Guide d’études – Les cellules PDF

Guide d’études – Les cellules A2.2.1 – La cellule en tant qu’unité structurale de base de tous les organismes vivants Nature de la science : les élèves doivent savoir que le raisonnement déductif peut être utilisé pour faire des prédictions à partir de théories. Selo...

Guide d’études – Les cellules A2.2.1 – La cellule en tant qu’unité structurale de base de tous les organismes vivants Nature de la science : les élèves doivent savoir que le raisonnement déductif peut être utilisé pour faire des prédictions à partir de théories. Selon la théorie cellulaire, on peut prédire qu’un organisme nouvellement découvert est constitué d’une ou de plusieurs cellules. Énoncez les trois parties de la théorie cellulaire. Comparez l'utilisation du mot théorie dans le langage quotidien et le langage scientifique. A2.2.2 – Les compétences en microscopie Utilisez une formule pour calculer le grossissement d'une micrographie ou d'un dessin. Si vous avez le grossissement d'une micrographie ou d'un dessin, utilisez une formule pour calculer la taille réelle d'un échantillon. A2.2.3 – Les progrès en microscopie A2.2.4 – Les structures communes aux cellules chez tous les organismes vivants L’ADN constitue le matériel génétique des cellules typiques. Ces dernières ont un cytoplasme constitué essentiellement d’eau, qui est entouré d’une membrane plasmique composée de lipides. Les élèves doivent comprendre les raisons de ces structures. Décrivez la fonction des structures communes à toutes les cellules. A2.2.5 – La structure cellulaire des procaryotes Inclure les composantes cellulaires suivantes : paroi cellulaire, membrane plasmique, cytoplasme, ADN nu en boucle et ribosomes 70S. Le type de structure cellulaire procaryote requis est celui des eubactéries à Gram positif, telles que le Bacillus et le Staphylococcus. Les élèves doivent savoir que la structure cellulaire des procaryotes varie. Il ne leur est cependant pas demandé de connaître en détail les variations, comme l’absence de paroi cellulaire chez les phytoplasmes et les mycoplasmes. Décrivez les fonctions des structures suivantes d'un exemple de cellule procaryote : paroi cellulaire, membrane plasmique, cytoplasme, ribosome 70s et ADN nucléoïde. Définissez le terme « nu » par rapport à l'ADN procaryote. A2.2.6 – La structure cellulaire des eucaryotes Les élèves doivent connaître les caractéristiques communes des cellules eucaryotes : une membrane plasmique entourant un cytoplasme compartimenté avec des ribosomes 80S ; un noyau possédant une double membrane munie de pores contenant des chromosomes constitués d’ADN lié à des histones ; des organites cytoplasmiques liés à la membrane, notamment les mitochondries, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et diverses vésicules ou vacuoles, dont les lysosomes ; et un cytosquelette de microtubules et microfilaments. Comparez et contrastez la structure cellulaire procaryote et eucaryote.  Étiquetez un diagramme d'une cellule eucaryote. Décrivez la fonction des structures suivantes dans la cellule eucaryote : membrane plasmique, cytoplasme, ribosomes 80s, noyau, mitochondries, chloroplaste, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, vésicules, vacuoles, lysosomes, cytosquelette des microtubules et microfilaments. A2.2.7 – Les processus vitaux chez les organismes unicellulaires Inclure les fonctions suivantes : l’homéostasie, le métabolisme, la nutrition, le mouvement, l’excrétion, la croissance, la réaction aux stimulus et la reproduction. Énumérez les processus communs à toute vie. Définir le métabolisme, l'homéostasie, l'excrétion, la croissance, la nutrition, le mouvement, la reproduction et la réponse aux stimuli. A2.2.8 – Les différences dans la structure cellulaire eucaryote entre les animaux, les champignons et les plantes Inclure la présence de parois cellulaires et leur composition, les différences de taille et de fonction des vacuoles, la présence de chloroplastes et d’autres plastes ainsi que la présence de centrioles, de cils et de flagelles. Comparez et opposez les structures des cellules végétales, animales et fongiques (NON) en référence aux parois cellulaires, aux vacuoles, aux chloroplastes, aux centrioles, aux cils et aux flagelles. A2.2.9 – La structure cellulaire atypique chez les eucaryotes Utiliser le nombre de noyaux pour illustrer un type de structure cellulaire atypique chez les hyphes fongiques non cloisonnés ainsi que dans les muscles squelettiques, les globules rouges et les éléments du tube criblé du phloème. Décrire les caractéristiques des fibres musculaires squelettiques qui en font une cellule atypique. Décrire les caractéristiques des globules rouges qui en font une cellule atypique. Comparez le nombre de noyaux dans, les muscles squelettiques, les globules rouges. A2.2.10 – Les types de cellules et les structures cellulaires visibles sur les photographies prises au microscope optique et au microscope électronique Application des compétences : les élèves doivent être capables d’identifier des cellules procaryotes, végétales ou animales, sur les photographies prises au microscope optique et au microscope électronique. Sur les photographies prises au microscope électronique, il leur faut pouvoir reconnaître les structures suivantes : le nucléoïde, la paroi cellulaire procaryote, le noyau, les mitochondries, les chloroplastes, la vacuole centrale, l’appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique lisse et rugueux, les chromosomes, les ribosomes, la paroi cellulaire, la membrane plasmique et les microvillosités. Reconnaître les caractéristiques et identifier les structures dans les micrographies des cellules procaryotes (y compris la membrane plasmique, la région nucléoïde, les ribosomes et la paroi cellulaire). Reconnaître les caractéristiques et identifier les structures dans les micrographies des cellules eucaryotes (y compris la membrane plasmique, le noyau, la mitochondrie, le chloroplaste, la vacuole, le réticulum endoplasmique rugueux et  lisse, l'appareil de Golgi, la vésicule sécrétoire, les ribosomes, la paroi cellulaire, les cils, les flagelles et les microvillosités). A2.2.11 – Le dessin et l’annotation à partir de photographies prises au microscope électronique Application des compétences : les élèves doivent être capables de dessiner et d’annoter des diagrammes d’organites (noyau, mitochondries, chloroplastes, vacuole centrale, appareil de Golgi, réticulum endoplasmique lisse et rugueux, et chromosomes) ainsi que d’autres structures cellulaires (paroi cellulaire, membrane plasmique, vésicules de sécrétion et microvillosités) à partir de photographies prises au microscope électronique. Il faut inclure les fonctions dans leurs annotations. À partir d'une micrographie, dessinez et étiquetez l'ultrastructure d'une cellule procaryote. À partir d'une micrographie, et étiquetez l'ultrastructure d'une cellule eucaryote. B2.2.1 – Les organites en tant que sous-unités distinctes des cellules qui sont adaptées pour remplir des fonctions particulières Les élèves doivent comprendre que la paroi cellulaire, le cytosquelette et le cytoplasme ne sont pas considérés comme des organites, mais que les noyaux, les vésicules, les ribosomes et la membrane plasmique le sont. Nature de la science : les élèves doivent comprendre que les progrès scientifiques interviennent souvent à la suite du développement de nouvelles techniques. Par exemple, l’étude de la fonction de chaque organite est devenue possible lorsque les ultracentrifugeuses ont été inventées et que les méthodes permettant de les utiliser pour le fractionnement des cellules ont été développées. Définir l'organite comme une structure discrète au sein d'une cellule qui est adaptée pour remplir une fonction spécifique. Énumérer les organites solides et ceux entourés d'une seule membrane et d'une double membrane. B2.2.2 – L’avantage présenté par la séparation du noyau et du cytoplasme en compartiments distincts Se limiter à la séparation des activités de transcription et de traduction : la modification post-transcriptionnelle de l’ARNm peut se produire avant que l’ARNm ne rencontre les ribosomes dans le cytoplasme. Chez les procaryotes, cela n’est pas possible : l’ARNm peut immédiatement rencontrer les ribosomes. Décrivez les avantages de l'ADN dans le noyau compartimenté du cytoplasme. B2.1.1 – Les bicouches lipidiques en tant que base des membranes cellulaires Les phospholipides et autres lipides amphipathiques forment naturellement des bicouches continues dans l’eau, qui ressemblent à des feuillets. Indiquez que les phospholipides forment naturellement des bicouches continues en forme de feuille dans l'eau. Énumérer l'emplacement des bicouches lipidiques dans les cellules. B2.1.2 – Les bicouches lipidiques en tant que barrières Les élèves doivent comprendre que les chaînes hydrocarbonées hydrophobes formant le cœur d’une membrane sont peu perméables aux larges molécules et  aux particules hydrophiles, dont les ions et les molécules polaires, et que les membranes fonctionnent donc comme des barrières efficaces entre les solutions aqueuses. Indiquez la fonction principale de la membrane cellulaire. Expliquez pourquoi le noyau hydrophobe d'une bicouche lipidique forme une barrière aux particules hydrophiles. Énumérez les avantages des membranes formant des barrières à l'intérieur et entre les cellules. B2.1.4 – Les protéines intégrales et périphériques dans les membranes Souligner que les protéines membranaires ont diverses structures, positions et fonctions. Les protéines intégrales sont enchâssées dans une des deux couches lipidiques de la membrane ou dans les deux. Les protéines périphériques sont attachées à l’une ou l’autre des surfaces de la bicouche. Comparez l'emplacement des protéines intégrales et périphériques dans la membrane. Décrivez comment les structures hydrophobes et hydrophiles des protéines ont un impact sur leur ancrage à la membrane. Décrivez six fonctions (avec exemple) des protéines liées à la membrane. B2.1.9 – La structure et la fonction des glycoprotéines et des glycolipides Il faut se limiter aux structures glucidiques liées aux protéines ou aux lipides dans les membranes, à la localisation des glucides sur la face extracellulaire des membranes, et à leurs rôles dans l’adhérence et la reconnaissance cellulaires. Décrivez la structure des glycoprotéines et des glycolipides. Décrire le rôle des glycoprotéines et des glycolipides dans l'adhésion et la reconnaissance cellulaires. B2.1.10 – Le modèle de la mosaïque fluide de la structure membranaire Les élèves doivent être capables de dessiner une représentation bidimensionnelle du modèle et d’y inclure les protéines périphériques et intégrales, les glycoprotéines, les phospholipides et le cholestérol. Il leur faut également être capables d’indiquer les régions hydrophobes et hydrophiles. Dessinez et étiquetez une représentation bidimensionnelle du modèle de mosaïque fluide de la structure de la membrane. Inclure: Bicouche phospholipidique avec queues hydrophobes tournées vers l'intérieur et têtes hydrophiles tournées vers l'extérieur Protéines intégrales intégrées dans la membrane Protéines périphériques à la surface de la membrane ou ancrées à une protéine intégrale Glycoprotéines avec une chaîne latérale glucidique orientée vers l'extérieur de la cellule Glycolipide avec une chaîne latérale glucidique orientée vers l'extérieur de la cellule Cholestérol intégré entre les phospholipides dans la région hydrophobe B2.1.3 – La diffusion simple à travers les membranes Utiliser le déplacement des molécules d’oxygène et de dioxyde de carbone entre les phospholipides comme exemple de diffusion simple à travers les membranes. Décrivez une diffusion simple.  Décrivez l'impact du gradient de concentration, de la taille des particules et de la polarité ou de la charge des molécules sur le taux de diffusion à travers une membrane lipidique. Expliquez deux exemples de diffusion simple de molécules dans et hors des cellules. B2.1.5 – Le déplacement des molécules d’eau à travers les membranes par osmose et le rôle des aquaporines Fournir une explication en tenant compte du mouvement aléatoire des particules, de l’imperméabilité des membranes aux solutés et des différences de concentration des solutés. Définissez l'osmose. Prédire la direction du mouvement de l'eau en fonction des différences de concentration de soluté. B2.1.6 – Les protéines de transport pour la diffusion facilitée Les élèves doivent comprendre comment la structure des protéines de transport rend les membranes sélectivement perméables en permettant la diffusion d’ions spécifiques lorsque les canaux sont ouverts mais pas lorsqu’ils sont fermés. Décrire la structure et la fonction des protéines de canal. Définir la diffusion facilitée. Décrire la spécificité des protéines de canal pour les ions. Énumérez les types de portes sur les protéines de canal. Décrivez un exemple de diffusion facilitée par un canal protéique. B2.1.7 – Les protéines agissant comme des pompes pour le transport actif Les élèves doivent savoir que les pompes utilisent l’énergie de l’adénosine triphosphate (ATP) pour transférer des particules spécifiques à travers les membranes et qu’elles peuvent donc déplacer des particules contre un gradient de concentration. Décrire la structure et la fonction des protéines de la pompe, y compris le rôle de la spécificité, du changement de conformation et de l'ATP. Comparez le transport actif à l'aide d'une protéine de pompe pour faciliter la diffusion à l'aide d'une protéine de canal. Expliquez un exemple de transport actif de molécules dans et hors des cellules par une pompe à protéines. B2.1.8 – La sélectivité de la perméabilité membranaire La diffusion facilitée et le transport actif permettent une perméabilité sélective des membranes. La perméabilité par diffusion simple n’est pas sélective et dépend uniquement de la taille et des propriétés hydrophiles ou hydrophobes des particules. Définir la perméabilité sélective. Précisez que la diffusion simple à travers la membrane n'est pas sélective et ne dépend que du gradient de concentration. Résumez l'effet de la taille des particules sur la capacité à traverser la bicouche lipidique. Résumez l'effet des propriétés hydrophobes/hydrophiles d'une particule sur sa capacité à traverser la bicouche lipidique. Énumérez des exemples de particules à faible et haute perméabilité membranaire.  Décrire comment les canaux et les pompes de la membrane permettent une perméabilité sélective D2.3.2 – Le mouvement de l’eau des solutions moins concentrées vers les solutions plus concentrées Les élèves doivent exprimer la direction du mouvement en fonction de la concentration du soluté, et non de la concentration de l’eau. Il leur faut utiliser les termes « hypertonique », « hypotonique » et « isotonique » pour comparer les concentrations des solutions. Définissez l'osmolarité, isotonique, hypotonique et hypertonique. Indiquer l'unité de concentration d'un soluté dans un volume de solution. Décrivez le mouvement net de l'eau entre les solutions hypotoniques, hypertoniques et isotoniques. D2.3.3 – Le mouvement de l’eau vers ou hors des cellules par osmose Les élèves doivent être capables de prédire la direction du mouvement net de l’eau si l’environnement de la cellule est hypotonique ou hypertonique. Il leur faut comprendre que, dans un environnement isotonique, il y a un équilibre dynamique plutôt qu’une absence de mouvement de l’eau. Comparez la perméabilité relative de la membrane plasmique à l'eau et aux solutés. Définissez l'osmose. Indiquez que l'osmose est une forme de transport passif. Expliquer ce qui arrive aux cellules lorsqu'elles sont placées dans des solutions isotoniques, hypotoniques et hypertoniques. D2.3.4 – Les changements dus au mouvement de l’eau dans les tissus végétaux baignant dans des solutions hypotoniques et ceux baignant dans des solutions hypertoniques Application des compétences : les élèves doivent être capables de mesurer les changements de longueur et de masse des tissus, et d’analyser des données pour déduire la concentration des solutés isotoniques. Il leur faut également être capables d’utiliser l’écart type et l’erreur type pour faciliter l’analyse des données. Il n’est pas nécessaire de mémoriser les formules pour le calcul de ces statistiques. L’écart type et l’erreur type pourraient être déterminés pour les résultats de cette expérience si des répétitions étaient faites pour chaque concentration. Cela permettrait de comparer la fiabilité des mesures de longueur et de masse. L’erreur type pourrait être montrée graphiquement sous forme de barres d’erreur. Expliquer le changement de masse et/ou de volume des tissus végétaux placés dans des solutions hypotoniques ou hypertoniques. Déterminer la concentration de solutés dans un tissu végétal en fonction des changements de masse et/ou de longueur des tissus végétaux lorsqu'ils sont placés dans des solutions de différentes tonicités. D2.3.5 – Les effets du mouvement de l’eau sur les cellules sans paroi cellulaire Inclure le gonflement et l’éclatement dans un milieu hypotonique ainsi que le rétrécissement et la crénelure dans un milieu hypertonique. Mentionner également la nécessité d’éliminer l’eau par des vacuoles contractiles chez les organismes unicellulaires d’eau douce et la nécessité de maintenir un liquide  tissulaire isotonique chez les organismes multicellulaires, afin d’éviter des changements néfastes. Énoncer les effets des solutions hypertoniques et hypotoniques sur les cellules sans paroi cellulaire. Expliquez pourquoi le liquide tissulaire des organismes multicellulaires doit être isotonique aux cellules du tissu. Décrire le rôle de la vacuole contractile chez les organismes unicellulaires d'eau douce. D2.3.6 – Les effets du mouvement de l’eau sur les cellules avec paroi cellulaire Inclure le développement de la pression de turgescence dans un milieu hypotonique et la plasmolyse dans un milieu hypertonique. Décrire la résistance et la perméabilité d'une paroi cellulaire. Expliquer les effets des solutions hypertoniques et hypotoniques sur les cellules à paroi cellulaire, en particulier la turgescence, la pression et la plasmolyse. D2.3.7 – Les applications médicales des solutions isotoniques Utiliser les solutions intraveineuses administrées dans le cadre d’un traitement médical et le produit dans lequel baignent les organes prêts à être transplantés comme exemples. Indiquer les effets des solutions isotoniques, hypertoniques et hypotoniques sur les cellules humaines. Décrivez l'utilisation d'une solution saline normale dans les procédures médicales. B2.3.1 – La production de cellules non spécialisées après la fécondation et leur développement en cellules spécialisées par la différenciation Les élèves doivent comprendre l’incidence des gradients sur l’expression génique chez un embryon au stade précoce. Indiquez qu'un zygote est une cellule non spécialisée produite par la fécondation. B2.3.2 – Les propriétés des cellules souches Se limiter à la capacité des cellules de se diviser indéfiniment et de se différencier selon différentes voies. Décrivez deux propriétés des cellules souches. B2.3.3 – La localisation et la fonction des niches de cellules souches chez les êtres humains adultes Se limiter à deux exemples de localisation et au fait que la niche de cellules souches peut maintenir les cellules à l’état indifférencié ou favoriser leur prolifération et leur différenciation. La moelle osseuse et les follicules pileux sont deux exemples appropriés. Définir la niche des cellules souches. Décrivez l'emplacement et la fonction de deux types de cellules souches multipotentes dans un corps humain adulte. B2.3.4 – Les différences entre les cellules souches totipotentes, pluripotentes et multipotentes  Les élèves doivent savoir que les cellules des embryons animaux au stade précoce sont totipotentes, mais qu’elles deviennent vite pluripotentes, tandis que les cellules souches dans les tissus adultes, comme la moelle osseuse, sont multipotentes. Définissez totipotent, multipotent et pluripotent. Énumérez un exemple de cellule souche totipotente, multipotente et pluripotente. Expliquer pourquoi les cellules souches pluripotentes sont plus répandues dans le développement embryonnaire précoce d'un organisme multicellulaire. B2.3.5 – La taille des cellules comme aspect de la spécialisation Examiner les diverses tailles de cellules chez les êtres humains, notamment celles des gamètes mâles et femelles, des globules rouges et blancs, des neurones et des fibres musculaires striées. Reliez la taille relative des cellules à la fonction spécialisée des spermatozoïdes, des ovules, des globules rouges, des globules blancs, des neurones et des fibres musculaires striées. B2.3.6 – Les rapports surface-volume et les limites de la taille des cellules Les élèves doivent comprendre le rapport mathématique entre le volume et la surface. Il leur faut également comprendre que les échanges de matière à travers la surface d’une cellule dépendent de sa surface, alors que la nécessité de l’échange dépend du volume de la cellule. Nature de la science : les élèves doivent savoir que les modèles sont des versions simplifiées de systèmes complexes. Dans ce cas, le rapport surface-volume peut être modélisé à l’aide de cubes ayant des côtés de longueurs différentes. Bien que les cubes aient une forme plus simple que les organismes réels, les rapports d’une homothétie fonctionnent de la même façon. Décrivez les activités qui se déroulent dans le volume et à la surface de la cellule. Calculez la surface, le volume et le rapport SA :V d'un cube. Expliquer les avantages et les limites de l'utilisation de cubes pour modéliser la surface et le volume d'une cellule. Décrivez la relation entre la taille de la cellule et le rapport SA :V de la cellule. Expliquez pourquoi la taille des cellules est souvent limitée par le rapport SA :V.