De quoi es-tu fait?

Dans cette activité d'apprentissage, nous découvrirons la plus petite unité de vie, la cellule, et comment les différentes cellules de notre corps se ressemblent, se reproduisent et fonctionnent ensemble. Nous allons commencer par passer en revue les différentes parties de la cellule et apprendre comment la cellule se réplique ou se divise.

Mais avant de commencer, nous devrions discuter de l'activité culminante de ce cours qui représente 15% de votre note finale et sur laquelle vous réfléchirez et travaillerez tout au long du cours. Dans cette activité culminante, vous explorerez l'impact de ce que vous avez appris au cours sur la carrière de votre choix.

Votre tâche consiste à rechercher une carrière que vous trouvez intéressante et à découvrir comment la science joue un rôle dans cette carrière. Ce projet comprend 5 parties et vous devez travailler sur chaque partie pendant que vous suivez le cours. Chaque partie sera un résumé / affiche visuel d'une page et devrait contenir des images et du contenu écrit. Assurez-vous d'utiliser des en-têtes pour organiser vos pensées et inclure des images. Pour plus d'informations sur l'activité culminante, visitez l'activité d'apprentissage 4.7 Recherche de carrières. Encore une chose, pendant ce cours, vous répondrez à trois quiz valant chacun 5%. Assurez-vous d'essayer le quiz d'entraînement avant de faire le quiz réel pour les notes.

Configuration d'un ordinateur portable

Tout au long de ce cours, vous aurez besoin d'un autre outil pour vous aider à rester organisé. Vous aurez besoin d'un « cahier ». Il peut s'agir d'un véritable stylo et d'un cahier papier où vous pouvez prendre des notes et écrire des réflexions comme indiqué tout au long du cours. Ou, vous pouvez choisir d'avoir un « cahier » numérique ou un fichier où vous prenez des notes et des réflexions. Il s'agit d'une décision personnelle, mais il est important que vous ayez une place pour les notes. Assurez-vous d'ajouter un titre à chaque ensemble de notes avec le titre et le numéro de l'activité d'apprentissage. Notez les mots et les termes scientifiques dans votre cahier est un moyen efficace de garder une trace du nouveau vocabulaire que vous apprendrez tout au long du cours.

Vous pouvez utiliser différentes méthodes pour prendre des entrées de journal. Ceux-ci peuvent inclure:

• Système de prise de notes Cornell
• T-charts
• Prise de notes visuelles (croquis)
• Les cartes mentales

Qui a découvert la cellule et comment savons-nous tout cela?

En 1665, Robert Hooke (le légendaire architecte, inventeur et scientifique de Londres) regardait un échantillon de liège sous sa dernière invention, le microscope. Le liège est un tissu important que l'on trouve dans les plantes, et c'est le même liège que l'on trouve sur les bouteilles de vin. Les minuscules structures qu'il a observées lui rappelaient les petites chambres des monastères dans lesquelles vivaient les moines (hommes saints). Chaque chambre à lit étroit était appelée « cellule ». Hooke décida alors que ces petites structures pouvaient également être nommées de manière appropriée cellules.

La cellule est l'unité de base de la vie

La découverte de la cellule a conduit à une vague de recherches et de curiosité sur les cellules et leur relation avec tous les êtres vivants. Par exemple, des microscopes ont révélé qu'il y avait des cellules dans la peau d'un oignon, ainsi que dans la peau d'une personne. Depuis lors, de nombreuses recherches et découvertes ont été menées sur les cellules; ce qu'ils sont, comment ils fonctionnent et comment nous pouvons appliquer ces connaissances lorsque les cellules deviennent malades.

Les scientifiques savent maintenant que la cellule est l'unité de base de la vie. En fait, l'importance fondamentale des cellules et leur fonctionnement sont résumées dans une explication en trois parties, appelée la théorie cellulaire.

« Une théorie » est un mot très important en science. Cela ne signifie PAS la même chose que « une idée » ou « une meilleure estimation ». « La théorie » est un mot que les scientifiques utilisent au lieu de dire, « une explication éprouvée du fonctionnement de quelque chose ».

Théorie cellulaire

Le fondement de ce que nous savons de la croissance et de la reproduction est résumé par la théorie cellulaire. Parce qu'elle n'a pas été réfutée, cette théorie est largement acceptée par les biologistes cellulaires. Pendant des siècles, les trois énoncés de la théorie cellulaire ont été à la base des recherches menées sur les cellules et les cellules malades, telles que les cellules cancéreuses.

Voici les trois énoncés de la théorie cellulaire:

Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une cellule? Prenons un Cell-fie!

Les parties de la cellule animale

Tous les êtres vivants sont composés d'une ou plusieurs cellules. Les cellules ont des structures qui leur permettent d'ingérer de la nourriture, d'excréter des déchets et, dans certains cas, de se déplacer.

Regard sur les cellules de plus près - Microscopie

Depuis son invention, le microscope a énormément contribué au progrès de la science. La plupart de ce que nous savons des cellules normales et des cellules malades est dû au développement du microscope. Souvent, le mot « microscope » fait référence au « microscope à lumière composée » standard en classe, mais il existe d'autres types. Ici, vous en apprendrez un peu plus sur les deux principaux types.

Microscope optique:

Un microscope optique utilise de la lumière (plutôt que des électrons) pour voir un petit objet, tel qu'un spécimen de cellule. Ce microscope composé utilise deux lentilles pour agrandir un objet jusqu'à 2000 fois (2000 ×). La lumière du dessus ou du dessous est utilisée pour éclairer les objets. Ces microscopes sont utiles pour visualiser des images en couleur de cellules et tissus vivants ou non vivants, mais pas pour visualiser de minuscules particules de virus, des molécules ou de petits organites. Jetez un oeil au microscope composé dans un peu plus de détails, dans le diagramme étiqueté suivant.

Microscope électronique:

Ces microscopes sont beaucoup plus puissants que les microscopes optiques. Il existe plusieurs types différents qui peuvent agrandir un spécimen jusqu'à deux millions de fois. Les microscopes électroniques à transmission produisent des images en noir et blanc de cellules qui ne sont plus en vie. Avant d'être visible, un spécimen est lyophilisé, recouvert de métal ou de graphite, placé dans une chambre à vide et bombardé par des électrons. Les images sont enregistrées numériquement et affichées sur un écran d'ordinateur ou imprimées sur papier. Un microscope électronique à balayage utilise des électrons et scanne la surface extérieure de l'échantillon. Une image 3D est formée et le spécimen peut être vivant ou non vivant.

Les microscopes optiques sont utilisés pour visualiser les cellules et les tissus, tandis que les microscopes électroniques sont utilisés pour visualiser les molécules et les très petites organites. Voyons quelques images.

Cellules végétales au microscope optique; grossi environ 400X

Cellule végétale d'un microscope TEM; grossissement d'environ 200000X

Cellules végétales au microscope SEM; grossissement maximum 100000X

Utilisation d'un microscope

Les microscopes doivent être manipulés avec soin. Lors du transport d'un microscope, une main doit être sur le bras du microscope et l'autre sur la base. Le microscope doit être stocké avec le cordon enroulé autour de la base et le nez pivotant tourné à faible puissance.

Chaque partie du microscope a une fonction spécifique: vous explorerez les parties du microscope en cliquant sur chaque partie dans cet interactif.

Après avoir terminé la simulation, créez et remplissez un tableau comme le tableau ci-dessous, répertoriant les parties du microscope et ce qu'elles font.

Grossissements d'un microscope à lumière composée

Comme mentionné précédemment, vous pouvez faire pivoter le revolver porte-objectifs pour choisir différents grossissements pour la visualisation des échantillons. Pour « zoomer » sur un objet, vous devez passer à un grossissement plus élevé, puis régler la mise au point. La transition est soudaine. C'est comme si un instant, vous vous teniez de l'autre côté de la pièce par rapport à une personne et l'instant d'après, vous étiez à 5 cm d'eux. Après un zoom avant, l'objet apparaît plus grand et plus proche. Vous voyez moins de l'objet, mais plus de détails sont révélés.

Lors de la détermination du grossissement d'un échantillon à l'aide d'un microscope composé, le grossissement de la lentille oculaire est multiplié par le grossissement de la lentille d'objectif. Par exemple, si la lentille oculaire grossit 10 × et la lentille d'objectif grossit 40 ×, le grossissement total serait de 10 × 40 ou 400 ×.

Cela signifie que l'échantillon agrandi au microscope apparaît 400 fois plus grand que l'échantillon réel. Essayez l'exemple suivant.

Exemple:

Si le grossissement de la lentille oculaire est de 5 × et la lentille d'objectif est de 25 ×, quel est le grossissement total?

Solution:

Le grossissement total serait de 5 × 25 ou 125 ×.

Vous en apprendrez plus sur l'utilisation correcte du microscope dans la section suivante.

Dessins biologiques

Souvent, lorsque vous visualisez des objets au microscope, vous dessinerez également à la main un diagramme biologique approprié, pour effectuer des observations appropriées de l'échantillon examiné.

Voici quelques conseils pour dessiner à la main des diagrammes biologiques appropriés:

• Les dessins, y compris les étiquettes, le titre et d'autres informations, doivent être réalisés au crayon.
• Le titre du dessin est simplement le nom de l'objet que vous regardez. Par exemple: « Frottis sanguin humain »
• Utilisez du papier blanc non doublé.
• Le dessin doit être aussi grand que possible (au moins un tiers de la page) et doit être conservé à gauche du centre de la page.
• Toutes les étiquettes doivent être soigneusement imprimées et alignées sur le côté droit du dessin. Utilisez une règle pour les lignes d'étiquette.
• Chaque cellule est différente. Le dessin doit être un aperçu de ce que vous voyez. N'incluez pas de structures supplémentaires simplement parce que vous pensez que vous devriez les voir.
• Ne pas ombrer ni remplir les zones de couleur. Toutes les lignes doivent être solides et complètes.

Voici un exemple de dessin scientifique. Il s'agit d'une cellule de joue humaine.

Réponse suggérée

Un examen plus approfondi des cellules - Comment les cellules se divisent

La division cellulaire est essentielle aux organismes multicellulaires. Pouvez-vous penser à certaines raisons pour lesquelles les cellules doivent se diviser ou se reproduire?

Réponse suggérée

Les êtres vivants sont tous capables de croître, mais avez-vous déjà essayé d'imaginer COMMENT cela se produit?

Au fur et à mesure que vous apprenez les détails du cycle cellulaire, vous serez invité à revoir des sections spécifiques de cette vidéo afin de visualiser ce qui se passe à l'intérieur de la cellule.

Observez l'image ci-dessous pour résumer ce que vous avez vu dans la vidéo. Il est étonnant de voir comment une seule cellule peut se diviser et se transformer en une personne pleinement développée.

Le cycle est une séquence répétée d'événements ou d'activités. Par exemple, vous pourriez penser aux quatre activités quotidiennes d'un chat âgé comme un cycle. Imaginez un chat qui passe 90% de sa journée à se reposer lentement, puis à manger, puis à se reposer à nouveau. Il passe ensuite 10% de son temps à jouer activement et à regarder à travers les fenêtres. De même, la plupart des cellules suivent un processus de croissance lente et de division active appelé cycle cellulaire.

Tout comme le chat domestique a des périodes de temps pendant lesquelles il est lent ou actif, le cycle cellulaire a également des périodes de temps pendant lesquelles la cellule se divise et des périodes pendant lesquelles la cellule se développe et remplit ses fonctions normales. Une bonne façon de représenter le cycle cellulaire serait une horloge murale ou un camembert. Le graphique circulaire suivant montre la séquence des activités du cycle cellulaire qui se produisent dans une cellule animale. Quatre-vingt-dix pour cent du cycle cellulaire se compose d'une période de croissance appelée Interphase (y compris les phases G ₁ , S et G ₂ ), tandis que 10% se compose d'une période de cellules division (phases de mitose et de cytokinèse). C'est probablement le bon moment pour commencer à utiliser votre ordinateur portable car vous êtes sur le point de découvrir de nombreux nouveaux termes.

Deux étapes distinctes du cycle cellulaire

Le temps qu'il faut pour terminer un cycle cellulaire complet peut dépendre d'un certain nombre de choses. Par exemple, certains types de cellules bactériennes peuvent se diviser rapidement, effectuant le cycle complet toutes les 20 minutes, tandis que les cycles cellulaires humains peuvent prendre de 8 à 24 heures. Le cycle cellulaire varie d'une espèce à l'autre, mais aussi d'un type cellulaire à l'autre. Les cellules de votre corps ne se divisent pas toutes au même rythme. La durée de vie d'une cellule dépend de « l'usure » de cette cellule, qui est le résultat de son emplacement.

Des cellules à reproduction rapide se trouvent dans la peau, les cheveux, les muqueuses intestinales et les muqueuses gastriques. Ces cellules sont en contact permanent avec le soleil, les bactéries, les aliments et l'environnement extérieur.

Les cellules qui se reproduisent plus lentement se trouvent dans des organes tels que le cœur, les yeux et les reins (entre autres).

La division initiale du cycle cellulaire est en 2 parties: Interphase et Division cellulaire. Une cellule passe 90% de sa vie dans la première période du cycle cellulaire, appelée interphase. L'interphase peut être décomposée en trois phases distinctes appelées première croissance ou écart 1 (G ₁ ), synthèse (S) et deuxième croissance ou écart 2 (G ₂ ) .

Phase d'interphase: se compose de 3 phases distinctes

Division cellulaire: mitose et cytocinèse

Rappelons que la période de division cellulaire comporte deux phases facilement observables appelées mitose et cytokinèse.

Avant de continuer à lire, considérez tout ce que vous avez appris dans cette activité d'apprentissage et énoncez 3 raisons pour lesquelles vous pensez que les cellules doivent se diviser.

Réponse suggérée

C'est le sort de nombreuses cellules de votre corps, comme la peau et les globules rouges, à remplacer en permanence. Les cellules de la peau finissent par se dessécher et s'écailler. Une cellule sanguine devient moins efficace avec le temps et doit être remplacée tous les 100 jours environ. Cela fait partie de l'entretien et de la réparation normaux de votre peau et de votre système circulatoire et c'est la raison pour laquelle les tissus qui produisent la peau et les cellules sanguines se divisent toujours. Appuyez sur chacun pour en savoir plus:

Phase de mitose

La première des deux phases de la division cellulaire est la mitose. Regardez la vidéo suivante de 5:40 jusqu’à la fin de la vidéo avant de lire les vidéos ci-dessous. Vous pouvez revenir le regarder à nouveau si vous trouvez utile de visualiser les phases de la mitose.

La mitose est la division du noyau en deux noyaux. Bien que la mitose se déroule de manière transparente et sans interruption, les scientifiques divisent cette phase en quatre sous-phases principales. Ces sous-phases ou étapes observables sont illustrées dans quatre diagrammes, pour vous aider à mieux comprendre le processus. Les quatre stades de la mitose sont la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase. Cela se termine par la création de deux nouvelles cellules: la cytokinèse.

Appuyez sur chaque phase de la mitose pour en savoir plus.

Phase de cytokinèse

La deuxième des deux phases de la division cellulaire est la cytokinèse. Observez la vidéo pour une représentation visuelle de ce qui se passe pendant la cytokinèse. Regardez la vidéo suivante de 4:20 à 5:40.

Vous avez appris que la couche qui entoure une cellule s'appelle la membrane cellulaire. Cette membrane joue un rôle majeur dans la cytokinèse. Le cytoplasme cellulaire se divise après la télophase. Ce processus, appelé cytokinèse, est le moment auquel la membrane cellulaire se pince vers l'intérieur, jusqu'à ce que la membrane divise la cellule en deux parties égales.

Résumé du cycle cellulaire:

Le résultat final de la division cellulaire (mitose et cytocinèse) est deux cellules plus petites qui contiennent des informations génétiques identiques.

Les étapes du cycle cellulaire ont-elles la même durée dans toutes les cellules? Explique.

Réponse suggérée

Décrivez ce qui se passe pendant la métaphase de la mitose.

Réponse suggérée

Spécialisation cellulaire

Maintenant que nous connaissons les différentes parties de la cellule, vous allez essayer d'identifier des images de différents types de cellules.

Prenez maintenant un moment pour déterminer pourquoi vous avez fait correspondre les images au type de cellule:

Il existe de nombreux autres et même des sous-types de chacune des cellules répertoriées ci-dessus. Nous nous concentrerons uniquement sur ces grands types de cellules.

Créez et complétez un tableau comme celui-ci. Que remarquez-vous sur toutes ces cellules? Quelles sont les similitudes? Quelles sont les différences?

Bien que toutes les cellules aient les mêmes composants de base, les cellules de votre corps varient en fonction de leur structure et de leur fonction spécifique. Un zygote est la première cellule formée lorsqu'un sperme et un ovule s'unissent pendant la fécondation. Cette première cellule unique se développera puis se divisera en deux cellules, qui se développeront également et «se détacheront » en deux cellules, et ainsi de suite. Le processus continue, formant de nombreuses copies de cette première cellule. Ces cellules sont d'abord non spécialisées. Les cellules non spécialisées sont appelées cellules souches, qui peuvent différencier (ou se transformer) en cellules spécialisées. L'image ci-dessous montre une étape ultérieure de ce processus dans laquelle une cellule souche donne naissance à une cellule qui se spécialise dans un neurone ou un autre type de cellule corporelle et une autre qui reste une cellule souche.

Les cellules spécialisées sont différentes les unes des autres par leur structure et leur fonction. Tout comme les médecins se spécialisent dans différents domaines de la médecine, comme un cardiologue, un neurochirurgien, un médecin de famille, les cellules se spécialisent et deviennent des experts dans leur travail spécifique. Par exemple, les neurones sont des cellules nerveuses qui sont importantes pour tous les processus de communication de votre corps et doivent étirer des parties d'eux-mêmes dans de nombreuses directions pour envoyer et recevoir des signaux. Les neurones ont de nombreux « membres » ramifiés appelés dendrites et de longues extensions du cytoplasme appelées axones pour transmettre des messages de votre peau à votre cerveau, comme la sensation de porter des gants souples sur vos mains. Les neurones transmettent également toutes les autres sensations, y compris la pression, la douleur, la chaleur, le froid, les odeurs, les goûts, les images et les sons. Ce dessin est un neurone typique.

Le tableau suivant résume certaines des différentes cellules présentes dans votre corps et leur fonction spécifique.

Un organisme unicellulaire est plus limité qu'un organisme multicellulaire plus grand en raison de son manque de systèmes, d'organes et de cellules coordonnés. Non seulement les cellules spécialisées sont importantes pour des fonctions spécifiques de votre corps, mais les organismes dotés de cellules spécialisées peuvent également :

• vivre dans une grande variété d'environnements
• devenir très grand
• tirent leur énergie d'une grande variété d'aliments
• avoir des corps complexes

Les cellules spécialisées dépendent d'autres cellules pour survivre et remplir des fonctions essentielles. Lorsque vous touchez votre main à votre visage, des impulsions nerveuses proviennent de votre cerveau, ce qui fait contracter les muscles de vos bras. Cela déplace vos os de l'avant-bras vers vos os du haut du bras, amenant votre main sur votre visage. Souvent, des cellules spécialisées travaillent ensemble pour permettre à l'organisme de fonctionner dans son ensemble. Si les cellules nerveuses de votre cœur cessaient de fonctionner, votre corps tout entier cesserait de fonctionner. Par exemple, au moins une fois par seconde, vos cellules nerveuses envoient un message aux cellules musculaires de votre cœur pour se contracter et pomper le sang dans tout votre corps. Si votre cœur cessait de pomper le sang, vos cellules cérébrales cesseraient de recevoir de l'oxygène et vous perdriez connaissance.

Les cellules cancéreuses sont un type de cellule spécialisée qui a muté. Ils arrêtent de remplir leur fonction d'origine et commencent à produire plus de cellules cancéreuses. Contrairement à la plupart des cellules spécialisées de votre corps, les cellules cancéreuses ne fonctionnent pas en harmonie avec votre corps. Ceci sera discuté plus en détail tout au long de l'unité 1.

Expliquez comment la forme d'un globule rouge contribue à ses fonctions de transport d'oxygène.

Réponse suggérée

Identifiez le type de cellules indiqué dans l'image suivante et décrivez sa fonction ou son importance en une phrase

Réponse suggérée

Réflexion