Conférence: Structure cellulaire. La relation entre la structure et les fonctions des parties et organites d'une cellule est à la base de son intégrité.
La cellule est un système ouvert complexe à plusieurs composants, ce qui signifie qu’elle entretient une connexion constante avec l’environnement extérieur grâce à l’échange d’énergie et de substances.
Organites cellulaires
Membrane plasma - Il s'agit d'une double couche de phospholipides, imprégnée de molécules protéiques. La couche externe contient des glycolipides et des glycoprotéines. Perméable sélectivement aux liquides. Fonctions - protection, ainsi que communication et interaction des cellules entre elles.
Cœur. Fonctionnellement, il stocke l'ADN. Délimité par une double membrane poreuse reliée par l'EPS à la membrane externe de la cellule. À l'intérieur du noyau se trouve le jus nucléaire et les chromosomes se trouvent.
Cytoplasme. Il s’agit du contenu interne semi-liquide, semblable à un gel, de la cellule. Fonctionnellement, il assure la connexion des organites entre eux et constitue l'environnement de leur existence.
Nucléole. Ce sont des parties de ribosomes assemblées entre elles. Un corps rond très petit situé près du noyau. Fonction : synthèse d'ARNr.
Mitochondries. Organite à double membrane. La membrane interne est assemblée en plis appelés crêtes sur lesquels se trouvent les enzymes impliquées dans les réactions de phosphorylation oxydative, c'est-à-dire la synthèse de l'ATP, ce qui constitue la fonction principale.
Ribosomes. Ils sont constitués de sous-unités de plus en plus petites et ne possèdent pas de membrane. Fonctionnellement, ils participent à l'assemblage des molécules protéiques.
Réticulum endoplasmique (RE). Structure monomembranaire répartie dans tout le volume du cytoplasme, constituée de cavités de géométrie complexe. Le RE granulaire contient des ribosomes et le RE lisse contient des enzymes pour la synthèse des graisses.
Appareil de Golgi. Ce sont des cavités aplaties en forme de réservoir d'une structure membranaire. Les bulles contenant les substances nécessaires au métabolisme peuvent en être séparées. Fonctions – accumulation, transformation, tri des lipides et des protéines, formation des lysosomes.
Centre cellulaire. C'est la zone du cytoplasme qui contient des centrioles - microtubules. Leur fonction est la distribution correcte du matériel génétique pendant la mitose et la formation du fuseau mitotique.
Lysosomes. Vésicules monomembranaires contenant des enzymes impliquées dans la digestion des macromolécules. Fonctionnellement, ils dissolvent les grosses molécules et détruisent les anciennes structures de la cellule.
Paroi cellulaire. Il s'agit d'une coque cellulosique dense qui remplit une fonction squelettique chez les plantes.
Plastides. Organites membranaires. Il en existe 3 types : les chloroplastes, où se produit la photosynthèse, les chromoplastes, qui contiennent des colorants, et les leucoplastes, qui stockent l'amidon.
Vacuoles. Les bulles qui, dans les cellules végétales, peuvent occuper jusqu'à 90 % du volume cellulaire et contenir des nutriments. Chez les animaux - vacuoles digestives, structure complexe, de petite taille. Ils sont également responsables du rejet de substances inutiles dans l'environnement extérieur.
Microfilaments (microtubules). Structures protéiques non membranaires responsables du mouvement des organites et du cytoplasme à l'intérieur de la cellule, de l'apparition des flagelles.
Les composants d’une cellule sont interconnectés spatialement, chimiquement et physiquement et sont en interaction constante les uns avec les autres. 
La cytologie est la science des cellules. La science des cellules s'appelle la cytologie (du grec « cytos » - cellule, « logos » - science). Le sujet de la cytologie concerne les cellules d'animaux et de plantes multicellulaires, ainsi que les organismes unicellulaires, qui comprennent les bactéries, les protozoaires et les algues unicellulaires. La cytologie étudie la structure et la composition chimique des cellules, les fonctions des structures intracellulaires, les fonctions des cellules dans le corps des animaux et des plantes, la reproduction et le développement des cellules et l'adaptation des cellules aux conditions environnementales. La cytologie moderne est une science complexe. Elle entretient les liens les plus étroits avec d'autres sciences biologiques, par exemple avec la botanique, la zoologie, la physiologie, l'étude de l'évolution du monde organique, ainsi qu'avec la biologie moléculaire, la chimie, la physique et les mathématiques. La cytologie est l'une des sciences biologiques relativement jeunes, son âge est d'environ 100 ans. Le terme « cellule » date de plus de 300 ans. Le nom « cellule » a été utilisé pour la première fois au milieu du XVIIe siècle. appliqué par R. Hooke. En examinant une fine section d'un bouchon à l'aide d'un microscope, Hooke a vu que le bouchon était constitué de cellules - des cellules.
Cellule- l'unité élémentaire de tous les êtres vivants, elle possède donc les propriétés des organismes vivants : structure hautement ordonnée, métabolisme, irritabilité, croissance, développement, reproduction, régénération et autres propriétés.
L'extérieur de la cellule est recouvert d'une membrane cellulaire qui sépare la cellule de l'environnement extérieur. Il remplit les fonctions suivantes : protection, délimitation, récepteur (perception des signaux du milieu extérieur), transport.
Le cytoplasme forme un certain nombre de structures spécifiques. Ce sont des jonctions intercellulaires, des microvillosités, des cils et des processus cellulaires. Les connexions intercellulaires (contacts) sont divisées en simples et complexes. Avec une simple connexion, le cytoplasme des cellules voisines forme des projections qui relient les cellules. Il existe toujours un espace intercellulaire entre les cytoplasmes. Dans les jonctions complexes, les cellules sont connectées à l’aide de fibres et il n’y a presque aucune distance entre les cellules. Les microvillosités sont des extensions cellulaires ressemblant à des doigts, dépourvues d'organites. Les cils et les flagelles remplissent la fonction de mouvement.
Les mitochondries contiennent des substances riches en énergie et participent aux processus de respiration cellulaire et de conversion de l'énergie en une forme disponible pour la cellule. Le nombre, la taille et l'emplacement des mitochondries dépendent du fonctionnement de la cellule et de ses besoins énergétiques. Les mitochondries contiennent leur propre ADN. Environ 2 % de l’ADN d’une cellule est contenu dans les mitochondries. Les ribosomes fabriquent des protéines cellulaires. Les ribosomes participent à la synthèse des protéines et sont présents dans toutes les cellules humaines, à l'exception des globules rouges matures. Les ribosomes peuvent être librement localisés dans le cytoplasme. Ils synthétisent les protéines nécessaires à la vie de la cellule elle-même. La synthèse des protéines est associée au processus transcriptions– réécriture des informations stockées dans l’ADN.
Le noyau est l'organite le plus important de la cellule : il contient une substance spéciale, la chromatine, à partir de laquelle, avant la division cellulaire, se forment des chromosomes filiformes - porteurs de caractéristiques et de propriétés héréditaires humaines. La chromatine est constituée d'ADN et d'une petite quantité d'ARN. Dans le noyau en division, la chromatine s'enroule en spirale, donnant naissance à des chromosomes visibles. Le nucléole (un ou plusieurs) est un corps rond et dense, plus sa taille est grande, plus la synthèse protéique est intense. Les ribosomes se forment dans le nucléole.
La cellule de tout organisme est un système vivant intégral. Il est constitué de trois parties inextricablement liées : la membrane, le cytoplasme et le noyau. La membrane cellulaire interagit directement avec l'environnement extérieur et avec les cellules voisines (dans les organismes multicellulaires).
Processus biophysiques dans les cellules assurer la mise en œuvre des mécanismes de régulation nerveuse, la régulation des paramètres physico-chimiques du milieu interne (pression osmotique, pH), la création de charges électriques des cellules, l'apparition et la propagation de l'excitation, la libération des sécrétions (hormones, enzymes et autres biologiquement substances actives), la mise en œuvre de l'action des médicaments pharmacologiques. Ces processus sont possibles grâce au fonctionnement Système de transport . Les processus métaboliques cellulaires, notamment la bioénergie et bien d’autres, sont également associés au transfert de substances à travers les membranes. L'effet pharmacologique de presque tous les médicaments est également dû à sa pénétration à travers les membranes cellulaires, et son efficacité dépend en grande partie de sa perméabilité.
Fonctions cellulaires
Le corps humain possède une structure cellulaire. Les cellules sont situées dans la substance intercellulaire, qui leur assure la résistance mécanique, la nutrition et la respiration. Les cellules varient en taille, forme et fonction. La cytologie (du grec « cytos » - cellule) étudie la structure et les fonctions des cellules.
La cellule est recouverte d'une membrane constituée de plusieurs couches de molécules, assurant la perméabilité sélective des substances. L'espace entre les membranes des cellules voisines est rempli de substance intercellulaire liquide. La fonction principale de la membrane est d'effectuer l'échange de substances entre la cellule et la substance intercellulaire.
Le cytoplasme est une substance semi-liquide visqueuse. Le cytoplasme contient un certain nombre des plus petites structures cellulaires - des organites, qui remplissent diverses fonctions : réticulum endoplasmique, ribosomes, mitochondries, lysosomes, complexe de Golgi, centre cellulaire, noyau.
Le réticulum endoplasmique est un système de tubules et de cavités qui pénètre dans tout le cytoplasme. La fonction principale est la participation à la synthèse, à l'accumulation et au mouvement des substances organiques de base produites par la cellule, à la synthèse des protéines.
Les ribosomes sont des corps denses contenant des protéines et de l'acide ribonucléique (ARN). Ils sont le siège de la synthèse des protéines. Le complexe de Golgi est une cavité délimitée par une membrane à partir de laquelle s'étendent des tubes et des vésicules situées à leurs extrémités. La fonction principale est l'accumulation de substances organiques, la formation de lysosomes.
Le centre cellulaire est formé de deux corps qui participent à la division cellulaire. Ces corps sont situés à proximité du noyau.
Le noyau est la structure la plus importante de la cellule. La cavité du noyau est remplie de jus nucléaire. Il contient le nucléole, les acides nucléiques, les protéines, les graisses, les glucides et les chromosomes. Les chromosomes contiennent des informations héréditaires. Les cellules sont caractérisées par un nombre constant de chromosomes. Les cellules du corps humain contiennent 46 chromosomes et les cellules germinales en contiennent 23.
Les lysosomes sont des corps ronds contenant un complexe d’enzymes. Leur fonction principale est de digérer les particules alimentaires et d’éliminer les organites morts.
Les cellules contiennent des composés inorganiques et organiques.
Substances inorganiques - eau et sels. L'eau représente jusqu'à 80 % de la masse de la cellule. Il dissout les substances impliquées dans les réactions chimiques : il transporte les nutriments, élimine les déchets et les composés nocifs de la cellule.
Les sels minéraux - chlorure de sodium, chlorure de potassium, etc., jouent un rôle important dans la répartition de l'eau entre les cellules et la substance intercellulaire. Éléments chimiques individuels : oxygène, hydrogène, azote, soufre, fer, magnésium, zinc, iode, phosphore participent à la création de composés organiques vitaux.
Les composés organiques représentent jusqu'à 20 à 30 % de la masse de chaque cellule. Parmi eux, les protéines, les graisses, les glucides et les acides nucléiques revêtent la plus grande importance.
Les protéines sont les substances organiques fondamentales et les plus complexes trouvées dans la nature. La molécule protéique est grosse et constituée d’acides aminés. Les protéines servent d’éléments constitutifs des cellules. Ils participent à la formation des membranes cellulaires, du noyau, du cytoplasme et des organites. Les protéines enzymatiques sont des accélérateurs de réactions chimiques. Il existe jusqu’à 1 000 protéines différentes dans une seule cellule. Constitué de carbone, d'hydrogène, d'azote, d'oxygène, de soufre et de phosphore.
Glucides - constitués de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Les glucides comprennent le glucose, l'amidon animal et le glycogène. La désintégration de 1 g libère 17,2 kJ d'énergie.
Les graisses sont constituées des mêmes éléments chimiques que les glucides. Les graisses sont insolubles dans l'eau. Ils font partie des membranes cellulaires et servent de source d’énergie de réserve dans l’organisme. Lorsque 1 g de graisse est décomposé, 39,1 kJ d’énergie sont libérés.
Les acides nucléiques sont de deux types : l'ADN et l'ARN.
L'ADN est situé dans le noyau, fait partie des chromosomes, détermine la composition des protéines cellulaires et la transmission des caractéristiques et propriétés héréditaires des parents à la progéniture. Les fonctions de l'ARN sont associées à la formation de protéines caractéristiques de cette cellule.
La principale propriété vitale d’une cellule est le métabolisme. Les nutriments et l'oxygène sont constamment fournis aux cellules à partir de la substance intercellulaire et les produits de décomposition sont libérés.
Les substances qui pénètrent dans la cellule participent aux processus de biosynthèse.
La biosynthèse est la formation de protéines, de graisses, de glucides et de leurs composés à partir de substances plus simples. Simultanément à la biosynthèse, les composés organiques se décomposent dans les cellules. La plupart des réactions de décomposition impliquent de l'oxygène et libèrent de l'énergie. En raison du métabolisme, la composition des cellules est constamment mise à jour : certaines substances se forment, tandis que d'autres sont détruites.
La propriété des cellules vivantes, des tissus et de l'organisme tout entier de répondre à des influences externes ou internes - des stimuli est appelée irritabilité. En réponse à des irritations chimiques et physiques, des changements spécifiques dans leur activité vitale se produisent dans les cellules.
Les cellules sont caractérisées par la croissance et la reproduction. Chacune des cellules filles résultantes grandit et atteint la taille de la cellule mère. Les nouvelles cellules remplissent la fonction de cellule mère. La durée de vie des cellules varie : de quelques heures à plusieurs dizaines d'années.
Une cellule vivante possède un certain nombre de propriétés vitales : métabolisme, irritabilité, croissance et reproduction, mobilité, sur la base desquelles s'effectuent les fonctions de tout l'organisme.
Membrane cellulaire.
La membrane cellulaire a une structure complexe. Il se compose d’une couche externe et d’une membrane plasmique située en dessous. Les cellules animales et végétales diffèrent par la structure de leur couche externe. Chez les plantes, ainsi que chez les bactéries, les algues bleu-vert et les champignons, une membrane dense, ou paroi cellulaire, se trouve à la surface des cellules. Dans la plupart des plantes, il s'agit de fibres. La paroi cellulaire joue un rôle extrêmement important : elle constitue une armature externe, une coque protectrice et assure la turgescence des cellules végétales : l'eau, les sels et les molécules de nombreuses substances organiques traversent la paroi cellulaire.
La couche externe de la surface des cellules animales, contrairement aux parois cellulaires des plantes, est très fine et élastique. Il n’est pas visible au microscope optique et se compose d’une variété de polysaccharides et de protéines. La couche superficielle des cellules animales s’appelle le glycocalyx.
Le glycocalyx remplit principalement la fonction de connexion directe entre les cellules animales et l'environnement extérieur, avec toutes les substances qui l'entourent. De faible épaisseur (moins de 1 micron), la couche externe des cellules animales ne joue pas le rôle de support caractéristique des parois cellulaires végétales. La formation du glycocalice, ainsi que des parois cellulaires des plantes, est due à l'activité vitale des cellules elles-mêmes.
Membrane plasma.
Sous le glycocalice et la paroi cellulaire des plantes se trouve une membrane plasmique (du latin « membrane » - peau, film), bordant directement le cytoplasme. L'épaisseur de la membrane plasmique est d'environ 10 nm ; l'étude de sa structure et de ses fonctions n'est possible qu'à l'aide d'un microscope électronique.
La membrane plasmique est constituée de protéines et de lipides. Ils sont disposés de manière ordonnée et reliés les uns aux autres par des interactions chimiques. Selon les concepts modernes, les molécules lipidiques de la membrane plasmique sont disposées sur deux rangées et forment une couche continue. Les molécules de protéines ne forment pas une couche continue, elles se situent dans la couche lipidique et y plongent à différentes profondeurs.
Les molécules protéiques et lipidiques sont mobiles, ce qui assure le dynamisme de la membrane plasmique.
La membrane plasmique remplit de nombreuses fonctions importantes essentielles au fonctionnement des cellules. L’une de ces fonctions est qu’il forme une barrière séparant le contenu interne de la cellule de l’environnement externe. Mais il existe un échange constant de substances entre les cellules et l’environnement extérieur. L'eau, divers sels sous forme d'ions individuels et des molécules inorganiques et organiques pénètrent dans la cellule depuis l'environnement extérieur. Ils pénètrent dans la cellule par des canaux très minces dans la membrane plasmique. Les produits formés dans la cellule sont rejetés dans le milieu extérieur. Le transport de substances est l’une des fonctions principales de la membrane plasmique. Les produits métaboliques, ainsi que les substances synthétisées dans la cellule, sont éliminés de la cellule à travers la membrane plasmique. Ceux-ci comprennent diverses protéines, glucides et hormones, qui sont produits dans les cellules de diverses glandes et sont libérés dans l'environnement extracellulaire sous forme de petites gouttes.
Les cellules qui forment divers tissus (épithéliaux, musculaires, etc.) chez les animaux multicellulaires sont reliées entre elles par une membrane plasmique. A la jonction de deux cellules, la membrane de chacune d'elles peut former des plis ou des excroissances qui confèrent aux articulations une résistance particulière.
La connexion des cellules végétales est assurée par la formation de canaux minces remplis de cytoplasme et limités par la membrane plasmique. Grâce à ces canaux traversant les membranes cellulaires, les nutriments, les ions, les glucides et d'autres composés circulent d'une cellule à l'autre.
À la surface de nombreuses cellules animales, par exemple divers épithéliums, se trouvent de très petites excroissances minces du cytoplasme recouvertes d'une membrane plasmique - les microvillosités. Le plus grand nombre de microvillosités se trouve à la surface des cellules intestinales, où se produisent une digestion et une absorption intensives des aliments digérés.
Phagocytose.
Les grosses molécules de substances organiques, telles que les protéines et les polysaccharides, les particules alimentaires et les bactéries, pénètrent dans la cellule par le phagocyte (du grec « phageo » – dévorer). La membrane plasmique est directement impliquée dans le phagocyte. Au point où la surface de la cellule entre en contact avec une particule d’une substance dense, la membrane se plie, forme une dépression et entoure la particule, qui est immergée dans un « emballage membranaire » à l’intérieur de la cellule. Une vacuole digestive se forme et les substances organiques entrant dans la cellule y sont digérées.
Cytoplasme.
Séparé du milieu extérieur par la membrane plasmique, le cytoplasme est le milieu semi-liquide interne des cellules. Le cytoplasme des cellules eucaryotes contient le noyau et divers organites. Le noyau est situé dans la partie centrale du cytoplasme. Il contient également diverses inclusions - produits de l'activité cellulaire, vacuoles, ainsi que de minuscules tubes et filaments qui forment le squelette de la cellule. Les protéines prédominent dans la composition de la substance principale du cytoplasme. Les principaux processus métaboliques se déroulent dans le cytoplasme, il unit le noyau et tous les organites en un tout, assure leur interaction et l'activité de la cellule en tant que système vivant intégral unique.
Réticulum endoplasmique.
Toute la zone interne du cytoplasme est remplie de nombreux petits canaux et cavités dont les parois sont des membranes de structure similaire à la membrane plasmique. Ces canaux se ramifient, se connectent les uns aux autres et forment un réseau appelé réticulum endoplasmique.
Le réticulum endoplasmique est hétérogène dans sa structure. Il en existe deux types connus : granuleux et lisse. Sur les membranes des canaux et des cavités du réseau granulaire se trouvent de nombreux petits corps ronds - les ribosomes, qui donnent aux membranes un aspect rugueux. Les membranes du réticulum endoplasmique lisse ne portent pas de ribosomes à leur surface.
Le réticulum endoplasmique remplit de nombreuses fonctions diverses. La fonction principale du réticulum endoplasmique granulaire est la participation à la synthèse des protéines, qui se produit dans les ribosomes.
La synthèse des lipides et des glucides se produit sur les membranes du réticulum endoplasmique lisse. Tous ces produits de synthèse s'accumulent dans des canaux et des cavités, puis sont transportés vers divers organites de la cellule, où ils sont consommés ou accumulés dans le cytoplasme sous forme d'inclusions cellulaires. Le réticulum endoplasmique relie les principaux organites de la cellule.
Ribosomes.
Les ribosomes se trouvent dans les cellules de tous les organismes. Ce sont des corps ronds microscopiques d'un diamètre de 15 à 20 nm. Chaque ribosome est constitué de deux particules de taille inégale, petite et grande.
Une cellule contient plusieurs milliers de ribosomes ; ils sont situés soit sur les membranes du réticulum endoplasmique granulaire, soit librement dans le cytoplasme. Les ribosomes contiennent des protéines et de l'ARN. La fonction des ribosomes est la synthèse des protéines. La synthèse des protéines est un processus complexe qui est réalisé non pas par un ribosome, mais par tout un groupe, comprenant jusqu'à plusieurs dizaines de ribosomes unis. Ce groupe de ribosomes est appelé polysome. Les protéines synthétisées s'accumulent d'abord dans les canaux et les cavités du réticulum endoplasmique, puis sont transportées vers les organites et les sites cellulaires où elles sont consommées. Le réticulum endoplasmique et les ribosomes situés sur ses membranes représentent un seul appareil pour la biosynthèse et le transport des protéines.
Mitochondries.
Le cytoplasme de la plupart des cellules animales et végétales contient de petits corps (0,2 à 7 microns) - des mitochondries (du grec "mitos" - fil, "chondrion" - grain, granule).
Les mitochondries sont clairement visibles au microscope optique, avec lequel vous pouvez examiner leur forme, leur emplacement et compter leur nombre. La structure interne des mitochondries a été étudiée au microscope électronique. La coque mitochondriale est constituée de deux membranes : externe et interne. La membrane externe est lisse, elle ne forme ni plis ni excroissances. La membrane interne, au contraire, forme de nombreux plis dirigés vers la cavité mitochondriale. Les plis de la membrane interne sont appelés crêtes (du latin « crista » - crête, excroissance). Le nombre de crêtes varie dans les mitochondries des différentes cellules. Il peut y en avoir de plusieurs dizaines à plusieurs centaines, avec notamment de nombreuses crêtes dans les mitochondries de cellules fonctionnant activement, comme les cellules musculaires.
Les mitochondries sont appelées les « centrales électriques » des cellules car leur fonction principale est la synthèse de l'acide adénosine triphosphorique (ATP). Cet acide est synthétisé dans les mitochondries des cellules de tous les organismes et constitue une source universelle d'énergie nécessaire aux processus vitaux. de la cellule et de l'organisme tout entier.
Les nouvelles mitochondries sont formées par la division de mitochondries déjà existantes dans la cellule.
Plastides.
Les plastes se trouvent dans le cytoplasme de toutes les cellules végétales. Il n'y a pas de plastes dans les cellules animales. Il existe trois principaux types de plastes : verts - chloroplastes ; rouge, orange et jaune - chromoplastes ; incolore - leucoplastes.
Chloroplaste.
Ces organites se trouvent dans les cellules des feuilles et d’autres organes verts des plantes, ainsi que dans diverses algues. La taille des chloroplastes est de 4 à 6 microns, le plus souvent ils ont une forme ovale. Chez les plantes supérieures, une cellule contient généralement plusieurs dizaines de chloroplastes. La couleur verte des chloroplastes dépend de la teneur en pigment chlorophylle qu'ils contiennent. Le chloroplaste est le principal organite des cellules végétales dans lequel se produit la photosynthèse, c'est-à-dire la formation de substances organiques (glucides) à partir de substances inorganiques (CO2 et H2O) en utilisant l'énergie de la lumière solaire.
Les chloroplastes ont une structure similaire à celle des mitochondries. Le chloroplaste est séparé du cytoplasme par deux membranes : externe et interne. La membrane externe est lisse, sans plis ni saillies, tandis que la membrane interne forme de nombreuses saillies pliées dirigées vers le chloroplaste. Par conséquent, un grand nombre de membranes sont concentrées à l'intérieur du chloroplaste, formant des structures spéciales - grana. Ils sont empilés comme une pile de pièces.
Les molécules de chlorophylle sont situées dans les gran membranes, c'est pourquoi la photosynthèse s'y produit. L'ATP est également synthétisée dans les chloroplastes. Entre les membranes internes du chloroplaste se trouvent l'ADN et l'ARN. et les ribosomes. Par conséquent, dans les chloroplastes, ainsi que dans les mitochondries, se produit la synthèse protéique, nécessaire à l'activité de ces organites. Les chloroplastes se reproduisent par division.
Les chromoplastes se trouvent dans le cytoplasme des cellules de différentes parties des plantes : fleurs, fruits, tiges, feuilles. La présence de chromoplastes explique la couleur jaune, orange et rouge des corolles des fleurs, des fruits et des feuilles d'automne.
Leucoplastes.
On les trouve dans le cytoplasme des cellules des parties incolores des plantes, par exemple dans les tiges, les racines et les tubercules. La forme des leucoplastes est variée.
Les chloroplastes, les chromoplastes et les leucoplastes sont capables d'échanges cellulaires. Ainsi, lorsque les fruits mûrissent ou que les feuilles changent de couleur en automne, les chloroplastes se transforment en chromoplastes et les leucoplastes peuvent se transformer en chloroplastes, par exemple lorsque les tubercules de pomme de terre deviennent verts.
Appareil de Golgi.
Dans de nombreuses cellules animales, comme les cellules nerveuses, elle prend la forme d’un réseau complexe situé autour du noyau. Dans les cellules des plantes et des protozoaires, l'appareil de Golgi est représenté par des corps individuels en forme de faucille ou de bâtonnet. La structure de cet organite est similaire dans les cellules des organismes végétaux et animaux, malgré la diversité de sa forme.
L'appareil de Golgi comprend : des cavités délimitées par des membranes et situées en groupes (5-10) ; grosses et petites bulles situées aux extrémités des cavités. Tous ces éléments forment un seul complexe.
L'appareil de Golgi remplit de nombreuses fonctions importantes. Les produits de l'activité synthétique de la cellule - protéines, glucides et graisses - y sont transportés par les canaux du réticulum endoplasmique. Toutes ces substances s'accumulent d'abord, puis, sous forme de grandes et petites bulles, pénètrent dans le cytoplasme et sont soit utilisées dans la cellule elle-même au cours de sa vie, soit retirées de celle-ci et utilisées dans le corps. Par exemple, dans les cellules du pancréas des mammifères, des enzymes digestives sont synthétisées et s'accumulent dans les cavités de l'organite. Des bulles remplies d’enzymes se forment alors. Ils sont excrétés des cellules dans le canal pancréatique, d'où ils s'écoulent dans la cavité intestinale. Une autre fonction importante de cet organite est que sur ses membranes se produit la synthèse de graisses et de glucides (polysaccharides), qui sont utilisés dans la cellule et qui font partie des membranes. Grâce à l'activité de l'appareil de Golgi, le renouvellement et la croissance de la membrane plasmique se produisent.
Lysosomes.
Ce sont de petits corps ronds. Chaque lysosome est séparé du cytoplasme par une membrane. À l’intérieur du lysosome se trouvent des enzymes qui décomposent les protéines, les graisses, les glucides et les acides nucléiques.
Les lysosomes s'approchent d'une particule alimentaire qui est entrée dans le cytoplasme, fusionnent avec elle et une vacuole digestive se forme, à l'intérieur de laquelle se trouve une particule alimentaire entourée d'enzymes lysosomes. Les substances formées à la suite de la digestion des particules alimentaires pénètrent dans le cytoplasme et sont utilisées par la cellule.
Possédant la capacité de digérer activement les nutriments, les lysosomes participent à l'élimination des parties cellulaires, des cellules entières et des organes qui meurent au cours de l'activité vitale. La formation de nouveaux lysosomes se produit constamment dans la cellule. Les enzymes contenues dans les lysosomes, comme toutes les autres protéines, sont synthétisées sur les ribosomes du cytoplasme. Ces enzymes voyagent ensuite à travers le réticulum endoplasmique jusqu'à l'appareil de Golgi, dans les cavités duquel se forment les lysosomes. Sous cette forme, les lysosomes pénètrent dans le cytoplasme.
Centre cellulaire.
Dans les cellules animales, près du noyau se trouve un organite appelé centre cellulaire. La partie principale du centre cellulaire est constituée de deux petits corps - les centrioles, situés dans une petite zone de cytoplasme densifié. Chaque centriole a la forme d'un cylindre mesurant jusqu'à 1 µm de long. Les centrioles jouent un rôle important dans la division cellulaire ; ils participent à la formation du fuseau de division.
Inclusions cellulaires.
Les inclusions cellulaires comprennent les glucides, les graisses et les protéines. Toutes ces substances s'accumulent dans le cytoplasme de la cellule sous forme de gouttes et de grains de différentes tailles et formes. Ils sont périodiquement synthétisés dans la cellule et utilisés dans le processus métabolique.
Cœur.
Chaque cellule des animaux unicellulaires et multicellulaires, ainsi que des plantes, contient un noyau. La forme et la taille du noyau dépendent de la forme et de la taille des cellules. La plupart des cellules ont un noyau et ces cellules sont appelées mononucléées. Il existe également des cellules comportant deux, trois, plusieurs dizaines, voire des centaines de noyaux. Ce sont des cellules multinucléées.
Le jus nucléaire est une substance semi-liquide, qui se situe sous l’enveloppe nucléaire et représente l’environnement interne du noyau.
La cellule est l'unité élémentaire de base de tous les êtres vivants, elle possède donc toutes les propriétés des organismes vivants : une structure hautement ordonnée, recevant de l'énergie de l'extérieur et l'utilisant pour effectuer un travail et maintenir l'ordre, un métabolisme, une réponse active aux irritations, croissance, développement, reproduction, duplication et transmission de l'information biologique à la descendance, régénération (restauration des structures endommagées), adaptation au milieu.
Le scientifique allemand T. Schwann a créé au milieu du XIXe siècle la théorie cellulaire, dont les principales dispositions indiquaient que tous les tissus et organes étaient constitués de cellules ; les cellules des plantes et des animaux sont fondamentalement similaires les unes aux autres, elles surviennent toutes de la même manière ; l'activité des organismes est la somme des activités vitales des cellules individuelles. Le grand scientifique allemand R. Virchow a eu une grande influence sur le développement ultérieur de la théorie cellulaire et sur la doctrine de la cellule en général. Il a non seulement rassemblé tous les nombreux faits disparates, mais a également montré de manière convaincante que les cellules constituent une structure permanente et ne naissent que par reproduction.
La théorie cellulaire dans son interprétation moderne comprend les principales dispositions suivantes : la cellule est une unité élémentaire universelle des êtres vivants ; les cellules de tous les organismes sont fondamentalement similaires dans leur structure, leur fonction et leur composition chimique ; les cellules se reproduisent uniquement en divisant la cellule d'origine ; les organismes multicellulaires sont des assemblages cellulaires complexes qui forment des systèmes intégraux.
Grâce aux méthodes de recherche modernes, il a été révélé deux principaux types de cellules: cellules eucaryotes d'organisation plus complexe et hautement différenciées (plantes, animaux et certains protozoaires, algues, champignons et lichens) et cellules procaryotes d'organisation moins complexe (algues bleu-vert, actinomycètes, bactéries, spirochètes, mycoplasmes, rickettsies, chlamydia).
Contrairement à une cellule procaryote, une cellule eucaryote possède un noyau délimité par une double membrane nucléaire et un grand nombre d'organites membranaires.
ATTENTION!
La cellule est l’unité structurelle et fonctionnelle de base des organismes vivants, assurant la croissance, le développement, le métabolisme et l’énergie, stockant, traitant et mettant en œuvre l’information génétique. D'un point de vue morphologique, une cellule est un système complexe de biopolymères, séparé de l'environnement extérieur par une membrane plasmique (plasmolemme) et constitué d'un noyau et d'un cytoplasme, dans lequel se trouvent des organites et des inclusions (granules).
Quels types de cellules existe-t-il ?
Les cellules sont diverses dans leur forme, leur structure, leur composition chimique et la nature de leur métabolisme.
Toutes les cellules sont homologues, c'est-à-dire ont un certain nombre de caractéristiques structurelles communes dont dépend l'exécution des fonctions de base. Les cellules sont caractérisées par l'unité de structure, de métabolisme (métabolisme) et de composition chimique.
Dans le même temps, différentes cellules ont également des structures spécifiques. Cela est dû à leur exécution de fonctions spéciales.
Structure cellulaire
Structure cellulaire ultramicroscopique :
1 - cytolemme (membrane plasmique); 2 - vésicules pinocytotiques ; 3 - centrosome, centre cellulaire (cytocentre) ; 4 - hyaloplasme; 5 - réticulum endoplasmique : a - membrane du réticulum granulaire ; b - ribosomes ; 6 - connexion de l'espace périnucléaire avec les cavités du réticulum endoplasmique ; 7 - noyau ; 8 - pores nucléaires ; 9 - réticulum endoplasmique non granulaire (lisse); 10 - nucléole; 11 - appareil réticulaire interne (complexe de Golgi) ; 12 - vacuoles sécrétoires ; 13 - mitochondries ; 14 - liposomes ; 15 - trois étapes successives de phagocytose ; 16 - connexion de la membrane cellulaire (cytolemme) avec les membranes du réticulum endoplasmique.
Composition chimique de la cellule
La cellule contient plus de 100 éléments chimiques, dont quatre représentent environ 98 % de la masse ; ce sont des organogènes : l'oxygène (65 à 75 %), le carbone (15 à 18 %), l'hydrogène (8 à 10 %) et l'azote. (1,5 à 3,0 %). Les éléments restants sont divisés en trois groupes : macroéléments - leur teneur dans l'organisme dépasse 0,01%) ; microéléments (0,00001–0,01 %) et ultramicroéléments (moins de 0,00001).
Les macroéléments comprennent le soufre, le phosphore, le chlore, le potassium, le sodium, le magnésium et le calcium.
Les microéléments comprennent le fer, le zinc, le cuivre, l'iode, le fluor, l'aluminium, le cuivre, le manganèse, le cobalt, etc.
Les ultramicroéléments comprennent le sélénium, le vanadium, le silicium, le nickel, le lithium, l'argent et bien plus encore. Malgré leur très faible teneur, les microéléments et ultramicroéléments jouent un rôle très important. Ils affectent principalement le métabolisme. Sans eux, le fonctionnement normal de chaque cellule et de l'organisme dans son ensemble est impossible.
La cellule est constituée de substances inorganiques et organiques. Parmi les substances inorganiques, la plus grande quantité d'eau est présente. La quantité relative d'eau dans la cellule est comprise entre 70 et 80 %. L'eau est un solvant universel : toutes les réactions biochimiques de la cellule s'y déroulent. Avec la participation de l'eau, la thermorégulation est réalisée. Les substances qui se dissolvent dans l'eau (sels, bases, acides, protéines, glucides, alcools, etc.) sont dites hydrophiles. Les substances hydrophobes (graisses et substances semblables à des graisses) ne se dissolvent pas dans l'eau. Les autres substances inorganiques (sels, acides, bases, ions positifs et négatifs) représentent 1,0 à 1,5 %.
Parmi les substances organiques, les protéines (10 à 20 %), les graisses ou lipides (1 à 5 %), les glucides (0,2 à 2,0 %) et les acides nucléiques (1 à 2 %) prédominent. La teneur en substances de faible poids moléculaire ne dépasse pas 0,5 %.
Une molécule de protéine est un polymère constitué d’un grand nombre d’unités répétitives de monomères. Les monomères protéiques d'acides aminés (20 d'entre eux) sont reliés les uns aux autres par des liaisons peptidiques, formant une chaîne polypeptidique (la structure primaire de la protéine). Il se tord en spirale, formant à son tour la structure secondaire de la protéine. En raison de l'orientation spatiale spécifique de la chaîne polypeptidique, la structure tertiaire de la protéine apparaît, qui détermine la spécificité et l'activité biologique de la molécule protéique. Plusieurs structures tertiaires se combinent entre elles pour former une structure quaternaire.
Les protéines remplissent des fonctions essentielles. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui augmentent la vitesse des réactions chimiques dans une cellule des centaines de milliers de millions de fois. Les protéines, faisant partie de toutes les structures cellulaires, remplissent une fonction plastique (de construction). Les mouvements cellulaires sont également effectués par les protéines. Ils assurent le transport des substances dans la cellule, hors de la cellule et à l'intérieur de la cellule. La fonction protectrice des protéines (anticorps) est importante. Les protéines sont l'une des sources d'énergie. Les glucides sont divisés en monosaccharides et polysaccharides. Ces derniers sont constitués de monosaccharides qui, comme les acides aminés, sont des monomères. Parmi les monosaccharides de la cellule, les plus importants sont le glucose, le fructose (contient six atomes de carbone) et le pentose (cinq atomes de carbone). Les pentoses font partie des acides nucléiques. Les monosaccharides sont très solubles dans l'eau. Les polysaccharides sont peu solubles dans l'eau (glycogène dans les cellules animales, amidon et cellulose dans les cellules végétales). Les glucides sont une source d'énergie ; les glucides complexes associés aux protéines (glycoprotéines), aux graisses (glycolipides) participent à la formation des surfaces cellulaires et des cellules. interactions.
Les lipides comprennent les graisses et les substances apparentées. Les molécules de graisse sont constituées de glycérol et d’acides gras. Les substances grasses comprennent le cholestérol, certaines hormones et la lécithine. Les lipides, qui sont les principaux composants des membranes cellulaires, remplissent ainsi une fonction de construction. Les lipides sont les sources d'énergie les plus importantes. Ainsi, si avec l'oxydation complète de 1 g de protéines ou de glucides, 17,6 kJ d'énergie sont libérés, alors avec l'oxydation complète de 1 g de graisses - 38,9 kJ. Les lipides assurent la thermorégulation et protègent les organes (capsules graisseuses).
ADN et ARN
Les acides nucléiques sont des molécules polymères formées de monomères nucléotidiques. Un nucléotide est constitué d’une base purine ou pyrimidine, d’un sucre (pentose) et d’un résidu acide phosphorique. Dans toutes les cellules, il existe deux types d'acides nucléiques : l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN), qui diffèrent par la composition en bases et en sucres.
Structure spatiale des acides nucléiques :
(d'après B. Alberts et al., avec modification) I - ARN ; II-ADN ; rubans - squelettes sucre-phosphate; A, C, G, T, U sont des bases azotées, les réseaux entre elles sont des liaisons hydrogène.
Molécule d'ADN
Une molécule d’ADN est constituée de deux chaînes polynucléotidiques enroulées l’une autour de l’autre sous la forme d’une double hélice. Les bases azotées des deux chaînes sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène complémentaires. L'adénine se combine uniquement avec la thymine et la cytosine avec la guanine (A - T, G - C). L'ADN contient des informations génétiques qui déterminent la spécificité des protéines synthétisées par la cellule, c'est-à-dire la séquence d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique. L'ADN transmet par héritage toutes les propriétés d'une cellule. L'ADN se trouve dans le noyau et les mitochondries.
Molécule d'ARN
Une molécule d'ARN est formée d'une chaîne polynucléotidique. Il existe trois types d'ARN dans les cellules. ARN informatif ou messager ARNt (de l'anglais messager - «intermédiaire»), qui transfère des informations sur la séquence nucléotidique de l'ADN aux ribosomes (voir ci-dessous). Transférer l’ARN (ARNt), qui transporte les acides aminés vers les ribosomes. ARN ribosomal (ARNr), impliqué dans la formation des ribosomes. L'ARN se trouve dans le noyau, les ribosomes, le cytoplasme, les mitochondries et les chloroplastes.
Composition des acides nucléiques :
Les cellules des animaux et des plantes, tant multicellulaires qu'unicellulaires, ont en principe une structure similaire. Les différences dans les détails de la structure cellulaire sont associées à leur spécialisation fonctionnelle.
Les principaux éléments de toutes les cellules sont le noyau et le cytoplasme. Le noyau a une structure complexe qui change à différentes phases de la division cellulaire, ou cycle. Le noyau d'une cellule qui ne se divise pas occupe environ 10 à 20 % de son volume total. Il se compose d'un caryoplasme (nucléoplasme), d'un ou plusieurs nucléoles (nucléoles) et d'une membrane nucléaire. Le caryoplasme est une sève nucléaire, ou caryolymphe, dans laquelle se trouvent des brins de chromatine qui forment des chromosomes.
Propriétés de base de la cellule :
- métabolisme
- sensibilité
- capacité de reproduction
La cellule vit dans l'environnement interne du corps - sang, lymphe et liquide tissulaire. Les principaux processus dans la cellule sont l'oxydation et la glycolyse - la dégradation des glucides sans oxygène. La perméabilité cellulaire est sélective. Elle est déterminée par la réaction à des concentrations de sel élevées ou faibles, par phagocytose et pinocytose. La sécrétion est la formation et la libération par les cellules de substances de type mucus (mucine et mucoïdes), qui protègent contre les dommages et participent à la formation de substance intercellulaire.
Types de mouvements cellulaires :
- amiboïdes (pseudopodes) – leucocytes et macrophages.
- glissement – fibroblastes
- type flagellaire – spermatozoïdes (cils et flagelles)
La division cellulaire:
- indirect (mitose, caryocinèse, méiose)
- direct (amitose)
Pendant la mitose, la substance nucléaire est répartie uniformément entre les cellules filles, car La chromatine nucléaire est concentrée dans les chromosomes, qui se divisent en deux chromatides qui se séparent en cellules filles.
Structures d'une cellule vivante
Chromosomes
Les éléments obligatoires du noyau sont les chromosomes, qui ont une structure chimique et morphologique spécifique. Ils participent activement au métabolisme cellulaire et sont directement liés à la transmission héréditaire des propriétés d’une génération à l’autre. Il convient toutefois de garder à l'esprit que, même si l'hérédité est assurée par la cellule entière en tant que système unique, les structures nucléaires, à savoir les chromosomes, y occupent une place particulière. Les chromosomes, contrairement aux organites cellulaires, sont des structures uniques caractérisées par une composition qualitative et quantitative constante. Ils ne peuvent pas se remplacer. Un déséquilibre du complément chromosomique d’une cellule conduit finalement à sa mort.
Cytoplasme
Le cytoplasme de la cellule présente une structure très complexe. L’introduction des techniques de coupes fines et de la microscopie électronique a permis de visualiser la structure fine du cytoplasme sous-jacent. Il a été établi que ces dernières sont constituées de structures complexes parallèles sous forme de plaques et de tubules, à la surface desquelles se trouvent de minuscules granules d'un diamètre de 100 à 120 Å. Ces formations sont appelées complexes endoplasmiques. Ce complexe comprend divers organites différenciés : mitochondries, ribosomes, appareil de Golgi, dans les cellules des animaux et des plantes inférieurs - centrosomes, chez les animaux - lysosomes, chez les plantes - plastes. De plus, le cytoplasme révèle un certain nombre d’inclusions qui participent au métabolisme cellulaire : amidon, gouttelettes de graisse, cristaux d’urée, etc.
Membrane
La cellule est entourée d'une membrane plasmique (du latin « membrane » - peau, film). Ses fonctions sont très diverses, mais la principale est protectrice : elle protège le contenu interne de la cellule des influences de l'environnement extérieur. Grâce à diverses excroissances et plis à la surface de la membrane, les cellules sont fermement reliées les unes aux autres. La membrane est imprégnée de protéines spéciales à travers lesquelles peuvent se déplacer certaines substances nécessaires à la cellule ou qui doivent en être éliminées. Ainsi, le métabolisme se fait à travers la membrane. De plus, ce qui est très important, les substances traversent la membrane de manière sélective, grâce à quoi l'ensemble de substances requis est maintenu dans la cellule.
Chez les plantes, la membrane plasmique est recouverte à l’extérieur d’une membrane dense constituée de cellulose (fibre). La coque remplit des fonctions de protection et de support. Il sert de cadre extérieur à la cellule, lui donnant une certaine forme et taille, évitant ainsi un gonflement excessif.
Cœur
Situé au centre de la cellule et séparé par une membrane à deux couches. Il a une forme sphérique ou allongée. La coquille - le caryolemme - possède des pores nécessaires à l'échange de substances entre le noyau et le cytoplasme. Le contenu du noyau est liquide - caryoplasme, qui contient des corps denses - nucléoles. Ils sécrètent des granules - des ribosomes. La majeure partie du noyau est constituée de protéines nucléaires - nucléoprotéines, dans les nucléoles - ribonucléoprotéines et dans le caryoplasme - désoxyribonucléoprotéines. La cellule est recouverte d'une membrane cellulaire constituée de molécules protéiques et lipidiques ayant une structure en mosaïque. La membrane assure l'échange de substances entre la cellule et le liquide intercellulaire.
PSE
Il s'agit d'un système de tubules et de cavités sur les parois desquels se trouvent des ribosomes qui assurent la synthèse des protéines. Les ribosomes peuvent être librement localisés dans le cytoplasme. Il existe deux types d'EPS - rugueux et lisse : sur l'EPS rugueux (ou granulaire) se trouvent de nombreux ribosomes qui réalisent la synthèse des protéines. Les ribosomes donnent aux membranes leur aspect rugueux. Les membranes lisses du RE ne portent pas de ribosomes à leur surface, elles contiennent des enzymes pour la synthèse et la dégradation des glucides et des lipides. L'EPS lisse ressemble à un système de tubes et de réservoirs minces.
Ribosomes
Petits corps d'un diamètre de 15 à 20 mm. Ils synthétisent des molécules de protéines et les assemblent à partir d'acides aminés.
Mitochondries
Ce sont des organites à double membrane dont la membrane interne présente des saillies - des crêtes. Le contenu des cavités est matriciel. Les mitochondries contiennent un grand nombre de lipoprotéines et d'enzymes. Ce sont les stations énergétiques de la cellule.
Plastides (caractéristiques uniquement des cellules végétales !)
Leur contenu dans la cellule est la principale caractéristique de l'organisme végétal. Il existe trois principaux types de plastes : les leucoplastes, les chromoplastes et les chloroplastes. Ils ont des couleurs différentes. Des leucoplastes incolores se trouvent dans le cytoplasme des cellules des parties incolores des plantes : tiges, racines, tubercules. Par exemple, on en trouve beaucoup dans les tubercules de pomme de terre, dans lesquels s'accumulent les grains d'amidon. Les chromoplastes se trouvent dans le cytoplasme des fleurs, des fruits, des tiges et des feuilles. Les chromoplastes fournissent des couleurs jaune, rouge et orange aux plantes. Les chloroplastes verts se trouvent dans les cellules des feuilles, des tiges et d’autres parties de la plante, ainsi que dans diverses algues. Les chloroplastes mesurent 4 à 6 microns et ont souvent une forme ovale. Chez les plantes supérieures, une cellule contient plusieurs dizaines de chloroplastes.
Les chloroplastes verts sont capables de se transformer en chromoplastes. C'est pourquoi les feuilles jaunissent à l'automne et les tomates vertes deviennent rouges à maturité. Les leucoplastes peuvent se transformer en chloroplastes (verdissement des tubercules de pomme de terre à la lumière). Ainsi, les chloroplastes, les chromoplastes et les leucoplastes sont capables de transition mutuelle.
La fonction principale des chloroplastes est la photosynthèse, c'est-à-dire Dans les chloroplastes, à la lumière, les substances organiques sont synthétisées à partir de substances inorganiques en raison de la conversion de l'énergie solaire en énergie des molécules d'ATP. Les chloroplastes des plantes supérieures mesurent 5 à 10 microns et ressemblent à une lentille biconvexe. Chaque chloroplaste est entouré d'une double membrane sélectivement perméable. L'extérieur est une membrane lisse et l'intérieur a une structure pliée. La principale unité structurelle du chloroplaste est le thylakoïde, un sac plat à double membrane qui joue un rôle de premier plan dans le processus de photosynthèse. La membrane thylakoïde contient des protéines similaires aux protéines mitochondriales qui participent à la chaîne de transport des électrons. Les thylacoïdes sont disposés en piles ressemblant à des piles de pièces de monnaie (10 à 150) appelées grana. Grana a une structure complexe : la chlorophylle est située au centre, entourée d'une couche de protéines ; puis il y a une couche de lipoïdes, encore une fois de protéines et de chlorophylle.
Complexe de Golgi
Il s'agit d'un système de cavités délimitées du cytoplasme par une membrane et pouvant avoir différentes formes. L'accumulation de protéines, de graisses et de glucides en eux. Réaliser la synthèse des graisses et des glucides sur membranes. Forme des lysosomes.
Le principal élément structurel de l'appareil de Golgi est la membrane, qui forme des paquets de citernes aplaties, de grandes et petites vésicules. Les citernes de l'appareil de Golgi sont reliées aux canaux du réticulum endoplasmique. Les protéines, polysaccharides et graisses produits sur les membranes du réticulum endoplasmique sont transférés vers l'appareil de Golgi, s'accumulent à l'intérieur de ses structures et sont « conditionnés » sous la forme d'une substance, prête soit à être libérée, soit à être utilisée dans la cellule elle-même au cours de son activité. vie. Les lysosomes se forment dans l'appareil de Golgi. De plus, il participe à la croissance de la membrane cytoplasmique, par exemple lors de la division cellulaire.
Lysosomes
Corps délimités du cytoplasme par une seule membrane. Les enzymes qu'ils contiennent accélèrent la décomposition des molécules complexes en molécules simples : les protéines en acides aminés, les glucides complexes en molécules simples, les lipides en glycérol et en acides gras, et détruisent également les parties mortes de la cellule et les cellules entières. Les lysosomes contiennent plus de 30 types d'enzymes (substances protéiques qui augmentent la vitesse des réactions chimiques des dizaines et des centaines de milliers de fois) capables de décomposer les protéines, les acides nucléiques, les polysaccharides, les graisses et d'autres substances. La dégradation des substances à l'aide d'enzymes est appelée lyse, d'où le nom de l'organite. Les lysosomes sont formés soit à partir des structures du complexe de Golgi, soit à partir du réticulum endoplasmique. L’une des fonctions principales des lysosomes est la participation à la digestion intracellulaire des nutriments. De plus, les lysosomes peuvent détruire les structures de la cellule elle-même lors de sa mort, pendant le développement embryonnaire et dans un certain nombre d'autres cas.
Vacuoles
Ce sont des cavités du cytoplasme remplies de sève cellulaire, lieu d'accumulation de nutriments de réserve et de substances nocives ; ils régulent la teneur en eau de la cellule.
Centre cellulaire
Il se compose de deux petits corps - les centrioles et la centrosphère - une section compactée du cytoplasme. Joue un rôle important dans la division cellulaire
Organoïdes de mouvement cellulaire
- Flagelles et cils, qui sont des excroissances cellulaires et ont la même structure chez les animaux et les plantes
- Les myofibrilles sont de fins filaments de plus de 1 cm de long et d'un diamètre de 1 micron, situés en faisceaux le long de la fibre musculaire.
- Pseudopodes (effectuent la fonction de mouvement ; grâce à eux, une contraction musculaire se produit)
Similitudes entre les cellules végétales et animales
Les caractéristiques similaires entre les cellules végétales et animales sont les suivantes :
- Structure similaire du système de structure, c'est-à-dire présence de noyau et de cytoplasme.
- Le processus métabolique des substances et de l’énergie est en principe similaire.
- Les cellules animales et végétales ont une structure membranaire.
- La composition chimique des cellules est très similaire.
- Les cellules végétales et animales subissent un processus similaire de division cellulaire.
- Les cellules végétales et les cellules animales ont le même principe de transmission du code de l'hérédité.
Différences significatives entre les cellules végétales et animales
Outre les caractéristiques générales de la structure et de l'activité vitale des cellules végétales et animales, chacune d'elles présente également des caractéristiques distinctives particulières.
Ainsi, nous pouvons dire que les cellules végétales et animales sont similaires dans le contenu de certains éléments importants et dans certains processus vitaux, et présentent également des différences significatives dans la structure et les processus métaboliques.
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Plan
1. Cellule, sa structure et ses fonctions
2. L'eau dans la vie de la cellule
3. Métabolisme et énergie dans la cellule
4. Nutrition cellulaire. Photosynthèse et chimiosynthèse
5. Code génétique. Synthèse des protéines dans la cellule
6. Régulation de la transcription et de la traduction dans la cellule et le corps
Bibliographie
1. Cellule, sa structure et ses fonctions
Les cellules sont situées dans la substance intercellulaire, qui assure leur résistance mécanique, leur nutrition et leur respiration. Les parties principales de toute cellule sont le cytoplasme et le noyau.
La cellule est recouverte d'une membrane constituée de plusieurs couches de molécules, assurant la perméabilité sélective des substances. Le cytoplasme contient les plus petites structures - les organites. Les organites cellulaires comprennent : le réticulum endoplasmique, les ribosomes, les mitochondries, les lysosomes, le complexe de Golgi, le centre cellulaire.
La cellule est constituée de : appareil de surface, cytoplasme, noyau.
La structure d'une cellule animale
Membrane externe ou plasmique- délimite le contenu de la cellule de l'environnement (autres cellules, substance intercellulaire), constitué de molécules lipidiques et protéiques, assure la communication entre les cellules, le transport des substances dans la cellule (pinocytose, phagocytose) et hors de la cellule.
Cytoplasme- l'environnement semi-liquide interne de la cellule, qui assure la communication entre le noyau et les organites qui s'y trouvent. Les principaux processus vitaux se déroulent dans le cytoplasme.
Organites cellulaires :
1) réticulum endoplasmique (RE)- un système de tubules ramifiés, participe à la synthèse des protéines, des lipides et des glucides, au transport des substances, dans la cellule ;
2) ribosomes- les corps contenant l'ARNr sont localisés sur le RE et dans le cytoplasme et participent à la synthèse des protéines. L'EPS et les ribosomes constituent un appareil unique pour la synthèse et le transport des protéines ;
3) mitochondries- des « centrales électriques » de la cellule, délimitées du cytoplasme par deux membranes. L'intérieur forme des crêtes (plis), augmentant sa surface. Les enzymes présentes sur les crêtes accélèrent l'oxydation des substances organiques et la synthèse de molécules d'ATP riches en énergie ;
4) Complexe de Golgi- un groupe de cavités délimitées par une membrane du cytoplasme, remplies de protéines, de graisses et de glucides, qui sont soit utilisées dans les processus vitaux, soit éliminées de la cellule. Les membranes du complexe réalisent la synthèse des graisses et des glucides ;
5) lysosomes- les corps remplis d'enzymes accélèrent la dégradation des protéines en acides aminés, des lipides en glycérol et acides gras, des polysaccharides en monosaccharides. Dans les lysosomes, les parties mortes de la cellule, les cellules entières, sont détruites.
Inclusions cellulaires- des accumulations de nutriments de réserve : protéines, graisses et glucides.
Cœur- la partie la plus importante de la cellule.
Il est recouvert d'une coque à deux membranes avec des pores à travers lesquels certaines substances pénètrent dans le noyau, tandis que d'autres pénètrent dans le cytoplasme.
Les chromosomes sont les principales structures du noyau, porteurs d'informations héréditaires sur les caractéristiques de l'organisme. Il est transmis lors de la division de la cellule mère en cellules filles et, par les cellules germinales, en organismes filles.
Le noyau est le site de synthèse de l’ADN, de l’ARNm et de l’ARNr.
Composition chimique de la cellule
La cellule est l'unité élémentaire de la vie sur Terre. Il possède toutes les caractéristiques d'un organisme vivant : il grandit, se reproduit, échange des substances et de l'énergie avec l'environnement et réagit aux stimuli externes. Le début de l'évolution biologique est associé à l'apparition de formes de vie cellulaire sur Terre. Les organismes unicellulaires sont des cellules qui existent séparément les unes des autres. Le corps de tous les organismes multicellulaires - animaux et plantes - est constitué d'un nombre plus ou moins grand de cellules, qui sont des sortes de blocs qui composent un organisme complexe. Qu'une cellule soit un système vivant intégral - un organisme distinct ou n'en constitue qu'une partie, elle est dotée d'un ensemble de caractéristiques et de propriétés communes à toutes les cellules.
Environ 60 éléments du tableau périodique de Mendeleïev, que l'on retrouve également dans la nature inanimée, ont été trouvés dans les cellules. C'est l'une des preuves du caractère commun de la nature vivante et inanimée. Dans les organismes vivants, les plus abondants sont l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote, qui constituent environ 98 % de la masse des cellules. Cela est dû aux propriétés chimiques particulières de l'hydrogène, de l'oxygène, du carbone et de l'azote, qui se sont révélées les plus appropriées pour la formation de molécules remplissant des fonctions biologiques. Ces quatre éléments sont capables de former des liaisons covalentes très fortes en appariant des électrons appartenant à deux atomes. Les atomes de carbone liés de manière covalente peuvent former la charpente d’innombrables molécules organiques différentes. Étant donné que les atomes de carbone forment facilement des liaisons covalentes avec l’oxygène, l’hydrogène, l’azote et le soufre, les molécules organiques atteignent une complexité et une diversité structurelle exceptionnelles.
En plus des quatre éléments principaux, la cellule contient des quantités notables (10e et 100e pour cent) de fer, de potassium, de sodium, de calcium, de magnésium, de chlore, de phosphore et de soufre. Tous les autres éléments (zinc, cuivre, iode, fluor, cobalt, manganèse, etc.) se trouvent dans la cellule en très petites quantités et sont donc appelés oligo-éléments.
Les éléments chimiques font partie des composés inorganiques et organiques. Les composés inorganiques comprennent l'eau, les sels minéraux, le dioxyde de carbone, les acides et les bases. Les composés organiques sont les protéines, les acides nucléiques, les glucides, les graisses (lipides) et les lipoïdes. En plus de l'oxygène, de l'hydrogène, du carbone et de l'azote, ils peuvent contenir d'autres éléments. Certaines protéines contiennent du soufre. Le phosphore est un composant des acides nucléiques. La molécule d'hémoglobine comprend du fer, le magnésium participe à la construction de la molécule de chlorophylle. Les microéléments, malgré leur teneur extrêmement faible dans les organismes vivants, jouent un rôle important dans les processus vitaux. L'iode fait partie de l'hormone thyroïdienne - la thyroxine, le cobalt fait partie de la vitamine B 12, l'hormone des îlots du pancréas - l'insuline - contient du zinc.
Matière cellulaire organique
Écureuils.
Parmi les substances organiques de la cellule, les protéines occupent la première place tant en quantité (10 à 12 % de la masse totale de la cellule) qu'en importance. Les protéines sont des polymères de haut poids moléculaire (avec un poids moléculaire de 6 000 à 1 million et plus), dont les monomères sont des acides aminés. Les organismes vivants utilisent 20 acides aminés, bien qu’il y en ait beaucoup plus. Tout acide aminé contient un groupe amino (-NH2), qui possède des propriétés basiques, et un groupe carboxyle (-COOH), qui possède des propriétés acides. Deux acides aminés sont combinés en une seule molécule en établissant une liaison HN-CO, libérant une molécule d'eau. La liaison entre le groupe amino d’un acide aminé et le groupe carboxyle d’un autre est appelée liaison peptidique.
Les protéines sont des polypeptides contenant des dizaines et des centaines d'acides aminés. Les molécules de diverses protéines diffèrent les unes des autres par leur poids moléculaire, leur nombre, leur composition en acides aminés et la séquence de leur emplacement dans la chaîne polypeptidique. Il est donc clair que les protéines sont extrêmement diverses : leur nombre dans tous les types d’organismes vivants est estimé entre 1 010 et 1 012.
Une chaîne d’unités d’acides aminés reliées de manière covalente par des liaisons peptidiques dans une séquence spécifique est appelée structure primaire d’une protéine.
Dans les cellules, les protéines ressemblent à des fibres ou à des boules (globules) torsadées en spirale. Cela s'explique par le fait que dans les protéines naturelles, la chaîne polypeptidique est disposée d'une manière strictement définie, en fonction de la structure chimique de ses acides aminés constitutifs.
Premièrement, la chaîne polypeptidique se plie en spirale. L'attraction se produit entre les atomes des spires voisines et des liaisons hydrogène se forment notamment entre les groupes NH et CO situés sur les spires adjacentes. Une chaîne d'acides aminés, torsadée en forme de spirale, forme la structure secondaire de la protéine. À la suite d’un repliement ultérieur de l’hélice, une configuration spécifique à chaque protéine apparaît, appelée structure tertiaire. La structure tertiaire est due à l'action des forces de cohésion entre les radicaux hydrophobes présents dans certains acides aminés et aux liaisons covalentes entre les groupes SH de l'acide aminé cystéine (liaisons S-S). Le nombre d'acides aminés à radicaux hydrophobes et à cystéine, ainsi que l'ordre de leur disposition dans la chaîne polypeptidique, sont spécifiques à chaque protéine. Par conséquent, les caractéristiques de la structure tertiaire d'une protéine sont déterminées par sa structure primaire. La protéine ne présente une activité biologique que sous la forme d'une structure tertiaire. Par conséquent, le remplacement d’un seul acide aminé dans une chaîne polypeptidique peut entraîner une modification de la configuration de la protéine et une diminution ou une perte de son activité biologique.
Dans certains cas, les molécules de protéines se combinent entre elles et ne peuvent remplir leur fonction que sous forme de complexes. Ainsi, l'hémoglobine est un complexe de quatre molécules et ce n'est que sous cette forme qu'elle est capable de fixer et de transporter l'oxygène. De tels agrégats représentent la structure quaternaire de la protéine. En fonction de leur composition, les protéines sont divisées en deux classes principales : simples et complexes. Les protéines simples sont constituées uniquement d'acides aminés, d'acides nucléiques (nucléotides), de lipides (lipoprotéines), de Me (métalloprotéines), de P (phosphoprotéines).
Les fonctions des protéines dans une cellule sont extrêmement diverses..
L'une des plus importantes est la fonction de construction : les protéines sont impliquées dans la formation de toutes les membranes cellulaires et organites cellulaires, ainsi que des structures intracellulaires. Le rôle enzymatique (catalytique) des protéines est extrêmement important. Les enzymes accélèrent les réactions chimiques se produisant dans la cellule de 10 à 100 millions de fois. La fonction motrice est assurée par des protéines contractiles spéciales. Ces protéines sont impliquées dans tous les types de mouvements dont les cellules et les organismes sont capables : le scintillement des cils et le battement des flagelles chez les protozoaires, la contraction musculaire chez les animaux, le mouvement des feuilles chez les plantes, etc.
La fonction de transport des protéines est de fixer des éléments chimiques (par exemple, l'hémoglobine ajoute de l'O) ou des substances biologiquement actives (hormones) et de les transporter vers les tissus et organes du corps. La fonction protectrice s'exprime sous la forme de la production de protéines spéciales, appelées anticorps, en réponse à la pénétration de protéines ou de cellules étrangères dans l'organisme. Les anticorps lient et neutralisent les substances étrangères. Les protéines jouent un rôle important en tant que source d'énergie. Avec fractionnement complet 1g. 17,6 kJ (~4,2 kcal) de protéines sont libérées. chromosome de la membrane cellulaire
Les glucides.
Les glucides, ou saccharides, sont des substances organiques de formule générale (CH2O)n. La plupart des glucides contiennent deux fois plus d’atomes de H que d’atomes d’O, comme dans les molécules d’eau. C'est pourquoi ces substances sont appelées glucides. Dans une cellule vivante, les glucides se trouvent en quantités ne dépassant pas 1 à 2, parfois 5 % (dans le foie, dans les muscles). Les cellules végétales sont les plus riches en glucides, dont la teneur atteint dans certains cas 90 % de la masse de matière sèche (graines, tubercules de pomme de terre, etc.).
Les glucides sont simples et complexes.
Les glucides simples sont appelés monosaccharides. Selon le nombre d'atomes de glucides dans la molécule, les monosaccharides sont appelés trioses, tétroses, pentoses ou hexoses. Parmi les six monosaccharides carbonés - les hexoses - les plus importants sont le glucose, le fructose et le galactose. Le glucose est contenu dans le sang (0,1-0,12%). Les pentoses ribose et désoxyribose se trouvent dans les acides nucléiques et l'ATP. Si deux monosaccharides sont combinés en une seule molécule, le composé est appelé disaccharide. Le sucre de table, obtenu à partir de canne ou de betterave sucrière, est constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose, le sucre du lait - de glucose et de galactose.
Les glucides complexes formés à partir de nombreux monosaccharides sont appelés polysaccharides. Le monomère des polysaccharides tels que l'amidon, le glycogène, la cellulose est le glucose. Les glucides remplissent deux fonctions principales : la construction et l’énergie. La cellulose forme les parois des cellules végétales. La chitine, un polysaccharide complexe, constitue le principal composant structurel de l'exosquelette des arthropodes. La chitine remplit également une fonction de construction chez les champignons.
Les glucides jouent le rôle de principale source d’énergie dans la cellule. Lors de l'oxydation de 1 g de glucides, 17,6 kJ (~4,2 kcal) sont libérés. L'amidon des plantes et le glycogène des animaux se déposent dans les cellules et servent de réserve d'énergie.
Acides nucléiques.
L'importance des acides nucléiques dans une cellule est très grande. Les particularités de leur structure chimique offrent la possibilité de stocker, de transférer et d'hériter aux cellules filles des informations sur la structure des molécules protéiques synthétisées dans chaque tissu à un certain stade du développement individuel.
Étant donné que la plupart des propriétés et caractéristiques des cellules sont déterminées par les protéines, il est clair que la stabilité des acides nucléiques est la condition la plus importante pour le fonctionnement normal des cellules et des organismes entiers. Tout changement dans la structure des cellules ou dans l'activité des processus physiologiques qui s'y trouvent, affectant ainsi l'activité vitale. L'étude de la structure des acides nucléiques est extrêmement importante pour comprendre l'héritage des traits dans les organismes et les modèles de fonctionnement des cellules individuelles et des systèmes cellulaires - tissus et organes.
Il existe 2 types d'acides nucléiques : l'ADN et l'ARN.
L'ADN est un polymère constitué de deux hélices nucléotidiques disposées pour former une double hélice. Les monomères des molécules d'ADN sont des nucléotides constitués d'une base azotée (adénine, thymine, guanine ou cytosine), d'un glucide (désoxyribose) et d'un résidu d'acide phosphorique. Les bases azotées de la molécule d'ADN sont reliées entre elles par un nombre inégal de liaisons H et sont disposées par paires : l'adénine (A) est toujours contre la thymine (T), la guanine (G) contre la cytosine (C). Schématiquement, la disposition des nucléotides dans une molécule d’ADN peut être représentée comme suit :
Fig. 1. Localisation des nucléotides dans une molécule d'ADN
De la Fig.1. il est clair que les nucléotides sont connectés les uns aux autres non pas de manière aléatoire, mais de manière sélective. La capacité d'interaction sélective de l'adénine avec la thymine et de la guanine avec la cytosine est appelée complémentarité. L'interaction complémentaire de certains nucléotides s'explique par les particularités de la disposition spatiale des atomes dans leurs molécules, qui leur permettent de se rapprocher et de former des liaisons H.
Dans une chaîne polynucléotidique, les nucléotides voisins sont liés les uns aux autres par un sucre (désoxyribose) et un résidu acide phosphorique. L'ARN, comme l'ADN, est un polymère dont les monomères sont des nucléotides.
Les bases azotées de trois nucléotides sont les mêmes que celles qui composent l'ADN (A, G, C) ; le quatrième - l'uracile (U) - est présent dans la molécule d'ARN à la place de la thymine. Les nucléotides d'ARN diffèrent des nucléotides d'ADN par la structure des glucides qu'ils contiennent (ribose au lieu de désoxyribose).
Dans une chaîne d'ARN, les nucléotides sont reliés en formant des liaisons covalentes entre le ribose d'un nucléotide et le résidu acide phosphorique d'un autre. La structure diffère entre les ARN à deux brins. Les ARN double brin sont les gardiens de l'information génétique dans un certain nombre de virus, à savoir Ils remplissent les fonctions de chromosomes. L'ARN simple brin transfère des informations sur la structure des protéines du chromosome au lieu de leur synthèse et participe à la synthèse des protéines.
Il existe plusieurs types d'ARN simple brin. Leurs noms sont déterminés par leur fonction ou leur emplacement dans la cellule. La majeure partie de l'ARN du cytoplasme (jusqu'à 80 à 90 %) est de l'ARN ribosomal (ARNr), contenu dans les ribosomes. Les molécules d'ARNr sont relativement petites et se composent en moyenne de 10 nucléotides.
Un autre type d'ARN (ARNm) qui transporte des informations sur la séquence d'acides aminés dans les protéines qui doivent être synthétisées en ribosomes. La taille de ces ARN dépend de la longueur de la région d’ADN à partir de laquelle ils ont été synthétisés.
Les ARN de transfert remplissent plusieurs fonctions. Ils délivrent les acides aminés au site de synthèse protéique, « reconnaissent » (par le principe de complémentarité) le triplet et l'ARN correspondant à l'acide aminé transféré, et réalisent l'orientation précise de l'acide aminé sur le ribosome.
Graisses et lipoïdes.
Les graisses sont des composés d’acides gras de haut poids moléculaire et d’alcool trihydrique glycérol. Les graisses ne se dissolvent pas dans l’eau – elles sont hydrophobes.
Il existe toujours dans la cellule d’autres substances hydrophobes complexes ressemblant à de la graisse, appelées lipoïdes. L’une des principales fonctions des graisses est l’énergie. Lors de la décomposition de 1 g de graisses en CO 2 et H 2O, une grande quantité d'énergie est libérée - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal).
La fonction principale des graisses dans le monde animal (et en partie végétal) est le stockage.
Les graisses et les lipides remplissent également une fonction de construction : ils font partie des membranes cellulaires. En raison d'une mauvaise conductivité thermique, la graisse est capable de remplir une fonction protectrice. Chez certains animaux (phoques, baleines), il se dépose dans le tissu adipeux sous-cutané, formant une couche pouvant atteindre 1 m d'épaisseur. La formation de certains lipoïdes précède la synthèse d'un certain nombre d'hormones. Par conséquent, ces substances ont également pour fonction de réguler les processus métaboliques.
2. L'eau dans la vie de la cellule
Substances chimiques qui composent la cellule : inorganiques (eau, sels minéraux)
Assurer l’élasticité des cellules.
Les conséquences de la perte d’eau des cellules sont le flétrissement des feuilles et le dessèchement des fruits.
Accélération des réactions chimiques par dissolution de substances dans l'eau.
Assurer le mouvement des substances : l'entrée de la plupart des substances dans la cellule et leur élimination de la cellule sous forme de solutions.
Assurer la dissolution de nombreux produits chimiques (un certain nombre de sels, de sucres).
Participation à un certain nombre de réactions chimiques.
Participation au processus de thermorégulation grâce à la capacité de chauffer et de refroidir lentement.
Eau. H2À PROPOS - le composé le plus courant dans les organismes vivants. Son contenu dans différentes cellules varie dans des limites assez larges.
Le rôle extrêmement important de l’eau dans le soutien des processus vitaux est dû à ses propriétés physico-chimiques.
La polarité des molécules et la capacité de former des liaisons hydrogène font de l'eau un bon solvant pour un grand nombre de substances. La plupart des réactions chimiques se produisant dans une cellule ne peuvent se produire que dans une solution aqueuse.
L'eau est également impliquée dans de nombreuses transformations chimiques.
Le nombre total de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau varie en fonction de t °. À t ° Lorsque la glace fond, environ 15 % des liaisons hydrogène sont détruites, à t° 40°C – la moitié. Lors du passage à l’état gazeux, toutes les liaisons hydrogène sont détruites. Ceci explique la capacité thermique spécifique élevée de l’eau. Lorsque la température de l'environnement extérieur change, l'eau absorbe ou libère de la chaleur en raison de la rupture ou de la nouvelle formation de liaisons hydrogène.
De cette manière, les fluctuations de température à l’intérieur de la cellule s’avèrent moindres que dans l’environnement. La chaleur élevée d’évaporation est à la base du mécanisme efficace de transfert de chaleur chez les plantes et les animaux.
L'eau en tant que solvant participe aux phénomènes d'osmose, qui jouent un rôle important dans la vie des cellules de l'organisme. L'osmose est la pénétration de molécules de solvant à travers une membrane semi-perméable dans une solution d'une substance.
Les membranes semi-perméables sont celles qui laissent passer les molécules de solvant, mais ne laissent pas passer les molécules de soluté (ou les ions). L’osmose est donc la diffusion unidirectionnelle des molécules d’eau en direction de la solution.
Des sels minéraux.
La plupart des substances inorganiques présentes dans les cellules se présentent sous forme de sels à l’état dissocié ou solide.
La concentration en cations et anions dans la cellule et dans son environnement n'est pas la même. La pression osmotique dans la cellule et ses propriétés tampons dépendent largement de la concentration en sels.
Le tamponnage est la capacité d’une cellule à maintenir la réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant. La teneur en sels minéraux dans la cellule sous forme de cations (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) et d'anions (--HPO|~, - H 2PC>4, -SG, -NSS*z). L'équilibre de la teneur en cations et anions dans la cellule, assurant la constance de l'environnement interne de l'organisme. Exemples : dans la cellule, l'environnement est légèrement alcalin, à l'intérieur de la cellule il y a une forte concentration d'ions K+ et dans l'environnement autour de la cellule il y a une forte concentration d'ions Na+. Participation des sels minéraux au métabolisme.
3 . À PROPOSmétabolisme et énergie dans la cellule
Métabolisme énergétique dans la cellule
Adénosine triphosphate (abr. ATP, Anglais Asie-Pacifique) - le nucléotide, joue un rôle extrêmement important dans l'échange d'énergie et de substances dans les organismes ; Tout d’abord, ce composé est connu comme une source universelle d’énergie pour tous les processus biochimiques se produisant dans les systèmes vivants.
L'ATP fournit de l'énergie pour toutes les fonctions cellulaires : travail mécanique, biosynthèse, division, etc. En moyenne, la teneur en ATP dans une cellule est d'environ 0,05 % de sa masse, mais dans les cellules où les coûts en ATP sont élevés (par exemple, dans les cellules hépatiques , muscles striés transversaux), sa teneur peut atteindre jusqu'à 0,5 %. La synthèse de l'ATP dans les cellules se produit principalement dans les mitochondries. Comme vous vous en souvenez (voir 1.7), il faut dépenser 40 kJ pour synthétiser 1 mole d'ATP à partir de l'ADP.
Le métabolisme énergétique dans la cellule est divisé en trois étapes.
La première étape est préparatoire.
Au cours de ce processus, les grosses molécules de polymère alimentaire se décomposent en fragments plus petits. Les polysaccharides se décomposent en di- et monosaccharides, les protéines en acides aminés, les graisses en glycérol et en acides gras. Lors de ces transformations, peu d’énergie est libérée, elle est dissipée sous forme de chaleur et l’ATP ne se forme pas.
La deuxième étape est la dégradation incomplète, sans oxygène, des substances.
A ce stade, les substances formées lors de la phase préparatoire sont décomposées par des enzymes en l'absence d'oxygène.
Regardons cette étape en utilisant l'exemple de la glycolyse - la dégradation enzymatique du glucose. La glycolyse se produit dans les cellules animales et dans certains micro-organismes. Au total, ce processus peut être représenté par l’équation suivante :
C 6H 12O 6 + 2H 3P 04 + 2ADP > 2C 3H 603 + 2ATP + 2H 2O
Ainsi, lors de la glycolyse, deux molécules d'acide pyruvique à trois carbones (C 3H 4O 3) se forment à partir d'une molécule de glucose qui, dans de nombreuses cellules, par exemple les cellules musculaires, est transformée en acide lactique (C 3H 6O 3), et l'énergie libérée dans ce cas est suffisante pour convertir deux molécules d'ADP en deux molécules d'ATP.
Malgré son apparente simplicité, la glycolyse est un processus en plusieurs étapes, comptant plus de dix étapes, catalysées par différentes enzymes. Seulement 40 % de l’énergie libérée est stockée par la cellule sous forme d’ATP, et les 60 % restants sont dissipés sous forme de chaleur. En raison des nombreuses étapes de la glycolyse, les petites portions de chaleur libérées n'ont pas le temps de chauffer la cellule à un niveau dangereux.
La glycolyse se produit dans le cytoplasme des cellules.
Dans la plupart des cellules végétales et certains champignons, la deuxième étape du métabolisme énergétique est représentée par la fermentation alcoolique :
C 6H 12O 6 + 2H 3PO 4 + 2ADP>2C 2H 5OH + 2C 02 + 2ATP + 2H2O
Les premiers produits de la fermentation alcoolique sont les mêmes que ceux de la glycolyse, mais le résultat est la formation d'alcool éthylique, de dioxyde de carbone, d'eau et de deux molécules d'ATP. Il existe des micro-organismes qui décomposent le glucose en acétone, acide acétique et autres substances, mais dans tous les cas, le « gain d'énergie » de la cellule est constitué de deux molécules d'ATP.
La troisième étape du métabolisme énergétique est la dégradation complète de l’oxygène, ou respiration cellulaire.
Dans ce cas, les substances formées lors de la deuxième étape sont détruites en produits finaux - CO 2 et H 2O. Cette étape peut être imaginée comme suit :
2C 3H 6O 3 + 6O 2 + 36H 3PO 4 + 36 ADP > 6CO 2 + 42 H 2O + 36ATP.
Ainsi, l'oxydation de deux molécules d'acide tricarboné, formées lors de la dégradation enzymatique du glucose en CO 2 et H 2O, conduit à la libération d'une grande quantité d'énergie, suffisante pour la formation de 36 molécules d'ATP.
La respiration cellulaire se produit au niveau des crêtes des mitochondries. L'efficacité de ce processus est supérieure à celle de la glycolyse et est d'environ 55 %. À la suite de la dégradation complète d'une molécule de glucose, 38 molécules d'ATP se forment.
Pour obtenir de l'énergie dans les cellules, en plus du glucose, d'autres substances peuvent être utilisées : lipides, protéines. Cependant, le rôle principal dans le métabolisme énergétique de la plupart des organismes appartient aux sucres.
4 . P.nourriturecellules. Photosynthèse et chimiosynthèse
La nutrition cellulaire résulte d'un certain nombre de réactions chimiques complexes, au cours desquelles des substances qui pénètrent dans la cellule depuis l'environnement extérieur (dioxyde de carbone, sels minéraux, eau) pénètrent dans le corps de la cellule elle-même sous forme de protéines, de sucres, de graisses. , huiles, composés azotés et phosphorés.
Tous les organismes vivants sur Terre peuvent être divisés en deux groupes selon la manière dont ils obtiennent les substances organiques dont ils ont besoin.
Premier groupe - autotrophes, qui traduit du grec signifie « auto-alimentation ». Ils sont capables de créer indépendamment toutes les substances organiques dont ils ont besoin pour construire des cellules et des processus vitaux à partir de substances inorganiques - eau, dioxyde de carbone et autres. Ils reçoivent de l'énergie pour de telles transformations complexes soit de la lumière du soleil et sont appelés phototrophes, soit de l'énergie des transformations chimiques de composés minéraux, auquel cas ils sont appelés chimiotrophes. Mais les organismes phototrophes et chimiotrophes n’ont pas besoin de substances organiques extérieures. Les autotrophes comprennent toutes les plantes vertes et de nombreuses bactéries.
Une manière fondamentalement différente d'obtenir les composés organiques nécessaires à partir d'hétérotrophes. Les hétérotrophes ne peuvent pas synthétiser indépendamment de telles substances à partir de composés inorganiques et nécessitent une absorption constante de substances organiques prêtes à l'emploi de l'extérieur. Ensuite, ils « réorganisent » les molécules obtenues de l’extérieur en fonction de leurs besoins.
Organismes hétérotrophes dépendent directement des produits de la photosynthèse produits par les plantes vertes. Par exemple, en mangeant du chou ou des pommes de terre, nous recevons des substances synthétisées dans les cellules végétales grâce à l’énergie du soleil. Si l’on mange de la viande d’animaux domestiques, alors il faut se rappeler que ces animaux mangent des aliments végétaux : herbe, céréales, etc. Ainsi, leur viande est construite à partir de molécules obtenues à partir d’aliments végétaux.
Les hétérotrophes comprennent les champignons, les animaux et de nombreuses bactéries. Certaines cellules d'une plante verte sont également hétérotrophes : les cellules du cambium et des racines. Le fait est que les cellules de ces parties de la plante ne sont pas capables de photosynthèse et se nourrissent de substances organiques synthétisées par les parties vertes de la plante.
Nutrition cellulaire : lysosomes et digestion intracellulaire
Les lysosomes, dont le nombre atteint plusieurs centaines dans une cellule, forment un espace typique.
Les lysosomes se présentent sous différentes formes et tailles ; Leur structure interne est particulièrement diversifiée. Cette diversité se reflète dans la terminologie morphologique. Il existe de nombreux termes pour désigner les particules que nous appelons désormais lysosomes. Parmi eux : les corps denses, les corps résiduels, les cytosomes, les cytosegresomes et bien d'autres.
D'un point de vue chimique, digérer un aliment signifie le soumettre à une hydrolyse, c'est-à-dire utiliser l’eau pour briser les différentes liaisons par lesquelles les éléments constitutifs des macromolécules naturelles sont reliés. Par exemple, les liaisons peptidiques qui relient les acides aminés dans les protéines, les liaisons glycolytiques qui relient les sucres dans les polysaccharides et les liaisons ester entre les acides et les alcools. Pour la plupart, ces liaisons sont très stables et ne se rompent que dans des conditions sévères de température et de pH (acides ou alcalins).
Les organismes vivants sont incapables de créer ou de résister à de telles conditions, mais ils digèrent les aliments sans difficulté. Et ils le font à l'aide de catalyseurs spéciaux - des enzymes hydrolytiques, ou hydrolases, sécrétées dans le système digestif. Les hydrolases sont des catalyseurs spécifiques. Chacun d’eux ne rompt qu’un type de liaison chimique strictement défini. Étant donné que les aliments sont généralement constitués de nombreux composants dotés de liaisons chimiques diverses, la digestion nécessite la participation simultanée, coordonnée ou séquentielle, de diverses enzymes. En effet, les sucs digestifs sécrétés dans le tractus gastro-intestinal contiennent un grand nombre d'hydrolases différentes, ce qui permet au corps humain d'absorber de nombreux aliments complexes d'origine végétale et animale. Toutefois, cette capacité est limitée et le corps humain est incapable de digérer la cellulose.
Ces dispositions de base s'appliquent essentiellement aux lysosomes. Dans chaque lysosome, nous trouvons toute une collection d'hydrolases différentes - plus de 50 espèces ont été identifiées - qui, ensemble, sont capables de digérer complètement ou presque complètement bon nombre des principales substances naturelles, notamment les protéines, les polysaccharides, les acides nucléiques, leurs combinaisons et leurs dérivés. Cependant, comme le tractus gastro-intestinal humain, les lysosomes se caractérisent par certaines limitations de leur capacité digestive.
Dans l'intestin, les produits finaux de la digestion (digérés) sont « nettoyés » suite à l'absorption intestinale : ils sont éliminés par les cellules de la muqueuse, généralement à l'aide de pompes actives, et pénètrent dans la circulation sanguine. Quelque chose de similaire se produit dans les lysosomes.
Diverses petites molécules formées lors de la digestion sont transportées à travers la membrane lysosomale jusqu'au cytoplasme, où elles sont utilisées par les systèmes métaboliques de la cellule.
Mais parfois, la digestion n'a pas lieu ou est incomplète et n'atteint pas le stade où ses produits peuvent être purifiés. Dans la plupart des organismes simples et des invertébrés inférieurs, de telles situations n'entraînent pas de conséquences particulières, car leurs cellules ont la capacité de se débarrasser du contenu de leurs anciens lysosomes, en les rejetant simplement dans l'environnement.
Chez les animaux supérieurs, de nombreuses cellules sont incapables de vider leurs lysosomes de cette manière. Ils sont dans un état de constipation chronique. C’est cette carence grave qui est à l’origine de nombreuses pathologies associées à la surcharge en lysosomes. Dyspepsie, hyperacidité, constipation et autres troubles digestifs.
Nutrition afthotrophique
La vie sur Terre dépend d'organismes autotrophes. Presque toutes les substances organiques nécessaires aux cellules vivantes sont produites par le processus de photosynthèse.
Photosynthèse(des photos grecques - lumière et synthèse - connexion, combinaison) - la transformation par les plantes vertes et les micro-organismes photosynthétiques de substances inorganiques (eau et dioxyde de carbone) en substances organiques grâce à l'énergie solaire, qui est convertie en énergie de liaisons chimiques dans les molécules de substances organiques.
Phases de la photosynthèse.
Au cours du processus de photosynthèse, l'eau et le dioxyde de carbone, pauvres en énergie, sont transformés en matière organique à forte intensité énergétique : le glucose. Dans ce cas, l’énergie solaire s’accumule dans les liaisons chimiques de cette substance. De plus, au cours du processus de photosynthèse, de l'oxygène est libéré dans l'atmosphère, qui est utilisé par les organismes pour la respiration.
Il est désormais établi que la photosynthèse se déroule en deux phases : claire et sombre.
Pendant la phase lumineuse, grâce à l’énergie solaire, les molécules de chlorophylle sont excitées et l’ATP est synthétisée.
Simultanément à cette réaction, l'eau (H 20) se décompose sous l'influence de la lumière, libérant de l'oxygène libre (02). Ce processus s'appelait photolyse (du grec photos - lumière et lyse - dissolution). Les ions hydrogène résultants se lient à une substance spéciale – le transporteur d’ions hydrogène (NADP) et sont utilisés dans la phase suivante.
La présence de lumière n’est pas nécessaire pour que les réactions de phase de tempo se produisent. La source d’énergie ici est constituée de molécules d’ATP synthétisées en phase légère. Dans la phase de tempo, le dioxyde de carbone est absorbé par l'air, sa réduction avec les ions hydrogène et la formation de glucose grâce à l'utilisation de l'énergie ATP.
L'influence des conditions environnementales sur la photosynthèse.
La photosynthèse n'utilise que 1% de l'énergie solaire tombant sur la feuille. La photosynthèse dépend d'un certain nombre de conditions environnementales. Premièrement, ce processus se produit le plus intensément sous l'influence des rayons rouges du spectre solaire (Fig. 58). L'intensité de la photosynthèse est déterminée par la quantité d'oxygène libérée, qui déplace l'eau du cylindre. Le taux de photosynthèse dépend également du degré d’éclairage de la plante. Une augmentation du nombre d'heures de clarté entraîne une augmentation de la productivité de la photosynthèse, c'est-à-dire de la quantité de substances organiques produites par la plante.
Le sens de la photosynthèse.
Les produits de photosynthèse sont utilisés :
· les organismes comme nutriments, source d'énergie et d'oxygène pour les processus vitaux ;
· dans la production alimentaire humaine ;
· comme matériau de construction pour la construction de logements, dans la production de meubles, etc.
L'humanité doit son existence à la photosynthèse.
Toutes les réserves de carburant sur Terre sont des produits formés à la suite de la photosynthèse. En utilisant le charbon et le bois, nous obtenons de l’énergie qui était stockée dans la matière organique lors de la photosynthèse. Dans le même temps, de l’oxygène est libéré dans l’atmosphère.
Les scientifiques estiment que sans photosynthèse, la totalité des réserves d’oxygène serait épuisée en 3 000 ans.
Chimiosynthèse.
En plus de la photosynthèse, il existe une autre méthode connue pour obtenir de l'énergie et synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques. Certaines bactéries sont capables d'extraire de l'énergie en oxydant diverses substances inorganiques. Ils n’ont pas besoin de lumière pour créer des substances organiques. Le processus de synthèse de substances organiques à partir de substances inorganiques, qui s'effectue grâce à l'énergie d'oxydation de substances inorganiques, est appelé chimiosynthèse (du latin chimie - chimie et du grec synthèse - connexion, combinaison).
Les bactéries chimiosynthétiques ont été découvertes par le scientifique russe S.N. Vinogradski. En fonction de l'oxydation de la substance qui libère de l'énergie, on distingue les bactéries chimiosynthétiques du fer, les bactéries soufrées et les azotobactéries.
5 . ggénétiquecode de repère. Synthèse des protéines dans la cellule
Code génétique- un système unifié d'enregistrement des informations héréditaires dans les molécules d'acide nucléique sous la forme d'une séquence nucléotidique. Le code génétique repose sur l'utilisation d'un alphabet composé de seulement quatre lettres-nucléotides, distinguées par des bases azotées : A, T, G, C.
Les principales propriétés du code génétique sont les suivantes :
1. Le code génétique est triple. Un triplet (codon) est une séquence de trois nucléotides codant pour un acide aminé. Puisque les protéines contiennent 20 acides aminés, il est évident que chacun d'eux ne peut pas être codé par un nucléotide (puisqu'il n'y a que quatre types de nucléotides dans l'ADN, dans ce cas 16 acides aminés restent non codés). Deux nucléotides ne suffisent pas non plus pour coder des acides aminés, puisque dans ce cas, seuls 16 acides aminés peuvent être codés. Cela signifie que le plus petit nombre de nucléotides codant pour un acide aminé est de trois. (Dans ce cas, le nombre de triplets de nucléotides possibles est de 43 = 64).
2. La redondance (dégénérescence) du code est une conséquence de sa nature triplet et signifie qu'un acide aminé peut être codé par plusieurs triplets (puisqu'il y a 20 acides aminés et 64 triplets). Les exceptions sont la méthionine et le tryptophane, qui sont codés par un seul triplet. De plus, certains triplés remplissent des fonctions spécifiques.
Ainsi, dans la molécule d'ARNm, trois d'entre eux UAA, UAG, UGA sont des codons stop, c'est-à-dire des signaux stop qui arrêtent la synthèse de la chaîne polypeptidique. Le triplet correspondant à la méthionine (AUG), situé au début de la chaîne d'ADN, ne code pas pour un acide aminé, mais remplit la fonction d'initier (exciter) la lecture.
3. Outre la redondance, le code se caractérise par la propriété d'absence d'ambiguïté, ce qui signifie que chaque codon ne correspond qu'à un seul acide aminé spécifique.
4. Le code est colinéaire, c'est-à-dire la séquence de nucléotides d’un gène correspond exactement à la séquence d’acides aminés d’une protéine.
5. Le code génétique est compact et sans chevauchement, c’est-à-dire qu’il ne contient pas de « signes de ponctuation ». Cela signifie que le processus de lecture ne permet pas la possibilité de chevauchement de colonnes (triplets) et, à partir d'un certain codon, la lecture se poursuit en continu, triplet après triplet, jusqu'aux signaux d'arrêt (codons de terminaison). Par exemple, dans l'ARNm, la séquence suivante de bases azotées AUGGGGUGTSUAUAUGUG ne sera lue que par de tels triplets : AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, et non AUG, UGG, GGU, GUG, etc. ou AUG, GGU, UGC, CUU , etc. etc. ou d'une autre manière (par exemple, codon AUG, signe de ponctuation G, codon UGC, signe de ponctuation U, etc.).
6. Le code génétique est universel, c'est-à-dire que les gènes nucléaires de tous les organismes codent de la même manière les informations sur les protéines, quel que soit le niveau d'organisation et la position systématique de ces organismes.
Synthèse des protéines dans la cellule
La biosynthèse des protéines se produit dans chaque cellule vivante. Il est plus actif dans les jeunes cellules en croissance, où les protéines sont synthétisées pour construire leurs organites, ainsi que dans les cellules sécrétoires, où les protéines enzymatiques et les protéines hormonales sont synthétisées.
Le rôle principal dans la détermination de la structure des protéines appartient à l'ADN. Un morceau d’ADN contenant des informations sur la structure d’une protéine est appelé un gène. Une molécule d'ADN contient plusieurs centaines de gènes. La molécule d'ADN contient un code pour la séquence d'acides aminés dans une protéine sous la forme de nucléotides spécifiquement correspondants. Le code ADN a été presque entièrement déchiffré. Son essence est la suivante. Chaque acide aminé correspond à une section d'une chaîne d'ADN constituée de trois nucléotides adjacents.
Par exemple, la section T--T--T correspond à l'acide aminé lysine, la section A--C--A - cystine, C--A--A - valine, etc. Il existe 20 acides aminés différents, le nombre de combinaisons possibles de 4 nucléotides 3 chacun est égal à 64. Par conséquent, il y a plus qu'assez de triplets pour coder tous les acides aminés.
La synthèse des protéines est un processus complexe en plusieurs étapes, représentant une chaîne de réactions de synthèse se déroulant selon le principe de la synthèse matricielle.
Étant donné que l'ADN est situé dans le noyau cellulaire et que la synthèse des protéines se produit dans le cytoplasme, il existe un intermédiaire qui transfère les informations de l'ADN aux ribosomes. Ce messager est l’ARNm. :
Dans la biosynthèse des protéines, les étapes suivantes sont déterminées, se produisant dans différentes parties de la cellule :
1. La première étape - la synthèse de l'ARNm a lieu dans le noyau, au cours de laquelle les informations contenues dans le gène ADN sont transcrites en ARNm. Ce processus est appelé transcription (du latin « transcription » - réécriture).
2. Au deuxième stade, les acides aminés sont combinés avec des molécules d'ARNt, qui sont constituées séquentiellement de trois nucléotides - des anticodons, à l'aide desquels leur codon triplet est déterminé.
3. La troisième étape est le processus de synthèse directe de liaisons polypeptidiques, appelé traduction. Cela se produit dans les ribosomes.
4. Au quatrième stade, se produit la formation de la structure secondaire et tertiaire de la protéine, c'est-à-dire la formation de la structure finale de la protéine.
Ainsi, au cours du processus de biosynthèse des protéines, de nouvelles molécules protéiques se forment conformément aux informations exactes contenues dans l'ADN. Ce processus assure le renouvellement des protéines, les processus métaboliques, la croissance et le développement cellulaire, c'est-à-dire tous les processus vitaux de la cellule.
Chromosomes (du grec « chroma » - couleur, « soma » - corps) - structures très importantes du noyau cellulaire. Ils jouent un rôle majeur dans le processus de division cellulaire, assurant la transmission des informations héréditaires d'une génération à l'autre. Ce sont de minces brins d’ADN liés à des protéines. Les fils s'appellent chromatides constitué d'ADN, de protéines basiques (histones) et de protéines acides.
Dans une cellule qui ne se divise pas, les chromosomes remplissent tout le volume du noyau et ne sont pas visibles au microscope. Avant le début de la division, la spiralisation de l’ADN se produit et chaque chromosome devient visible au microscope.
Lors de la spiralisation, les chromosomes sont raccourcis des dizaines de milliers de fois. Dans cet état, les chromosomes ressemblent à deux brins identiques (chromatides) côte à côte, reliés par une section commune - le centromère.
Chaque organisme est caractérisé par un nombre et une structure constants de chromosomes. Dans les cellules somatiques, les chromosomes sont toujours appariés, c'est-à-dire que dans le noyau se trouvent deux chromosomes identiques qui constituent une paire. Ces chromosomes sont appelés homologues et les ensembles appariés de chromosomes dans les cellules somatiques sont appelés diploïdes.
Ainsi, l'ensemble diploïde de chromosomes chez l'homme se compose de 46 chromosomes, formant 23 paires. Chaque paire est constituée de deux chromosomes identiques (homologues).
Les caractéristiques structurelles des chromosomes permettent de les distinguer en 7 groupes, désignés par les lettres latines A, B, C, D, E, F, G. Toutes les paires de chromosomes ont des numéros de série.
Les hommes et les femmes possèdent 22 paires de chromosomes identiques. On les appelle des autosomes. Un homme et une femme diffèrent par une paire de chromosomes, appelés chromosomes sexuels. Ils sont désignés par des lettres - grand X (groupe C) et petit Y (groupe C). Dans le corps féminin, il existe 22 paires d’autosomes et une paire (XX) de chromosomes sexuels. Les hommes possèdent 22 paires d’autosomes et une paire (XY) de chromosomes sexuels.
Contrairement aux cellules somatiques, les cellules germinales contiennent la moitié de l’ensemble des chromosomes, c’est-à-dire qu’elles contiennent un chromosome de chaque paire ! Cet ensemble est dit haploïde. L'ensemble haploïde de chromosomes apparaît au cours de la maturation cellulaire.
6 . R.régulation de la transcription et de la traduction dans la cellule etcorps
Opéron et répresseur.
On sait que l’ensemble des chromosomes, c’est-à-dire l’ensemble des molécules d’ADN, est le même dans toutes les cellules d’un même organisme.
Par conséquent, chaque cellule du corps est capable de synthétiser n’importe quelle quantité de chaque protéine caractéristique d’un organisme donné. Heureusement, cela n'arrive jamais, car les cellules d'un tissu particulier doivent disposer d'un certain ensemble de protéines nécessaires pour remplir leur fonction dans un organisme multicellulaire, et en aucun cas synthétiser des protéines « étrangères » caractéristiques des cellules d'autres tissus.
Par exemple, dans les cellules des racines, il est nécessaire de synthétiser des hormones végétales et dans les cellules des feuilles, des enzymes pour assurer la photosynthèse. Pourquoi toutes les protéines, dont les informations sont contenues dans ses chromosomes, ne sont-elles pas synthétisées dans une seule cellule à la fois ?
De tels mécanismes sont mieux étudiés dans les cellules procaryotes. Bien que les procaryotes soient des organismes unicellulaires, leur transcription et leur traduction sont également régulées, puisqu'à un moment donné, une cellule peut avoir besoin d'une certaine protéine, et à un autre moment, la même protéine peut lui devenir nocive.
L'unité génétique du mécanisme de régulation de la synthèse des protéines doit être considérée comme un opéron, qui comprend un ou plusieurs gènes structurels, c'est-à-dire des gènes qui portent des informations sur la structure de l'ARNm, qui, à leur tour, portent des informations sur la structure de la protéine. Avant ces gènes, au début de l'opéron, il y a un promoteur - un « site d'atterrissage » pour l'enzyme ARN polymérase. Entre le promoteur et les gènes de structure de l’opéron se trouve une section d’ADN appelée opérateur. Si une protéine spéciale, un répresseur, est associée à l'opérateur, alors l'ARN polymérase ne peut pas commencer la synthèse de l'ARNm.
Le mécanisme de régulation de la synthèse des protéines chez les eucaryotes.
La régulation de la fonction des gènes chez les eucaryotes, surtout lorsqu'il s'agit d'un organisme multicellulaire, est beaucoup plus complexe. Premièrement, les protéines nécessaires pour assurer n'importe quelle fonction peuvent être codées dans les gènes de différents chromosomes (rappelons que chez les procaryotes, l'ADN de la cellule est représenté par une seule molécule). Deuxièmement, chez les eucaryotes, les gènes eux-mêmes sont plus complexes que chez les procaryotes ; ils possèdent des régions « silencieuses » à partir desquelles l’ARNm n’est pas lu, mais qui sont capables de réguler le fonctionnement des sections d’ADN voisines. Troisièmement, dans un organisme multicellulaire, il est nécessaire de réguler et de coordonner avec précision le travail des gènes dans les cellules de différents tissus.
Cette coordination s'effectue au niveau de tout l'organisme et principalement à l'aide d'hormones. Ils sont produits à la fois dans les cellules des glandes endocrines et dans les cellules de nombreux autres tissus, comme le tissu nerveux. Ces hormones se lient à des récepteurs spéciaux situés soit sur la membrane cellulaire, soit à l'intérieur de la cellule. En raison de l'interaction du récepteur avec l'hormone dans la cellule, certains gènes sont activés ou, au contraire, réprimés, et la synthèse protéique dans une cellule donnée change de caractère. Par exemple, l'hormone surrénalienne, l'adrénaline, active la dégradation du glycogène en glucose dans les cellules musculaires, ce qui entraîne une amélioration de l'approvisionnement énergétique de ces cellules. Une autre hormone, l'insuline, sécrétée par le pancréas, favorise au contraire la formation de glycogène à partir du glucose et son stockage dans les cellules hépatiques.
Il faut également tenir compte du fait que 99,9 % de l'ADN de toutes les personnes est le même et que seuls les 0,1 % restants déterminent l'individualité unique de chaque personne : apparence, traits de caractère, métabolisme, susceptibilité à certaines maladies, réaction individuelle aux médicaments et bien d'autres. plus. .
On pourrait supposer que certains gènes « non fonctionnels » dans certaines cellules sont perdus et détruits. Cependant, plusieurs expériences ont prouvé que ce n’était pas le cas. A partir d'une cellule intestinale de têtard, sous certaines conditions, il est possible de faire pousser une grenouille entière, ce qui n'est possible que si toute l'information génétique est conservée dans le noyau de cette cellule, même si une partie n'a pas été exprimée sous forme de protéines alors que la cellule faisait partie de la paroi intestinale. Par conséquent, dans chaque cellule d'un organisme multicellulaire, seule une partie de l'information génétique contenue dans son ADN est utilisée. Cela signifie qu'il doit exister des mécanismes qui « activent » ou « désactivent » le travail d'un gène particulier dans différentes cellules.
La longueur totale des molécules d'ADN contenues dans les 46 chromosomes humains est de près de 2 mètres. Si les lettres de l’alphabet étaient codées avec un triplet génétique, alors l’ADN d’une cellule humaine suffirait à chiffrer 1000 gros volumes de texte !
Tous les organismes sur Terre sont constitués de cellules. Il existe des organismes unicellulaires et multicellulaires.
Les organismes sans cellules nucléaires sont appelés procaryotes, et ceux qui ont des noyaux dans leurs cellules sont appelés eucaryotes. À l’extérieur, chaque cellule est recouverte d’une membrane biologique. À l'intérieur de la cellule se trouve un cytoplasme dans lequel se trouvent le noyau (chez les eucaryotes) et d'autres organites. Le noyau est rempli de caryoplasme dans lequel se trouvent la chromatine et les nucléoles. La chromatine est l'ADN lié aux protéines qui forment les chromosomes lors de la division cellulaire.
L’ensemble des chromosomes d’une cellule est appelé caryotype.
Dans le cytoplasme des cellules eucaryotes se trouve un cytosquelette - un système complexe qui remplit des fonctions de support, de moteur et de transport. Les organites les plus importants de la cellule : noyau, réticulum endoplasmique, complexe de Golgi, ribosomes, mitochondries, lysosomes, plastes. Certaines cellules possèdent des organites de mouvement : flagelles, cils.
Il existe des différences structurelles significatives entre les cellules procaryotes et eucaryotes.
Les virus sont des formes de vie non cellulaires.
Pour le fonctionnement normal d’une cellule et de tout un organisme multicellulaire, un environnement interne constant, appelé homéostasie, est nécessaire.
L'homéostasie est maintenue par des réactions métaboliques, divisées en assimilation (anabolisme) et dissimilation (catabolisme). Toutes les réactions métaboliques se produisent avec la participation de catalyseurs biologiques - des enzymes. Chaque enzyme est spécifique, c'est-à-dire qu'elle participe à la régulation de processus vitaux strictement définis. Par conséquent, de nombreuses enzymes « travaillent » dans chaque cellule.
Tous les coûts énergétiques de n'importe quelle cellule sont fournis par la substance énergétique universelle - l'ATP. L'ATP est formé à partir de l'énergie libérée lors de l'oxydation des substances organiques. Ce processus se déroule en plusieurs étapes et la dégradation de l'oxygène la plus efficace se produit dans les mitochondries.
Selon la méthode d'obtention des substances organiques nécessaires à la vie, toutes les cellules sont divisées en autotrophes et hétérotrophes. Les autotrophes sont divisés en photosynthétiques et chimiosynthétiques, et tous sont capables de synthétiser indépendamment les substances organiques dont ils ont besoin. Les hétérotrophes obtiennent la plupart des composés organiques de l’extérieur.
La photosynthèse est le processus le plus important qui sous-tend l’émergence et l’existence de la grande majorité des organismes sur Terre. Grâce à la photosynthèse, des composés organiques complexes sont synthétisés en utilisant l’énergie du rayonnement solaire. À l’exception des produits chimiosynthétiques, tous les organismes sur Terre dépendent directement ou indirectement des produits photosynthétiques.
Le processus le plus important qui se produit dans toutes les cellules (à l’exception des cellules qui ont perdu leur ADN au cours du développement) est la synthèse des protéines. Les informations sur la séquence d'acides aminés qui constituent la structure primaire d'une protéine sont contenues dans la séquence de combinaisons triplet de nucléotides d'ADN. Un gène est une section d’ADN qui code des informations sur la structure d’une protéine. La transcription est le processus de synthèse de l'ARNm qui code la séquence d'acides aminés d'une protéine. L'ARNm quitte le noyau (chez les eucaryotes) dans le cytoplasme, où la formation de la chaîne d'acides aminés protéiques se produit dans les ribosomes. Ce processus est appelé traduction. Chaque cellule contient de nombreux gènes, mais la cellule n'utilise qu'une partie strictement définie de l'information génétique, qui est assurée par la présence dans les gènes de mécanismes spéciaux qui activent ou désactivent la synthèse d'une protéine particulière dans la cellule.
Bibliographie
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