1A1-L’organisme pluricellulaire, un ensemble de cellules spécialisées

Plan du chapitre

• Introduction et problématique
• I – L’organisation générale d’un être vivant pluricellulaire
• II –L’information génétique et son expression chez les organismes pluricellulaires
• Conclusion
• Exercices

Introduction

Nous avons vu l’existence d’êtres vivants unicellulaires et pluricellulaires et vu certaines interactions entre eux. Chez les unicellulaires, par exemple chez une levure comme Candida albicans, l’ensemble des fonctions (perception de l’environnement, nutrition, reproduction, etc) sont assuré par l’unique cellule qui forme l’organisme. Qu’en est-il chez les êtres pluricellulaires ?

Ce site a été réalisé par Mme et Mr ESTHER

I – L’organisation générale d’un être vivant pluricellulaire

1) Les différentes échelles d’un être vivant

Un organisme pluricellulaire est constitué d’organes. Chaque organe est lui-même constitué de tissus, qui sont des associations de cellules spécialisées. Les organes participent à une fonction biologique pour l’organisme.

Par exemple, chez l’être humain, le système digestif est composé de plusieurs organes : œsophage, glandes salivaires, estomac, intestin grêle, etc. Parmi ces organes, l’intestin grêle participe à la fonction de nutrition en absorbant les nutriments. Il est composé de plusieurs tissus et de cellules spécialisées comme entérocytes (= cellules intestinales). On observe, les mêmes échelles du vivant chez les végétaux. Par exemple, les feuilles sont des organes, qui participent à la fonction de nutrition de la plante fabriquant des sucres (photosynthèse). Elles sont constituées de différents tissus (épiderme, vaisseaux conduisant la sève) constitués de cellules spécialisées comme les cellules chlorophylliennes.

Schéma de différentes échelles d’observation d’un être vivant (exemple de l’Homme)

2) Les cellules, éléments clés de tous les êtres vivants

Toutes les cellules possèdent au moins une membrane cytoplasmique, du cytoplasme et du matériel génétique (ADN). Les êtres vivants pluricellulaires sont tous eucaryotes, et ils ont donc un noyau dans lequel est stocké leur matériel génétique.

Dans le cytoplasme des cellules, on observe des petits compartiments aux formes et aux rôles variés : il s’agit des organites. Par exemple, on peut citer les mitochondries ou les chloroplastes qui jouent un rôle dans le métabolisme des cellules (voir chapitre : Le métabolisme des cellules).

D’un organe à l’autre, on observe pas les mêmes cellules : on dit que les cellules sont spécialisées.

Les cellules spécialisées n’ont pas toutes les mêmes formes, les mêmes organites, les mêmes compositions et surtout elles ont des fonctions très variées.

Exemple de cellule spécialisée chez l’Homme : les myocytes sont des cellules de nos muscles. Elles ont une forme très allongée, elles contiennent beaucoup de mitochondries et sont riches en certaines protéines (actine, myosine, élastine). Elles permettent la contraction des muscles et participent à la fonction de locomotion.

Exemple de cellule spécialisée chez une plante : les cellules chlorophylliennes sont des cellules présentes dans les feuilles. Elles ont une forme de « pavé », contiennent beaucoup de chloroplastes et sont riches en chlorophylles. Elles permettent la photosynthèse et participent à la fonction de nutrition.

3) De la cellule aux tissus

 Au sein d’un organisme pluricellulaire, les cellules s’associent pour former des tissus. Pour cela, les cellules sont regroupées de deux façons  :

• Elles sont jointes, associées au niveau de leur membrane plasmique, il n’y a pas d’espace entre les cellules ; c’est le cas par exemple de l’épiderme de notre peau ;
• Elles sont associées au sein d’une matrice extra-cellulaire(M.E.C) qui maintient les cellules entre elles ; c’est le cas par exemple des cellules de notre cartilage (voir document-ci dessous)

Remarque : chez les végétaux, la M.E.C est composée de molécules fibreuses comme la cellulose qui forment la paroi qui entoure les cellules.

Les matrices extra-cellulaire des êtres vivants pluricellulaires assurent des fonctions très importantes : maintien des cellules, communication et échanges. Elles maintiennent donc l’unité de l’organisme pluricellulaire.

Aide : pour mieux comprendre, les MEC sont comme de la colle, du ciment permettent aux milliards de cellules d’un être vivant de former un tout (l’organisme).

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II – L’information génétique et son expression chez les organismes pluricellulaires

1) La structure de la molécule d’ADN

Toutes les cellules d’un organisme sont issues d’une cellule unique à l’origine de cet organisme. Elles possèdent toutes la même information génétique portée par des chromosomes, constitués d’ADN (Acide Désoxyribonucléique). Quelles sont la structure et la composition de cette molécule si importante dans le monde vivant ?

Schéma de différentes échelles d’observation de l’ADN, support de l’information génétique

L’ADN constitue la majeure partie des chromosomes. Il s’agit d’une longue molécule constituée de 2 brins enroulées l’un sur l’autre, en forme de double-hélice.

L’ADN est constituée de 4 nucléotides : adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G). Ces nucléotides sont complémentaires deux à deux, du fait des liaisons qu’ils peuvent établir : A et T sont complémentaires, C et G sont complémentaires.

Cette complémentarité permet l’association des deux brins de la molécule d’ADN. Cette organisation joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des cellules.

2) De l’ADN à l’information génétique

Les molécules d’ADN sont donc formées d’une suite ordonnée de nucléotides : on appelle cela une séquence. Certains séquences portent des informations génétiques : ce sont les gènes.

Lorsque la séquence de nucléotides formant un gène est modifiée (mutation), cela peut entraîner des modifications de l’information génétique. On a ci-dessous l’exemple d’une modification de la séquence du gène tyrosinase à l’origine de l’albinisme.

L’ADN est donc le support de l’information génétique. Il reste à déterminer comment avec les mêmes informations génétiques, les cellules spécialisées se différencient les unes par rapport aux autres.

3) Les cellules spécialisées et l’expression de l’information génétique

Bien que toutes les cellules d’un organisme possèdent les mêmes informations génétiques, les cellules spécialisées n’en expriment qu’une partie. Autrement dit, elles n’utilisent que certains gènes.

Par exemple, toutes les cellules du corps humain possèdent le gène de la myosine mais ce gène n’est exprimé/utilisé que dans les cellules musculaires. La myosine est une molécule joue un rôle dans la contraction musculaire.

Autre exemple, toutes les cellules des plantes possèdent le gène de la RUBISCO, mais il n’est exprimé que dans les cellules chlorophylliennes. La RUBISCO est une molécule qui joue un rôle dans la photosynthèse. Dans un organisme, toutes les cellules n’utilisent pas les mêmes combinaisons de gènes : on parle donc de spécialisation cellulaire.

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Conclusion

Les organismes pluricellulaires assurent leurs différentes fonctions grâce à des organes/tissus formés de cellules spécialisés. Ces cellules n’utilisent qu’une partie de l’information génétique qu’elles possèdent pour produire des molécules utiles à leur fonction. On a donc, selon les espèces, des cellules spécialisées dans la nutrition, des cellules spécialisées dans les échanges et le transport, d’autres dans les mouvements. Les cellules de l’organisme sont jointes entre-elle par une matrice extra-cellulaire qui assure la cohésion de l’être vivant.

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