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COMMENT LES MAMMIFÈRES SE REPRODUISENTILS ?
La photographie d’un couple (un homme et une femme) avec son nouveau-né illustre
la fonction de reproduction chez les Mammifères. On peut alors supposer que :
- les Mammifères se reproduisent par des œufs qui se développent dans l’utérus ;
- les organes sexuels interagissent.
I. LES MAMMIFERES SE REPRODUISENT-ILS PAR DES ŒUFS QUI SE
DÉVELOPPENT DANS L’UTÉRUS ?
1.1. Exploitation de document
1.1.1. Observation
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Annotions
a. noyau en division
c. granules corticaux
e. premier globule polaire
g. les pédoncules des cellules folliculaires
i. le noyau
l’ovocyte
l. le cytoplasme devenu un ovule
n. le noyau
p. la fusion des noyaux mâle et femelle
r. corona radiata
b. zone pellucide
d. cellules folliculaires
f. espace périovocytaire
h. des granules corticaux
j. le spermatozoïde pénètre dans
k. l’espace périovocytaire
m. le noyau
o. le deuxième globule polaire
q. noyau de l’œuf
s. globules polaires.
1-1.2. Résultat
Le document montre les différentes étapes de la fécondation
1.1.3. Analyse
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D’après le document, les principales étapes de la fécondation sont :
- la rencontre des gamètes au cours de laquelle un spermatozoïde est entraîné dans la
zone pellucide grâce à la rétraction des pédoncules des cellules folliculaires ;
- la pénétration d’un spermatozoïde dans l’ovocyte après avoir traversé la zone
pellucide et l’espace péri ovocytaire. Le noyau de l’ovocyte qui était bloqué en
métaphase II poursuit sa division. Les granules corticaux libèrent leur contenu dans
l’espace péri ovocytaire ;
- la formation des pronucléi (gonflement du noyau spermatique qui devient le
pronucléus mâle et reconstitution du noyau de l’ovocyte qui devient le pronucléus
femelle). Le deuxième globule polaire est expulsé. L’ovocyte diminue de volume,
élargissant ainsi l’espace péri ovocytaire ;
- la fusion des noyaux mâle et femelle en un seul noyau, celui de l’œuf. Ce qui
termine le processus de fécondation.
1.1.4. Interprétation
- Du col de l’utérus à l’ampoule (lieu de la fécondation), les spermatozoïdes subissent
une sélection à deux niveaux (glaire cervicale et la jonction utérus-trompe) et la
capacitation qui consiste en une lente élimination de l’enduit protéique déposée au
niveau de l’épididyme, préparant ainsi la membrane plasmique à la réaction
acrosomique ;
- Au contact de la zone pellucide, le spermatozoïde libère les enzymes acrosomiques
qui dégradent cette zone. Le spermatozoïde traverse alors la zone pellucide et l’espace
péri ovocytaire et pénètre dans le cytoplasme de l’ovocyte ;
- La pénétration du spermatozoïde dans l’ovocyte provoque une activation de ce
dernier se traduisant par :
* la libération dans l’espace péri ovocytaire du contenu des granules corticaux
qui modifie la zone pellucide pour constituer la membrane de fécondation
infranchissable par d’autres spermatozoïdes ;
* l’achèvement de la méiose de l’ovocyte II avec expulsion du deuxième globule
polaire ;
- Le noyau spermatique devenu pronucléus mâle subit une rotation de 180° puis migre
à la rencontre du pronucléus femelle. La fusion des enveloppes nucléaires permet le
mélange des chromosomes paternels et maternels : c’est la caryogamie, étape ultime
de la fécondation rétablissant le nombre de chromosomes. Cette fusion aboutit à la
formation de la cellule-œuf ou zygote.
1.1.5. Conclusion
Chez les Mammifères, la fécondation se déroule en plusieurs étapes. On appelle
fécondation, la fusion d’un gamète mâle (spermatozoïdes) avec un gamète femelle
(ovocyte) en une cellule unique, l’œuf ou plus précisément la fusion d’un noyau
haploïde d’origine mâle (noyau spermatique) avec un noyau haploïde d’origine
femelle (noyau diploïde, celui du zygote ou de l’œuf.
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1.2. Exploitation de document
1.2.1. Observation
1.2.2. Résultat
Le document montre les stades de l’évolution de l’œuf jusqu’à la nidation.
1.2.3. Analyse
D’après le document, la fécondation est suivie de plusieurs stades d’évolution de
l’œuf à différents niveaux de l’oviducte et de la cavité utérine : le stade 2 cellules la
30ème heure, le stade 4 cellules la 40ème heure, le stade morula (formée d’une
soixantaine de cellules) le 4ème jour, le stade blastocyste le 6ème jour et le blastocyste
accolé à la muqueuse utérine.
1.2.4. Interprétation
Dès la fécondation, l’œuf subit ses premières mitoses tout en migrant vers la cavité
utérine grâce aux mouvements des cils qui tapissent la muqueuse de l’oviducte. Ces
divisions successives aboutissant à la morula, toujours contenue dans la zone pellucide
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(c'est-à-dire sans changement de la taille initiale de l’œuf) sont appelées la
segmentation.
Parvenu à la cavité utérine, l’embryon se débarrasse de la zone pellucide, ses cellules
se différencient et s’organisent en une enveloppe appelée trophoblaste et en un
bouton embryonnaire, l’ensemble formant le blastocyste. Ce dernier vient s’accoler
à la muqueuse utérine par son pôle embryonnaire. Plusieurs cellules du trophoblaste
sécrètent des enzymes qui détruisent localement les cellules utérines, ce qui permet au
blastocyste de pénétrer par effraction dans la muqueuse utérine (qui se referme au
dessus de lui) et d’y faire son « nid » : c’est la nidation.
1.2.5. Conclusion
Après la fécondation, l’œuf migre tout en se divisant, jusqu’à la cavité utérine où il
se fixe.
1.3. Conclusion partielle
Les Mammifères se reproduisent par des œufs qui se fixent dans l’utérus où ils se
développent.
2. LES ORGANES SEXUELS INTERAGISSENT-ILS ?
2.1. Exploitation de document
2.1.1. Observation
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2.1.2. Résultat
Le document montre les principaux cycles sexuels de la femme
2.1.3. Analyse
D’après le document, on distingue :
- le cycle ovarien qui comprend 3 phases :
* la phase folliculaire ou pré ovulatoire caractérisée par la croissance de quelques
follicules ;
* l’ovulation qui correspond à la libération de l’ovocyte après rupture des parois
folliculaires ;
* la phase lutéinique ou post ovulatoire caractérisée par la présence du corps
jaune ;
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- le cycle utérin qui est une modification cyclique de la muqueuse utérine :
* pendant la phase folliculaire, l’endomètre qui était détruit presque totalement au
cours de la menstruation se reconstitue et s’épaissit progressivement. Les glandes en
tube et les artérioles se développent,
*pendant la phase lutéinique, la muqueuse continue de s’accroître, les glandes
deviennent très tortueuses et ramifiées donnant à la muqueuse l’aspect de dentelle
utérine. Les artérioles se spiralisent entre les glandes ;
- le cycle hormonal qui comprend le cycle des hormones ovariennes et celui des
hormones hypophysaires.
Le cycle des hormones ovariennes :
* au début de la phase folliculaire, le taux faible d’œstrogène augmente
légèrement puis fortement vers la fin de cette phase pour atteindre un pic peu avant
l’ovulation. Pendant cette phase, le taux de progestérone est pratiquement nul ;
* au cours de la phase lutéale, le taux de progestérone croît rapidement pour
atteindre un pic au milieu de cette phase puis décroît jusqu’à la fin du cycle. Il en est
de même pour les oestrogènes dont le pic est plus faible ;
Le cycle des hormones hypophysaires
* le taux de FSH faible au début du cycle connaît un premier pic (faible) vers le
milieu de la phase folliculaire et un second pic un peu plus important peu avant
l’ovulation, puis décroît jusqu’à la fin du cycle ;
* le taux de LH également faible au début du cycle connaît un pic très important
peu avant l’ovulation puis décroît rapidement jusqu’à la fin du cycle.
2.1.4 Interprétation
- Pendant la phase folliculaire, la thèque interne et la granulosa des follicules ovariens
sécrètent les œstrogènes (dont l’oestradiol) qui permettent la reconstitution et
l’épaississement de la muqueuse utérine après les menstruations. Pendant la phase
lutéale, le corps jaune sécrète de la progestérone et un peu d’oestradiol qui
accentuent la prolifération de la muqueuse utérine. L’endomètre présente alors une
structure favorable à l’accueil de l’embryon, d’où le nom de phase gestative donnée
également à la phase lutéale ;
- L’hypophyse influence le fonctionnement des ovaires en sécrétant deux hormones :
* la FSH (Hormone Folliculo-Stimulante) stimule la croissance et la maturation
des follicules qui sécrètent alors les oestrogènes ;
* la LH (Hormone Lutéinisante) est responsable de l’ovulation (libération massive
et brève de cette hormone appelée « pic » à 48 heures de l’ovulation) et de la
transformation du follicule rompu en corps jaune (sécréteur de la progestérone et de
l’oestradiol)
2.1.5. Conclusion
Au cours des différents cycles sexuels de la femme, il existe des relations entre les
divers organes sexuels.
2.2. Exploitation de résultats expérimentaux
2.2.1. Résultats
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1ère série d’expériences
Pour connaître chez la rate le déterminisme du cycle ovarien dont la durée est de 5
jours, on réalise les expériences suivantes :
-Expérience 1
Chez les femelles castrées, l’hypophyse augmente de volume et, dans le sang, on peut
doser une quantité anormalement élevée de FSH et LH (hormone hypophysaires). Si
on injecte alors des quantités bien dosées d’oestrogènes, la sécrétion de FSH et LH se
stabilise autour du taux normal.
-Expérience 2
L’ablation de l’hypophyse pratiquée le 3è jour du cycle provoque l’atrophie des
ovaires. Le taux d’œstrogènes dans le sang est alors inférieur à la normale et on ne
décèle jamais de progestérone.
-Expérience 3
La greffe d’hypophyse corrigera les effets de l’ablation si celle-ci est faite à son
emplacement d’origine.
-Expérience 4
On peut provoquer également chez des femelles non castrées une hypersécrétion des
hormones hypophysaires en stimulant électriquement l’hypothalamus de façon
régulière et localisée
2ème série d’expériences
On constate que la castration d’un rat est suivie d’une augmentation d’activité
l’hypophyse, celle-ci pouvant etre arrêtée par une injection de broyat de testicule.
La purification de ce broyat permet d’isoler une substance : la testostérone.
L’injection directe de testostérone dans l’hypophyse d’un rat normal est sans effet.
Par contre, l’injection pratiquée directement dans l’hypothalamus provoque une
baisse d’activité de l’hypophyse et une régression des testicules.
La lésion de certaines zones de l’hypothalamus provoque les mêmes effets que
l’hypophysectomie, mais l’injection d’extraits hypophysaires à ce même animal
corrige alors les troubles provoqués. L’observation anatomique de la liaison entre
l’hypophyse et l’hypothalamus est donnée par la figure ci-dessous.
Extraits de :
Biologie Terminale D, collection Tavernier, édition février 1993, page
345 et
Biologie Terminale D, collection ADN, édition 1989, page 367
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2.2.2. Analyse
1ère série d’expériences
- La castration de rates provoque une hypertrophie de l’hypophyse avec
hypersécrétion de FSH et LH qui est corrigé par une injection de quantité bien dosée
d’œstrogène.
- L’hypophysectomie pratiquée le troisième jour du cycle provoque l’atrophie des
ovaires qui sécrètent alors très peu d’œstrogène et pas du tout de progestérone. Ces
anomalies sont corrigées par une greffe d’hypophyse pratiquée à la base de
l’hypothalamus.
- La stimulation électrique régulière et localisée de l’hypothalamus provoque une
hypersécrétion de FSH et LH chez des rates non castrés.
2ème série d’expériences
- La castration d’un rat provoque une hypersécrétion d’hormones hypophysaires qui
est corrigée par une injection de testostérone pratiquée dans l’hypothalamus.
- Chez un rat normal, l’injection de testostérone dans l’hypothalamus un
ralentissement de la sécrétion des hormones hypophysaires et un régression des
testicules.
- La lésion de certaines zones de l’hypothalamus provoque une dégénérescence du
testicule et un arrêt de la spermatogenèse, anomalie corrigée par une injection
d’extraits hypothalamiques.
2.2.3. Interprétation
1ère série d’expériences
L’hypophyse contrôle le fonctionnement des ovaires par deux hormones appelées
gonadostimulines ou gonadotrophines, la FSH et la LH. Le fonctionnement de
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l’hypophyse est à son tour contrôlé par l’hypothalamus par l’intermédiaire d’une
hormone, la GnRH (Gonadotrophin Releasing Hormone) et par les hormones
ovariennes :
En début de cycle, une sécrétion pulsatile de GnRH par l’hypothalamus déclenche
la sécrétion de FSH et LH par l’hypophyse antérieure. L’importante sécrétion de FSH
stimule celle de l’oestradiol dont le taux croissant entraîne par rétrocontrôle négatif
le complexe hypothalamo-hypophysaire, la baisse du taux de FSH. Vers la fin de la
phase folliculaire, l’importante quantité d’œstradiol, par un rétrocontrôle positif
déclenche une libération massive et brève (pic) de LH (accompagné d’un petit pic de
FSH). C’est le pic de LH qui provoque l’ovulation. Pendant la phase lutéinique, un
taux relativement élevé de progestérone et d’œstradiol par un rétrocontrôle négatif
freine la production de FSH et LH.
A la fin de cette phase et en l’absence de nidation, la chute du taux d’œstrogènes et
de progestérone, par un rétrocontrôle négatif permet la remontée du taux de FSH et
de LH.
Pendant cette phase lutéinique, la progestérone provoque le ralentissement de la
fréquence de GnRH et a un effet inhibiteur sur le rétrocontrôle positif exercé par
l’oestradiol (voir document ci-dessous)
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2ème série d’expériences
L’hypophyse contrôle le fonctionnement des testicules par deux hormones, la FSH
et LH. Le fonctionnement de l’hypophyse est à son tour contrôlé par l’hypothalamus
par l’intermédiaire de la GnRH et par une hormone testiculaire, la testostérone (et
une protéine, l’inhibine, produite par les cellules de Sertoli) :
La FSH active la spermatogenèse par le biais des cellules de Sertoli qui élaborent alors
une protéine, l’inhibine, indispensable à la fixation de la testostérone sur les cellules
de la lignée germinale qu’elle stimule.
La LH quant à elle, favorise la synthèse de la testostérone par les cellules de Leydig.
La sécrétion de LH est inhibée (ou modulée) par rétrocontrôle négatif dès que le taux
plasmatique de la testostérone dépasse un seuil. Quant à celle de FSH, l’inhibine
serait responsable de son inhibition (par rétrocontrôle négatif).
Il n’y a pas de rétrocontrôle positif des testicules sur le complexe hypothalamohypophysaire. (voir document ci-dessous).
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2.2.4. Conclusion
Chez la femme, tout comme chez l’homme, sous l’influence de l’hypothalamus,
l’hypophyse contrôle le fonctionnement des gonades (ovaires et testicules). A leur
tour, les gonades exercent un rétrocontrôle soit positif, soit négatif sur le complexe
hypothalamo-hypophysaire : on parle alors de régulation.
La compréhension du mécanisme de régulation des cycles sexuels de la femme a
permis la mise au point de la pilule contraceptive qui est constituée d’hormones
ovariennes de synthèse. L’absorption régulière de ces hormones de synthèse entraîne
une augmentation de leur taux dans le sang. Celles-ci exercent un rétrocontrôle
négatif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire avec pour conséquences un
blocage de l’ovulation (anovulation) ou une absence de nidation (par atrophie de
l’endomètre).
La contraception a pour avantages le planning familial, la préservation de la santé de
la mère, la réduction des grossesses à risque (précoces, nombreuses, tardives et
rapprochées).
2.3. Conclusion partielle
Les organes sexuels interagissent par l’intermédiaire d’hormones.
CONCLUSION GÉNÉRALE
Chez les Mammifères, la reproduction se fait par des œufs obtenus par la fusion
d’un spermatozoïde et d’un ovocyte. L’œuf se développe par la suite dans l’utérus.
La réussite de ces processus est due au fonctionnement harmonieux des organes
sexuels (gonades, complexe hypothalamo-hypophysaire, utérus etc.) qui interagissent
grâce à des hormones.
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