Un organite est un compartiment de la cellule, le plus souvent entouré d'une membrane, qui assure une fonction précise. Le noyau garde l'ADN, les mitochondries tirent l'énergie du glucose par la respiration, les chloroplastes fabriquent du glucose grâce à la lumière. Pour retrouver le rôle d'un organite, demande-toi ce qu'il transforme : une cellule de muscle, grosse consommatrice d'énergie, est riche en mitochondries ; une cellule de feuille, en chloroplastes.
Une cellule, des compartiments
Toute cellule, de la bactérie à tes neurones, possède une membrane plasmique : une double couche de lipides garnie de protéines, qui contrôle ce qui entre et ce qui sort. À l'intérieur, on trouve toujours le cytoplasme, un milieu gélatineux, de l'ADN, porteur de l'information génétique, et des ribosomes, de minuscules grains qui fabriquent les protéines.
Il existe ensuite deux grands types de cellules. Les cellules procaryotes, comme les bactéries, n'ont pas de noyau : leur ADN est directement dans le cytoplasme, et elles n'ont aucun organite entouré d'une membrane. Les cellules eucaryotes, comme celles des animaux, des plantes et des champignons, ont un noyau et des organites.
Tout cela est minuscule. D'après le manuel libre OpenStax, une cellule eucaryote mesure en général de 10 à 100 µm de diamètre, une bactérie de 0,1 à 5 µm ; un micromètre (µm) vaut un millième de millimètre. Un bon microscope optique distingue au mieux des détails d'environ 0,2 µm : assez pour voir le noyau, pas l'intérieur d'une mitochondrie. Les schémas détaillés de ton manuel viennent du microscope électronique, bien plus précis.
Analyser ces images et donner l'ordre de grandeur d'une cellule fait partie du programme de SVT de seconde.
Le noyau et la fabrication des protéines
Le noyau est en général l'organite le plus visible. Il abrite l'ADN, organisé en gènes, derrière une enveloppe de deux membranes percée de pores. L'ADN y reste, mais les protéines se fabriquent dehors, sur les ribosomes.
Un gène est donc d'abord copié en ARN messager : c'est la transcription. Cette copie sort par les pores, et les ribosomes la lisent pour assembler la protéine : c'est la traduction. Ces deux étapes sont étudiées en Première, dans le programme de spécialité SVT.
Une protéine destinée à sortir de la cellule suit ensuite un circuit précis.
Étape 1 : des ribosomes fixés sur le réticulum endoplasmique, un réseau de sacs aplatis dit « rugueux » quand il en est couvert, fabriquent la protéine. Elle entre dans ce réseau et y est modifiée.
Étape 2 : elle quitte le réticulum dans une vésicule, une petite bulle de membrane, vers l'appareil de Golgi : un empilement de sacs aplatis qui la termine, la trie et l'emballe.
Étape 3 : une nouvelle vésicule fusionne avec la membrane plasmique et libère la protéine hors de la cellule.
Mitochondries et chloroplastes : l'énergie
Fabriquer une protéine ou contracter un muscle coûte de l'énergie. Elle vient surtout des mitochondries, de petits organites souvent allongés, entourés de deux membranes ; celle de l'intérieur forme des replis, les crêtes.
La respiration cellulaire dégrade le glucose en présence de dioxygène et rejette du dioxyde de carbone et de l'eau. L'essentiel de ses étapes a lieu dans les mitochondries. Une partie de l'énergie libérée est stockée dans une petite molécule, l'ATP, que la cellule dépense là où elle en a besoin.
Les chloroplastes font l'inverse. On les trouve dans les cellules chlorophylliennes, celles des parties vertes des plantes et des algues. Leur chlorophylle, un pigment vert, capte la lumière, et cette énergie leur sert à fabriquer du glucose à partir de dioxyde de carbone et d'eau, en rejetant du dioxygène : c'est la photosynthèse.
Formule : les deux bilans, l'un à l'envers de l'autre.
Respiration : $$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2 \longrightarrow 6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}$$
Photosynthèse : $$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{lumière}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$$
Une cellule chlorophyllienne fabrique donc sa matière organique à partir de matière minérale, comme l'eau et le dioxyde de carbone : elle est autotrophe. Les tiennes tirent la leur de ton alimentation : elles sont hétérotrophes.
Piège classique : une cellule de feuille n'a pas des chloroplastes « à la place » des mitochondries. Elle a les deux, et elle respire de jour comme de nuit. Une cellule végétale sans chloroplastes respire elle aussi, grâce à ses mitochondries.
Cellule animale, cellule végétale
Les deux partagent l'essentiel : membrane plasmique, cytoplasme, noyau, ribosomes, réticulum, appareil de Golgi, mitochondries. Trois éléments les distinguent.
| Élément | Cellule animale | Cellule végétale chlorophyllienne |
|---|---|---|
| Paroi de cellulose | non | oui |
| Grande vacuole | non | oui, souvent la plus grande partie du volume |
| Chloroplastes | non | oui |
La paroi est une enveloppe rigide, faite surtout de cellulose, qui donne sa forme à la cellule et la protège. Les cellules animales n'en ont pas : elles sont liées par une matrice extracellulaire, un ensemble de molécules qui les fait adhérer entre elles.
La vacuole est une poche remplie d'eau et de substances dissoutes. Quand le sol s'assèche, l'eau quitte les vacuoles et la plante fane.
Piège classique : ne confonds pas paroi et membrane plasmique. Toutes les cellules ont une membrane ; la cellule végétale a en plus une paroi, à l'extérieur de celle-ci. Et une paroi ne prouve pas qu'une cellule est végétale : la plupart des bactéries en ont une.
À chaque cellule ses organites
Toutes les cellules de ton corps viennent d'une seule cellule, la cellule-œuf, et ont reçu au départ la même information génétique. Mais chaque cellule spécialisée n'utilise qu'une partie de ses gènes et s'équipe des organites de son métier.
Tu l'as vu avec le muscle et ses mitochondries. Les cellules du pancréas qui fabriquent les enzymes digestives, des protéines qui découpent les grosses molécules des aliments, sont de même très riches en ribosomes. Le globule rouge va plus loin : en mûrissant, il expulse son noyau, et donc son ADN, ainsi que la plupart de ses organites, mitochondries comprises. Il ne consomme donc pas le dioxygène qu'il transporte et le livre en entier aux tissus.
Exercices corrigés
Du plus direct au plus proche d'un contrôle. Cherche chacun sur ta feuille avant d'ouvrir la correction.
Exercice 1 : Trois cellules observées au microscope électronique viennent d'une bactérie, d'une feuille et d'un muscle. A : paroi, membrane plasmique, ribosomes, ADN dans le cytoplasme, pas de noyau. B : membrane plasmique, noyau, très nombreuses mitochondries, pas de paroi. C : paroi, membrane plasmique, noyau, mitochondries, chloroplastes, grande vacuole. Attribue chaque cellule à son origine en justifiant.
Correction :
A n'a pas de noyau : c'est une cellule procaryote, donc la bactérie. Sa paroi ne doit pas te faire penser à une plante.
C a des chloroplastes, une paroi et une grande vacuole : c'est la cellule de feuille.
B a un noyau mais ni paroi ni chloroplastes : c'est une cellule animale, celle du muscle, ce que confirment ses très nombreuses mitochondries.
Exercice 2 : Sur une photographie prise au microscope électronique et agrandie 20 000 fois, une mitochondrie mesure 3 cm de long (données fictives). Quelle est sa longueur réelle en micromètres ? Compare-la au diamètre d'un globule rouge, environ 8 µm.
Correction :
On divise la taille sur l'image par 20 000, après avoir converti : $3\ \text{cm} = 30\,000\ \mu\text{m}$.
La longueur réelle vaut $\dfrac{30\,000}{20\,000} = 1{,}5\ \mu\text{m}$.
Le diamètre du globule rouge est environ cinq fois plus grand : $\dfrac{8}{1{,}5} \approx 5{,}3$.
Le piège : calculer $\dfrac{3}{20\,000} = 0{,}00015$ et l'écrire en micromètres. Ce résultat est en centimètres.
Exercice 3 : Des algues vertes unicellulaires sont enfermées dans un flacon d'eau muni d'une sonde à dioxygène (données fictives). En 10 minutes à la lumière, la concentration en dioxygène passe de 8,0 à 9,2 mg/L. Dans les 10 minutes suivantes, dans le noir, elle descend à 8,9 mg/L.
a. Quel organite explique la baisse dans le noir ?
b. Pourquoi la concentration monte-t-elle à la lumière, alors que cet organite fonctionne toujours ?
c. En supposant que la respiration garde le même rythme à la lumière, calcule le dioxygène réellement produit par les chloroplastes en 10 minutes de lumière, en mg/L.
Correction :
a. Dans le noir, la photosynthèse s'arrête. Seule la respiration consomme du dioxygène, dans les mitochondries : $9{,}2 - 8{,}9 = 0{,}3\ \text{mg/L}$ en 10 minutes.
b. À la lumière, les chloroplastes produisent du dioxygène plus vite que les mitochondries n'en consomment. La sonde ne mesure que la différence : $9{,}2 - 8{,}0 = 1{,}2\ \text{mg/L}$.
c. Pendant ces 10 minutes, la respiration a aussi consommé 0,3 mg/L. La production réelle vaut donc $1{,}2 + 0{,}3 = 1{,}5\ \text{mg/L}$. Répondre 1,2 mg/L, c'est oublier que les algues respirent aussi à la lumière.
À retenir
À retenir :
- Un organite est un compartiment spécialisé de la cellule eucaryote ; les procaryotes, comme les bactéries, n'ont ni noyau ni organite à membrane.
- Noyau : l'ADN. Ribosomes : les protéines. Réticulum et appareil de Golgi : leur modification et leur expédition.
- Mitochondries : la respiration, chez les animaux comme chez les plantes. Chloroplastes : la photosynthèse, dans les seules cellules chlorophylliennes.
- La cellule végétale a en plus une paroi et une grande vacuole.
- Une cellule spécialisée s'équipe des organites de son métier.
Sources
- Programme de sciences de la vie et de la Terre de seconde générale et technologique : texte sur eduscol.
- Programme de sciences de la vie et de la Terre de première générale, enseignement de spécialité : texte sur eduscol.
- OpenStax, manuels libres en anglais : l'étude des cellules, les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes (Biology 2e), les globules rouges (Anatomy and Physiology 2e).