépassent guère 10 micromètres. Répondre 4 micromètres reviendrait à oublier de multiplier par l'échelle.
Pourquoi la réussite d'une transgenèse est-elle un argument fort en faveur de l'unité du vivant ?
- A.Parce qu'elle prouve que toutes les cellules ont un noyau
- B.Parce qu'elle montre que les espèces peuvent se reproduire entre elles
- C.Parce qu'un gène d'une espèce reste fonctionnel dans une autre espèce : l'ADN est universelBonne réponse
- D.Parce qu'elle crée une nouvelle molécule d'information génétique
Réponse : C — Parce qu'un gène d'une espèce reste fonctionnel dans une autre espèce : l'ADN est universel
Quand on introduit le gène de la protéine fluorescente de la méduse dans une bactérie et que celle-ci devient fluorescente, cela signifie que la bactérie a su LIRE un gène venu d'un animal. C'est possible seulement parce que l'ADN est chimiquement le même partout et que le code de lecture est universel. Cela ne dit rien sur le noyau (une bactérie n'en a pas) et n'a rien à voir avec la reproduction entre espèces : aucune nouvelle molécule d'information n'est créée, on transfère de l'ADN classique.
Un fragment d'ADN double brin comporte 1200 paires de bases, dont 30 % d'adénines (A) sur l'ensemble de la molécule. Combien la molécule contient-elle de guanines (G) ?
- A.360
- B.480Bonne réponse
- C.720
- D.240
Réponse : B — 480
Procédons par étapes. 1200 paires de bases correspondent à 2 × 1200 = 2400 bases au total. Si 30 % sont des A, il y a 0,30 × 2400 = 720 adénines, et donc autant de thymines, soit 720 T. Les A et les T occupent ensemble 720 + 720 = 1440 bases. Il reste 2400 − 1440 = 960 bases pour les C et les G, réparties à parts égales puisque C = G : il y a donc 960/2 = 480 guanines. Répondre 720 revient à confondre G et A ; répondre 360 vient d'un oubli du facteur 2 entre paires de bases et bases.
Qu'est-ce qui caractérise une cellule procaryote ?
- A.Elle ne possède pas de noyau : son ADN est libre dans le cytoplasmeBonne réponse
- B.Elle ne possède pas d'ADN
- C.Elle est toujours plus grande qu'une cellule eucaryote
- D.Elle ne possède pas de membrane plasmique
Réponse : A — Elle ne possède pas de noyau : son ADN est libre dans le cytoplasme
« Pro-caryote » vient du grec et signifie littéralement « avant le noyau ». Une cellule procaryote possède bien de l'ADN, mais celui-ci baigne directement dans le cytoplasme au lieu d'être enfermé dans un noyau. Elle possède aussi une membrane plasmique, comme toute cellule. Enfin, les procaryotes sont en général BEAUCOUP plus petits (1 à 10 micromètres) que les eucaryotes (10 à 100 micromètres).
Quelle est la forme de la molécule d'ADN ?
- A.Une double hélice formée de deux brins complémentairesBonne réponse
- B.Un brin unique replié en boule
- C.Une chaîne de vingt acides aminés
- D.Un anneau formé de quatre protéines
Réponse : A — Une double hélice formée de deux brins complémentaires
L'ADN est constitué de deux brins enroulés l'un autour de l'autre en double hélice, chaque brin étant une suite de nucléotides. Attention à ne pas confondre avec les protéines, qui sont bien des chaînes d'acides aminés (il en existe une vingtaine de sortes) : ce sont deux molécules très différentes, l'ADN portant l'information qui permet de fabriquer les protéines.
Un virus est-il une cellule ?
- A.Oui, c'est simplement une cellule procaryote très petite
- B.Oui, car il possède de l'ADN
- C.Non : il n'a ni membrane plasmique fonctionnelle, ni cytoplasme, ni métabolisme propreBonne réponse
- D.Non, car il ne contient aucune information génétique
Réponse : C — Non : il n'a ni membrane plasmique fonctionnelle, ni cytoplasme, ni métabolisme propre
Un virus possède bien du matériel génétique (ADN ou ARN) entouré d'une coque de protéines, mais il lui manque tout le reste : pas de cytoplasme, pas de ribosomes, pas de réactions chimiques propres. Il est incapable de se multiplier seul et doit obligatoirement parasiter une cellule vivante. Ce n'est donc ni une cellule, ni un procaryote.
Quelle structure est présente chez la cellule végétale mais absente chez la cellule animale ?
- A.La membrane plasmique
- B.Les ribosomes
- C.Le noyau
- D.La paroi de celluloseBonne réponse
Réponse : D — La paroi de cellulose
La cellule végétale possède, en plus de tous les éléments d'une cellule eucaryote, une paroi rigide de cellulose à l'extérieur de sa membrane, des chloroplastes et une grande vacuole. La membrane plasmique, les ribosomes et le noyau sont communs aux deux types de cellules — ce sont justement ces points communs qui montrent leur parenté.
Dans le modèle de la mosaïque fluide, comment sont organisés les phospholipides de la membrane ?
- A.En une double couche, têtes hydrophiles vers l'extérieur et queues hydrophobes vers l'intérieurBonne réponse
- B.En une couche unique, toutes les têtes tournées du même côté
- C.En une double couche, queues hydrophobes vers l'extérieur
- D.En amas sphériques répartis dans le cytoplasme
Réponse : A — En une double couche, têtes hydrophiles vers l'extérieur et queues hydrophobes vers l'intérieur
La membrane est une bicouche : les têtes hydrophiles, qui « aiment » l'eau, sont au contact des milieux aqueux (cytoplasme d'un côté, milieu extérieur de l'autre), tandis que les queues hydrophobes, qui fuient l'eau, se regroupent au cœur de la membrane. L'organisation inverse serait instable, puisque les queues se retrouveraient au contact de l'eau. Le terme « mosaïque » vient des protéines insérées dans cette bicouche, et « fluide » du fait que ces molécules peuvent se déplacer latéralement.
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