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Fiche explicative de la leçon : Cellules spécialisées Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons évoquer différentes cellules spécialisées, décrire leurs adaptations et relier ces adaptations à leurs fonctions.

Lorsque vous imaginez une cellule, vous vous attendez à quelque chose qui ressemble à la figure 1. Cette image familière est ce que nous appelons une cellule « généralisée ». Autrement dit, elle représente généralement la structure de base d’une cellule type. Cependant, les cellules de notre organisme sont en réalité « spécialisées ». Cela signifie qu’elles possèdent des adaptations qui leur permettent d’accomplir leur travail spécifique.

Figure 1 : Schéma montrant les structures d’une cellule animale.

Terme clé: Structure

La structure est la forme et l’organisation des éléments connexes d’un objet ou d’un constituant biologique.

Terme clé: Fonction

La fonction est le rôle d’un objet ou d’un constituant biologique, ou ce qu’il fait.

L’un des concepts fondamentaux de la biologie est que la structure est toujours directement liée à la fonction. La structure d’un objet est sa forme et ses parties constituantes. La fonction se réfère à ce que fait une chose, ou le travail qu’elle effectue. On dit qu’une cellule est spécialisée lorsqu’elle possède une structure spécifique qui lui permet de remplir une fonction particulière.

Terme clé: Spécialisé

Un objet ou un constituant biologique est spécialisé s’il possède des structures spécifiques qui le rendent adapté à sa fonction particulière.

Examinons quelques exemples de types de cellules humaines, notamment l'ovule, le spermatozoïde, les cellules musculaires, les globules rouges, les cellules nerveuses et les cellules ciliées, et voyons comment leur structure est adaptée à leur fonction.

Un ovule est aussi appelé un ovocyte. Le suffixe « -cyte » signifie « cellule ». Les ovules sont des cellules reproductrices. Les cellules reproductrices sont des cellules qui jouent un rôle dans la production de la progéniture et sont également appelées des gamètes. Chez les humains, l’ovule est la cellule reproductrice de la femme. L'ovule est produit par les ovaires, qui sont des organes faisant partie de l'appareil reproducteur féminin. S’il est fécondé par la cellule reproductrice masculine, ou le spermatozoïde, il se développera en un embryon dans l’utérus et deviendra un bébé.

L’ovule, comme le montre la figure 2, a plusieurs adaptations qui lui permettent de remplir sa fonction de cellule reproductrice féminine. Il est plus grand qu’une cellule normale et possède des organites, des structures et des éléments nutritifs élémentaires nécessaires pour initier le développement embryonnaire s’il est fécondé par un spermatozoïde. Il a également un revêtement spécial gélifié, qui durcit instantanément après la fécondation. Cela empêche les autres spermatozoïdes de féconder le même ovule. Mais plus important encore, l'ovule contient la moitié du matériel génétique qui sera hérité par la descendance. C’est ce qu’on appelle une cellule haploïde. L’autre moitié du matériel génétique est apportée à l’ovule par le spermatozoïde. Les cellules reproductrices, comme les ovules et les spermatozoïdes, sont fabriquées selon un processus spécial qui garantit qu’elles possèdent exactement la moitié de l’ADN du parent.

Figure 2 : Schéma montrant la structure de base d'un ovule.

Terme clé: Ovule

Un ovule est la cellule reproductrice ou gamète femelle.

Terme clé: Haploïde

Une cellule est dite haploïde lorsqu'elle contient la moitié de la quantité typique d'information génétique. Les cellules haploïdes sont généralement des cellules reproductrices, soit des gamètes.

Un spermatozoïde, comme le montre la figure 3, est également appelé un spermatocyte. Les spermatozoïdes sont des cellules reproductrices, comme les ovules, ils jouent donc un rôle dans la production de la progéniture. Chez les humains, le spermatozoïde est la cellule reproductrice masculine.

Figure 3 : Schéma montrant la structure élémentaire d’un spermatozoïde.

Terme clé: Spermatozoïde

Les spermatozoïdes sont les cellules reproductrices ou gamètes mâles.

Un spermatozoïde a des adaptations spéciales qui sont complémentaires à celles de l’ovule. Il a une forme fuselée avec une longue queue, appelée flagelle. Le spermatozoïde a cette forme particulière car il a besoin de nager à travers l’utérus pour féconder l’ovule. En règle générale, les spermatozoïdes sont produits en grande quantité, et sont beaucoup plus petits que l’ovule. À la base des flagelles, le spermatozoïde possède de nombreuses mitochondries. Elles assurent que le spermatozoïde a suffisamment d’énergie cellulaire tout au long de son voyage. D’autre part, l’extrémité du spermatozoïde contient un organite rempli d’enzymes appelé l’acrosome. Cette structure aide le spermatozoïde à pénétrer dans l’enveloppe protectrice de l’ovule pour le féconder. Vous pouvez le voir sur la figure 4.

Figure 4 : Schéma montrant un spermatozoïde pénétrant un ovule.

Tout comme l’ovule, le spermatozoïde est haploïde, il porte la moitié du matériel génétique, ou ADN, que les cellules de la progéniture vont hériter. L’autre moitié vient de la mère et est déjà présente dans l’ovule.

Exemple 1: Rappeler les adaptations concernant le matériel génétique des spermatozoïdes et des ovules

Lequel des énoncés suivants est correct au sujet du matériel génétique contenu dans les spermatozoïdes et les ovules?

  1. Les spermatozoïdes contiennent la moitié de la quantité d’ADN des ovules.
  2. Les ovules contiennent deux fois moins d'ADN que les spermatozoïdes.
  3. Les spermatozoïdes et les ovules sont haploïdes, de sorte qu’ils contiennent la moitié du matériel génétique d’une cellule corporelle normale.
  4. Les spermatozoïdes et les ovules contiennent deux fois plus de chromosomes qu'une cellule corporelle normale.

Réponse

Chacune des cellules de notre corps possède un noyau qui contient et protège notre matériel génétique, ou ADN, dans des structures appelées chromosomes. L’ADN détermine la personne que nous sommes et dicte à nos cellules ce qu’elles doivent faire. On hérite la moitié du matériel génétique de sa mère et l'autre moitié de son père. Cela se fait par le biais des cellules reproductrices féminines, appelées ovules, et des cellules reproductrices masculines, appelées spermatozoïdes. Ces cellules spécialisées sont spécifiquement adaptées à la reproduction. Elles s'unissent dans un processus appelé fécondation, qui est la première étape de la création d'une progéniture par reproduction sexuelle. Ces deux cellules se combinent pour fournir à la progéniture le matériel génétique nécessaire au bon développement de ses cellules. Et nous savons que la moitié de cet ADN provient de l’ovule de la mère et l’autre moitié du spermatozoïde du père.

On peut en conclure que la bonne réponse est que les spermatozoïdes et les ovules sont haploïdes, c'est-à-dire qu'ils contiennent la moitié du matériel génétique d'une cellule corporelle normale

Les cellules musculaires, comme le montre la figure 5, sont également appelées myocytes. Une cellule musculaire est spécialisée pour se contracter ou se raccourcir, elles sont à l’origine des forces qui induisent le mouvement du corps.

Figure 5 : Schéma montrant la structure des cellules situées dans les muscles, et la façon dont elles se contractent.

Terme clé: Cellule musculaire

Une cellule musculaire est une cellule adaptée au déclenchement d’un mouvement. Les cellules musculaires possèdent des protéines contractiles spéciales (filaments de protéines) capables de raccourcir la cellule, ce qui génère une force.

Il existe différents types de cellules musculaires adaptées à leurs fonctions spécifiques, mais elles ont toutes certaines caractéristiques en commun. Les cellules musculaires possèdent des filaments protéiques spécialisés (protéines contractiles) qui glissent les uns sur les autres lorsqu'ils sont activés, raccourcissant ainsi la cellule. Ces cellules possèdent de nombreuses mitochondries qui fournissent davantage d’énergie cellulaire pour la contraction. Elles sont capables de stocker du glucose supplémentaire sous la forme d’une molécule peu soluble appelée glycogène. Cette réserve de glucose peut ensuite être libérée pour être utilisée lors de la respiration cellulaire des mitochondries.

Exemple 2: Rappeler les adaptations des cellules musculaires

Les cellules musculaires ont de nombreuses adaptations qui leur permettent de fonctionner.

  1. Quelles parties des cellules musculaires glissent les unes sur les autres pour contracter les fibres?
  2. Quelle partie de la cellule musculaire participe à la respiration?
  3. Dans la cellule musculaire, le glucose est stocké lorsqu’il n’est pas nécessaire à la respiration. Sous quelle forme de composé le glucose est-il stocké?

Réponse

Partie 1

Les cellules musculaires sont des cellules spécialisées. Cela signifie qu’elles possèdent des adaptations spécifiques qui leur permettent de remplir une fonction particulière. La fonction des cellules musculaires est le mouvement. Les cellules musculaires sont le composant principal du tissu musculaire. Et le tissu musculaire est le tissu responsable du mouvement dans tout le corps. Le tissu musculaire se contracte, ce qui fait battre notre cœur, remuer notre estomac et bouger notre corps. Les cellules musculaires qui composent le tissu musculaire sont responsables de cette contraction. Elles possèdent de nombreux filaments de protéines qui glissent les uns sur les autres, raccourcissant ainsi la cellule pour générer une force que nous connaissons bien, la contraction musculaire.

Par conséquent, les parties des cellules musculaires qui glissent les unes sur les autres pour se contracter sont les filaments de protéines.

Partie 2

Le type de mouvement décrit ci-dessus nécessite une grande quantité d’énergie. Rappelez-vous que les cellules utilisent du glucose et de l’oxygène lors d’un processus appelé respiration cellulaire, pour fournir de l’énergie sous une forme qu’elles peuvent utiliser pour effectuer des processus vitaux. Cette respiration cellulaire se produit principalement dans les mitochondries. C’est pour cela que les cellules musculaires possèdent chacune de nombreuses mitochondries.

Par conséquent, la partie de la cellule musculaire qui participe à la respiration est la mitochondrie.

Partie 3

Le glucose est stocké dans les cellules musculaires dans une molécule de glucide appelée glycogène. Le glucose peut être libéré en cas de besoin et utilisé pour la respiration cellulaire.

Par conséquent, le composé glucose est stocké sous forme de glycogène.

Les globules rouges, comme le montre la figure 6, sont également appelés des érythrocytes. Les globules rouges ont pour fonction de transporter l’oxygène de nos poumons vers les cellules corporelles, puis de récupérer le dioxyde de carbone du corps vers les poumons, pour être expiré. Les cellules corporelles utilisent l’oxygène pendant la respiration cellulaire, un processus qui génère de l’énergie cellulaire. Cette tâche est si considérable et si importante que plus de 80% des cellules corporelles humaines sont des globules rouges.

Figure 6 : Schéma illustrant un globule rouge et une coupe transversale à droite qui montre sa forme concave. La protéine hémoglobine est abondante dans les globules rouges.

Terme clé: Globule Rouge

Les globules rouges, ou érythrocytes, sont des cellules adaptées au transport de l’oxygène des poumons vers les tissus du corps humain. Ils ont une forme biconcave et possèdent de l’hémoglobine.

Les globules rouges ont une forme spéciale biconcave. En effet, ce sont des disques aplatis avec des incurvations des deux côtés. Cette forme permet à l’oxygène de diffuser efficacement dans tout le cytoplasme de la cellule et permet également au globule rouge de traverser des vaisseaux sanguins étroits. Afin de s’adapter à cette forme particulière, les globules rouges humains matures ne possèdent pas de noyau. Ils sont également dépourvus de mitochondries et de la plupart des autres organites que l’on trouve habituellement dans les cellules corporelles humaines. Le cytoplasme des globules rouges est enrichit d’une molécule appelée hémoglobine. L’hémoglobine aide les cellules à transporter l’oxygène et donne également aux globules rouges leur couleur caractéristique.

Une cellule nerveuse typique, comme le montre la figure 7, est également appelée un neurone. Les neurones sont des cellules spécialisées dans la communication. Ces cellules font partie du système nerveux et communiquent en transmettant des impulsions électriques d’un endroit à l’autre. Ce réseau de communication est est chargé de contrôler et de réguler presque toutes nos fonctions vitales.

Figure 7 : Schéma montrant une cellule nerveuse, ou neurone.

Terme clé: Neurone (Cellule nerveuse)

Un neurone est une cellule spécialisée qui transmet des influx nerveux.

Les cellules nerveuses possèdent des dendrites qui reçoivent les signaux provenant d’autres cellules. Elles ont aussi un corps cellulaire qui remplit les fonctions vitales de la cellule. Parmi d’autres éléments, le corps cellulaire contient le noyau, qui dirige les activités de la cellule, ainsi que les mitochondries, qui effectuent la respiration cellulaire.

Les cellules nerveuses possèdent généralement un axone qui propage le signal du corps cellulaire vers les cellules cibles. L’axone peut être recouvert d’un revêtement spécial appelé gaine de myéline qui sert d’isolant électrique et accélère la transmission des signaux électriques. À l’extrémité de l’axone ou des terminaisons axonales, des produits chimiques spéciaux appelés neurotransmetteurs transmettent le signal à la cellule cible, qui peut être une cellule nerveuse, une cellule musculaire ou une cellule glandulaire.

La structure des cellules nerveuses est hautement spécialisée. Elles peuvent posséder l’ensemble ou une partie de ces structures selon leur fonction spécifique.

Exemple 3: Rappeler les cellules adaptées pour des réponses rapides de l’organisme

Quelles cellules spécialisées sont décrites comme des cellules qui transmettent des impulsions électriques pour permettre des réponses rapides dans l’organisme?

Réponse

Le système corporel qui communique par des impulsions électriques et réagit rapidement aux stimuli s'appelle le système nerveux. Vous vous souvenez peut-être que les systèmes organiques sont faits d’organes, qui sont faits de tissus, qui sont faits de cellules. Le système nerveux contient des organes tels que le cerveau et la moelle épinière. Ces organes sont caractérisés par un type de tissu spécialisé appelé « tissu nerveux ». Et le tissu nerveux contient de nombreuses cellules nerveuses, également appelées neurones. Les cellules nerveuses sont adaptées pour fonctionner dans le système nerveux. Elles sont dotées de structures spécialisées pour recevoir et transmettre des impulsions électriques qui leur permettent de communiquer entre elles, ainsi que de déclencher des réponses dans les tissus musculaires et glandulaires.

Cela signifie que les cellules qui propagent des impulsions électriques générant des réponses rapides dans le corps sont les cellules nerveuses.

Les cellules ciliées, comme le montre la figure 8, sont en général une sorte de cellules de revêtement, ou cellules épithéliales. Une cellule épithéliale est un type de cellule qui tapisse les surfaces corporelles. Ces cellules se trouvent sur votre peau, les voies urinaires et les organes et sont présentes dans les couches de cellules qui recouvrent l’intérieur de nombreuses surfaces humides.

Figure 8 : Schéma illustrant la structure des cellules ciliées.

Terme clé: Cellules ciliées

Les cellules ciliées sont des cellules épithéliales qui possèdent de longs et fins prolongements, semblables à des poils, appelés des cils. Les cils se déplacent dans un mouvement de balayage, entraînant les fluides d'un endroit à l'autre.

Les cils sont des extensions capillaires du corps cellulaire qui se déplacent dans un mouvement coordonné de balayage.

Les cellules ciliées se trouvent dans la muqueuse des poumons et des fosses nasales, et dans les trompes de Fallope pour déplacer l’ovule vers l’utérus;elles font même circuler le liquide qui entoure la moelle épinière. Les cellules ciliées sont généralement de forme allongée, ou colonnaire, et serrées les unes contre les autres. Ces cellules sont caractérisées par les cils qu’elles ont à une extrémité.

Tableau 1: Tableau résumant la structure et la fonction de certaines cellules spécialisées.

Cellules spécialiséesStructure adaptéeFonction
OvuleNoyau haploïde, nutriments en plusCellule reproductive féminine
SpermatozoïdeNoyau haploïde, flagelles, acrosomeCellule reproductive masculine
Cellule musculaireProtéines contractilesContraction and mouvement
Globule rougeForme biconcave, hémoglobineTransporte l'oxygène et le dioxyde de carbone
Cellule nerveuseExtensions spéciales de la membrane cellulaire (p. ex. la dendrite)Transmet les signaux
Cellule ciliéeDes cils semblables à des poilsFait circuler les fluides

Les cellules spécialisées ont des adaptations spécifiques qui leur permettent de remplir une fonction particulière. Cela signifie également que la fonction d’une cellule est déterminée par sa structure.

Passons en revue ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.

Points clés

  • Les exemples de cellules animales spécialisées incluent les cellules nerveuses, les spermatozoïdes, les ovules, les cellules musculaires, les cellules ciliées et les globules rouges.
  • Les cellules spécialisées possèdent des adaptations, des structures et des caractéristiques spéciales qui les rendent adaptées à une fonction particulière.
  • Les structures que possèdent les cellules sont directement liées à la fonction qu’elles sont capables d’effectuer. Par exemple, les globules rouges ont une forme particulière et sont remplis d’hémoglobine, qui les aide à transporter efficacement l’oxygène et le dioxyde de carbone.

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