Microscopie, théorie cellulaire et structure de la membrane plasmique

Le Microscope Optique : Histoire et Grossissement

Le microscope optique est constitué d’un tube dans lequel est disposé un jeu de lentilles grossissantes en verre, les unes à la suite des autres. Son fonctionnement est simple :

• D’un côté du microscope, on positionne un objet éclairé.
• De l’autre, se situe l’œil de l’observateur.

Le premier microscope, celui de *Hooke* en 1665, avait un grossissement de × 30. Depuis lors, les progrès ont été constants, atteignant aujourd’hui un grossissement maximal autour de × 1 000.

Les Fondements de la Théorie Cellulaire

La théorie cellulaire repose sur trois principes fondamentaux :

• La cellule est la plus petite entité vivante.
• Tous les êtres vivants sont constitués de cellules.
• Toute cellule provient d’une autre cellule.

La théorie cellulaire stipule également que :

• Tout organisme vivant est constitué de cellules : la cellule est l’unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants.
• Certains êtres vivants sont unicellulaires et d’autres sont constitués d’un assemblage de cellules.
• Toute cellule provient de la division d’une cellule préexistante.

Qu'est-ce qu'une Théorie Scientifique ?

Une théorie scientifique est un énoncé général qui est ensuite mis à l’épreuve. Elle peut évoluer au cours du temps lorsque de nouveaux faits sont établis. Lorsque ces faits ne corroborent pas certains points de la théorie, ces points sont réfutés ou, dans le cas contraire, validés ou vérifiés.

Les Différents Types de Microscopie

• La Microscopie Optique (doc. a) permet d’observer des cellules vivantes.
• La Microscopie Électronique à Transmission (MET, doc. b) permet d’observer une tranche cellulaire avec un degré de précision nettement supérieur.
• La Microscopie Électronique à Balayage (MEB, doc. c) permet d’obtenir des images en trois dimensions.

L'Organisation Commune des Cellules Pluricellulaires

Les cellules qui constituent un organisme pluricellulaire ont des formes diverses, mais elles possèdent une organisation commune révélée par la microscopie. Elles sont délimitées par une membrane plasmique et comportent un noyau et un cytoplasme. Il existe dans le cytoplasme un ensemble de compartiments, ou *organites*, limités par des membranes.

La Membrane Plasmique : Structure et Composition

La membrane plasmique d’une cellule est un assemblage organisé de molécules. Elle sépare l'espace cellulaire de l’extérieur et est constituée d’une bicouche lipidique et de protéines.

Propriétés des Molécules Constitutives

La structure membranaire est stabilisée par le caractère hydrophile ou lipophile de certaines parties des molécules constitutives. La membrane plasmique est schématisée à partir de molécules dont les parties hydrophile/lipophile sont identifiées.

• Les molécules hydrophiles sont capables d’effectuer des liaisons avec des molécules d’eau ou d’autres molécules hydrophiles.
• Les molécules lipophiles sont capables d’effectuer des liaisons entre elles.
• Les lipides membranaires sont des molécules à la fois hydrophiles (têtes) et lipophiles (queues). Elles sont dites amphiphiles.

Le mélange d’eau et de molécules lipophiles entraîne une séparation de ces deux types de constituants : les molécules hydrophiles établissent des liaisons entre elles, et les molécules lipophiles établissent des liaisons entre elles.

L'Étude de la Membrane : L'Expérience de Gorter et Grendel

Les globules rouges constituent un matériel de choix pour étudier la membrane plasmique, car ces cellules ne contiennent ni noyau, ni aucun organite. Le fait de les placer dans un milieu hypotonique entraîne une entrée d’eau et provoque leur éclatement, permettant de récupérer des *fantômes d’hématies* (c’est-à-dire des membranes plasmiques).

La membrane plasmique n’est pas uniquement la limite externe d’une cellule, il s’agit également d’une structure physique. Elle comporte deux parties hydrophiles qui sont de part et d’autre d’un cœur lipophile.

L’expérience de Gorter et Grendel a permis de démontrer que :

1. Les têtes des lipides membranaires peuvent établir des liaisons avec l’eau.
2. Les queues des lipides peuvent établir des liaisons entre elles.

Puisque la surface d’une monocouche de lipides est le double de la surface de la membrane plasmique, on en déduit que les lipides sont associés en bicouche dans la membrane plasmique. Leurs têtes hydrophiles établissent des liaisons entre elles et avec l’eau, et les queues hydrophobes (ou lipophiles) établissent des liaisons entre elles uniquement.

Rôle et Insertion des Protéines Membranaires

Une membrane n’est pas uniquement constituée d’une bicouche lipidique ; elle comporte aussi des protéines insérées. Les protéines sont également composées de régions hydrophiles et lipophiles.

• Les régions hydrophiles des protéines sont en contact avec les têtes hydrophiles des lipides et établissent des liaisons avec un milieu aqueux (cytoplasme ou milieu extracellulaire).
• Les régions lipophiles sont en contact avec les queues lipophiles des lipides.

Le cytoplasme contenant de l’hémoglobine apparaît sombre et le milieu extracellulaire apparaît clair.