Cours Stage - La cellule vivante

Exercice - Analyses de photos de microscope

L'énoncé

L'exercice porte sur de simples analyses de photos reprenant des notions des cours sur l'organisation moléculaire de la membrane cytoplasmique ainsi que les microscopes et la théorie cellulaire. 

 

Document 1 : dessin d'une coupe d'écorce d'arbre, Robert Hooke, 1665 (source: Wikipédia)

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Document 2 : Observation de Diatomées (grossissement fois 5000) (source : Wikipédia)

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Document 3 : électronographie de mitochondries

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Document 4 : Expérience de Frye et Edidin (source : Wikipédia)

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Question 1

D'après ses connaissances, identifier les structures représentées dans le document 1, contextualiser ce dessin par apport à la théorie cellulaire et préciser comment les coupes ont été observées. 

Le document 1 représente un dessin de coupe d'écorce d'arbres par Robert Hooke en 1665. On y voit des cellules qui forment le tissu du végétal. Elles sont semblables à de petites boîtes et Robert Hooke suite à cette observation les nomma "cellules" car elles lui évoquaient les cellules de moine. On a conservé ce terme. 

Il observa ces coupes au microscope optique, le microscope électronique ayant seulement été inventé dans les années 1930. 

En 1665, quelles techniques existaient qui permettaient de faire de telles observations ? 

Question 2

Observer le document 2 et identifier l'outil qui a permis d'obtenir un tel cliché. 

Il s'agit d'une électronographie de microscope électronique à balayage (MEB). En effet, un microscope optique grossit jusqu'à 2000 fois un objet alors qu'un microscope à balayage peut aller jusqu'à grossir un objet jusqu'à 100 000 fois. Pour un grossissement à 5000 fois comme c'est le cas ici, il n'est pas utile de prendre un microscope électronique à transmission qui lui peut aller jusqu'à grossir plusieurs millions de fois un objet. 

Se rappeler les ordres de grandeur usuels de grossissement des trois types de microscopes. 

Question 3

Déterminer le grossissement de l'image présentée sur le document 3. 

On mesure la barre d'échelle, et on divise la longueur à laquelle elle correspond (200 nm) par la longueur effective qu'elle mesure (donnée par votre règle). On convertit le tout en $m. $

Sur notre échelle de photo, la barre d'échelle mesure $2cm. $

$2cm= 0,02m.$ 

$200 nm= 2 \times 10^{-9}m. $

Ainsi le grossissement vaut : $\dfrac{2 \times 10^{-9}}{0.02}= 10 000 000 000 000= 10^{12}. $

 

Mesurer la longueur réelle de la barre d'échelle (correspondant à la longueur obtenue pour l'image après grossissement) et en déduire le rapport par rapport à la longueur véritable de l'objet observé. 

Question 4

En déduire quel microscope a été utilisé pour obtenir cette électronographie ainsi que la taille de la mitochondrie de droite. 

L'objet observé a été grossi $10^{12}$ fois, ce qui excède bien les $100 000$ fois permises par un microscope électronique à balayage ! Il a donc été observé plutôt avec un microscope électronique en transmission (MET), qui peut grossir plusieurs millions de fois (comme c'est le cas ici) un objet. 

La mitochondrie de droite mesure $2,75$ fois la barre d'échelle environ. Elle mesure donc $2,75 \times 200= 550$ nm de long. 

Se remémorer les ordres de grandeurs usuels des trois grands types de microscopes. 


Pour la longueur de la mitochondrie, utiliser la barre d'échelle. 

Question 5

Frye et Edidin (document 4) utilisèrent le virus sendai pour forcer des cellules humaines et de souris à fusionner. Ils avaient au préalable utilisé des marqueurs anticorps pour pouvoir identifier sur la cellule multinuclée et hybride obtenue, les protéines provenant de la membrane cytoplasmique humaine (en bleu) et celles provenant de la membrane cytoplasmique de souris (en vert). Décrire ce qu'ils observèrent à l'aide du document 4 et le rattacher au modèle proposé par Singer et Nicholson. 

On observe sur le document 4 qu'à la surface de la cellule hybride, les protéines membranaires d'origine humaine ou de souris diffusent à la surface de cette cellule. Elles se mélangent et ne forment pas deux moitiés distinctes. Elles se déplacent à la surface de la membrane cytoplasmique. 

Cela démontre la propriété de fluidité de la membrane cytoplasmique que soutient le modèle de mosaïque fluide proposé par Singer et Nicholson : les protéines et lipides membranaires ne sont pas fixes mais se déplacent au sein de la membrane plasmique, sur une face ou l'autre de la bicouche, ou même à travers pour certains lipides. 

Quel est le modèle proposé par Singer et Nicholson ?


Qu'observez-vous ici ? Comment agissent les protéines à la surface de la cellule hybride ?