Chapitre 3
Activité 4 - documentaire
La cellule dans son environnement
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Introduction
La cellule est délimitée par une membrane plasmique séparant un milieu intracellulaire (le cytoplasme) du milieu extracellulaire dans lequel elle vit.
Quelles sont la nature et l'importance des échanges réalisés par la cellule avec son environnement ?
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- Le métabolisme cellulaire
- Les besoins énergétiques d'une cellule
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Documents
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Doc. 1Concentrations intracellulaire et extracellulaire de quelques molécules
| Substance | Cytoplasme | Plasma sanguin |
|---|---|---|
| \mathrm{Na}^{+} | 10-15 mmol / L | 145 mmol / L |
| \mathrm{K}^{+} | 140-150 mmol / L | 4-5 mmol / L |
| \mathrm{Mg}^{2+} | 0,6-0,8 mmol / L | 1-2 mmol / L |
| \mathrm{Cl}^{-} | 4-6 mmol / L | 110-120 mmol / L |
| Hémoglobine (protéine permettant le transport d'\mathrm{O}_2) | 400 g / L | 0 g / L |
Les concentrations ont été mesurées dans le cytoplasme d'hématies (globules rouges) et dans le milieu dans lequel ces cellules vivent (plasma sanguin).
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Doc. 2Prélèvement de glucose par une cellule musculaire
Un muscle est expérimentalement placé dans un milieu contenant du glucose marqué puis soumis à des contractions d'intensité croissante ou à de l'insuline, une hormone. L'intensité de l'effort est contrôlée par la fréquence de stimulation du muscle 1,0\mathrm{~Hz}= intensité de contraction faible ; 25,0\mathrm{~Hz}= intensité de contraction élevée).
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Protocole expérimental :
- Prélevez à l'aide d'une pince fine un fragment d'épiderme d'oignon rouge, le plus fin possible.
- Etalez-le sur une lame, dans (1) une solution d'eau distillée ou (2) une solution d'eau salée (concentrée en NaCl).
- Recouvrez d'une lamelle et observez au microscope.
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Doc. 3Les échanges d'eau entre une cellule et son milieu
Observation (MO) d'épiderme d'oignon rouge [a] placé dans de l'eau distillée et [b] placé dans de l'eau très salée.
L'osmose est la diffusion d'eau à travers une membrane sous l'effet d'un différentiel de concentration de solutés. L'eau se déplace passivement du milieu où la solution est la moins concentrée vers le milieu où la solution est la plus concentrée.
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Allez plus loin sur l'observation de l'osmose
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Doc. 4L'expérience historique de Gregory Preston et Peter Agre (1992)
Des ovocytes d'amphibien ont été prélevés. Des protéines nommées aquaporines, dont les chercheurs souhaitaient tester le rôle, ont été expérimentalement ajoutées dans la membrane de certains ovocytes. Les cellules, ainsi modifiées (lot 2) ou non (lot 1), ont ensuite été placées dans un milieu aqueux très dilué et étudiées à intervalles de temps réguliers.
[a] Photographies des ovocytes expérimentaux et [b] évolution de l'augmentation de volume cellulaire au cours du temps de l'expérience. Le temps 0 correspond au moment où les cellules sont plongées dans une solution très diluée.
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Doc. 5Fonctionnement d'une aquaporine
Les aquaporines présentent une structure de canal traver- sant la membrane. Chaque aquaporine permet le passage de 3 milliards de molécules d'eau par seconde. D'autres canaux protéiques permettent le passage de molécules variées, par exemple des ions.
Supplément numérique
Observez une modélisation d'aquaporine en trois dimensions
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Glucose : molécule de la famille des sucres, apportant de l'énergie à une cellule animale.
Marquage moléculaire : méthode consistant à lier un marqueur visible (par exemple de la fluorescence ou de la radioactivité) à une molécule que l'on souhaite étudier, comme une « étiquette ». Ce marquage va permettre de détecter la molécule d'intérêt.
Marquage moléculaire : méthode consistant à lier un marqueur visible (par exemple de la fluorescence ou de la radioactivité) à une molécule que l'on souhaite étudier, comme une « étiquette ». Ce marquage va permettre de détecter la molécule d'intérêt.
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Questions
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1. Doc. 1 Comparez les concentrations des différentes molécules à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule et identifiez une caractéristique de la membrane plasmique.
2. Doc. 2 Proposez une explication à la présence de glucose marqué à l'intérieur de la cellule. Identifiez les effets d'un effort ou de l'insuline sur le prélèvement de glucose par une cellule musculaire.
3. Doc. 3 Décrivez ce qui se passe lorsqu'une cellule est placée dans un milieu extérieur plus concentré que son milieu intérieur. Concluez sur le sens des échanges d'eau à travers la membrane plasmique.
4. Déduisez-en pourquoi le sel permet d'éviter les contaminations bactériennes et constitue donc un bon moyen de conservation des aliments.
5. Doc. 4 et doc. 5 Identifiez ce que démontre l'expérience de Preston et Agre. Expliquez le constat fait dans la question 3
6. Synthèse Proposez une conclusion sur les échanges entre la cellule et son milieu.