La cellule et l'ADN : cours de 3e

Une girafe, un chêne, une levure de boulanger et toi : quel point commun ? À première vue, aucun. Pourtant, à une échelle trop petite pour l'œil nu, tous ces êtres vivants reposent sur la même brique. Ce chapitre t'apprend à reconnaître cette brique, la cellule, à comprendre comment on a su qu'elle existait, et à situer dans la cellule la molécule qui conserve l'information génétique : l'ADN.

Tu n'as besoin d'aucune notion préalable. Il faut seulement garder en tête une idée simple : pour comprendre le vivant, on change d'échelle. On passe de l'organisme entier à ses organes, puis aux tissus, puis aux cellules. L'enseignement des sciences de la vie au collège suit d'ailleurs cette démarche, en reliant l'organisation de l'organisme à celle des organes, des tissus et des cellules ¹.

On ne voit pas les cellules à l'œil nu, il a donc fallu des instruments d'observation. C'est en 1665 que le naturaliste anglais Robert Hooke a mis en évidence leur existence ². Le mot vient du latin cellula, qui signifie « chambre de moine » ² : ces petites loges rappelaient de minuscules pièces côte à côte.

Découvrir qu'il existe des cellules ne suffit pas à comprendre leur rôle. Il a fallu près de deux siècles pour en tirer une idée générale, devenue la théorie cellulaire.

Relis la dernière idée : c'est elle qui nous mène à l'ADN. Si chaque cellule contient l'information génétique et la transmet aux cellules qui suivent, alors il existe forcément, quelque part dans la cellule, un support de cette information. C'est à ce support, l'ADN, que nous nous intéresserons plus loin.

Tous les êtres vivants n'ont pas le même nombre de cellules. Certains n'en possèdent qu'une : ce sont les organismes unicellulaires. Les bactéries, les archées et la plupart des protistes en font partie ². À l'inverse, d'autres êtres vivants sont constitués de plusieurs cellules, parfois en très grand nombre : on parle d'organismes pluricellulaires. La théorie cellulaire dit en effet qu'un être vivant est constitué « d'une ou plusieurs cellules » ².

Dans un organisme pluricellulaire, les cellules ne sont pas isolées. Elles forment des tissus, qui eux-mêmes composent des organes. L'organisme est ainsi organisé du plus petit au plus grand : cellules, tissus, organes, organisme. C'est cette organisation que le programme demande de relier aux besoins des cellules et aux systèmes de transport dans l'organisme ¹.

Une cellule est vivante : elle consomme, elle produit, elle se renouvelle. Pour cela, elle a des besoins. Dans l'organisme animal, les cellules utilisent de la matière organique et de la matière minérale ¹. Ces substances arrivent jusqu'aux cellules par des systèmes de transport dans l'organisme, ce qui explique pourquoi le programme relie les besoins des cellules au rôle de ces systèmes ¹.

Les cellules d'une plante qui contient de la chlorophylle fonctionnent un peu différemment : elles sont approvisionnées en eau et en sels minéraux, et c'est dans les cellules chlorophylliennes que se produit la matière organique ¹. Il faut donc distinguer deux situations :

• une cellule animale, qui utilise de la matière organique et de la matière minérale ¹ ;
• une cellule chlorophyllienne d'une plante, qui reçoit de l'eau et des sels minéraux et qui produit de la matière organique ¹.

Venons-en à l'ADN. La théorie cellulaire affirme que les cellules contiennent l'information génétique dont elles ont besoin pour fonctionner et qu'elles la transmettent aux cellules suivantes ². La question devient : où se trouve cette information dans la cellule ? La réponse dépend du type de cellule, car il en existe deux grandes familles.

Compare maintenant avec les eucaryotes. Leurs cellules sont plus complexes que celles des procaryotes et possèdent des compartiments internes, dont le noyau ². La différence centrale porte donc sur le noyau : les procaryotes n'en ont pas, alors que les eucaryotes en ont un ². Les cellules des animaux (dont les tiennes), des végétaux et des champignons sont des cellules d'eucaryotes : leur ADN est enfermé dans le noyau, où il forme les chromosomes.

Comme les cellules sont invisibles à l'œil nu, il faut un microscope. Pour étudier l'organisation interne des cellules, on peut choisir entre deux manières de préparer les tissus. Soit ils sont vivants, ce qui permet une observation dynamique, c'est-à-dire de voir ce qui bouge. Soit ils sont fixés puis préparés en fines coupes, ce qui donne en général une observation plus précise, mais figée et ponctuelle ².

Chaque méthode a ses avantages :

Cette comparaison reprend les deux préparations décrites en biologie cellulaire ².

Toutes les cellules n'ont pas la même taille. Les cellules les plus lourdes du monde vivant sont les jaunes d'œuf d'autruche, de masse comprise entre 1,2 et 1,9 kg ². Côté longueur, le record revient à certains neurones du calmar géant ou du calmar colossal : leur axone peut mesurer jusqu'à 12 m ². Chez un dinosaure sauropode, Supersaurus vivianae, les neurones du nerf laryngé inférieur auraient mesuré 28 m ².

Les cellules sont aussi très anciennes. On estime que les premières sont apparues sur Terre voilà au minimum 3,7 milliards d'années, et peut-être dès 4 milliards ². L'origine des cellules est étroitement liée à l'origine de la vie ². Et comme la théorie cellulaire affirme qu'une cellule dérive toujours d'une cellule préexistante ², on peut remonter, de cellule en cellule, jusqu'à ces premières cellules.

À la fin de ce chapitre, tu dois pouvoir expliquer avec tes mots les points suivants. D'abord, la cellule est l'unité de base du vivant, structurelle et fonctionnelle ². Ensuite, un être vivant est formé d'une ou plusieurs cellules ². Puis, toute cellule vient d'une autre cellule et contient l'information génétique ². Enfin, l'ADN n'est pas rangé de la même façon chez un procaryote, où il forme un chromosome unique dans le nucléoïde, et chez un eucaryote, qui possède un noyau ².