Une structure complexe : la cellule vivante

Document. 1831 : Robert Brown décrit un « noyau » dans les cellules d'orchidées. 1838 : Matthias Schleiden conclut que tous les tissus végétaux sont formés de cellules et considère le noyau comme un élément essentiel de la cellule. 1839 : Theodor Schwann, en repérant des noyaux dans des tissus animaux variés (cartilage, notocorde de têtard), conclut que les animaux sont aussi formés de cellules ; il pense qu'elles se forment dans un liquide sans structure. 1855 : Rudolf Virchow, s'appuyant sur des observations de cellules en division, affirme que toute cellule provient d'une cellule. 1862 : Louis Pasteur montre qu'aucun microbe n'apparaît dans un bouillon stérilisé protégé des poussières de l'air.

1. Montrer que la découverte de Brown a joué un rôle dans le travail de Schwann.
2. Quelle idée de Schwann Virchow corrige-t-il ? Énoncer le principe de Virchow.
3. Expliquer en quoi le résultat de Pasteur est cohérent avec le principe de Virchow.

Tailles : grain de pollen : 28 µm ; virus de la grippe : 90 nm ; molécule d'eau : 0,28 nm ; chloroplaste : 6 µm.

1. Donner l'ordre de grandeur de chaque taille.
2. Un microscope optique de lycée a une limite de résolution de 0,3 µm. Quels objets permet-il d'observer ? Justifier.
3. Montrer qu'il faudrait environ $2\times {10}^4$ molécules d'eau alignées pour couvrir la longueur du chloroplaste.

Des cellules de la muqueuse buccale sont photographiées au microscope optique ; la photographie est au grossissement ×600. Sur l'image, une cellule mesure 3,3 cm et son noyau 0,51 cm.

1. Calculer la taille réelle du noyau.
2. On veut ajouter sur la photographie une barre d'échelle représentant 20 µm. Calculer sa longueur.
3. Un élève écrit : « 3,3 cm / 600 = 0,055 mm = 5,5 µm ». Expliquer son erreur.

Un phospholipide possède une tête portant un groupement phosphate, qui interagit avec l'eau, et deux queues formées de chaînes carbonées, qui ne s'y mêlent pas. Déposés à la surface de l'eau, les phospholipides forment une couche d'une molécule d'épaisseur ; agités dans l'eau, ils forment de petites sphères creuses (liposomes) dont la paroi est une bicouche.

1. Expliquer l'orientation des phospholipides à la surface de l'eau.
2. Expliquer pourquoi, au sein de l'eau, ils s'organisent en bicouche refermée plutôt qu'en couche simple.
3. Un élève schématise la membrane plasmique avec les queues tournées vers le cytoplasme et vers le milieu extracellulaire, et les têtes au centre. Expliquer l'erreur.

Pourcentages de la masse de chaque membrane. Une protéine membranaire est en moyenne environ 70 fois plus lourde qu'un phospholipide.

1. Calculer, pour chaque membrane, le rapport masse de protéines / masse de lipides.
2. Montrer que, dans la membrane interne de la mitochondrie, on compte environ 22 molécules de lipides par molécule de protéine.
3. Un élève affirme : « la membrane interne de la mitochondrie est faite surtout de protéines, donc ce n'est pas une bicouche lipidique ». Expliquer pourquoi ce raisonnement est faux.