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SV-A L'organisme vivant en lien avec son environnement (BCPST 1 et 2) |
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SV-B Interactions entre les organismes et leur milieu de vie (BCPST 1 et 2) |
SV-C La cellule dans son environnement (BCPST 1)  IntroSV-C La cellule dans son environnement (BCPST 1)
La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle du vivant. L'objectif est de présenter les grands traits de l'organisation d'une cellule (membranes, compartiments cellulaires, cytosquelette) et de la matrice extracellulaire qui l'entoure, en envisageant leurs aspects dynamiques afin de faire émerger les grandes lignes de leur fonctionnement.
L'organisation fonctionnelle des cellules est abordée avec un nombre limité d'exemples, préférentiellement l'entérocyte de Mammifères, la cellule du parenchyme palissadique d'une Angiosperme et une bactérie Gram - (E. coli, Rhizobium sp.). L'objectif n'est pas de réaliser une monographie à partir de chaque exemple proposé mais de les utiliser comme support pour illustrer le concept de cellule tout en montrant une diversité d'organisation et de fonctionnement, sans toutefois chercher l'exhaustivité des particularités de chaque type cellulaire.
Cette vision d'ensemble est complétée par les autres parties concernant le métabolisme énergétique (SV-E) et la génomique structurale et fonctionnelle (SV-F). Ces trois parties s'appuient sur les fondamentaux abordés dans la partie sur les biomolécules (SV-D). In fine, cet ensemble offre une vision intégrée de l'organisation fonctionnelle de la cellule dans son « milieu », qu'il s'agisse d'un organisme unicellulaire ou pluricellulaire.
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SV-C-1 Les cellules au sein d'un organisme |
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SV-C-2 Organisation fonctionnelle de la cellule |
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SV-C-3 Membranes et échanges membranaires |
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Les propriétés de fluidité, de perméabilité sélective, de spécificité reposent sur l'organisation de la membrane.
Les membranes cellulaires sont des associations non covalentes de protéines et de lipides, parfois glycosylés, assemblés en bicouches.
L'eau, les solutés neutres ou chargés et les gaz dissous peuvent traverser les membranes.
La perméabilité de la membrane vis-à-vis d'une substance chimique dépend de ses propriétés physico-chimiques et de celles de la substance considérée.
Ces échanges transmembranaires sont régis par les différences de potentiel électro-chimique.
Les flux de solutés s‘effectuent dans le sens des potentiels électro-chimique décroissants par transport passif simple ou facilité ou dans le sens inverse par transport actif primaire ou secondaire (couplages énergétiques).
Les flux transmembranaires sont une fonction linéaire (diffusion simple) ou une fonction présentant un plateau de saturation (échange assisté par un transporteur) de la concentration en molécule transportée.
Des flux transmembranaires d'ions sont à l'origine d'un potentiel électrique appelé potentiel de membrane.
Précisions et limites
Les échanges sont étudiés sur l'exemple de l'entérocyte (exemples préconisés : canal ionique, transporteur GLUT, Na+/K+ ATPase, symport Na+/glucose de type SGLT, aquaporine). L'existence de protéines membranaires chez une cellule bactérienne est mentionnée. Pour les cellules végétales, on s'appuie sur l'étude des échanges transmembranaires impliqués dans l'absorption racinaire (SV-B-2-1). Le potentiel de membrane est étudié à partir d'une cellule non excitable, les cellules excitables sont abordées dans la partie communication (SV-I-2).
Des transferts de matière entre les compartiments et avec le milieu extracellulaire (endocytose et exocytose) sont réalisés par l'intermédiaire de vésicules.
Le bourgeonnement et la fusion des vésicules reposent sur les propriétés des membranes et l'implication des protéines.
Le transport et le guidage des vésicules mettent en jeu le cytosquelette.
Précisions et limites
On ne détaille pas la diversité des protéines associées aux mécanismes d'endo et d'exocytose.
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- Relier la fluidité membranaire à la composition de la membrane.
- Relier la perméabilité membranaire à la composition de la membrane.
- Exploiter la notion de potentiel électrochimique pour déterminer le caractère spontané ou non d'un échange.
- Exploiter la relation de Nernst pour déterminer le potentiel d'équilibre d'un ion.
- Exploiter la loi de Fick pour expliquer les caractéristiques cinétiques de certains échanges transmembranaires.
- Exploiter la notion de potentiel hydrique pour déterminer le sens des flux d'eau.
- Relier les caractéristiques des protéines membranaires (canal, transporteur) aux modalités d'échange.
- Relier les échanges présentés à leurs fonctions biologiques.
- Relier l'inégale répartition des ions et les flux transmembranaires à l'existence d'un potentiel de membrane.
- Relier les échanges présentés à leurs fonctions biologiques.
Liens :
Echanges membranaires et nutrition des organismes unicellulaires (SV-A-3) et des Angiospermes (SV-B-2)
Auxine et développement de l'appareil végétatif des angiospermes (SV-B-3-1)
Organisation fonctionnelle des lipides et des protéines (SV-D-2)
Interaction protéine-ligand (SV-D-2-4)
Couplages énergétiques (SV-E)
Communication intercellulaire (SV-I-2) |
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SV-D Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (BCPST 1) |
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SV-E Le métabolisme cellulaire (BCPST 1) |
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SV-F Génomique structurale et fonctionnelle (BCPST 1 et BCPST 2) |
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SV-G Reproduction (BCPST 2) |
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SV-H Mécanismes du développement : exemple du développement du membre des Tétrapodes (BCPST 2) |
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SV-I Communications intercellulaires et intégration d'une fonction à l'organisme (BCPST 2) |
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SV-J Populations et écosystèmes (BCPST 1) |
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SV-K Évolution et phylogénie (BCPST 1 et BCPST 2) |
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