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title: "La cellule, unité commune du vivant"
book: "Biologie du lycée"
subject: biology
language: fr
chapter: 2
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant
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# Chapitre 2 — La cellule, unité commune du vivant

Grattez l’intérieur de votre joue avec un coton-tige, étalez le prélèvement sur une lame, ajoutez une goutte de colorant bleu et regardez au microscope à quatre cents fois : une dispersion de tuiles plates et irrégulières, chacune avec une tache plus sombre près de son centre. Détachez la fine pellicule qui tapisse une écaille d’oignon et regardez de nouveau : de sages briques rectangulaires, chacune avec sa tache. L’eau d’une mare montre des créatures ovales qui passent en ramant, frangées de cils. Les trois échantillons n’ont rien de commun à l’œil nu. Sous l’objectif, ils sont bâtis avec le même objet — la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) — et ce chapitre dit ce qu’est cet objet, comment on le voit, et pourquoi tout être vivant en est fait.

## 2.1 La théorie cellulaire

**Définition 2.1 (Cellule).**

Une *cellule* est la plus petite unité d’un être vivant qui soit elle-même vivante : un volume de contenu aqueux, le *cytoplasme*, enfermé par une fine *membrane plasmique* qui le sépare de son environnement tout en laissant passer certaines substances. Une cellule prend de la matière et de l’énergie, les transforme, grandit, et se divise en deux cellules.

**Proposition 2.2 (La théorie cellulaire).**

Trois énoncés, établis au microscope au dix-neuvième siècle, forment la théorie cellulaire :

1. tout être vivant est fait d’une ou de plusieurs [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) ;
2. la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) est l’unité de structure et de fonction des êtres vivants — rien de plus petit n’est vivant par soi-même ;
3. toute [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) provient d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) préexistante, par division.

**Faits expérimentaux.** Le premier énoncé repose sur l’examen systématique des végétaux (Schleiden, 1838) et des animaux (Schwann, 1839) avec des microscopes améliorés : chaque tissu examiné, si différent fût-il d’aspect, se résolvait en [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell). Le troisième a été établi par Virchow (1855) et par l’observation de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) en division dans les tissus en croissance ; la solution de rechange — des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) se formant spontanément à partir d’un liquide — n’a jamais été observée, et les expériences de Pasteur sur les microbes (le [Chapitre 18](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/18-les-bacteries-et-la-resistance-aux-antibiotiques#ch-g11-antibiotic-resistance) y revient) ont clos la question. Le deuxième découle du premier et du fait que des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) isolées, maintenues dans un liquide convenable, continuent de vivre, alors qu’aucun fragment de [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) ne le fait. ∎

**Exemple 2.3 (Une cellule ou beaucoup).**

Une levure, une paramécie ou une bactérie est une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) unique qui fait tout — se nourrir, se déplacer, se diviser. Un chêne ou un humain est une coopérative de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) de nombreuses sortes, chacune prenant sa part du travail : un corps humain contient quelque $3 \times 10^{13}$ [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell), d’environ deux cents sortes. Entre les deux se placent des colonies et des organismes pluricellulaires simples, mais il n’existe aucun être vivant bâti avec autre chose que des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell).

## 2.2 Voir les cellules : échelles et microscopes

**Définition 2.4 (Grossissement et résolution).**

Le *grossissement* d’un instrument est le rapport de la taille de l’image à la taille de l’objet. Sa *résolution* est la plus petite distance entre deux points qu’il montre encore séparés. Grossir une image au-delà de ce que la résolution justifie agrandit le flou, non le détail.

**Proposition 2.5 (Deux instruments, deux échelles).**

Le microscope optique grossit jusqu’à environ $\times 1500$ avec une [résolution](#def-g10-cells-common-unit-magnification) d’environ $0.2\,\text{µ}\mathrm{m}$ : il montre les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell), les [noyaux](#def-g10-cells-common-unit-organelle), les [chloroplastes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et les bactéries, en couleur et vivants. Le microscope électronique utilise un faisceau d’électrons au lieu de la lumière : [résolution](#def-g10-cells-common-unit-magnification) inférieure au $1\,\mathrm{nm}$, [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) jusqu’à $\times 10^6$ ; il révèle la structure interne de la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) — membranes, [mitochondries](#def-g10-cells-common-unit-organelle), [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle), et jusqu’aux grosses molécules — mais sur un échantillon mort, déshydraté et découpé en tranches plus minces qu’un micromètre.

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

![Des tailles sur une échelle logarithmique : chaque cran est dix fois plus grand. L’œil nu résout environ 0.1\, mm ; le microscope optique atteint 0.2\, µ m et voit les cellules entières et les bactéries ; le microscope électronique résout le nanomètre et montre les pièces internes.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-cells-common-unit/fig-7e0655db0ff6.svg)

*Des tailles sur une échelle logarithmique : chaque cran est dix fois plus grand. L’œil nu résout environ $0.1\,\mathrm{mm}$ ; le microscope optique atteint $0.2\,\text{µ}\mathrm{m}$ et voit les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) entières et les bactéries ; le microscope électronique résout le nanomètre et montre les pièces internes.*

**Méthode 2.6 (Mesurer un objet sur une micrographie).**

Une micrographie porte soit un [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification), soit une échelle.

1. Avec une échelle : mesurer la barre sur la page (disons $12\,\mathrm{mm}$ pour une barre annotée $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ ) et l’objet ( $30\,\mathrm{mm}$ ) ; la taille réelle est $30 \times 10/12 =  25\,\text{µ}\mathrm{m}$ .
2. Avec un [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) : taille réelle $=$ taille mesurée divisée par le [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) ; une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) dessinée sur $20\,\mathrm{mm}$ de long à $\times 400$ mesure $20/400 = 0.05\,\mathrm{mm} = 50\,\text{µ}\mathrm{m}$ .
3. Toujours préciser l’unité, et convertir : $1\,\mathrm{mm} =  1000\,\text{µ}\mathrm{m}$ , $1\,\text{µ}\mathrm{m} = 1000\,\mathrm{nm}$ .

**Exemple 2.7 (Cellules de la joue).**

Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue dessinée sur $24\,\mathrm{mm}$ de large à partir d’une image à $\times 400$ mesure $24/400 = 0.06\,\mathrm{mm} = 60\,\text{µ}\mathrm{m}$ en travers, et son [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle), dessiné sur $3\,\mathrm{mm}$, environ $8\,\text{µ}\mathrm{m}$. Un globule rouge mesure $7\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; les bactéries de la bouche, longues de $1\,\text{µ}\mathrm{m}$, n’apparaissent au même [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) que comme des points à peine résolus.

## 2.3 À l’intérieur de la cellule

**Définition 2.8 (Organite).**

Un *organite* est une structure interne à la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell), enfermée par sa propre membrane, qui accomplit une tâche déterminée. Les principaux sont :

- le *noyau* , qui contient les chromosomes — l’ADN du [Chapitre 3](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#ch-g10-universal-dna) — et commande l’activité de la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) ;
- les *mitochondries* , longues d’environ $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ , où les molécules organiques sont dégradées avec de l’oxygène pour libérer de l’énergie utilisable (la respiration cellulaire, [Chapitre 4](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/4-le-metabolisme-cellulaire#ch-g10-cell-metabolism) ) ;
- dans les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) végétales, les *chloroplastes* , verts de chlorophylle, où se fait la photosynthèse, et une grande *vacuole* pleine d’eau qui maintient la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) turgescente.

En dehors de la membrane, une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) végétale est enfermée dans une *paroi* rigide de cellulose ; les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) animales n’en ont pas. Le [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell) de toute [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) contient aussi des millions de *ribosomes*, particules d’environ $25\,\mathrm{nm}$ qui assemblent les [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families), visibles seulement au microscope électronique.

![Deux cellules eucaryotes, schématiquement. Toutes deux ont une membrane, un cytoplasme avec des mitochondries (en orange) et un noyau ; la cellule végétale y ajoute une paroi de cellulose, des chloroplastes (en vert) et une grande vacuole centrale. Aucune n’est à l’échelle : un vrai noyau fait environ le dixième de la largeur de la cellule, et les mitochondries sont cent fois plus petites qu’elle.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-cells-common-unit/fig-9c90265f8fb7.svg)

*Deux [cellules eucaryotes](#def-g10-cells-common-unit-prokaryote), schématiquement. Toutes deux ont une membrane, un [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell) avec des [mitochondries](#def-g10-cells-common-unit-organelle) (en orange) et un [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) ; la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) végétale y ajoute une [paroi de cellulose](#def-g10-cells-common-unit-organelle), des [chloroplastes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) (en vert) et une grande [vacuole](#def-g10-cells-common-unit-organelle) centrale. Aucune n’est à l’échelle : un vrai [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) fait environ le dixième de la largeur de la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell), et les [mitochondries](#def-g10-cells-common-unit-organelle) sont cent fois plus petites qu’elle.*

**Définition 2.9 (Procaryotes et eucaryotes).**

Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) dont l’ADN est enfermé dans un [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) est une *cellule eucaryote* : les animaux, les végétaux, les champignons et beaucoup d’organismes unicellulaires sont des eucaryotes. Une *cellule procaryote* n’a ni [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) ni [organite](#def-g10-cells-common-unit-organelle) entouré d’une membrane : son ADN baigne librement dans le [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell), sa taille est de l’ordre du $1\,\text{µ}\mathrm{m}$, et elle est entourée d’une paroi qui lui est propre. Les bactéries sont des procaryotes.

**Exemple 2.10 (Lire une bactérie).**

Une micrographie électronique de la bactérie intestinale *Escherichia coli* montre un bâtonnet long de $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ et large de $0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ : une paroi, une membrane juste en dessous, un [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell) granuleux bourré de [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle), et une région centrale plus claire où repose l’unique molécule d’ADN circulaire. Pas de [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle), pas de [mitochondrie](#def-g10-cells-common-unit-organelle). Et pourtant la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) se nourrit, grandit et se divise toutes les vingt minutes dans un bouillon riche : tout ce que la théorie cellulaire exige, dans un millième du volume d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue.

![Une cellule végétale ouverte : la paroi rigide, la fine membrane plaquée contre elle, le noyau, les chloroplastes verts et la vacuole qui occupe l’essentiel du volume.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-cells-common-unit/fig-cdfe52fb424d.svg)

*Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) végétale ouverte : la paroi rigide, la fine membrane plaquée contre elle, le [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle), les [chloroplastes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) verts et la [vacuole](#def-g10-cells-common-unit-organelle) qui occupe l’essentiel du volume.*

## 2.4 Beaucoup de cellules, beaucoup de formes : la spécialisation

**Proposition 2.11 (Cellules spécialisées).**

Dans un organisme pluricellulaire, les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) partagent le même plan de base et le même ADN, mais chaque sorte a une forme et un équipement accordés à sa tâche : un neurone étend une fibre longue jusqu’à un mètre pour porter les signaux ; un globule rouge a perdu son [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et est un disque aplati bourré d’hémoglobine ; une fibre musculaire est une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) géante pleine de [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) contractiles ; un poil absorbant est un tube fin qui maximise la surface d’absorption de l’eau ; une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de garde d’une feuille change de forme pour ouvrir ou fermer un pore. La spécialisation est affaire des parties du plan commun que l’on développe.

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

**Exemple 2.12 (Surface et volume).**

Pourquoi les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) sont-elles si petites ? Tout ce qu’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) prend ou rejette traverse sa membrane, dont l’aire croît comme le carré de la taille, tandis que les besoins croissent comme le volume, donc comme le cube. Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) cubique de côté $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ a une surface de $600\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ pour un volume de $1000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ : $0.6\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ de membrane par micromètre cube. À $100\,\text{µ}\mathrm{m}$ de côté, le rapport tombe à $0.06\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ : dix fois moins de membrane par unité de contenu. Une grande [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) mourrait de faim en son centre ; les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) qui sont grandes (un œuf de grenouille, une fibre musculaire) sont soit surtout de la réserve inerte, soit allongées de sorte qu’aucun point ne soit loin de la surface.

![Une goutte d’eau de mare au microscope optique : une paramécie, cellule unique longue d’un quart de millimètre, passe en ramant devant des algues vertes sous le battement de milliers de cils minuscules. Une cellule, et un organisme entier.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-cells-common-unit/img-30a45e48b3ee.jpg)

*Une goutte d’eau de mare au microscope optique : une paramécie, [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) unique longue d’un quart de millimètre, passe en ramant devant des algues vertes sous le battement de milliers de cils minuscules. Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell), et un organisme entier.*

**Remarque 2.13 (La cellule, système ouvert).**

Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) n’est pas un sac étanche. L’eau, l’oxygène, le glucose et les ions traversent sa membrane en permanence, et ses déchets sortent par le même chemin ; une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue placée dans de l’eau pure gonfle et éclate en quelques minutes, et une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) placée dans de l’eau très salée se ratatine. Le contrôle exercé par la membrane sur ce qui entre et sort fait l’objet du volume de Licence 1re année ; pour l’instant, retenez qu’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) vit en échangeant avec son environnement, et meurt quand les échanges s’arrêtent.

## 2.5 Exercices

**Exercice 2.1 ★.**

Énoncer les trois affirmations de la théorie cellulaire.

**Solution de Exercice 2.1.**

Tout être vivant est fait d’une ou de plusieurs [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) ; la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) est l’unité de structure et de fonction ; toute [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) provient d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) préexistante, par division.

**Exercice 2.2 ★.**

Convertir : $0.05\,\mathrm{mm}$ en micromètres ; $2500\,\mathrm{nm}$ en micromètres ; $7\,\text{µ}\mathrm{m}$ en millimètres.

**Solution de Exercice 2.2.**

$50\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; $2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; $0.007\,\mathrm{mm}$.

**Exercice 2.3 ★.**

Une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) est dessinée sur $36\,\mathrm{mm}$ de long à partir d’une image à $\times 600$. Quelle est sa longueur réelle ?

**Solution de Exercice 2.3.**

$36/600 = 0.06\,\mathrm{mm} = 60\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Exercice 2.4 ★.**

Nommer trois structures présentes dans une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) végétale et absentes d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) animale, et une structure présente dans toute [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell).

**Solution de Exercice 2.4.**

Végétale seulement : paroi, [chloroplastes](#def-g10-cells-common-unit-organelle), grande [vacuole](#def-g10-cells-common-unit-organelle) centrale. Toute [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) : une [membrane plasmique](#def-g10-cells-common-unit-cell) (ainsi qu’un [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell) et des [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle)).

**Exercice 2.5 ★.**

Quelle est la différence entre une [cellule procaryote](#def-g10-cells-common-unit-prokaryote) et une [cellule eucaryote](#def-g10-cells-common-unit-prokaryote) ? Donner un exemple de chacune.

**Solution de Exercice 2.5.**

Une [cellule eucaryote](#def-g10-cells-common-unit-prokaryote) garde son ADN dans un [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et possède des [organites](#def-g10-cells-common-unit-organelle) entourés d’une membrane (une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue, une levure) ; une [cellule procaryote](#def-g10-cells-common-unit-prokaryote) n’a ni l’un ni les autres, son ADN baigne librement dans le [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell), et elle mesure environ $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ (une bactérie comme *E. coli*).

**Exercice 2.6 ★★.**

Sur une micrographie, une échelle annotée $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ mesure $15\,\mathrm{mm}$ ; une [mitochondrie](#def-g10-cells-common-unit-organelle) mesure $6\,\mathrm{mm}$ de long. Calculer la longueur réelle de la [mitochondrie](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et le [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) de l’image.

**Solution de Exercice 2.6.**

Longueur réelle $6 \times 5/15 = 2\,\text{µ}\mathrm{m}$. [Grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) : la barre mesure $15\,\mathrm{mm}$ pour $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ $= 0.005\,\mathrm{mm}$, donc $15/0.005 = 3000$ : $\times 3000$.

**Exercice 2.7 ★★.**

Pourquoi un microscope optique ne peut-il pas montrer les [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle), quel que soit son [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) ? Utiliser les deux mots de la [Définition 2.4](#def-g10-cells-common-unit-magnification).

**Solution de Exercice 2.7.**

Un [ribosome](#def-g10-cells-common-unit-organelle) ($25\,\mathrm{nm}$) est dix fois plus petit que la [résolution](#def-g10-cells-common-unit-magnification) du microscope optique ($0.2\,\text{µ}\mathrm{m}$ $= 200\,\mathrm{nm}$) : deux [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) voisins, ou un [ribosome](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et son entourage, ne peuvent pas être distingués. Grossir davantage ne fait qu’agrandir le flou.

**Exercice 2.8 ★★.**

De l’eau iodée est ajoutée à une tranche de pomme de terre sous le microscope : la couleur bleu-noir apparaît dans des grains ovales à l’intérieur des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell). À l’aide du [Chapitre 1](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#ch-g10-chemistry-of-life), dire ce que sont ces grains et ce que cela montre sur le lieu où une plante stocke ses réserves.

**Solution de Exercice 2.8.**

Ces grains sont de l’amidon, stocké à l’intérieur des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) sous forme de grains solides (l’amidon est insoluble). Les réserves d’une plante sont gardées dans ses [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell), et non dans un espace entre elles.

**Exercice 2.9 ★★.**

Les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) de l’épiderme d’oignon montrent un [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et une paroi mais aucun [chloroplaste](#def-g10-cells-common-unit-organelle), alors que les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) d’une feuille de mousse en sont pleines. Expliquer la différence à partir du lieu où vit chaque tissu.

**Solution de Exercice 2.9.**

L’écaille d’oignon pousse sous terre, à l’obscurité, et stocke des réserves : des [chloroplastes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) n’y serviraient à rien. La feuille de mousse vit à la lumière et fabrique sa nourriture par photosynthèse, si bien que ses [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) en sont bourrées. Même plan, équipement différent.

**Exercice 2.10 ★★.**

Calculer le rapport surface/volume d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) cubique de côté $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ (une bactérie) et de côté $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ (une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) animale ordinaire). Laquelle peut se contenter de la simple diffusion à travers sa membrane ?

**Solution de Exercice 2.10.**

Côté $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ : surface $6\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$, volume $1\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, rapport 6 par micromètre. Côté $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ : surface $2400\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$, volume $8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, rapport 0.3. La bactérie a vingt fois plus de membrane par unité de contenu et vit de la seule diffusion ; la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) plus grande a besoin d’un transport interne et d’[organites](#def-g10-cells-common-unit-organelle).

**Exercice 2.11 ★★.**

Une bactérie en bouillon riche se divise toutes les $20\,\mathrm{min}$. À partir d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell), combien y en a-t-il après $2\,\mathrm{h}$ ? Après $4\,\mathrm{h}$ ?

**Solution de Exercice 2.11.**

$2\,\mathrm{h}$ font 6 divisions : $2^6 = 64$ [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell). $4\,\mathrm{h}$ en font 12 : $2^{12} = 4096$.

**Exercice 2.12 ★★★.**

Un globule rouge n’a ni [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) ni [mitochondrie](#def-g10-cells-common-unit-organelle). Satisfait-il à la [Définition 2.1](#def-g10-cells-common-unit-cell) ? Discuter, sachant qu’il vit environ 120 jours, ne peut pas se diviser, et est produit par des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) nucléées de la moelle osseuse.

**Solution de Exercice 2.12.**

Il a une membrane, un [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell), et il prend et rejette des substances : il répond donc à l’essentiel de la définition, mais il ne peut ni se diviser ni renouveler ses [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families). C’est une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) qui a renoncé à une partie du programme en échange de place pour l’hémoglobine, et qui est fabriquée et remplacée par des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) complètes. La définition décrit le cas général ; le globule rouge en est une forme spécialisée et terminale.

**Exercice 2.13 ★★★.**

En 1665, Hooke voyait des « [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) » dans une tranche de liège — des boîtes vides aux parois épaisses. Expliquer ce qu’il a réellement vu, dans le vocabulaire de ce chapitre, et pourquoi il n’aurait pas pu y voir de [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle).

**Solution de Exercice 2.13.**

Le liège est un tissu mort : Hooke a vu les [parois de cellulose](#def-g10-cells-common-unit-organelle) de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) dont le contenu vivant avait disparu — des boîtes vides. Un [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) n’existe que dans le [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell) d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) vivante et, de toute façon, la [résolution](#def-g10-cells-common-unit-magnification) de son microscope et l’absence de colorants le lui auraient caché.

**Exercice 2.14 ★★★.**

Les virus sont des particules de $20\,\mathrm{nm}$ à $300\,\mathrm{nm}$ qui contiennent un [acide nucléique](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) et des [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families), ne peuvent ni croître ni se diviser seules, et ne se multiplient qu’à l’intérieur d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell). Sont-ils des [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) ? Sont-ils vivants ? Argumenter à partir de la théorie cellulaire.

**Solution de Exercice 2.14.**

Un virus n’a pas de [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell), pas de membrane qu’il fabrique lui-même, pas de métabolisme, et il ne peut pas se diviser : il ne répond pas à la définition d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell). Selon la théorie cellulaire, il n’est pas vivant par lui-même ; c’est une particule qui emprunte la machinerie d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) pour se faire copier. Décider de l’appeler « vivant » est affaire de définition ; qu’il ne soit pas une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) ne l’est pas.

**Exercice 2.15 ★★★.**

Une fibre musculaire est une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) unique longue de $3\,\mathrm{cm}$ et large de $50\,\text{µ}\mathrm{m}$, contenant des centaines de [noyaux](#def-g10-cells-common-unit-organelle). Calculer son volume et le comparer à celui d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) cubique de $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; puis expliquer, à partir de l’[Exemple 2.12](#ex-g10-cells-common-unit-surface), pourquoi sa forme et ses nombreux [noyaux](#def-g10-cells-common-unit-organelle) rendent une telle taille viable.

**Solution de Exercice 2.15.**

Volume $\pi \times (25\,\text{µ}\mathrm{m})^2 \times 30000\,\text{µ}\mathrm{m}
\approx 5.9 \times 10^{7}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, soit environ 7000 fois les $8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ du cube. Comme c’est un cylindre mince, aucun point de la fibre n’est à plus de $25\,\text{µ}\mathrm{m}$ de la membrane, et les échanges restent donc rapides ; et chaque [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) ne gouverne que sa portion de fibre, de sorte qu’aucun [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) n’a à desservir un volume plus grand que celui d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) ordinaire.

## 2.6 Problème : compter les cellules d’un corps

**Problème 2.1.**

Problème du week-end — une séance de microscopie, de l’épiderme d’oignon posé sur la lame à une estimation du nombre de cellules d’un corps humain

Une classe passe un après-midi au microscope. Les objectifs disponibles donnent des [grossissements](#def-g10-cells-common-unit-magnification) totaux de $\times 40$, $\times 100$ et $\times 400$ ; le champ de vision à $\times 100$ mesure $1.8\,\mathrm{mm}$ en travers.

**Partie I — L’oignon.**

1. À $\times 100$ , environ 9 [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) d’oignon tiennent côte à côte en travers du champ. Estimer la largeur d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) , en micromètres.
2. À $\times 400$ , le champ est quatre fois plus étroit. Quelle est sa largeur, et combien de ces [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) y tiennent ?
3. Un élève dessine une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) sur $28\,\mathrm{mm}$ de large à partir de l’image à $\times 400$ . Quel est le [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) du dessin par rapport à la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) réelle ?
4. L’eau iodée colore le [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle) en jaune-brun ; l’élève le mesure à $4\,\mathrm{mm}$ sur le dessin. Diamètre réel ?
5. Nommer les structures que l’élève devrait annoter sur le dessin, et une structure présente qui ne peut pas être vue à ce [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) .

**Partie II — La joue et la mare.**

6. Les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue colorées au bleu de méthylène apparaissent comme des polygones plats d’environ $60\,\text{µ}\mathrm{m}$ de large mais de $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ d’épaisseur seulement. Pourquoi sont-elles plates, vu leur provenance ?
7. Une goutte d’eau de mare montre une paramécie longue de $240\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Peut-elle être vue à l’œil nu ? À quel [grossissement](#def-g10-cells-common-unit-magnification) remplit-elle le quart du champ ?
8. De minuscules points mobiles longs d’environ $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ sont visibles près de la paramécie à $\times 400$ . Que sont-ils, très probablement, et qu’ajouterait un microscope électronique ?
9. La paramécie est une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) unique ; la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue est l’une de milliers de milliards. Dire en une phrase chacun ce que « spécialisée » signifie pour la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue et pourquoi le mot ne peut pas s’appliquer à la paramécie.
10. Un élève ajoute une goutte d’eau salée aux [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue et les voit se ratatiner. Expliquer avec la [Remarque 2.13](#rem-g10-cells-common-unit-open) .

**Partie III — La taille d’une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell).**

11. Prendre une [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) humaine ordinaire pour un cube de côté $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Calculer son volume en micromètres cubes, puis en millimètres cubes ( $1\,\mathrm{mm}^{3} = 10^9\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ ).
12. Calculer son aire et le rapport surface/volume.
13. Refaire le calcul pour une bactérie prise pour un cube de côté $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ . De quel facteur son rapport est-il plus grand ?
14. Les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) ont une masse à peu près égale à celle d’un même volume d’eau ( $1\,\mathrm{g}$ par $\mathrm{cm}^{3}$ ). Estimer la masse de la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ en nanogrammes ( $1\,\mathrm{g} = 10^9\,\mathrm{ng}$ ).
15. Un globule rouge est un disque de $7\,\text{µ}\mathrm{m}$ de diamètre et $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ d’épaisseur. Estimer son volume (le traiter comme un cylindre, $V = \pi r^2 h$ ) et le comparer au cube de la question 11.

**Partie IV — Le nombre de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) d’un corps.**

16. Un élève de masse $60\,\mathrm{kg}$ a un volume d’environ $60\,\mathrm{L}$ . Si le corps n’était fait que de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) cubiques de $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ , combien en contiendrait-il ?
17. En réalité, environ un tiers du volume du corps est du liquide entre les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) et d’autres matériaux non cellulaires. Corriger l’estimation.
18. Les globules rouges comptent à eux seuls pour environ $2.5 \times 10^{13}$ . À l’aide du volume de la question 15, quel volume occupent-ils ? Est-ce compatible avec un volume sanguin d’environ $4.5\,\mathrm{L}$ dont 45 % de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) ?
19. Combiner les questions 17 et 18 : donner un ordre de grandeur du nombre total de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) du corps, et dire pourquoi un compte précis est impossible.
20. Énoncer le résultat : combien de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) , en gros, font un humain, et par quel processus — à partir de quel nombre initial — ont-elles toutes été produites ?

**Solution de Problème 2.1.**

**1.** $1.8/9 = 0.2\,\mathrm{mm} = 200\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**2.** $1.8/4 = 0.45\,\mathrm{mm}$ ; environ deux [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) y tiennent.

**3.** $28/0.2 = 140$ : le dessin est à $\times 140$.

**4.** $4/140 \approx 0.029\,\mathrm{mm}$, soit environ $30\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**5.** Paroi, [membrane plasmique](#def-g10-cells-common-unit-cell) (plaquée contre la paroi), [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell), [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle), [vacuole](#def-g10-cells-common-unit-organelle). Présents mais invisibles à $\times 400$ : les [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) (et les [mitochondries](#def-g10-cells-common-unit-organelle) sont à la limite).

**6.** Elles viennent de la surface d’un revêtement épais de plusieurs [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) et constamment frotté : les [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) les plus externes sont aplaties et desquament, ce qui explique qu’un coton-tige les récolte.

**7.** $0.24\,\mathrm{mm}$, c’est juste au-dessus de la limite de $0.1\,\mathrm{mm}$ de l’œil nu : un point tout juste visible. À $\times 100$, elle occupe $0.24/1.8 \approx 13\%$ du champ, à $\times 400$ plus de la moitié ; aucun objectif disponible n’en donne exactement le quart.

**8.** Des bactéries. Le microscope électronique montrerait leur paroi, leur membrane, leurs [ribosomes](#def-g10-cells-common-unit-organelle) et leur région à ADN, ainsi que l’absence de [noyau](#def-g10-cells-common-unit-organelle).

**9.** La [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue fait un seul métier (protéger une surface) dans un corps où d’autres [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) la nourrissent, l’oxygènent et la coordonnent ; la paramécie n’a personne d’autre et doit se nourrir, se déplacer, percevoir et se diviser en tant que [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) unique.

**10.** L’extérieur est désormais plus salé que le [cytoplasme](#def-g10-cells-common-unit-cell), si bien que l’eau quitte la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) à travers la membrane ; la [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) perd du volume et se ratatine.

**11.** $20^3 = 8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} = 8 \times 10^{-6}\,\mathrm{mm}^{3}$.

**12.** $6 \times 20^2 = 2400\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ ; rapport $2400/8000 = 0.3$ par micromètre.

**13.** Surface $6\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$, volume $1\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, rapport 6 : vingt fois plus grand.

**14.** $8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} = 8 \times 10^{-9}\,\mathrm{cm}^{3}$, d’où environ $8 \times 10^{-9}\,\mathrm{g} = 8\,\mathrm{ng}$.

**15.** $\pi \times 3.5^2 \times 2 \approx 77\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, soit environ un centième du cube.

**16.** $60\,\mathrm{L} = 6 \times 10^{16}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ ; divisé par 8000 : environ $7.5 \times 10^{12}$ [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell).

**17.** Les deux tiers de ce nombre : environ $5 \times 10^{12}$.

**18.** $2.5 \times 10^{13} \times 77 \approx 1.9 \times 10^{15}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} \approx 1.9\,\mathrm{L}$. [Cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) sanguines : $0.45 \times 4.5 \approx
2.0\,\mathrm{L}$ — cohérent.

**19.** Environ $5 \times 10^{12}$ grandes [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) plus $2.5 \times 10^{13}$ globules rouges : quelque $3 \times 10^{13}$, soit quelques dizaines de milliers de milliards. Les tailles de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell) varient d’un facteur cent et la composition en types varie aussi, de sorte que tout comptage est une estimation à un facteur deux ou trois près.

**20.** Environ trente mille milliards ($3 \times 10^{13}$) de [cellules](#def-g10-cells-common-unit-cell), toutes produites par divisions cellulaires successives à partir d’une seule [cellule](#def-g10-cells-common-unit-cell) initiale, la cellule-œuf.