Cellule : unité structurale et fonctionnelle — Exercices

Identifier, comparer, raisonner, calculer. Corrigé complet en fin de fiche.

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1La théorie cellulaire/ 3 pts

Réponds aux questions suivantes en rédigeant des phrases complètes.

Énonce les trois postulats de la théorie cellulaire.
Que signifie que la cellule est une 'unité fonctionnelle' ? Illustre ta réponse avec deux fonctions réalisées par la cellule.
Donne un exemple d'organisme unicellulaire et un exemple d'organisme pluricellulaire.

2Procaryote ou eucaryote ?/ 4 pts

Compare Escherichia coli (bactérie) et une cellule musculaire humaine.

Pour chaque cellule, indique la présence (oui/non) d'un noyau individualisé, d'une membrane plasmique et d'organites membranaires, puis donne sa taille approximative.
Classe chacune dans la catégorie 'procaryote' ou 'eucaryote' et justifie ta réponse.
Quel critère unique est le plus simple pour distinguer une cellule procaryote d'une cellule eucaryote ?

3Cellule animale vs cellule végétale/ 3 pts

Réponds aux questions sur la diversité des cellules eucaryotes.

Cite trois structures présentes dans une cellule végétale mais absentes dans une cellule animale.
Quelle est la fonction du chloroplaste ?
Une cellule de racine de carotte est-elle animale ou végétale ? Possède-t-elle des chloroplastes ? Justifie.

4Grandissement microscopique/ 4 pts

Le grandissement $G$ d'une observation microscopique est défini par la relation : $G = \dfrac{\text{taille de l'image}}{\text{taille réelle de l'objet}}$. Les deux tailles doivent être exprimées dans la même unité (en µm de préférence).

Une bactérie mesure réellement 2 µm de longueur. Sur une photographie prise au microscope, son image mesure 8 mm. Calcule le grandissement $G$.
Un globule rouge a un diamètre réel de 7 µm. Calcule la taille de son image au microscope avec un grandissement $G = 400$. Exprime le résultat en mm.
Un chercheur observe une cellule dont l'image mesure 45 mm à l'écran avec un grandissement $G = 1\,500$. Calcule la taille réelle de cette cellule en µm.

5Problème — Le virus est-il une cellule ?/ 3 pts

Un virus (ex. : SARS-CoV-2) est une particule d'environ 0,1 µm composée d'une capside protéique contenant du matériel génétique (ARN ou ADN). Il ne possède ni membrane plasmique, ni cytoplasme, ni organite. Il ne peut se reproduire qu'en pénétrant dans une cellule hôte et en détournant sa machinerie cellulaire.

Le virus répond-il aux trois postulats de la théorie cellulaire ? Justifie pour chacun des trois postulats.
Peut-on qualifier le virus d'unité structurale du vivant ? Pourquoi ?
Peut-on qualifier le virus d'unité fonctionnelle du vivant ? Pourquoi ?

Corrigé détaillé

1La théorie cellulaire

1. $\text{(1) Tout être vivant est constitué de cellules. (2) La cellule est la plus petite unité vivante capable d'assurer les fonctions du vivant. (3) Toute cellule provient d'une cellule préexistante.}$ $\text{Trois postulats à énoncer, dans n'importe quel ordre.}$

2. $\text{Unité fonctionnelle : la cellule réalise elle-même les fonctions vitales sans dépendre d'une autre cellule.}$ $\text{Exemples acceptés : respiration cellulaire (production d'énergie), division cellulaire (reproduction), absorption de nutriments (nutrition).}$

3. $\text{Unicellulaire : bactérie (E. coli), paramécie, levure.}$ $\text{Pluricellulaire : être humain, chêne, grenouille. Un exemple de chaque est suffisant.}$

2Procaryote ou eucaryote ?

Tableau $\text{E. coli : noyau → non ; membrane → oui ; organites membranaires → non ; taille ≈ 2 µm.}$ $\text{Cellule musculaire : noyau → oui ; membrane → oui ; organites membranaires → oui (mitochondries) ; taille ≈ 50–100 µm.}$

Classification $\text{E. coli : pas de noyau individualisé → PROCARYOTE.}$ $\text{Cellule musculaire : noyau délimité par une enveloppe + organites membranaires → EUCARYOTE.}$

Critère simple $\text{Le critère le plus simple est la présence ou l'absence d'un noyau individualisé (délimité par une enveloppe nucléaire).}$ $\text{Noyau absent → procaryote ; noyau présent → eucaryote.}$

3Cellule animale vs cellule végétale

1. $\text{Structures spécifiques aux végétaux : paroi cellulosique, chloroplastes, grande vacuole centrale.}$ $\text{Ces trois structures sont absentes des cellules animales.}$

2. $\text{Fonction du chloroplaste :}$ $\text{Siège de la photosynthèse — capte l'énergie lumineuse pour synthétiser des molécules organiques (glucose) à partir de CO₂ et d'eau.}$

3. $\text{Cellule de racine de carotte → eucaryote végétale (paroi cellulosique, noyau, vacuole présents).}$ $\text{Elle ne possède PAS de chloroplastes : la racine est souterraine, sans lumière, donc la photosynthèse n'y a pas lieu.}$

4Grandissement microscopique

a) $G = \dfrac{\text{taille image}}{\text{taille réelle}} = \dfrac{8\,\text{mm}}{2\,\mu\text{m}} = \dfrac{8\,000\,\mu\text{m}}{2\,\mu\text{m}}$ $G = 4\,000$

b) $\text{taille image} = G \times \text{taille réelle} = 400 \times 7\,\mu\text{m} = 2\,800\,\mu\text{m}$ $\text{taille image} = 2{,}8\,\text{mm}$

c) $\text{taille réelle} = \dfrac{\text{taille image}}{G} = \dfrac{45\,\text{mm}}{1\,500} = \dfrac{45\,000\,\mu\text{m}}{1\,500}$ $\text{taille réelle} = 30\,\mu\text{m}$

5Le virus est-il une cellule ?

1. $\text{Postulat (1) : le virus n'est pas constitué de cellules → non respecté. Postulat (2) : il ne peut se reproduire seul → non respecté. Postulat (3) : il ne provient pas d'une cellule préexistante → non respecté.}$ $\text{Le virus ne satisfait aucun des trois postulats de la théorie cellulaire.}$

2. $\text{Non : le virus ne possède ni membrane plasmique ni cytoplasme. Il ne correspond pas à la définition structurale d'une cellule.}$ $\text{Le virus est une entité acellulaire : il n'est pas une unité structurale du vivant.}$

3. $\text{Non : le virus ne peut accomplir aucune fonction vitale de façon autonome. Sa reproduction nécessite la machinerie d'une cellule hôte.}$ $\text{Le virus n'est pas une unité fonctionnelle du vivant.}$