C. Le taux des hormones sexuelles mâles, un système réglé
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PARTIE PROCREATION (6 semaines) Introduction générale : Les mécanismes cellulaires de la méiose à l’origine de la production de gamètes et de la fécondation sont apparus au cours du temps en association avec des phénomènes physiologiques (reproduction sexuée) et comportementaux (sexualité). La reproduction est la modalité de transmission de la vie d’une génération à l’autre : c’est l’action par laquelle les individus perpétuent leur espèce. La sexualité est le comportement. 95% des espèces se reproduisent par l’intermédiaire de gamètes issus de 2 parents : reproduction sexuée. Hypothèses sur son apparition (mécanisme de réparation de l’ADN par la recombinaison génétique) et source de variabilité avantage dans un milieu qui change car brassage génétique permet l’association chez un même individu de caractères favorables dans un environnement en peu de temps. Création de diversité donc possibilité d’adaptation. Au cours de l’évolution des êtres vivants sur Terre, la reproduction sexuée est une innovation importante qui apparaît, il y a environ –1,5 Ga, chez les eucaryotes unicellulaires. (La reproduction asexuée, par divisions cellulaires, est apparue chez les cellules procaryotes il y a –3,5 Ga. Elle est encore répandue chez les bactéries actuelles.) Dans le groupe des vertébrés chez les mammifères placentaires, qui apparaissent au Crétacé (environ 100 Ma), la reproduction sexuée se caractérise par l'acquisition de la viviparité. Quant aux Hominidés, ils se différencient des autres mammifères par une dissociation partielle entre sexualité et reproduction. Définitions : Ovipare : mode de reproduction où l’embryon se développe à l’intérieur d’un œuf pondu dans l’eau ou sur terre. (mode reproduction par œufs pondus avant ou après fécondation mais avant éclosion). Vivipare : mode de reproduction où l’embryon se développe jusqu’à maturité dans l’organisme maternel (et sans enveloppe) avec parfois établissement de relations alimentaires. Placentaire : organisme vivipare caractérisé par la mise en place d’un organe d’échanges entre l’organisme maternel et l’embryon, le placenta. Chapitre 1 : LA REGULATION DE LA FONCTION DE REPRODUCTION CHEZ L’ HOMME Introduction : Les gamètes sont produits dans les gonades : leur production est différente chez l’homme et chez la femme : production continue chez l’homme et cyclique chez la femme. Comment expliquer cette différence ? Comment la production est-elle régulée, contrôlée ? Deux sexes, mâle et femelle : comment ces phénotypes sont-ils déterminés chez l’espèce humaine ? rôle du génotype XX et XY ? Les connaissances sur la reproduction sexuée permettent actuellement une certaine maîtrise de la procréation (contraception, PMA..). Problème : - Comment expliquer cette différence ? Comment l’activité sexuelle est-elle régulée, contrôlée chez l’homme et la femme? I. LA REGULATION DE LA FONCTION REPRODUCTRICE CHEZ L’ HOMME : A) L’activité testiculaire ACTIVITE TESTICULAIRE Les testicules sont des glandes entourées d’une enveloppe fibreuse (albuginée). Ils sont composés de 500 à 1000 tubes séminifères de quelques dizaines de cm enroulés sur eux-mêmes et d’un tissu interstitiel où se trouvent des vaisseaux sanguins et les cellules de Leydig. 1. La production de spermatozoïdes : la fonction exocrine des testicules - Les spermatozoïdes sont des cellules spécialisées comportant 3 parties : une tête qui contient le noyau, un flagelle qui assure la motilité du spermatozoïde et entre les deux, une pièce intermédiaire contenant de nombreuses mitochondries (fournissant l’énergie nécessaire au mouvement du flagelle). Schéma doc 1 p 292 à savoir - La production de spermatozoïdes a lieu au niveau de la paroi des tubes séminifères : les spermatogonies diploïdes, cellules germinales situées à la périphérie des tubes se multiplient activement par mitoses successives, puis subissent la MEIOSE et donnent naissance aux spermatozoïdes haploïdes (voir TP méiose). La spermatogénèse correspond à l’ensemble des transformations et des divisions cellulaires qui conduisent à la formation de spermatozoïdes (75 jours). Les spermatozoïdes sont libérés dans la lumière du tube séminifère et acquièrent leur mobilité au fil de leur progression dans l’épididyme. - Les cellules de Sertoli, grandes cellules allongées sont en étroite relation avec chacune des cellules de la lignée germinale et jouent un rôle prépondérant dans la formation des gamètes. - La production de spermatozoïdes débute à la puberté et a lieu de manière continue jusqu’à la fin de la vie (il existe cependant une diminution progressive à partir d’un certain âge). Estimation du nombre de spermatozoïdes produits au cours d’une vie : 1000 milliards. 2. La production d’une hormone, la testostérone : la fonction endocrine des testicules a-Mise en évidence Des expériences de castration et d’injection d’extraits testiculaires et de testostérone. b-Caractéristiques de la testostérone C’est une hormone, car elle est libérée dans la circulation sanguine et peut agir à distance de son lieu de production et toujours en petite quantité. (comme toutes les hormones en général :messager chimique véhiculé par le sang) Elle est produite par les cellules de Leydig. (situées à proximité d’un réseau vasculaire dense permettant exportation rapide hors du testicule et distribution à l’ensemble de l’organisme) Rôle : réalisation du phénotype mâle. La sécrétion de la testostérone est indispensable lors de la puberté : elle est responsable de la mise en place des organes sexuels secondaires ( pilosité, musculature, voix, libido…). L’hormone stimule la spermatogénèse dans les tubes séminifères (en agissant sur les cellules de Sertoli), la maturation des spermatozoïdes (en agissant sur les cellules de l’épididyme). La testostérone participe donc à l’acquisition et au maintien de l’aptitude du mâle à la reproduction. Mode d’action : fixation de l’hormone sur cellules cibles des organes-cibles qui possèdent un récepteur spécifique. L’intensité de la réponse dépend du nombre de récepteurs à l’hormone et de la concentration sanguine de l’hormone. Organes-cibles : tubes séminifères, glandes annexes de l’appareil reproducteur, muscles, centres nerveux. Taux de sécrétion : - La testostérone est produite à partir de la puberté et jusqu’à la fin de la vie. - La sécrétion de l’hormone n’est pas constante mais se fait sous forme de pulses. Doc 4 p297. - La concentration plasmatique de testostérone (testostéronémie) varie dans un intervalle de faible amplitude, on considère donc qu’elle est constante. Cette concentration résulte de l’intensité de 2 phénomènes permanents : d’une part, la sécrétion de l’hormone par les cellules hormonales, d’autre part la dégradation puis l’élimination de l’hormone. Le maintien d’un taux de testostérone à une valeur constante nécessite l’existence d’un système de régulation de ce paramètre. Problème : Comment est régulée la testostéronémie ? B. La régulation de la testostéronémie 1. Le contrôle de la sécrétion de testostérone : le rôle du complexe hypothalamo-hypophysaire (axe gonadotrope) Etude des documents p298 et 299 du livre - L’hypophyse produit et sécrète continuellement des hormones, les gonadostimulines FSH et LH. La LH a pour effet de stimuler la sécrétion de la testostérone par les cellules de Leydig. La FSH active la production de spermatozoïdes par les tubes séminifères (FSH qui agit en synergie avec la testostérone). Analyse des expériences p300 du livre et 3 p301 - L’hypothalamus sécrète de manière pulsatile une neuro-hormone : la GnRH qui stimule la production des gonadostimulines hypophysaires. Plus précisément, la sécrétion de GnRH se fait à l’extrémité des axones des neurones hypothalamiques, qui sont en contact avec les capillaires sanguins. La GnRH est ensuite transportée par le sang jusqu’aux cellules hypophysaires à FSH et à LH où elle se fixe sur des récepteurs spécifiques. Ceci entraîne leur stimulation et le déclenchement de pulses de gonadostimulines. 2. Le contrôle de l’activité hypothalamo-hypophysaire - Analyse des expériences P302 - La rétroaction négative de la testostérone sur l’axe hypothalamo-hypophysaire. La testostérone inhibe : - la sécrétion de GnRH au niveau des neurones de l’hypothalamus - la sécrétion de gonadostimuline hypophysaire LH. On qualifie cette l’action de la testostérone de rétroaction négative exercée sur les différents niveaux de l’axe gonadotrope : c’est ce feed-back négatif qui assure le maintien de l’homéostat de la testostéronémie. - Analyse des expériences du doc 4 p303 et doc 5 p303 - Le contrôle de l’hypothalamus par des facteurs externes et internes La fréquence des pulses de GnRH est variable. Les sécrétions de l’hypothalamus peuvent être modulées par des messages de l’environnement externe.(olfactif, visuel, luminosité….) L’activité hypothalamique peut être contrôlée par des neurones du système nerveux central. L’hypothalamus est donc un capteur et un centre intégrateur :il intègre des stimuli périphériques (hormonaux ou nerveux) et y répond par la modulation de la sécrétion pulsatile de GnRH : par son intervention, tout le fonctionnement du système de régulation est modulé par des messages internes et externes. C. Le taux des hormones sexuelles mâles, un système réglé D’une façon générale, les différents paramètres physiologiques sont soumis à une régulation. L’organisation du système réglant obéit toujours à quelques principes simples : - La valeur du paramètre réglé est détectée par un mécanisme capable de comparer la valeur mesurée à la valeur de référence (= valeur de consigne). - Lorsque la valeur mesurée s’écarte de la valeur de consigne, le fonctionnement du système réglant est modifié. - Le résultat est une correction de l’écart, le paramètre réglé retrouvant sa valeur de consigne. Le système de régulation du taux d’hormones sexuelles mâles est un système autorégulé constitué : - paramètre réglé : concentration plasmatique de testostérone - fonction réglée : fonction de reproduction - système réglant (capteurs, centre intégrateur, messagers et effecteurs) : complexe hypothalamohypophysaire (capteur et centre intégrateur) et testicules (effecteurs) SCHEMA BILAN II. LA REGULATION DE LA FONCTION REPRODUCTRICE CHEZ LA FEMME : A) L’activité cyclique de l’appareil génital féminin Activité :l’appareil génital féminin :mobiliser ses acquis 1. Le cycle utérin Activité : Le cycle utérin (observation microscopique, capture d’image, réa une photo légendée(comparaison phases proliférative et sécrétoire) Régles /phase proliférative/phase sécrétoire 2. Le cycle ovarien Activité : le cycle ovarien(observation microscopique, capture d’image, réa des photos légendées des follicules) a. Les phases du cycle ovarien - Le cycle menstruel ovarien s’organise autour de l’événement de l’ovulation au 14ème jour. Durant la phase pré-ovulatoire ou folliculaire, des follicules cavitaires recrutés poursuivent une croissance rapide. Quelques jours avant l’ovulation, le follicule dominant, le plus développé, est sélectionné : c’est le seul à parvenir à maturité et qui libère son ovocyte 2. Les autres dégénèrent. Cette croissance folliculaire, débutée plusieurs mois avant le début du cycle, transforme un follicule primordial (30um) en follicule mûr (25mm). Durant la phase post-ovulatoire ou lutéale, le follicule ayant libéré son ovocyte 2 se transforme en corps jaune. 10 jours après l’ovulation, ce corps jaune régresse en quelques jours si la fécondation n’a pas eu lieu. b. Le cycle des hormones ovariennes Avant l’ovulation, les cellules folliculaires sécrètent l’oestradiol : la croissance des follicules au cours de la phase folliculaire se traduit par une augmentation du nombre de cellules folliculaires donc une augmentation de la sécrétion d’oestradiol. C’est le follicule dominant qui assure ensuite la totalité de la sécrétion d’oestradiol. L’arrivée à maturité du follicule dominant provoque un pic d’oestradiol 2 jours environ avant l’ovulation. Après l’ovulation, le corps jaune sécrète aussi des hormones oestradiol mais aussi progestérone. La dégénérescence du corps jaune se traduit par l’arrêt de ses sécrétions hormonales et l’effondrement des concentrations d’ oestradiol et de progestérone en fin de cycle. 3. Hormones ovariennes et cycle utérin Graphique p314 à connaître Les variations cycliques des taux d’hormones ovariennes déterminent des modifications cycliques de l’utérus et du mucus cervical par leur action sur les cellules cibles de l’endomètre et du myomètre et du col de l’utérus. - Le début du cycle menstruel est marqué par les règles : c’est une destruction partielle de l ‘endomètre. - Lors de la phase folliculaire, l’oestradiol stimule les mitoses des cellules de l’endomètre : l’endomètre se reconstitue, son épaisseur augmente jusqu’à 4mm à l’ovulation : phase proliférative de l’utérus. L’oestradiol stimule également les cellules du myomètre qui se contractent : ces contractions favorisent le transport des spermatozoïdes. - Lors de l’ovulation, le pic d’oestradiol agit sur les cellules du col de l ‘utérus. Le mucus cervical qu’elles sécrètent possède alors des mailles très larges. Il contrôle le passage des spermatozoïdes du vagin à l’utérus au niveau du col: le passage des spermatozoïdes est ainsi facilité lors de la période ovulatoire. Durant la phase folliculaire et la période ovulatoire, l’oestradiol prépare les voies génitales à une fécondation éventuelle. - Lors de la phase lutéale, la progestérone stimule le développement de glandes et de nombreux vaisseaux sanguins dans l’endomètre, d’où un aspect en dentelle. Les glandes sécrètent un liquide nutritif utile à un éventuel embryon : phase sécrétoire de l’utérus. Parallèlement, la progestérone diminue les contractions du myomètre : l’utérus est ainsi préparé à une éventuelle nidation d’un embryon. La progestérone entraîne une diminution de la sécrétion du mucus cervical : les mailles deviennent serrées et s’opposent au passage des spermatozoïdes. - En fin de cycle et en l’absence de fécondation, la régression du corps jaune induit une chute importante des taux sanguins hormonaux, ce qui entraîne les menstruations. CONCLUSION : Ainsi, il existe une synchronisation entre le cycle ovarien et le cycle des voies génitales. Au moment de l’ovulation, l’appareil génital féminin est prêt à la fécondation et à la gestation. B. la régulation de la fonction reproductrice. a. Le contrôle de l’activité ovarienne par le complexe hypothalamo-hypopohysaire Analyse du doc 1 p316 + lecture des docs p316 Le complexe hypothalamo - hypophysaire est le même que chez l’homme : c’est une structure neuroendocrine. Les neurones hypothalamiques ont une activité électrique spontanée qui provoque une sécrétion pulsatile de GnRH dans le sang : cette neurohormone stimule la sécrétion de LH et FSH par l’hypophyse. Ces gonadostimulines contrôlent l’activité ovarienne : en phase folliculaire, FSH stimule la croissance et la maturation des follicules et leur sécrétion d’œstrogène, LH stimule également les sécrétions d’œstrogène. L’évènement majeur est la libération brutale de LH (pic de LH) 24heures avant l’ovulation qui déclenche l’ovulation (on parle de décharge ovulante de LH). Lors de la phase lutéale, LH contrôle la mise en place du corps jaune et la sécrétion de progestérone par ses cellules lutéales. Le fonctionnement de l’axe gonadotrope chez la femme est plus complexe car il permet la régulation de paramètres dont les variations sont importantes et cycliques : les concentrations d’hormones ovariennes. b. Le rétrocontrôle ovarien sur le complexe hypothalamo-hypophysaire Analyse des docs 1 et 2 p318 + lecture des docs p319 Le caractère cyclique de la sécrétion de gonadostimulines est lié à des rétroactions négatives et positives entre ovaires et complexe hypothalamo-hypophysaire : mise en jeu d’un servomécanisme. Les hormones ovariennes, en quantité faible, exercent une inhibition ou rétroaction négative sur le fonctionnement du complexe hypothalamo-hypophysaire. L’oestradiol, au delà d’un certain seuil de concentration, exerce un rétroaction positive. Ainsi, en phases folliculaire et lutéale, les rétroactions négatives maintiennent une sécrétion relativement faible et constante de GnRH, LH et FSH. Lorsque le follicule dominant sécrète une forte quantité d’œstrogène (36 h avant l’ovulation), la rétroaction devient positive et stimule l’activité endocrine du complexe hypothalamo-hypophysaire : elle provoque le pic de LH à l’origine de l’ovulation. A la fin du cycle, les taux d’hormones ovariennes chutent : par conséquent, les rétroactions négatives diminuent, entraînant une production accrue de FSH et donc un redémarrage du cycle avec croissance folliculaire. c. L’influence de l’environnement Les neurones hypothalamiques (à GnRH) intègrent de nombreuses infos en provenance du reste de l’encéphale, infos liées an partie aux stimuli externes. La sécrétion de GnRH est donc modulée en fonction des infos reçues. L’activité reproductrice des mammifères est donc influencée par les facteurs de l’environnement, de façon variable selon espèces. Dans l’espèce humaine : perturbations des cycles sexuels par de fortes émotions. SCHEMA BILAN C. Le taux des hormones sexuelles femelles, un système réglé Paramètre réglé : taux d’oestrogènes et progestérone Fonction réglée : reproduction Système réglant : - capteurs : hypothalamus et hypophyse : détectent à chaque instant les variations de la concentration des hormones sexuelles, paramètre à régler, par rapport à leur valeur de référence. - centre intégrateur : hypothalamus intègre des messages de l’environnement interne ou externe qui peuvent moduler la sécrétion de GnRH et donc le fonctionnement du système de régulation. -messagers : LH et FSH, secrétés par l’hypophyse et agissant sur l’effecteur. -effecteurs : décodent les messages reçus, s’opposent directement aux perturbations du système réglé en agissant directement sur le paramètre réglé : cellules folliculaires qui secrètent les oestrogènes, cellules lutéales qui sécrètent la progestérone et les oestrogènes.
