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Chapitre 1: Le Vivant
•Zoom sur l’organisation du vivant p. 6
• L’échelle du vivant p. 8
• Les composés chimiques du vivant p. 9
• Tout écosystème est traversé par deux
flux p. 11
• Les enzymes : les ouvrières chimiques p.
12
Le vivant est organisé
• Biosphère
– Ecosystèmes
• Biotope
• Biocénose
– Communautés
» Populations
• Individus
• Individu
– Systèmes
• Organes
– Tissus
» Cellules
• Cellule
– Organites
• Molécules
– Atomes
L’échelle du vivant
Les composés chimiques du vivant
Matière Minérale
• L’eau
• Les composés minéraux
(dissous dans le sang ou
présents dans les os, ….)
Matière Organique
• Les glucides (énergie et
structure)
Mono-, di-, polysaccharides
• Les lipides (réserve d’énergie et
structure)
Acide gras, triglycérides,
phospholipides et stérols
• Les protides (structure et
fonctionnalité)
Acides aminés, polypeptides et
protéines
• Les acides nucléiques
(informations génétiques)
ADN et ARN
Tout écosystème est traversé par deux
flux
Flux de matière et d’énergie
Les enzymes : Les ouvrières chimiques
• Les enzymes sont les ouvrières qui permettent les réactions
chimiques complexes de notre corps .
• Ce sont des protéines qui vont pouvoir être réutilisables.
• Elles agissent en 3 étapes: fixation au substrat, réaction chimique
et libération des produits.
Chapitre 2: La cellule
• La cellule au M. O. p. 14
• D’autres moyens d’étude de la cellule p.15D5
• L’ultrastructure cellulaire p. 18
La cellule au M. O.
Cellule végétale
Cellule animale
Microscope optique
Microscope électronique
La cellule au M. O.
Critères
Paroi cellulaire
Cellule végétale
Cellule animale
Donne sa rigidité à la plante et
est constituée de cellulose
Absente
Membrane
cytoplasmique
Délimite le contenu de la cellule et détermine ce qui entre et sort
de la cellule
Cytoplasme
Milieu gélatineux, le CYTOSOL, dans lequel baignent les organites
Vacuole
De grande taille, elle contient
bcp d’eau. L’entrée d’eau dans la
vacuole (turgescence) entraine
son gonflement et permet la
croissance de la cellule. Elle est
également un lieu de stockage.
Unité de petite taille (invisible
au M.O.), elle intervient dans la
digestion, les sécrétions, …
Plastes
Contiennent des substances de
réserves ou des pigments. Ex:
chloroplaste contient de la
chlorophylle.
Absents
Noyau
Lieu de stockage du patrimoine héréditaire (info. Génétique) et des
informations pour la synthèse des protéines, sous forme d’A.D.N..
L’ultrastructure cellulaire
3.1. La membrane (cyto-)plasmique p. 18
-Délimitation de la cellule
-Double couche de phospholipides
et protéines
-Phospholipide est constitué d’une
tête hydrophile et d’une queue
hydrophobe
-Structure en mosaïque fluide
3.2. Le cytoplasme
-Zone comprise entre la membrane plasmique et le noyau;
-Cytosol (milieu aqueux) et cytosquelette (microtubules, microfilaments et
filaments intermédiaires);
-Organites en perpétuels mouvements => CYCLOSE
3.3. Le noyau
-De forme sphérique, composé d’une double membrane, percée de pores;
-Composé du nucléoplasme et de nucléole(s);
-Nucléoplasme est constitué de chromatine (ADN);
-Nucléole (ARN et protéines).
3.4. Le réticulum endoplasmique
-En contact avec le noyau;
-Peut être couvert de ribosomes => Réticulum endoplasmique rugueux;
-Si pas de ribosomes => Réticulum endoplasmique lisse
3.5. Les ribosomes
-Petits granulés de 10 à 20 nm de diamètre;
-Libre ou fixés (R.E.R.);
-Peut être associés en chainette => Polysome.
3.6. L’appareil de Golgi
-Empilement de 4 à 5 saccules;
-Saccules forment des vésicules par bourgeonnement.
3.7. Les mitochondries
-Bâtonnets de 0.2 à 4 µm de longueur;
-Double membrane, membrane externe lisse et interne en replis, crêtes
mitochondriales;
-Présence d’ADN mitochondriale.
3.8. Les plastes
-Présents dans les cellules végétales;
-Chromoplastes, amyloplastes , chloroplastes, oléoplastes, …;
-Chloroplastes:
-Double membrane;
-Thylacoïdes, stroma , amidon et ADN.
3.9. Centrosome et centrioles
-Présents dans les cellules animales;
-Gère la production des microtubules.
3.10. Les lysosomes
-Petites vésicules contenant des enzymes
digestives;
-Simple membrane.
3.11. Les vacuoles
-Vésicules remplies d’eau, de sucres, de sels minéraux, …
-Petites et multiples pour les cellules animales;
- Unique et de grande dimension dans la cellule végétale.
3.12. La paroi cellulaire
-Epaisse, rigide et perméable.
Chapitre 3: La cellule : Unité de vie
• La membrane cytoplasmique p. 26
• Le chloroplaste p. 30
• La mitochondrie p. 32
• Une fabrique de protéines p. 34 (voir chapitre 4)
• Le cytosquelette p. 36
• Toutes les cellules ne présentent pas le même
aspect p. 37
3.1. La membrane plasmique (I)
La cellule, pour vivre, doit prélever des nutriments dans le
milieu extracellulaire, et rejeter des déchets dans ce même
milieu. Grâce à sa membrane et la perméabilité sélective de
celle-ci, elle peut donc se laisser traverser par certaines espèces
et refuser l’entrée d’autres.
La traversée de la membrane peut se faire sans dépense
d’énergie pour la cellule, on parle dans ce cas de transport
passif. Mais elle peut également fournir de l’énergie pour faire
traverser certaines substances, on parle alors de transport actif.
3.1. La membrane plasmique (II)
Transport passif:
Il se base sur un phénomène physique de diffusion. Les molécules se déplacent
naturellement selon un gradient de concentration, elles vont d’un milieu moins concentré
vers un milieu plus concentré.
Ce sont des molécules de petite dimension et non polaire qui l’utilisent pour traverser la
membrane.
Cela peut également être de petites molécules polaires qui passent par des protéines
transmembranaires.
3.1. La membrane plasmique (III)
Transport actif:
Il se réalise par l’intermédiaire de protéines transmembranaires
toujours, avec apport d’énergie et généralement contre le
gradient de concentration. Ce sont des molécules de plus
grande dimension et souvent polarisées.
3.1. La membrane plasmique (IV)
Transport de matériaux plus volumineux (transport actif):
-Vers le cytoplasme => endocytose (digestion de nutriments);
- Vers le milieu extracellulaire => exocytose (évacuation de
déchets).
Exocytose
3.2. Le chloroplaste
-Il est responsable de la photosynthèse;
-Il produit de la matière organique (glucose) à partir de matière minérale (eau et dioxyde de
carbone);
Réaction :
phase claire (lumineuse) : elle nécessite la présence du soleil comme source d’énergie.
Eau
dioxygène + ion Hydrogène + ATP
Ɛ solaire
phase sombre (obscure): Dioxyde de carbone + ion hydrogène + ATP
Glucose
3.3. La mitochondrie
-Elle est responsable de la respiration, elle fournit donc l ’énergie
à la cellule selon la réaction :
- VS Fermentation alcoolique ou lactique
Une fabrique de
protéines (voir
chapitre 4)
3.6. Toutes les cellules ne présentent
pas le même aspect
-Les cellules qui possèdent un noyau sont appelées cellules
eucaryotes. Elles composent la grande majorité des êtres
unicellulaires et pluricellulaires;
-Il existe également des cellules qui ne possèdent pas de noyau, on
parle de cellules procaryotes, ce sont essentiellement des bactéries.
Synthèse
Réaliser un tableau reprenant
l’ensemble des organites cellulaires,
déterminer le type de cellule où on le
rencontre, et son rôle dans la cellule
Chapitre 4: De l’A.D.N. aux protéines
• Structure de l’Acide DésoxyriboNucléique p. 40
• Les protéines p. 42
• Le code du vivant p. 44
• Le mécanisme de la synthèse des protéines p.
44
Structure de l’acide
désoxyribonucléique (ADN)
• On sait que l’ADN contient l’information
génétique nécessaire à la synthèse des protéines
(« plans de montage »);
• L’ADN se trouve dans le noyau, plus
particulièrement au niveau de la chromatine;
• Mais l’ADN ne quitte jamais le noyau pour éviter
qu’il ne s’abime;
• Mais à quoi ressemble-t-il ??
Modèle de l’A.D.N. selon Crick et
Watson (1953)
Double hélice, échelle dont les montants
sont des sucres et des phosphates, et les
échelons des bases azotées
L’ensemble sucre, phosphate et base
azotée forme un nucléotide et il y a une
complémentarité des bases azotées:
A – T et C – G.
La totalité des molécules d’ADN d’un
organisme constitue son génome, pour
l’être humain, il est constitué de plus de 6
milliards de nucléotides.
Les protéines
• Les protéines sont
composées d’un ou plusieurs
polypeptides, qui euxmêmes sont composés d’un
enchainement d’acides
aminés.
• Il existe 20 acides aminés
différents qui se distinguent
en fonction du radical R.
• Chaque acide aminé possède
par contre une fonction
amine (-NH2) et une fonction
acide (-COOH).
• Les acides aminés sont reliés
pas des liaisons peptidiques.
Le code du vivant
• Il va falloir maintenant expliquer comment les informations
du noyau (les acides nucléiques, et la succession de bases
azotées) permettent de former une suite d’acides aminés.
On va passer d’un langage à 4 lettres (A, C, T et G) à un
langage à 20 lettres (les a.a.).
• En réalité, 3 bases azotées vont déterminer un et un seul
acide aminé (voir tableau « code génétique »)
Synthèse des protéines
•
•
•
La partie de l’ADN responsable de
synthétiser une protéine
particulière est appelée un GENE.
La synthèse des protéines se fait
en deux étapes: la transcription
(copie du plan de montage) et la
traduction (assemblage des a.a.
selon le plan de montage).
Il y a un autre acide nucléique qui
intervient, l’Acide Ribonucléique
(A.R.N.). Il se différencie de l’ADN
uniquement par :
–
–
–
la présence d’un autre sucre (le
ribose) ,
par le remplacement d’une base
azotée, l’uracile à la place de la
thymine,
De plus, on le retrouve souvent
constitué d’une seule molécule.
Transcription
À Partir de l’ADN, on réalise l’ARNm qui transporte l’information du gène
vers le cytoplasme.
• La synthèse de l’ARN messager
à partir de l’ADN se fait grâce à
l’appariement des bases
complémentaires et à une
enzyme, ARN polymérase.
• Elle permet:
– de trouver le début et la fin
d’un gène sur l’ADN;
– de séparer les deux brins
d’ADN;
– d’associer les ribonucléotides
complémentaires aux
nucléotides.
• L’ARNm, ainsi produit, peut
sortir du noyau.
Traduction
À Partir de l’ARNm, on traduit ce message génétique pour former la
protéine correspondante.
• La lecture de l’ARN messager
se fait grâce à un ribosome;
• Les acides aminés sont
amenés au ribosome par
l’intermédiaire d’un ARN de
transfert;
• Cet ARNt possède deux sites
particuliers:
– Un site de fixation de l’a.a.;
– Une suite de trois
ribonucléotides (anti-codon)
complémentaires au codon de
l’ARNm.
Traduction (II)
•
•
•
•
La traduction débute lorsque le
ribosome se fixe à l’ARNm (au niveau
du codon initiateur)  INITIATION
Ensuite les ARNt entrent en jeu et
amènent les a.a. en tenant compte de
la complémentarité codon-anticodon,
puis la liaison peptidique s’établit
entre les 2 a.a.. Ensuite, le ribosome
se déplace d’un codon et libère un
ARNt  ELONGATION
Lorsque le ribosome rencontre un
codon de terminaison (STOP), le
ribosome libère l’ARNm et le
polypeptide  TERMINAISON
Parfois, plusieurs ribosomes se
suivent sur un même ARNm, c’est un
polysome. Cette traduction multiple
permet d’augmenter le nombre de
protéines produites.
Polysome
Le code génétique
• 3 ribonucléotides de
l’ARN messager
correspond à un
codon;
• un codon spécifie
l’a.a. qui se fixe à
l’ARNt qui lui est en
vis-à-vis.
• Certains codons sont
de terminaison et
d’autres d’initiation.
Sites utiles:
http://www.youtube.com/watch?v=_xtAaQRm2Nk
http://www.biomultimedia.net/archiv/traduc.htm
http://www.musee-afrappier.qc.ca/fr/index.php?gameid=9