Activité : origine endosymbiotique des chloroplastes et des mitochondries
Dans les années 1960, la biologiste Lynn Margulis propose une hypothèse selon laquelle les organites énergétiques des cellules eucaryotes (mitochondries et chloroplastes) seraient des descendants de bactéries devenues, après endocytose et endosymbiose avec des cellules eucaryotes primitives, des composants permanents des cellules eucaryotes.
Consigne
Représenter les relations de parenté entre les humains, les souris, les plantes, les bactéries, les cyanobactéries, les chloroplastes et les mitochondries
Justifier l'hypothèse en Lynn Margulis en présentant une liste d'arguments
Représenter par un schéma les étapes à l’origine des cellules eucaryotes végétales.
Document 1. Symbiose et endosymbiose.
La symbiose est définie comme une association durable, à bénéfices réciproques, entre deux êtres vivants appelés symbiotes.
Si l’un des partenaires vit à l’intérieur des tissus ou des cellules de l’autre (son hôte), on parle d’endosymbiose.
Un exemple d’endosymbiose, les coraux.
Les coraux sont des endosymbioses entre des animaux du groupe des Cnidaires (groupe des méduses) et des zooxanthelles (algues microscopiques photosynthétiques).
Document 2. L’endocytose.
L’endocytose est le processus cellulaire par lequel certaines cellules peuvent ingérer des particules étrangères solides d'échelle micrométrique.
Après l’endocytose, la particule ingérée se trouve entourée d’une « membrane d’endocytose » provenant de la membrane plasmique de la cellule hôte.
Phagocytose (endocytose intervenant dans les défenses immunitaires notamment) d’un globule rouge par un macrophage.
Document 3. Les cellules eucaryotes, des cellules compartimentées.
Le noyau des cellules eucaryotes contient l’essentiel de l’information génétique, répartie sur plusieurs molécules d’ADN associées à des protéines structurantes (formant les chromosomes en forme de bâtons lors des divisions cellulaires).
Mais le cytoplasme comporte d’autres organites, spécialisés dans certaines fonctions. C’est le cas des mitochondries (réalisant la respiration cellulaire) présentes dans toutes les cellules eucaryotes et des chloroplastes (réalisant la photosynthèse) présentes dans les cellules eucaryotes de la lignée verte (communément appelés végétaux).
Ces organites sont délimités par un système membranaire et renferment de l’ADN.
Cellules végétales observées au MET
Document 4. Les chloroplastes (observation au MET et caractéristiques).
- Taille : 1 à 10 µm.
- Limité par une double membrane.
- ADN nu, sans protéines associées, formant un chromosome circulaire, en de nombreux exemplaires identiques, codant la synthèse de certaines protéines (grâce aux ribosomes) et d’ARN (la transcription et la traduction ont lieu simultanément).
- Présence de compartiments en forme de sacs (les thylakoïdes) dont la membrane renferme des molécules permettant la photosynthèse.
Document 5. Les mitochondries (observation au MET et caractéristiques).
- Taille : 1 à 2 µm en général (jusqu’à 10 µm).
- Limité par une double membrane.
- ADN nu, sans protéines associées, formant un chromosome circulaire, en de nombreux exemplaires identiques, codant la synthèse de certaines protéines (grâce aux ribosomes) et d’ARN (la transcription et la traduction ont lieu simultanément).
- Capable de division autonome par allongement puis séparation en deux.
Document 6. L’organisation des cellules bactériennes.
La plupart des bactéries sont entourées d’une paroi chimiquement complexe, doublée intérieurement par une membrane plasmique entourant le cytoplasme et son contenu. Ce sont des cellules non compartimentées et dépourvues de noyau : leur ADN est nu, sans protéines associées, organisé en un chromosome circulaire au contact direct du cytoplasme où se fait la synthèse des protéines grâce aux ribosomes (chez ces organismes, la transcription et la traduction se déroulent simultanément). Elles possèdent également des petites molécules d’ADN circulaires, les plasmides, qui se répliquent indépendamment du chromosome.
Leur reproduction se fait par simple division d’une cellule qui réplique son chromosome bactérien, s’allonge avant de se diviser en deux cellules filles dotées d’une membrane et d’une paroi.
Elles pratiquent des métabolismes variés : certaines bactéries réalisent la respiration et/ou la fermentation, d’autres réalisent la photosynthèse…
Document 7. Position du génome des mitochondries et des chloroplastes au sein de l’arbre phylogénétique du vivant.
Les techniques de séquençage de l’ADN et de l’ARN permettent l’établissement de relations de parentés entre les êtres vivants.
R. takesimensis : plante
M. musculus : souris
A. thaliana : plante
H. sapiens : humain
E. Coli : bactérie
Chlorobium : bactérie photosynthétique
Nostoc : cyanobactérie photosynthétique
R. hoogsraalii : bactérie