\part{LA TERRE, LA VIE ET \\ L'ORGANISATION DU VIVANT}

\setcounter{chapter}{0}
\chapter{L'organisme pluricellulaire,\\un ensemble de\\cellules 
\tdmnl spécialisées}
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\def\PM@chapter{L'organisme pluricellulaire}%
\makeatother

\section{Introduction}

Chaque être vivant est constitué d'une ou de plusieurs cellules. Selon le 
nombre de cellules, on distingue les êtres unicellulaires et les êtres 
pluricellulaires. Ils sont tous capables d'échanger matière et énergie avec 
leur environnement et de se multiplier. Chez les êtres pluricellulaires comme 
l'être humain, on observe l'existence d'organes différents comme les yeux, 
l'estomac etc.

\begin{problematique}
 Quelles sont les différences de structure et de fonctionnement entre les 
différentes cellules d'un être pluricellulaire ?

Quelle est l'origine de ces différences, sachant que toutes les cellules 
proviennent de la cellule-\oe{}uf ?
\end{problematique}

\section{Différents niveaux d'organisation du vivant}

Chez les organismes unicellulaires, toutes les fonctions sont assurées par une 
seule cellule. Chez les organismes pluricellulaires, il existe des organes et 
ces organes sont formés de cellules spécialisées. Les cellules spécialisées 
forment des tissus.

\begin{center}
 \textit{Voir illustration page suivante.}
\end{center}

\vfill
\text{}

\newpage

%% FIGURE 1.1
\begin{figure}
 \begin{center}
\includegraphics{01_crs_1_1}
 %  \image{5.5}{4.5}
 \end{center}
\figcaption{Niveaux d'organisation d'un être vivant pluricellulaire}
\end{figure}

%% FIGURE 1.2
\begin{figure}
 \begin{center}
\includegraphics{01_crs_1_2}
%  \image{10}{7.5}
 \end{center}
\figcaption{Ordre de grandeur des niveaux d'organisation d'un être 
pluricellulaire : exemple d'une plante}
\end{figure}

\section{Un organisme formé de cellules spécialisées}

\subsection{Les méthodes d'étude des cellules}

L'observation de cellules peut être réalisée grâce à un microscope optique (ou 
photonique), qui utilise la lumière naturelle, et grossit au maximum jusqu'à 
environ 1 000 fois l'objet observé. Cela permet d'apprécier la forme des 
cellules, leur taille, voire les éléments qu'elles contiennent. Le microscope 
électronique fonctionne sous vide par envoi d'un faisceau d'électrons sur 
l'objet à observer. Il offre un grossissement beaucoup plus élevé (plusieurs 
dizaines de milliers de fois) et donne une grande quantité de détails. Il 
permet de détailler les éléments contenus dans le cytoplasme.

\Par

La spécialisation des cellules se retrouve dans les caractéristiques 
structurales 
des cellules.

\subsection{Une organisation différente selon les cellules spécialisées}

\subsubsection{Des cellules eucaryotes}

Les cellules des organismes pluricellulaires sont dites \textit{eucaryotes} : 
le 
matériel génétique se trouve dans le noyau des cellules, séparé du cytoplasme 
par l'enveloppe nucléaire. La cellule contient des organites, c'est-à-dire des 
structures intracellulaires de forme bien définie, délimitées par une membrane 
intracellulaire, et remplissant une fonction bien définie. Le noyau est un 
exemple d'organite. On rencontre également des organites cytoplasmiques : par 
exemple, les mitochondries sont les organites dans lesquels se déroule la 
respiration cellulaire. Dans le monde vivant, les Eucaryotes (du Grec 
\textit{eu}, vrai, et  
\textit{karyon}, noyau) sont représentés par les animaux, les végétaux et les 
champignons.

%% FIGURE 1.3
\begin{figure}
 \begin{center}
  \includegraphics{01_crs_1_3}
 \end{center}
\figcaption{Un lymphocyte (cellule du sang) observé au microscope électronique 
$\to$ rôle de défense de l'organisme}
\end{figure}

\subsubsection{D'autres particularités observables}

La paroi est un contour épais et rigide encadrant les cellules des végétaux et 
des champignons. Elle est située en position périphérique par rapport à la 
membrane plasmique. Les chloroplastes sont des organites verts contenus dans le 
cytoplasme des cellules végétales chlorophylliennes. Chaque chloroplaste 
renferme de nombreuses molécules de chlorophylle. Les chloroplastes sont le 
siège de la photosynthèse.


%%% PAGE SUIVANTE
\vspace*{0.5cm}
\begin{center}
 \textit{Voir illustration page suivante.}
\end{center}

\newpage

La figure \ref{fig:cellule-epiderme} représente l'organisation type d'une 
cellule végétale.

%% FIGURE 1.4
\begin{figure}
 \begin{center}
  \includegraphics{01_crs_1_4}
 \end{center}
\figcaption{Une cellule d'épiderme d'oignon observée au microscope électronique 
$\to$ rôle de revêtement de l'organisme}
\label{fig:cellule-epiderme}
\end{figure}

\subsection{Des cellules organisées en tissus grâce à une matrice \\
extracellulaire}

\subsubsection{Qu'est-ce qu'une matrice extracellulaire ?}

Les cellules d'un même tissu sont en relation physique les unes avec les 
autres. On appelle matrice extracellulaire l'assemblage de molécules servant de 
« ciment » entre les cellules. Ces molécules sont produites par les cellules et 
excrétées à l'extérieur de celles-ci. Elles sont de nature variée mais on 
retrouve deux grandes catégories : les protéines et les glucides.

\subsubsection{La matrice extracellulaire végétale : la paroi végétale}

La paroi des cellules végétales est essentiellement constituée de 
glucides, le principal étant la cellulose. Il s'agit d'un polymère de glucose, 
c'est-à-dire un assemblage en chaînes de molécules de glucose liées les unes 
aux autres par des liaisons covalentes.


%% FIGURE 1.5
\begin{figure}
 \begin{center}
\includegraphics{01_crs_1_5}
 \end{center}
\figcaption{Organisation d'une paroi végétale}
\end{figure}

La paroi a un rôle mécanique qui évite aux cellules de trop se déformer et 
d'éclater. Elle permet également aux végétaux d'avoir un port dressé. Imprégnée 
de lignine, elle devient très rigide et le tissu devient du bois.



\subsubsection{La matrice extracellulaire animale : exemple de celle des 
fibroblastes}

Les fibroblastes sont des cellules du derme qui est une couche de l'épiderme. 
Ils 
produisent une matrice abondante. Celle-ci est essentiellement formée de 
protéines : collagène et élastine. Ces deux protéines sont très résistantes à 
l'étirement et donnent à la peau sa souplesse et son élasticité.

\begin{Remarque}
 dans certains cas, la matrice extracellulaire est liquide et les cellules ne 
sont pas jointives. C'est le cas des cellules du sang.
\end{Remarque}

\nathanliveWeb{Retrouvez l'organisation microscopique des organes humains avec}
\label{ch01-nl-1}

\begin{aretenir}
 Les organismes pluricellulaires sont formés de cellules eucaryotes. Ces 
cellules adhèrent les unes aux autres dans des tissus grâce à la matrice 
extracellulaire. Elles sont spécialisées, c'est-à-dire qu'elles ont une 
fonction précise dans l'organisme.
\end{aretenir}

\emph{Voir exercices 1, 2, 5 à 8.}

\section{Une information génétique portée par l'ADN}

Les cellules d'un même organisme ont une structure et un rôle différent, ce qui 
en fait des cellules spécialisées. Elles sont cependant toutes issues d'une 
même cellule, appelée cellule-\oe{}uf. Cette cellule s'est multipliée par 
divisions successives ou mitoses. La mitose produit des cellules identiques à la 
cellule de départ.

\begin{problematique}
 Par quels processus les cellules, au départ identiques, se spécialisent-elles ?
\end{problematique}

\subsection{Nature de l'information génétique}

Le matériel génétique est représenté par une ou plusieurs molécules d'ADN dans 
toutes les cellules.

\Par

Les expériences de transgénèse prouvent que la molécule d'ADN est le support de 
l'information génétique et que ce support est universel. On peut définir un 
gène comme un fragment d'ADN support d'une information spécifique gouvernant 
une caractéristique de l'organisme.

\newpage

\subsection{Structure de la molécule d'ADN en relation avec sa fonction}

\subsubsection{Une double hélice}

L'observation de la structure spatiale de molécules d'ADN de différentes 
espèces montre que chez tous les êtres vivants, chaque molécule d'ADN est 
constituée de deux brins (deux chaînes) enroulés en hélice. On parle donc de 
double hélice pour désigner la molécule d'ADN.

%% FIGURE 1.6
\begin{figure}
 \begin{center}
 \includegraphics{01_crs_1_6.eps}
\end{center}
\figcaption{Modèle d'un fragment d'ADN}
\end{figure}

\subsubsection{Des constituants élémentaires : les nucléotides}

Chez toutes les espèces, les nucléotides sont les constituants d'ADN. Il en 
existe quatre sortes : A (nucléotide à adénine), G (nucléotide à guanine), T 
(nucléotide à thymine) et C (nucléotide à cytosine). Quelle que soit l'espèce 
étudiée et quelle que soit la cellule étudiée, son ADN comporte toujours autant 
de nucléotides à adénine que de nucléotides à thymine et autant de nucléotides 
à cytosine que de nucléotides à guanine. Ces proportions vont s'expliquer par 
la manière dont les nucléotides s'agencent au sein de la molécule d'ADN.

%% FIGURE 1.7
\begin{figure}
 \begin{center}
  \includegraphics{01_crs_1_7.eps}
 \end{center}
\figcaption{Structure d'un nucléotide}
\end{figure}

\subsubsection{Un agencement en deux chaînes de nucléotides complémentaires}

Dans une molécule d'ADN, chaque brin est fait d'un enchaînement de nucléotides 
reliés les uns à la suite des autres par des liaisons covalentes. Les 
nucléotides des deux brins en vis-à vis sont reliés par des liaisons faibles 
(liaisons hydrogène) selon des associations « obligatoires » : A est en face de 
T tandis que C est en face de G. En raison de cet appariement des nucléotides, 
on dit que les deux brins de l'ADN sont complémentaires.

%% FIGURE 1.8
\begin{figure}
 \begin{center}
  \includegraphics[width=3cm]{01_crs_1_8.eps}
 \end{center}
\figcaption{Représentation simplifiée d'une petite portion de molécule d'ADN}
\end{figure}

\nathanliveWeb{Retrouvez l'histoire de la découverte de la structure de l'ADN 
avec}
\label{ch01-nl-2}

\subsubsection{L'information génétique : une séquence d'ADN}

Un brin d'ADN étant un enchaînement de nucléotides, l'ordre dans lequel se 
succèdent les nucléotides, c'est-à-dire la séquence des nucléotides, est 
porteur d'informations. Une même molécule d'ADN comporte un grand nombre de 
gènes. Dans chaque gène, l'information réside dans la séquence nucléotidique.

\Par

%% FIGURE 1.9
\begin{figure}
 \begin{center}
  \begin{tabularx}{11.6cm}{|L|X|}
\hline
Gène groupe sanguin & \scalebox{0.65}{\hspace{-1.2em}
ATGCTCCTGGCTGTTTTGTACTGCCTGCTGTGGAGTTTCCAGACCTCCGC}\\
\hline
Gène pigmentation peau & 
\scalebox{0.65}{\hspace{-1.2em}\,--\,--\,
--GC--GA--\;--TGT--GCG--ACGCTGGCCGGAAAACCAAAATGCCA--G--ACT}\\
\hline
\end{tabularx}
 \end{center}
 
\figcaption{Comparaison des séquences nucléotidiques de deux gènes humains 
différents : le gène du groupe sanguin ABO et le gène de la pigmentation de la 
peau (la comparaison concerne les 50 premiers nucléotides de d'un des brins 
d'ADN ; les tirets représentent les nucléotides identiques entre les deux 
gènes)}
\end{figure}

\Par

Lors des divisions cellulaires successives qui aboutissent à former un 
organisme pluricellulaire, l'ADN est reproduit à l'identique. Par conséquent, à 
de rares exceptions près, toutes les cellules d'un organisme donné ont la 
même 
séquence de leurs molécules d'ADN. 

\begin{problematique}
 Comment expliquer que les cellules spécialisées d'un même organisme aient une 
structure et un fonctionnement différents en ayant la même séquence d'ADN ?
\end{problematique}

\newpage
\subsection{Une expression différente de l'ADN selon les cellules}

\subsubsection{De la cellule-\oe{}uf aux cellules spécialisées}

La cellule-\oe{}uf, non spécialisée, est dite « totipotente » : elle peut 
produire tous les types cellulaires de l'organisme. Dans les tissus vivants, il 
existe aussi des cellules non spécialisées, les cellules souches. Elles 
permettent de former les cellules spécialisées du tissu. Les cellules 
spécialisées ne se multiplient pas.

\subsubsection{Des protéines différentes}

La comparaison de l'ADN et de l'expression de l'ADN des cellules spécialisées 
et non spécialisées d'un organisme montre que tous les gènes ne s'expriment pas 
dans les cellules et que les gènes exprimés ne sont pas les mêmes suivant les 
types cellulaires. L'expression d'un gène consiste en la production d'une 
protéine selon les informations contenues dans le gène. Deux gènes différents 
conduisent donc à la production de deux protéines différentes.

\Par

Le contenu en protéines d'une cellule, appelé le protéome de la cellule, peut 
être étudié par différentes techniques de biologie moléculaire. L'une d'elles 
est l'électrophorèse. Les bandes à des niveaux différents obtenues par cette 
technique montrent que le contenu en protéines de deux cellules spécialisées 
est différent.

\vspace*{0.5cm}

%% FIGURE 1.10
\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{01_crs_1_10}
%\image{10}{5}
\end{center}
\figcaption{Protéines produites par deux cellules spécialisées différentes 
(observation du résultat d'une électrophorèse)}
\end{figure}

\vspace*{0.5cm}

\begin{center}
 \textit{Voir fin du cours page suivante.}
\end{center}


\newpage

\emph{Voir exercices 3, 4, 9 à 12.}


\vspace*{0.5cm}

\begin{aretenir}
 Les cellules spécialisées des organismes pluricellulaires ont toutes la même 
information génétique, portée par les molécules d'ADN. L'information de l'ADN 
est sa séquence. Les cellules spécialisées n'expriment pas les mêmes gènes. 
\end{aretenir}






