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Comment les procaryotes effectuent-ils la respiration cellulaire sans organites liés à la membrane ?

Comment les procaryotes effectuent-ils la respiration cellulaire sans organites liés à la membrane ?


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Pour survivre, les procaryotes tels que les bactéries ont besoin de produire de l'énergie à partir d'aliments tels que le glucose. Dans les cellules eucaryotes, la respiration est assurée par les mitochondries, mais les cellules procaryotes n'ont pas d'organites membranaires. Comment les cellules procaryotes respirent-elles sans mitochondries ?


Les mitochondries sont très similaires aux bactéries et on pense qu'elles proviennent de bactéries. Cela vous amène à la réponse : les bactéries produisent des ATP de la même manière que les mitochondries, avec la machinerie d'oxydation placée dans leur membrane plasmique (analogue à la membrane mitochondriale).


Un gradient électrochimique est nécessaire pour effectuer la respiration cellulaire. La compartimentation est nécessaire pour que les gradients existent. Les mitochondries et certaines bactéries possèdent une double membrane, entre laquelle un gradient peut être maintenu. Essentiellement, ce sont des sacs contenant de l'acide qui à leur tour renferment des sacs contenant du cytoplasme. Les mitochondries peuvent être considérées comme des bactéries vivant en symbiose permanente avec leurs hôtes eucaryotes. Inversement, ces bactéries peuvent être considérées comme leurs propres mitochondries.


4.4 : Organelles

Avez-vous déjà entendu l'expression « la forme suit la fonction ? » C'est une philosophie pratiquée dans de nombreuses industries. En architecture, cela signifie que les bâtiments doivent être construits pour soutenir les activités qui seront menées à l'intérieur de ceux-ci. Par exemple, un gratte-ciel devrait être construit avec plusieurs rangées d'ascenseurs, un hôpital devrait être construit de manière à ce que sa salle d'urgence soit facilement accessible.

Notre monde naturel est à l'origine du principe de la forme suivant la fonction, en particulier en biologie cellulaire, et cela deviendra clair à mesure que nous explorerons les cellules eucaryotes. Contrairement aux cellules procaryotes, des cellules eucaryotes ont:

  1. un noyau membranaire
  2. de nombreuses membranes organites&mdashtels que le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les chloroplastes, les mitochondries et autres
  3. plusieurs chromosomes en forme de bâtonnet

Parce qu'un noyau de cellule eucaryote est entouré d'une membrane, on dit souvent qu'il a un "noyau vrai". fonctions spécialisées.

  • Décrire la composition de base du cytoplasme
  • Décrire la structure et la fonction du noyau et de la membrane nucléaire
  • Décrire la structure, la fonction et les composants du système endomembranaire
  • Décrire la structure et la fonction des ribosomes
  • Décrire la structure et la fonction des mitochondries
  • Décrire la structure et les fonctions des vésicules
  • Décrire la structure et la fonction des peroxysomes
  • Démontrer une familiarité avec divers composants du cytosquelette
  • Décrire la structure et les fonctions des flagelles et des cils
  • Expliquer la structure et la fonction des membranes cellulaires
  • Identifier les organites clés présents uniquement dans les cellules végétales, y compris les chloroplastes et les vacuoles
  • Identifier les organites clés présents uniquement dans les cellules animales, y compris les centrosomes et les lysosomes

Les cellules procaryotes manquent d'organites liées à la membrane trouvées chez les eucaryotes. Cependant, les procaryotes doivent remplir bon nombre des mêmes fonctions que les eucaryotes. Pour TROIS des organites identifiés dans la partie (a), expliquez comment les cellules procaryotes remplissent les fonctions associées

RE (réticulum endoplasmique) Diffusion de molécules dans le cytosol.

La synthèse/le transport des protéines du RE brut dans le cytosol peut être lié à

La synthèse ou la détoxification des lipides du RE lisse se produit dans le cytosol.

Mitochondries D'autres membranes ou molécules cytosoliques fonctionnent dans l'ATP

Chloroplastes D'autres membranes ou molécules cytosoliques fonctionnent à la lumière

Plastides Les pigments sont distribués dans tout le cytosol ou sont associés

Vacuole, vésicules Corps d'inclusion/granules/grosses molécules dans le cytosol.

Cils ou flagelles Motilité via les flagelles bactériens

"l'expérience de Griffith découvrant le "principe de transformation" dans les bactéries pneumocoques. L'expérience de Griffith, rapportée en 1928 par Frederick Griffith, était la première expérience suggérant que les bactéries sont capables de transférer des informations génétiques par un processus connu sous le nom de transformation. " - l'expérience de Griffith.


22.2 Structure des procaryotes

Dans cette section, vous explorerez les questions suivantes :

  • Quelles sont les similitudes dans les structures des procaryotes, des archées et des bactéries ?
  • Quels sont les exemples de différences structurelles entre les archées et les bactéries ?

Connexion pour les cours AP ®

Les domaines Archaea et Bacteria contiennent des organismes unicellulaires dépourvus de noyau et d'autres organites liés à la membrane. Les deux groupes présentent des différences biochimiques et structurelles substantielles. La plupart ont une paroi cellulaire externe à la membrane plasmocytaire, dont la composition peut varier selon les groupes, et beaucoup ont des structures supplémentaires telles que des flagelles et des pili. Les procaryotes ont également des ribosomes, où se produit la synthèse des protéines. Aux fins de l'AP ® , vous n'avez pas à mémoriser les différents groupes de bactéries. Vous devez cependant être capable de faire la distinction entre les procaryotes et les eucaryotes et connaître les domaines.

Soutien aux enseignants

  • Offrir aux élèves de multiples occasions de résumer les similitudes et les différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes et entre les cellules dans les trois domaines (Eucarya, Archaea, Bacteria). Vous pouvez demander aux élèves de dessiner des cellules typiques de chaque classe ou domaine, de créer des tableaux comparant et contrastant l'organisation cellulaire et génomique de chacun, ou de réaliser d'autres activités courtes. Lorsque vous discutez des similitudes et des différences, assurez-vous d'offrir ou de demander des détails qualificatifs lorsqu'il est logique de le faire. (Par exemple, les parois cellulaires se trouvent chez les procaryotes et chez certains eucaryotes, le matériau dont elles sont faites est assez différent.)
  • Lors de l'examen de la reproduction procaryote, prenez le temps de relier les nouvelles informations aux connaissances antérieures des élèves. Par exemple, rappelez aux élèves l'importance de la diversité génétique, telle que discutée dans les chapitres sur la théorie de l'évolution. Soulignez que bien que les nouvelles mutations soient une source majeure de variation (comme ils l'ont appris dans les chapitres précédents), une diversité supplémentaire survient dans les populations procaryotes à partir de la recombinaison génétique. Soulignez que tandis que les eucaryotes effectuent les processus sexuels de la méiose et de la fécondation qui combinent l'ADN de deux individus, les procaryotes utilisent d'autres processus (transformation, transduction et conjugaison) pour rassembler l'ADN de différents individus. Vous pouvez demander aux élèves de considérer les avantages de plusieurs modes de recombinaison génétique pour une population.

Les informations présentées et les exemples mis en évidence dans la section prennent en charge les concepts décrits dans la grande idée 2 et la grande idée 3 du cadre du programme de biologie AP ® . Les objectifs d'apprentissage AP ® répertoriés dans le cadre du programme d'études fournissent une base transparente pour le cours de biologie AP ®, une expérience de laboratoire basée sur l'enquête, des activités pédagogiques et des questions d'examen AP ®. Un objectif d'apprentissage fusionne le contenu requis avec une ou plusieurs des sept pratiques scientifiques.

Grande idée 2 Les systèmes biologiques utilisent de l'énergie libre et des éléments constitutifs moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.
Compréhension durable 2.B La croissance, la reproduction et l'homéostasie dynamique nécessitent que les cellules créent et maintiennent des environnements internes différents de leur environnement externe.
Connaissances essentielles 2.B.3 Les archées et les bactéries manquent généralement de membranes internes et d'organites.
Pratique scientifique 1.4 L'étudiant peut utiliser des représentations et des modèles pour analyser des situations ou résoudre des problèmes qualitativement et quantitativement.
Objectif d'apprentissage 2.14 L'étudiant est capable d'utiliser des représentations et des modèles pour décrire les différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes.
Grande idée 3 Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus de la vie.
Compréhension durable 3.C Le traitement de l'information génétique est imparfait et est une source de variation génétique.
Connaissances essentielles 3.C.2 Les procaryotes contiennent des chromosomes circulaires et de l'ADN plasmidique.
Pratique scientifique 6.2 L'étudiant peut construire des explications de phénomènes basées sur des preuves produites par des pratiques scientifiques.
Objectif d'apprentissage 3.27 L'étudiant est capable de comparer et d'opposer les processus par lesquels la variation génétique est produite et maintenue dans des organismes de plusieurs domaines.
Connaissances essentielles 3.C.2 Les procaryotes contiennent des chromosomes circulaires et de l'ADN plasmidique.
Pratique scientifique 7.2 L'étudiant peut connecter des concepts dans et entre des domaines pour généraliser ou extrapoler dans et/ou entre des compréhensions durables et/ou de grandes idées.
Objectif d'apprentissage 3.28 L'élève est capable de construire une explication des multiples processus qui augmentent la variation au sein d'une population.

Les questions du défi de la pratique scientifique contiennent des questions de test supplémentaires pour cette section qui vous aideront à vous préparer à l'examen AP. Ces questions portent sur les normes suivantes :
[APLO 2.5][APLO 2.13][APLO 2.14][APLO 4.9]

Il existe de nombreuses différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes. Cependant, toutes les cellules ont quatre structures communes : la membrane plasmique, qui fonctionne comme une barrière pour la cellule et sépare la cellule de son environnement le cytoplasme, une substance gélatineuse à l'intérieur de la cellule les acides nucléiques, le matériel génétique de la cellule et les ribosomes , où a lieu la synthèse des protéines. Les procaryotes se présentent sous diverses formes, mais beaucoup se répartissent en trois catégories : les coques (sphériques), les bacilles (en forme de bâtonnet) et les spirilles (en forme de spirale) (Figure 22.9).

La cellule procaryote

Rappelons que les procaryotes (figure 22.10) sont des organismes unicellulaires dépourvus d'organites ou d'autres structures membranaires internes. Par conséquent, ils n'ont pas de noyau mais ont généralement un seul chromosome, un morceau d'ADN circulaire à double brin situé dans une zone de la cellule appelée nucléoïde. La plupart des procaryotes ont une paroi cellulaire à l'extérieur de la membrane plasmique.

Rappelons que les procaryotes sont divisés en deux domaines différents, les bactéries et les archées, qui, avec Eucarya, comprennent les trois domaines de la vie (Figure 22.11).

La composition de la paroi cellulaire diffère significativement entre les domaines Bactéries et Archaea. La composition de leurs parois cellulaires diffère également des parois cellulaires eucaryotes trouvées chez les plantes (cellulose) ou les champignons et les insectes (chitine). La paroi cellulaire fonctionne comme une couche protectrice et est responsable de la forme de l'organisme. Certaines bactéries ont une capsule en dehors de la paroi cellulaire. D'autres structures sont présentes chez certaines espèces procaryotes, mais pas chez d'autres (tableau 22.2). Par exemple, la capsule trouvée chez certaines espèces permet à l'organisme de se fixer aux surfaces, le protège de la déshydratation et des attaques des cellules phagocytaires et rend les agents pathogènes plus résistants à nos réponses immunitaires. Certaines espèces ont également des flagelles (singulier, flagelle) utilisés pour la locomotion, et pili (singulier, pilus) utilisé pour la fixation aux surfaces. Les plasmides, qui sont constitués d'ADN extra-chromosomique, sont également présents dans de nombreuses espèces de bactéries et d'archées.

Les caractéristiques des embranchements de bactéries sont décrites à la figure 22.12 et à la figure 22.13. Les archées sont décrites à la figure 22.14.

La membrane plasmique

La membrane plasmique est une fine bicouche lipidique (6 à 8 nanomètres) qui entoure complètement la cellule et sépare l'intérieur de l'extérieur. Sa nature sélectivement perméable maintient les ions, les protéines et d'autres molécules à l'intérieur de la cellule et les empêche de se diffuser dans l'environnement extracellulaire, tandis que d'autres molécules peuvent se déplacer à travers la membrane. Rappelons que la structure générale d'une membrane cellulaire est une bicouche phospholipidique composée de deux couches de molécules lipidiques. Dans les membranes cellulaires des archées, les chaînes isoprène (phytanyl) liées au glycérol remplacent les acides gras liés au glycérol dans les membranes bactériennes. Certaines membranes archéennes sont des monocouches lipidiques au lieu de bicouches (Figure 22.14).

La paroi cellulaire

Le cytoplasme des cellules procaryotes a une concentration élevée de solutés dissous. Par conséquent, la pression osmotique à l'intérieur de la cellule est relativement élevée. La paroi cellulaire est une couche protectrice qui entoure certaines cellules et leur donne forme et rigidité. Il est situé à l'extérieur de la membrane cellulaire et empêche la lyse osmotique (éclatement dû à l'augmentation du volume). La composition chimique des parois cellulaires varie entre les archées et les bactéries, et varie également entre les espèces bactériennes.

Les parois cellulaires bactériennes contiennent peptidoglycane, composé de chaînes polysaccharidiques réticulées par des peptides inhabituels contenant à la fois des acides aminés L et D, notamment l'acide D-glutamique et la D-alanine. En conséquence, les protéines n'ont normalement que des acides aminés L, beaucoup de nos antibiotiques agissent en imitant les acides aminés D et ont donc des effets spécifiques sur le développement de la paroi cellulaire bactérienne. Il existe plus de 100 formes différentes de peptidoglycane. Couche S (couche de surface) des protéines sont également présentes à l'extérieur des parois cellulaires des archées et des bactéries.

Les bactéries sont divisées en deux grands groupes : Gram positif et Gram négatif, sur la base de leur réaction à la coloration de Gram. Notez que toutes les bactéries Gram-positives appartiennent à un phylum. Les bactéries de l'autre phylum (Protéobactéries, Chlamydias, Spirochetes, Cyanobactéries et autres) sont Gram-négatives. La méthode de coloration de Gram doit son nom à son inventeur, le scientifique danois Hans Christian Gram (1853-1938). Les différentes réponses bactériennes à la procédure de coloration sont finalement dues à la structure de la paroi cellulaire. Les organismes Gram-positifs n'ont généralement pas la membrane externe trouvée dans les organismes Gram-négatifs (Figure 22.15). Jusqu'à 90 % de la paroi cellulaire des bactéries à Gram positif est composée de peptidoglycane, et la plupart du reste est composé de substances acides appelées acides teichoïques. Les acides téichoïques peuvent être liés de manière covalente aux lipides de la membrane plasmique pour former des acides lipotéichoïques. Les acides lipotéichoïques ancrent la paroi cellulaire à la membrane cellulaire. Les bactéries à Gram négatif ont une paroi cellulaire relativement mince composée de quelques couches de peptidoglycane (seulement 10 pour cent de la paroi cellulaire totale), entourée d'une enveloppe externe contenant des lipopolysaccharides (LPS) et des lipoprotéines. Cette enveloppe externe est parfois appelée deuxième bicouche lipidique. La chimie de cette enveloppe externe est cependant très différente de celle de la bicouche lipidique typique qui forme les membranes plasmiques.

Connexion visuelle

  1. Les bactéries à Gram positif ont une paroi cellulaire ancrée à la membrane cellulaire par l'acide lipotéichoïque.
  2. Les porines permettent l'entrée de substances dans les bactéries Gram-positives et Gram-négatives.
  3. La paroi cellulaire des bactéries Gram-négatives est épaisse et la paroi cellulaire des bactéries Gram-positives est mince.
  4. Les bactéries Gram-négatives ont une paroi cellulaire en peptidoglycane, tandis que les bactéries Gram-positives ont une paroi cellulaire en acide lipotéichoïque.

Les parois cellulaires archéennes ne contiennent pas de peptidoglycane. Il existe quatre types différents de parois cellulaires archéennes. Un type est composé de pseudopeptidoglycane, qui est similaire au peptidoglycane en morphologie mais contient des sucres différents dans la chaîne polysaccharidique. Les trois autres types de parois cellulaires sont composés de polysaccharides, de glycoprotéines ou de protéines pures.

Caractéristique structurelle Bactéries Archées
Type de cellule Procaryote Procaryote
Morphologie cellulaire Variable Variable
Paroi cellulaire Contient du peptidoglycane Ne contient pas de peptidoglycane
Type de membrane cellulaire Bicouche lipidique Bicouche lipidique ou monocouche lipidique
Lipides de la membrane plasmique Les acides gras Groupes phytanyle

La reproduction

La reproduction chez les procaryotes est asexuée et se fait généralement par fission binaire. Rappelez-vous que l'ADN d'un procaryote existe sous la forme d'un seul chromosome circulaire. Les procaryotes ne subissent pas de mitose. Au contraire, le chromosome est répliqué et les deux copies résultantes se séparent l'une de l'autre, en raison de la croissance de la cellule. Le procaryote, maintenant agrandi, est pincé vers l'intérieur à son équateur et les deux cellules résultantes, qui sont des clones, se séparent. La fission binaire n'offre pas de possibilité de recombinaison génétique ou de diversité génétique, mais les procaryotes peuvent partager des gènes par trois autres mécanismes.

Dans transformation, le procaryote absorbe l'ADN trouvé dans son environnement qui est rejeté par d'autres procaryotes. Si une bactérie non pathogène absorbe l'ADN d'un gène de toxine d'un agent pathogène et incorpore le nouvel ADN dans son propre chromosome, elle aussi peut devenir pathogène. Dans transduction, les bactériophages, les virus qui infectent les bactéries, déplacent parfois aussi de courts morceaux d'ADN chromosomique d'une bactérie à une autre. La transduction donne un organisme recombinant. Les archées ne sont pas affectées par les bactériophages mais ont plutôt leurs propres virus qui transfèrent le matériel génétique d'un individu à un autre. Dans conjugaison, l'ADN est transféré d'un procaryote à un autre au moyen d'un pilus, qui met les organismes en contact les uns avec les autres. L'ADN transféré peut être sous la forme d'un plasmide ou d'un hybride, contenant à la fois de l'ADN plasmidique et chromosomique. Ces trois processus d'échange d'ADN sont illustrés à la figure 22.17.

La reproduction peut être très rapide : quelques minutes pour certaines espèces. Ce temps de génération court, associé à des mécanismes de recombinaison génétique et à des taux élevés de mutation, entraîne une évolution rapide des procaryotes, leur permettant de répondre très rapidement aux changements environnementaux (comme l'introduction d'un antibiotique).

Connexion Évolution

L'évolution des procaryotes

Comment les scientifiques répondent-ils aux questions sur l'évolution des procaryotes ? Contrairement aux animaux, les artefacts des archives fossiles des procaryotes offrent très peu d'informations. Les fossiles d'anciens procaryotes ressemblent à de minuscules bulles dans la roche. Certains scientifiques se tournent vers la génétique et vers le principe de l'horloge moléculaire, selon lequel plus deux espèces ont divergé récemment, plus leurs gènes (et donc leurs protéines) seront similaires. Inversement, les espèces qui ont divergé il y a longtemps auront plus de gènes dissemblables.

Des scientifiques de l'Institut d'astrobiologie de la NASA et du Laboratoire européen de biologie moléculaire ont collaboré pour analyser l'évolution moléculaire de 32 protéines spécifiques communes à 72 espèces de procaryotes. 2 Le modèle qu'ils ont dérivé de leurs données indique que trois groupes importants de bactéries—Actinobactéries, Déinocoque, et les cyanobactéries (que les auteurs appellent Terrabactéries) - ont été les premiers à coloniser la terre. (Rappeler que Déinocoque est un genre de procaryote—une bactérie—qui est très résistante aux rayonnements ionisants.) Les cyanobactéries sont des photosynthétiseurs, tandis que les actinobactéries sont un groupe de bactéries très courantes qui comprennent des espèces importantes dans la décomposition des déchets organiques.

Les chronologies de divergence suggèrent que les bactéries (membres du domaine Bactéries) ont divergé des espèces ancestrales communes il y a entre 2,5 et 3,2 milliards d'années, alors que les archées ont divergé plus tôt : il y a entre 3,1 et 4,1 milliards d'années. Eukarya a ensuite divergé de la ligne archéenne. Les stromatolites sont parmi les plus anciens organismes fossilisés sur Terre, il y a environ 3,5 millions d'années. Il existe des preuves que ces procaryotes ont également été parmi les premières photosynthèses sur Terre. En fait, les procaryotes bactériens étaient probablement responsables de la première accumulation d'oxygène dans notre atmosphère par photosynthèse. Le groupe Terrabacteria possédait de nombreuses adaptations pour vivre sur terre, telles que la résistance au dessèchement. Certaines de ces adaptations étaient également liées à la photosynthèse, comme les composés qui protègent les cellules de l'excès de lumière. Ces premières voies procaryotes liées à la photosynthèse ont été à la base de la photosynthèse dans les cellules eucaryotes. Ceci est mis en évidence par la similitude de structure et de fonction entre certains procaryotes photosynthétiques et les chloroplastes eucaryotes.


Produits de Respiration Cellulaire

ATP

Le produit principal de toute respiration cellulaire est la molécule d'adénosine triphosphate (ATP). Cette molécule stocke l'énergie libérée lors de la respiration et permet à la cellule de transférer cette énergie à différentes parties de la cellule. L'ATP est utilisé par un certain nombre de composants cellulaires comme source d'énergie. Par exemple, une enzyme peut avoir besoin de l'énergie de l'ATP pour combiner deux molécules. L'ATP est également couramment utilisé sur les transporteurs, qui sont des protéines qui fonctionnent pour déplacer les molécules à travers la membrane cellulaire.

Gaz carbonique

Le dioxyde de carbone est un produit universel créé par la respiration cellulaire. En règle générale, le dioxyde de carbone est considéré comme un déchet et doit être éliminé. Dans une solution aqueuse, le dioxyde de carbone crée des ions acides. Cela peut considérablement abaisser le pH de la cellule et finira par entraîner l'arrêt des fonctions cellulaires normales. Pour éviter cela, les cellules doivent activement expulser le dioxyde de carbone.

Autres produits

Alors que l'ATP et le dioxyde de carbone sont régulièrement produits par toutes les formes de respiration cellulaire, différents types de respiration reposent sur différentes molécules pour être les accepteurs finaux des électrons utilisés dans le processus.


Comment les eucaryotes produisent-ils de l'énergie ?

La plupart obtiennent leur énergie à partir de molécules organiques telles que les sucres. Photoautotrophe procaryotes utiliser des composés similaires à ceux des plantes pour piéger la lumière énergie. Les chimioautotrophes sont cellules qui décomposent les molécules inorganiques pour fournir énergie pour le cellule, et utiliser le dioxyde de carbone comme source de carbone.

Par la suite, la question est, qu'est-ce que toutes les cellules utilisent pour l'énergie ? L'adénosine triphosphate. Adénosine triphosphate (ATP), énergie-molécule porteuse trouvée dans le cellules de tous êtres vivants. L'ATP capture les produits chimiques énergie obtenu à partir de la décomposition de molécules alimentaires et le libère pour alimenter d'autres cellulaire processus.

Alors, comment les eucaryotes fabriquent-ils de l'ATP ?

Eucaryotes ont ces organites et la respiration cellulaire a lieu dans les mitochondries pour convertir les nutriments en ATP, la principale unité de stockage d'énergie pour une cellule. La membrane cellulaire peut s'ajuster et se replier pour favoriser ATP production par ces enzymes lorsque cela est nécessaire.

Pourquoi les eucaryotes produisent-ils moins d'ATP ?

Dans eucaryote cellules, contrairement aux procaryotes, le NADH généré dans le cytoplasme lors de la glycolyse doit être transporté à travers la membrane mitochondriale avant de pouvoir transférer des électrons à la chaîne de transport d'électrons, ce qui nécessite de l'énergie. En conséquence, entre 1 et 2 ATP sont générés à partir de ces NADH.


Des cellules eucaryotes

• Les eucaryotes ont une structure cellulaire compartimentée

Les eucaryotes sont des organismes dont les cellules contenir un noyau ( 'UE' = bon / vrai « caryon » = noyau)

Ils ont une structure plus complexe et auraient évolué à partir de cellules procaryotes (via endosymbiose)

Les cellules eucaryotes sont compartimentées par des structures liées à la membrane (organites) qui remplissent des rôles spécifiques

Les eucaryotes peuvent être divisés en quatre règnes distincts :

  • Protista - organismes unicellulaires ou organismes multicellulaires sans tissu spécialisé
  • Champignons - ont une paroi cellulaire en chitine et obtiennent une nutrition par absorption hétérotrophe
  • Plantae - ont une paroi cellulaire en cellulose et obtiennent une nutrition autotrophe (via la photosynthèse)
  • Animalia - pas de paroi cellulaire et obtenir une nutrition par ingestion hétérotrophe

Structure typique d'une cellule animale

Structure typique d'une cellule végétale

1.2.U.2 Les eucaryotes ont une structure cellulaire compartimentée (Oxford Biology Course Companion page 20).

Les eucaryotes sont des organismes dont les cellules contiennent un noyau ("eu" = bon / vrai "karyon" = noyau)

Ils ont une structure plus complexe et auraient évolué à partir de cellules procaryotes (via endosymbiose)
Les cellules procaryotes sont fondamentalement différentes dans leur organisation interne des cellules eucaryotes. Notamment, les cellules procaryotes n'ont pas de noyau et d'organites membraneuses. Le noyau est délimité par l'enveloppe nucléaire, une double membrane avec de nombreux pores nucléaires à travers lesquels le matériel entre et sort.

Les eucaryotes peuvent être divisés en quatre règnes distincts :

  • Protista - organismes unicellulaires ou organismes multicellulaires sans tissu spécialisé
  • Champignons - ont une paroi cellulaire en chitine et obtiennent une nutrition par absorption hétérotrophe
  • Plantae - ont une paroi cellulaire en cellulose et obtiennent une nutrition autotrophe (via la photosynthèse)
  • Animalia - pas de paroi cellulaire et obtenir une nutrition par ingestion hétérotrophe

1.2.U3 Les procaryotes se divisent par fission binaire. (Oxford Biology Course Companion page 19).

  • Définir la résolution.
  • Comparez les résolutions maximales d'un microscope optique avec celles d'un microscope électronique.
  • Citez trois exemples de structures visibles au microscope électronique mais pas au microscope optique

1.2.A.1 Structure et fonction des organites dans les cellules des glandes exocrines du pancréas et dans les cellules du mésophylle palissade de la feuille

  • Énoncez la fonction d'une cellule de la glande exocrine.
  • Décrire la fonction des structures suivantes dans une cellule de glande exocrine : membrane plasmique, noyau, mitochondries, appareil de Golgi, lysosomes, vésicules et réticulum endoplasmique
  • Énoncez la fonction d'une cellule de mésophylle palissade.
  • Décrire la fonction des structures suivantes dans une cellule de mésophylle palissade : paroi cellulaire, membrane plasmique, chloroplastes, vacuole, noyau et mitochondries.

Cellules des glandes exocrines du pancréas

  • Ce sont des cellules animales spécialisées pour sécréter de grandes quantités d'enzymes digestives.
  • Ils auront tous les organites d'une cellule animale mais auront de nombreux ribosomes et un RE rugueux pour créer les enzymes qui sont des protéines et les transporter hors de la cellule.
  • Ils ont de nombreuses mitochondries pour fournir l'ATP nécessaire à ces processus.
  • Un organite est une minuscule structure cellulaire qui remplit des fonctions spécifiques au sein d'une cellule. Les organites sont intégrés dans le cytoplasme des cellules eucaryotes et procaryotes. Dans les cellules eucaryotes plus complexes, les organites sont souvent entourés de leur propre membrane

Les cellules du mésophylle palissade effectuent la majeure partie de la photosynthèse dans la feuille.

  • Ils ont de nombreux chloroplastes pour permettre à la cellule d'effectuer le maximum de photosynthèse.
  • Les cellules sont entourées d'une paroi cellulaire pour conserver la forme et protéger la cellule et d'une membrane plasmique pour permettre aux substances d'entrer et de sortir de la cellule.
  • Ils ont également des mitochondries qui sont des organites liés à la membrane qui effectuent la respiration cellulaire aérobie pour créer de l'ATP.
  • Ils ont des vacuoles qui sont une grande cavité au milieu de la cellule qui stocke l'eau et les substances dissoutes, par ex. sucres et sous-produits métaboliques
  • Ce sont essentiellement des cellules végétales avec de nombreux chloroplastes.
  • Ribosomes – ces organites sont constitués d'ARN et de protéines et sont responsables de la production de protéines. Les ribosomes se trouvent en suspension dans le cytosol ou liés au réticulum endoplasmique.
  • Cytosquelette – ces structures sont des échafaudages filamenteux à l'intérieur du cytoplasme (la partie fluide du cytoplasme est le cytosol). Le cytosquelette assure la structure interne et assure le transport intracellulaire (moins développé chez les procaryotes)
  • membrane plasmiquee - il s'agit d'une bicouche phospholipidique contenant des protéines (pas un organite, mais une structure vitale). La membrane plasmique est une barrière semi-perméable et sélective entourant la cellule

Organelles des eucaryotes

Noyau – une structure liée à la membrane qui contient les informations héréditaires (ADN) de la cellule et contrôle la croissance et la reproduction de la cellule. C'est généralement l'organite le plus important de la cellule.

Mitochondries– en tant que producteurs d'énergie de la cellule, les mitochondries convertissent l'énergie en formes utilisables par la cellule. Ce sont les sites de la respiration cellulaire qui génèrent finalement du carburant pour les activités de la cellule. Les mitochondries sont également impliquées dans d'autres processus cellulaires tels que la division et la croissance cellulaires, ainsi que la mort cellulaire.

Réticulum endoplasmique– vaste réseau de membranes composé à la fois de régions avec des ribosomes (RE rugueux) et de régions sans ribosomes (RE lisse). Cet organite fabrique des membranes, des protéines sécrétoires, des glucides, des lipides et des hormones.

Complexe de Golgi – aussi appelée appareil de Golgi, cette structure est chargée de la fabrication, du stockage et de l'expédition de certains produits cellulaires, notamment ceux issus du réticulum endoplasmique (RE).

Peroxysomes – Comme les lysosomes, les peroxysomes sont liés par une membrane et contiennent des enzymes. Les peroxysomes aident à détoxifier l'alcool, à former de l'acide biliaire et à décomposer les graisses.

Vacuole– ces structures fermées remplies de liquide se trouvent le plus souvent dans les cellules végétales et les champignons. Les vacuoles sont responsables d'une grande variété de fonctions importantes dans une cellule, notamment le stockage des nutriments, la détoxification et l'exportation des déchets.

Centrioles– ces structures cylindriques se trouvent dans les cellules animales, mais pas dans les cellules végétales. Les centrioles aident à organiser l'assemblage des microtubules lors de la division cellulaire.

Cils et Flagelles– les cils et les flagelles sont des saillies de certaines cellules qui aident à la locomotion cellulaire. Ils sont formés de groupements spécialisés de microtubules appelés corps basaux

Lysosome – sacs membraneux remplis d'enzymes hydrolytiques qui vont décomposer / hydrolyser les macromolécules (la présence dans les cellules végétales est incertaine)

Chloroplaste – ce plaste contenant de la chlorophylle se trouve dans les cellules végétales, mais pas dans les cellules animales. Les chloroplastes absorbent l'énergie lumineuse du soleil pour la photosynthèse.

Paroi cellulaire – cette paroi externe rigide est positionnée à côté de la membrane cellulaire dans la plupart des cellules végétales. Introuvable dans les cellules animales, la paroi cellulaire aide à fournir un soutien et une protection à la cellule.

• Structure et fonction des organites dans les cellules des glandes exocrines (pancréas) et les cellules du mésophylle palissade (feuille)

Les organites sont des sous-structures spécialisées au sein d'une cellule qui remplissent une fonction spécifique

Les cellules procaryotes ne possèdent généralement pas de lié à la membrane organites, alors que les cellules eucaryotes possèdent plusieurs

Organelles universelles (procaryote et eucaryote):

Structure: Deux sous-unités constituées d'ARN et de protéines plus grandes chez les eucaryotes (80S) que chez les procaryotes (70S)

Fonction: Site de synthèse polypeptidique (ce processus est appelé traduction)

Structure: Un échafaudage filamenteux dans le cytoplasme (la partie fluide du cytoplasme est le cytosol)

Fonction: Fournit une structure interne et médie le transport intracellulaire (moins développé chez les procaryotes)

Structure: Bicouche phospholipidique incrustée de protéines (pas un organite en soi, mais une structure vitale)

Fonction: Barrière semi-perméable et sélective entourant la cellule

Organelles eucaryotes (cellule animale et cellule végétale):

Structure: La structure à double membrane avec des pores contient une région interne appelée nucléole

Fonction: Stocke le matériel génétique (ADN) car le nucléole de la chromatine est le site de l'assemblage des ribosomes

Structure: Un réseau membranaire qui peut être nu (RE lisse) ou parsemé de ribosomes (RE rugueux)

Fonction: Transporte les matériaux entre les organites (RE lisse = lipides ER rugueux = protéines)

Structure: Un assemblage de vésicules et de membranes repliées situé près de la membrane cellulaire

Fonction: Impliqué dans le tri, le stockage, la modification et l'exportation des produits de sécrétion

Structure: Structure à double membrane, membrane interne fortement pliée en crêtes internes

Fonction: Site de aérobique respiration (production d'ATP)

Structure: Sac membraneux contenant une variété d'enzymes cataboliques

Fonction: Catalyse la dégradation des substances toxiques (par exemple H 2 O 2 ) et d'autres métabolites

Structure: Centre d'organisation des microtubules (contient centrioles appariés dans les cellules animales mais ne pas cellules végétales)

Fonction: Les microtubules rayonnants forment des fibres fusiformes et contribuent à la division cellulaire (mitose / méiose)

Structure: Structure à double membrane avec empilements internes de disques membraneux (thylakoïdes)

Fonction: Site de la photosynthèse - les molécules organiques fabriquées sont stockées dans divers plastes


Vacuole (grand et central)

Structure: Cavité interne remplie de liquide entourée d'une membrane (tonoplaste)

Fonction: Maintient la pression hydrostatique (cellules animales peut ont petit, temporaire vacuoles)

Structure: Revêtement extérieur extérieur en cellulose (pas un organite en soi, mais une structure vitale)

Fonction: Fournit un soutien et la résistance mécanique empêche l'absorption d'eau excessive

Structure: Sacs membraneux remplis d'enzymes hydrolytiques

Fonction: Décomposition / hydrolyse des macromolécules (la présence dans les cellules végétales est sujette à débat)


Quelles sont les différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes?

Voici quelques différences majeures entre les cellules procaryotes et eucaryotes.

UE moyenne vrai #&# caryon moyenne noyau. Par conséquent, les eucaryotes sont ceux qui ont un vrai noyau.
Pro moyenne avant #&# caryon moyenne noyau. Donc, procaryote signifie avant ou sans véritable noyau.

Les cellules procaryotes manquent organites membranaires. Alors que les eucaryotes ont plusieurs organites liés à la membrane, c'est-à-dire les mitochondries, l'appareil de Golgi, les peroxysomes, les lysosomes, etc.

Toutes les cellules procaryotes ont du peptidoglycane paroi cellulaire. Certains eucaryotes, par exemple les champignons des plantes et des champignons, contiennent une paroi cellulaire. Les plantes contiennent de la paroi cellulaire en cellulose #&# Les champignons contiennent une paroi cellulaire en chitine.

Les procaryotes ont de plus petites ribosome de #"70 Svedberg"# tandis que les eucaryotes en ont un plus grand #"80 Svedberg"# .

Chez les procaryotes, site pour la transcription et la traduction est le cytoplasme (car ils n'ont pas de noyau). Mais chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme.

Chez les procaryotes, toutes les étapes de respiration cellulaire se déroule dans le cytosol. Chez les eucaryotes: la glycolyse a lieu dans le cytosol, le cycle de Krebs dans la matrice mitochondriale & #"ETC"# dans la membrane mitochondriale interne.

Les procaryotes subissent une fission binaire (uniquement la cytokinèse) et une conjugaison. Les eucaryotes effectuent la mitose, la méiose (à la fois la caryocinèse et la cytokinèse).

Les cellules procaryotes ont un grand chromosome unique qui est enveloppé dans une forme circulaire. Les cellules eucaryotes contiennent plusieurs paires de chromosomes.


Comment les procaryotes effectuent-ils la respiration cellulaire sans organites liés à la membrane ? - La biologie

1. Installez un bain d'eau glacée dans un grand plateau en vous assurant de garder le plateau rempli de glaçons en tout temps.

  • Ajouter un thermomètre
  • Refroidissez l'eau à moins de 10°C et assurez-vous de maintenir cette température tout au long de l'expérience
  • Si possible, ajoutez un tampon en polystyrène sous le bain d'eau glacée pour l'isoler de la paillasse

2. Installez un bain-marie avec de l'eau à température ambiante dans un autre grand bac

  • Gardez l'eau à température ambiante pour qu'elle s'ajuste à la température ambiante et ajoutez-la au plateau
  • Ajouter un thermomètre

3. Obtenez six flacons avec des rondelles en acier au fond. Numérotez les flacons de 1 à 6 avec un marqueur en verre ou tout ce qui est à votre disposition

4. Remplir une éprouvette graduée de 100 ml avec 50 ml d'eau

  • Ajouter 10 pois en germination dans l'éprouvette graduée et relever l'eau déplacée. C'est le volume des pois en germination. Enregistrer le volume
  • Décantez l'eau, retirez les petits pois et placez-les sur une serviette en papier essuyez les petits pois et mettez de côté

5. Remplir l'éprouvette graduée avec 50 ml d'eau

  • Ajouter 10 pois secs non germés dans l'éprouvette graduée
  • Ajouter des billes de verre jusqu'à ce que le niveau d'eau soit le même que celui des pois en germination (pour qu'ils aient le même volume)
  • Retirez les pois et les perles et placez-les sur une serviette en papier, séchez les pois et les perles et mettez de côté

6. Remplir l'éprouvette graduée avec 50 ml d'eau

  • Ajouter des billes de verre dans l'éprouvette graduée jusqu'à ce que le niveau d'eau soit le même que celui des pois en germination (pour qu'ils aient le même volume)
  • Retirez les perles et placez-les sur une serviette en papier, séchez les perles et mettez-les de côté

7. Répétez les étapes 3 à 6 avec plus de pois en germination, de pois et de perles non germinatifs et de perles. Mettez cela de côté pour les flacons 4-6

8. Placez une petite boule de coton absorbant dans chacun des six flacons et poussez-les vers le bas à l'aide d'une pipette ou d'un crayon. ASSUREZ-VOUS d'utiliser les boules de coton absorbant et NON la rayonne non absorbante.

9. À l'aide d'une pipette, ajoutez 1 ml d'hydroxyde de potassium (KOH) à 15 % au coton absorbant sans laisser de liquide sur les parois du flacon. Ajoutez ensuite un morceau de rayonne non absorbante légèrement plus petit que celui du coton et placez-le sur le coton imbibé de KOH (maintient le KOH toxique loin des pois)

  • Le KOH est utilisé pour se combiner avec le dioxyde de carbone libéré par la respiration cellulaire pour former un solide afin que le changement de volume de gaz puisse être directement mesuré en fonction du taux de consommation d'oxygène.

10. En utilisant le premier jeu de pois germés, de pois non germés et de billes de verre et de billes de verre, placez-les dans les flacons 1-3 respectivement

11. À l'aide du deuxième ensemble de pois en germination, de pois non germés et de billes de verre et de billes de verre, placez-les dans les flacons 4 à 6 respectivement

12. Insérez l'extrémité non conique d'une pipette graduée dans l'extrémité large du bouchon de sorte que l'extrémité conique de la pipette soit la plus éloignée du bouchon et de sorte que la pipette dépasse juste au-delà du bas du bouchon (Figure 1)

13. Insérez fermement le bouchon dans le flacon. Le joint qui a été créé entre le bouchon et le flacon doit être suffisant pour empêcher la pipette de se déplacer facilement de haut en bas dans le bouchon et pour éviter les fuites.

  • Placer une rondelle sur la pointe de la pipette et la guider vers le bas de la pipette jusqu'à ce qu'elle repose sur le bouchon
  • Répétez cette étape pour les 5 flacons restants. L'ensemble de respiromètres doit ressembler à ceux illustrés dans la figure 2 ci-dessous avec une rondelle en acier autour de la pipette

14. Placer les flacons 1-3 dans le bain-marie à température ambiante avec les pointes de pipette reposant sur le bord du plateau (Figure 3)

  • Placer les flacons 4 à 6 dans le bain-marie réfrigéré de la même manière
  • Laisser tous les respiromètres s'équilibrer pendant 10 minutes

15. Ajoutez une goutte de colorant alimentaire à l'extrémité exposée de chaque respiromètre et attendez une minute

  • Tournez chacun des respiromètres de sorte que les marques de graduation sur les pipettes soient tournées vers le haut
  • Immerger soigneusement les six respiromètres dans leurs bains-marie. NE PAS toucher aux respiromètres une fois l'expérience commencée !
  • Laissez le respiromètre s'équilibrer pendant encore 5 minutes avant de passer à l'étape 16

16. Lisez tous les respiromètres à 0,01 ml près et prenez la température de chaque bain-marie. Enregistrez les lectures initiales et la température de chaque bain-marie

17. Prenez des lectures supplémentaires de la température des deux bains-marie et les lectures du colorant alimentaire dans les respiromètres toutes les cinq minutes pendant 30 minutes et enregistrez les lectures et les températures

18. Lorsque toutes les lectures ont été effectuées, calculez la différence et la différence corrigée pour chaque résultat et enregistrez chaque valeur

  • Différence : (lecture initiale au temps 0)-(lecture au temps x)
  • Différence corrigée : (lecture initiale de pois au temps 0- lecture de graines de pois au temps x)-(lecture initiale des billes au temps 0- lecture des billes au temps x)
  • La différence corrigée est importante et contribue à rendre les données plus précises en annulant toutes les lectures influencées par des facteurs extérieurs

17. Sur du papier millimétré, tracez vos résultats de la colonne de différence corrigée pour les pois en germination et les pois secs, à la fois dans les bains-marie à température ambiante et réfrigérés. Tracer le temps en minutes

18. Répétez les étapes 1 à 17 maintenant avec un grillon dans le flacon 1, un ver dans le flacon 2 et des billes de verre dans le flacon trois

  • Au lieu d'utiliser le déplacement pour vous assurer que le volume du grillon et du ver est le même, trouvez la masse à l'aide d'une balance ou d'une balance à triple faisceau et ajoutez des billes jusqu'à ce que le ver, le grillon et les flacons de billes de verre aient tous la même masse.

Tableau 1 : Respiration des pois germés et non germés

Tableau 2 : Respiration du grillon et du ver

Résultats du laboratoire de respiration Graphique

Une analyse

Comparer les tableaux de données

Dans ce laboratoire, nous avons pris des mesures périodiques du changement du volume d'oxygène dans les respiromètres afin de voir le taux de respiration cellulaire de tous nos échantillons dans l'expérience. Comme on le voit dans la section des données ci-dessus, nous avons pu mesurer l'emplacement du colorant alimentaire que nous avons initialement placé dans le respiromètre au début de l'expérience et en le comparant à sa position initiale, nous avons pu déterminer la quantité d'oxygène été consommé à chaque intervalle de temps. Ces mesures ont été enregistrées dans les graphiques ci-dessus. Dans la première expérience avec les pois en germination, les pois et les billes non germinatifs et les billes de verre dans le bain-marie à 21 °C, en regardant les données, il est clair que les pois secs et les billes de verre n'ont montré aucun changement dans la consommation d'oxygène , tandis que les pois en germination consommaient de l'oxygène, comme les mesures du colorant alimentaire se rapprochaient du flacon, ce qui signifie que l'oxygène était consommé et que la respiration cellulaire se produisait. Les billes de verre étaient le groupe témoin de cette expérience et parce qu'elles ne sont pas des êtres vivants, elles n'effectueront aucune respiration cellulaire, c'est pourquoi aucun oxygène n'a été consommé et il n'y a eu aucun changement dans les mesures. The dry peas, while alive, are not growing, so they do not require much energy and will therefore show relatively no change in oxygen consumption as they do not really perform cellular respiration. The germinating peas, which are still growing and preparing for reproduction, need a lot of energy in order to do this, and so they will have a high rate of oxygen consumption as they must undergo cellular respiration quickly in order to provide their growing cells with energy in the form of ATP. In the second experiment, in which we compared the cellular respiration rates of worms and crickets. As shown in the data table for the worms, crickets, and glass peas at room temperature, 21°C, the glass beads as expected showed no change in oxygen consumption as they do not perform cellular respiration, and the cricket consumed much more oxygen than the worm, which did not consume much oxygen at all. This means that in this experiment that the crickets had the greatest rate of respiration. The worms did not consume a lot of oxygen because they are very simple organisms that do not require that much energy. The worms mainly burrowed into the cotton balls and did not move very much, which is why they did not need a lot of energy and therefore did not consume much oxygen. The crickets continued to move and jump around in the vial and therefore needed a lot of energy in order to function. When comparing the data in experiments one and two, the germinating seeds seemed to have a greater rate of cellular respiration than the crickets because they showed a greater rate of oxygen consumption. While their rates of oxygen consumption were close, the germinating seeds had a greater rate. This is most likely because it must take more energy to grow and prepare for reproduction and so the germinating peas had to perform cellular reproduction more rapidly.

The affect of temperature on cellular respiration

The data can also be used to look at the affect temperature had on the experiments. The warm, room temperature water seemed to allow respiration to occur normally, while the cold water slowed down respiration. Although the cold water did affect the respirometers and falsified some of the data, it can still be seen that the rate of respiration in the germinating peas has slowed down in the cold water as well as with the cricket and the worm. The reason cold water causes the rate of respiration to decrease is the metabolism slows down and therefore doesn't require as much oxygen. Enzymes important in the process of cellular respiration are not able to perform as effectively and slow down in the cold water, therefore cellular respiration is decreased as well. At a cold temperature, the enzyme used to regulate respiration slows the process.

Analyzing the graph

The data on the graph was graphed according to the corrected differences of the data in the table, showing how much oxygen was consumed over time. When analyzing the graph it is very clear to see that the blue line for the germinating peas at 21°C is the specimen that had the greatest rate of respiration. If we were to draw a line of best fit for the blue line, it would be an increasing linear line, showing that the amount of oxygen consumed increased in a steady way. This makes sense because the germinating peas consume the most energy of all the organisms and will therefore consume more oxygen for cellular respiration. The green line, the cricket at 21°C, also increases steadily but does not go as high as the blue line meaning that the cricket did not consume as much oxygen as the germinating peas. The dry peas at 21°C did not show any change in oxygen consumption and the food coloring never made it to any of the numbers on the respirometer, and are therefore not included on the graph. The purple line for the worm at 21°C consumed a very minute amount of oxygen and therefore does not have any change. While the data for the cold water was skewed, it can still be seen that the oxygen consumed in the cold water is less than in warm water for all the experiments, which shows how cold water slows the rate of cellular respiration and so not as much oxygen is consumed.


3 Themes and Concepts of Biology

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Identifier et décrire les propriétés de la vie
  • Décrire les niveaux d'organisation parmi les êtres vivants
  • Reconnaître et interpréter un arbre phylogénétique
  • Énumérer des exemples de différentes sous-disciplines en biologie

La biologie est la science qui étudie la vie, mais qu'est-ce que la vie exactement ? Cela peut sembler une question idiote avec une réponse évidente, mais il n'est pas toujours facile de définir la vie. Par exemple, une branche de la biologie appelée virologie étudie les virus, qui présentent certaines des caractéristiques des entités vivantes mais en manquent d'autres. Bien que les virus puissent attaquer les organismes vivants, provoquer des maladies et même se reproduire, ils ne répondent pas aux critères utilisés par les biologistes pour définir la vie. Par conséquent, les virologues ne sont pas des biologistes à proprement parler. De même, certains biologistes étudient l'évolution moléculaire précoce qui a donné naissance à la vie. Puisque les événements qui ont précédé la vie ne sont pas des événements biologiques, ces scientifiques sont également exclus de la biologie au sens strict du terme.

Depuis ses débuts, la biologie s'est débattue avec trois questions : quelles sont les propriétés communes qui rendent quelque chose « vivant » ? Une fois que nous savons que quelque chose est vivant, comment trouver des niveaux d'organisation significatifs dans sa structure ? Enfin, face à la remarquable diversité du vivant, comment organiser les différents types d'organismes pour mieux les comprendre ? Alors que les scientifiques découvrent chaque jour de nouveaux organismes, les biologistes continuent de chercher des réponses à ces questions et à d'autres.

Propriétés de la vie

All living organisms share several key characteristics or functions: order, sensitivity or response to the environment, reproduction, adaptation, growth and development, regulation, homeostasis, energy processing, and evolution. When viewed together, these nine characteristics serve to define life.

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Les organismes sont des structures hautement organisées et coordonnées qui se composent d'une ou plusieurs cellules. Même les organismes unicellulaires très simples sont remarquablement complexes : à l'intérieur de chaque cellule, les atomes comprennent des molécules. Ceux-ci comprennent à leur tour des organites cellulaires et d'autres inclusions cellulaires. In multicellular organisms ((Figure)), similar cells form tissues. Les tissus, à leur tour, collaborent pour créer des organes (structures corporelles ayant une fonction distincte). Les organes travaillent ensemble pour former des systèmes d'organes.

Sensibilité ou réponse aux stimuli


Les organismes réagissent à divers stimuli. For example, plants can bend toward a source of light, climb on fences and walls, or respond to touch ((Figure)). Même de minuscules bactéries peuvent s'approcher ou s'éloigner des produits chimiques (un processus appelé chimiotaxie) ou léger (phototaxis). Le mouvement vers un stimulus est une réponse positive, tandis que l'éloignement d'un stimulus est une réponse négative.

Regardez cette vidéo pour voir comment les plantes réagissent à un stimulus - de l'ouverture à la lumière, à l'enroulement d'une vrille autour d'une branche, à la capture d'une proie.

La reproduction

Les organismes unicellulaires se reproduisent en dupliquant d'abord leur ADN, puis en le divisant de manière égale au fur et à mesure que la cellule se prépare à se diviser pour former deux nouvelles cellules. Multicellular organisms often produce specialized reproductive germline, gamete, oocyte, and sperm cells. Après la fécondation (fusion d'un ovocyte et d'un spermatozoïde), un nouvel individu se développe. Lors de la reproduction, des gènes contenant de l'ADN sont transmis à la progéniture d'un organisme. Ces gènes garantissent que la progéniture appartiendra à la même espèce et aura des caractéristiques similaires, telles que la taille et la forme.

La croissance et le développement

Les organismes grandissent et se développent grâce à des gènes fournissant des instructions spécifiques qui dirigeront la croissance et le développement cellulaires. This ensures that a species’ young ((Figure)) will grow up to exhibit many of the same characteristics as its parents.


Régulation

Même les plus petits organismes sont complexes et nécessitent de multiples mécanismes de régulation pour coordonner les fonctions internes, répondre aux stimuli et faire face aux stress environnementaux. Deux exemples de fonctions internes régulées dans un organisme sont le transport des nutriments et le flux sanguin. Les organes (groupes de tissus travaillant ensemble) remplissent des fonctions spécifiques, telles que le transport de l'oxygène dans tout le corps, l'élimination des déchets, l'apport de nutriments à chaque cellule et le refroidissement du corps.

Homéostasie


Pour fonctionner correctement, les cellules nécessitent des conditions appropriées telles qu'une température, un pH et une concentration appropriés de divers produits chimiques. Ces conditions peuvent cependant changer d'un moment à l'autre. Les organismes sont capables de maintenir des conditions internes dans une plage étroite presque constamment, malgré les changements environnementaux, grâce à l'homéostasie (littéralement, « état stable »). Par exemple, un organisme a besoin de réguler la température corporelle par le processus de thermorégulation. Organisms that live in cold climates, such as the polar bear ((Figure)), have body structures that help them withstand low temperatures and conserve body heat. Les structures qui facilitent ce type d'isolation comprennent la fourrure, les plumes, la graisse et la graisse. Dans les climats chauds, les organismes ont des méthodes (telles que la transpiration chez l'homme ou le halètement chez le chien) qui les aident à évacuer l'excès de chaleur corporelle.

Traitement de l'énergie


Tous les organismes utilisent une source d'énergie pour leurs activités métaboliques. Certains organismes captent l'énergie du soleil et la convertissent en énergie chimique dans les aliments. Others use chemical energy in molecules they take in as food ((Figure)).

Niveaux d'organisation des êtres vivants

Les êtres vivants sont hautement organisés et structurés, suivant une hiérarchie que nous pouvons examiner à une échelle de petite à grande. The atom is the smallest and most fundamental unit of matter. Il est constitué d'un noyau entouré d'électrons. Les atomes forment des molécules. Une molécule est une structure chimique constituée d'au moins deux atomes maintenus ensemble par une ou plusieurs liaisons chimiques. De nombreuses molécules biologiquement importantes sont des macromolécules, de grosses molécules qui sont généralement formées par polymérisation (un polymère est une grosse molécule qui est fabriquée en combinant des unités plus petites appelées monomères, qui sont plus simples que les macromolécules). An example of a macromolecule is deoxyribonucleic acid (DNA) ((Figure)), which contains the instructions for the structure and functioning of all living organisms.


Watch this video that animates the three-dimensional structure of the DNA molecule in (Figure).

Certaines cellules contiennent des agrégats de macromolécules entourés de membranes. Nous appelons ces organites. Les organites sont de petites structures qui existent à l'intérieur des cellules. Des exemples d'organites incluent les mitochondries et les chloroplastes, qui remplissent des fonctions indispensables : les mitochondries produisent de l'énergie pour alimenter la cellule, tandis que les chloroplastes permettent aux plantes vertes d'utiliser l'énergie de la lumière du soleil pour fabriquer des sucres. Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. La cellule elle-même est la plus petite unité fondamentale de structure et de fonction dans les organismes vivants. (Cette exigence est la raison pour laquelle les scientifiques ne considèrent pas les virus comme vivants : ils ne sont pas constitués de cellules. Pour fabriquer de nouveaux virus, ils doivent envahir et détourner le mécanisme de reproduction d'une cellule vivante. Ce n'est qu'alors qu'ils peuvent obtenir les matériaux dont ils ont besoin pour se reproduire. ) Certains organismes sont constitués d'une seule cellule et d'autres sont multicellulaires. Les scientifiques classent les cellules comme procaryotes ou eucaryotes. Les procaryotes sont des organismes unicellulaires ou coloniaux qui n'ont pas de noyaux liés à la membrane. En revanche, les cellules des eucaryotes ont des organites liés à la membrane et un noyau lié à la membrane.

Dans les organismes plus grands, les cellules se combinent pour former des tissus, qui sont des groupes de cellules similaires remplissant des fonctions similaires ou apparentées. Les organes sont des ensembles de tissus regroupés remplissant une fonction commune. Les organes sont présents non seulement chez les animaux mais aussi chez les plantes. Un système organique est un niveau d'organisation supérieur qui se compose d'organes fonctionnellement liés. Les mammifères ont de nombreux systèmes d'organes. Par exemple, le système circulatoire transporte le sang à travers le corps et vers et depuis les poumons. Il comprend des organes tels que le cœur et les vaisseaux sanguins. Les organismes sont des entités vivantes individuelles. Par exemple, chaque arbre d'une forêt est un organisme. Les procaryotes unicellulaires et les eucaryotes unicellulaires sont également des organismes, que les biologistes appellent généralement des micro-organismes.

Les biologistes appellent collectivement tous les individus d'une espèce vivant dans une zone spécifique une population. Par exemple, une forêt peut comprendre de nombreux pins, qui représentent la population de pins de cette forêt. Différentes populations peuvent vivre dans la même zone spécifique. Par exemple, la forêt avec les pins comprend des populations de plantes à fleurs, d'insectes et de populations microbiennes. Une communauté est la somme des populations habitant une zone particulière. Par exemple, tous les arbres, fleurs, insectes et autres populations d'une forêt forment la communauté de la forêt. La forêt elle-même est un écosystème. Un écosystème se compose de tous les êtres vivants d'une zone particulière ainsi que des parties abiotiques et non vivantes de cet environnement, telles que l'azote dans le sol ou l'eau de pluie. At the highest level of organization ((Figure)), the biosphere is the collection of all ecosystems, and it represents the zones of life on Earth. Il comprend la terre, l'eau et même l'atmosphère dans une certaine mesure.


Lequel des énoncés suivants est faux?

  1. Les tissus existent dans les organes qui existent dans les systèmes organiques.
  2. Les communautés existent au sein des populations qui existent au sein des écosystèmes.
  3. Les organites existent dans les cellules qui existent dans les tissus.
  4. Les communautés existent au sein des écosystèmes qui existent dans la biosphère.

La diversité de la vie

Le fait que la biologie, en tant que science, ait une portée aussi large est lié à l'immense diversité de la vie sur terre. The source of this diversity is evolution , the process of gradual change during which new species arise from older species. Les biologistes évolutionnistes étudient l'évolution des êtres vivants dans tout, du monde microscopique aux écosystèmes.

A phylogenetic tree ((Figure)) can summarize the evolution of various life forms on Earth. Il s'agit d'un diagramme montrant les relations évolutives entre les espèces biologiques sur la base des similitudes et des différences dans les traits génétiques ou physiques ou les deux. Les nœuds et les branches forment un arbre phylogénétique. Les nœuds internes représentent les ancêtres et sont des points d'évolution lorsque, sur la base de preuves scientifiques, les chercheurs pensent qu'un ancêtre a divergé pour former deux nouvelles espèces. La longueur de chaque branche est proportionnelle au temps écoulé depuis la scission.


Carl Woese and the Phylogenetic Tree In the past, biologists grouped living organisms into five kingdoms: animals, plants, fungi, protists, and bacteria. Ils ont basé le schéma organisationnel principalement sur des caractéristiques physiques, par opposition à la physiologie, la biochimie ou la biologie moléculaire, toutes utilisées par la systématique moderne. American microbiologist Carl Woese’s pioneering work in the early 1970s has shown, however, that life on Earth has evolved along three lineages, now called domains—Bacteria, Archaea, and Eukarya. Les deux premiers sont des cellules procaryotes avec des microbes dépourvus de noyaux et d'organites enfermés dans une membrane. Le troisième domaine contient les eucaryotes et comprend les micro-organismes unicellulaires (protistes), ainsi que les trois règnes restants (champignons, plantes et animaux). Woese defined Archaea as a new domain, and this resulted in a new taxonomic tree ((Figure)). De nombreux organismes appartenant au domaine Archaea vivent dans des conditions extrêmes et sont appelés extrêmophiles. Pour construire son arbre, Woese a utilisé des relations génétiques plutôt que des similitudes basées sur la morphologie (forme).

Woese a construit son arbre à partir d'un séquençage comparatif universel de gènes qui sont présents dans chaque organisme et conservés (ce qui signifie que ces gènes sont restés essentiellement inchangés tout au long de l'évolution). Woese’s approach was revolutionary because comparing physical features are insufficient to differentiate between the prokaryotes that appear fairly similar in spite of their tremendous biochemical diversity and genetic variability ((Figure)). Comparing homologous DNA and RNA sequences provided Woese with a sensitive device that revealed the extensive variability of prokaryotes, and which justified separating the prokaryotes into two domains: bacteria and archaea.


Branches d'études biologiques

La portée de la biologie est large et contient donc de nombreuses branches et sous-disciplines. Les biologistes peuvent poursuivre l'une de ces sous-disciplines et travailler dans un domaine plus ciblé. Par exemple, la biologie moléculaire et la biochimie étudient les processus biologiques au niveau moléculaire et chimique, y compris les interactions entre les molécules telles que l'ADN, l'ARN et les protéines, ainsi que la façon dont elles sont régulées. La microbiologie, l'étude des micro-organismes, est l'étude de la structure et de la fonction des organismes unicellulaires. C'est une branche assez large elle-même, et selon le sujet d'étude, il y a aussi des physiologistes microbiens, des écologistes et des généticiens, entre autres.

Forensic Scientist Forensic science is the application of science to answer questions related to the law. Les biologistes ainsi que les chimistes et les biochimistes peuvent être des médecins légistes. Les médecins légistes fournissent des preuves scientifiques à utiliser devant les tribunaux, et leur travail consiste à examiner les traces de matériaux associés aux crimes. L'intérêt pour la science médico-légale a augmenté au cours des dernières années, peut-être en raison d'émissions télévisées populaires mettant en vedette des scientifiques légistes sur le tas. En outre, le développement de techniques moléculaires et la création de bases de données ADN ont élargi les types de travail que les scientifiques judiciaires peuvent effectuer. Leurs activités professionnelles sont principalement liées aux crimes contre les personnes tels que le meurtre, le viol et les agressions. Their work involves analyzing samples such as hair, blood, and other body fluids and also processing DNA ((Figure)) found in many different environments and materials. Les médecins légistes analysent également d'autres preuves biologiques laissées sur les scènes de crime, telles que des larves d'insectes ou des grains de pollen. Les étudiants qui souhaitent poursuivre une carrière en sciences médico-légales devront probablement suivre des cours de chimie et de biologie ainsi que des cours intensifs de mathématiques.


Un autre domaine d'études biologiques, la neurobiologie, étudie la biologie du système nerveux, et bien qu'il s'agisse d'une branche de la biologie, il s'agit également d'un domaine d'études interdisciplinaire connu sous le nom de neurosciences. En raison de sa nature interdisciplinaire, cette sous-discipline étudie différentes fonctions du système nerveux en utilisant des approches moléculaires, cellulaires, développementales, médicales et informatiques.


Paleontology , another branch of biology, uses fossils to study life’s history ((Figure)). La zoologie et la botanique étudient respectivement les animaux et les plantes. Les biologistes peuvent également se spécialiser en tant que biotechnologues, écologistes ou physiologistes, pour ne citer que quelques domaines. Ceci n'est qu'un petit échantillon des nombreux domaines que les biologistes peuvent explorer.

La biologie est le point culminant des réalisations des sciences naturelles depuis leur création jusqu'à aujourd'hui. Fait intéressant, c'est le berceau des sciences émergentes, telles que la biologie de l'activité cérébrale, le génie génétique des organismes personnalisés et la biologie de l'évolution qui utilise les outils de laboratoire de la biologie moléculaire pour retracer les premiers stades de la vie sur Terre. Une analyse des gros titres de l'actualité, qu'il s'agisse de reportages sur les vaccinations, une espèce nouvellement découverte, le dopage sportif ou un aliment génétiquement modifié, montre à quel point la biologie est active et importante dans notre monde quotidien.

Résumé de la section

Biology is the science of life. All living organisms share several key properties such as order, sensitivity or response to stimuli, reproduction, growth and development, regulation, homeostasis, and energy processing. Living things are highly organized parts of a hierarchy that includes atoms, molecules, organelles, cells, tissues, organs, and organ systems. In turn, biologists group organisms as populations, communities, ecosystems, and the biosphere. The great diversity of life today evolved from less-diverse ancestral organisms over billions of years. We can use a phylogenetic tree to show evolutionary relationships among organisms.

Biology is very broad and includes many branches and subdisciplines. Les exemples incluent la biologie moléculaire, la microbiologie, la neurobiologie, la zoologie et la botanique, entre autres.

Questions de connexion visuelle

(Figure) Laquelle des affirmations suivantes est fausse ?

  1. Les tissus existent dans les organes qui existent dans les systèmes organiques.
  2. Les communautés existent au sein des populations qui existent au sein des écosystèmes.
  3. Les organites existent dans les cellules qui existent dans les tissus.
  4. Les communautés existent au sein des écosystèmes qui existent dans la biosphère.

(Figure) Communities exist within populations which exist within ecosystems.

Questions de révision

The smallest unit of biological structure that meets the functional requirements of “living” is the ________.

Viruses are not considered living because they ________.

  1. are not made of cells
  2. lack cell nuclei
  3. do not contain DNA or RNA
  4. cannot reproduce

The presence of a membrane-enclosed nucleus is a characteristic of ________.

A group of individuals of the same species living in the same area is called a(n) ________.

Which of the following sequences represents the hierarchy of biological organization from the most inclusive to the least complex level?

  1. organelle, tissue, biosphere, ecosystem, population
  2. organ, organism, tissue, organelle, molecule
  3. organism, community, biosphere, molecule, tissue, organ
  4. biosphere, ecosystem, community, population, organism

Where in a phylogenetic tree would you expect to find the organism that had evolved most recently?

Questions de pensée critique

Select two items that biologists agree are necessary in order to consider an organism “alive.” For each, give an example of a nonliving object that otherwise fits the definition of “alive.”

Answers will vary. Layers of sedimentary rock have order but are not alive. Technology is capable of regulation but is not, of itself, alive.

Consider the levels of organization of the biological world, and place each of these items in order from smallest level of organization to most encompassing: skin cell, elephant, water molecule, planet Earth, tropical rainforest, hydrogen atom, wolf pack, liver.

Smallest level of organization to largest: hydrogen atom, water molecule, skin cell, liver, elephant, wolf pack, tropical rainforest, planet Earth

You go for a long walk on a hot day. Give an example of a way in which homeostasis keeps your body healthy.

During your walk, you may begin to perspire, which cools your body and helps your body to maintain a constant internal temperature. You might also become thirsty and pause long enough for a cool drink, which will help to restore the water lost during perspiration.

Using examples, explain how biology can be studied from a microscopic approach to a global approach.

Researchers can approach biology from the smallest to the largest, and everything in between. For instance, an ecologist may study a population of individuals, the population’s community, the community’s ecosystem, and the ecosystem’s part in the biosphere. When studying an individual organism, a biologist could examine the cell and its organelles, the tissues that the cells make up, the organs and their respective organ systems, and the sum total—the organism itself.

Glossaire



Commentaires:

  1. Gorn

    Je partage complètement votre opinion. Il y a aussi quelque chose pour moi, il me semble que c'est une très bonne idée. Complètement avec vous, je serai d'accord.

  2. Kar

    Je suis assuré, qu'est-ce que c'est - une fausse façon.

  3. Munos

    L'idée remarquable

  4. Mikazahn

    Sujet incomparable, j'aime beaucoup))))

  5. Tadal

    Merci pour vos précieuses informations. C'est très utile.



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