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Introduction : La machine

humaine

L’homme : une des créatures les

plus évoluées des espèces

vivantes

Cours biologie DEUST 1 STAPS : R. ELLENA

• Une organisation clairement définie

• Un appareil reproducteur

remarquablement conçu

• Un cerveau efficace

LA MACHINERIE DE BASE

• Pour contenir les organes et se déplacer :

- Un système ostéo-articulaire

> Position debout

> Mains avec un pouce en opposition

Pour assurer sa vie

• Un système respiratoire

• Un système circulatoire

»Capables de s’adapter

Pour s’alimenter

• Un système digestif capable de mastiquer,

absorber, digérer et éliminer une

alimentation très variée

Pour diriger le fonctionnement des

muscles et des organes

• Un système nerveux très évolué

comportant :

- Un système nerveux volontaire

commande musculaire

- Un système de contrôle automatique

de la vie intérieure

+ Des organes des sens

• Vue

• Ouïe

• Odorat

• Goût

• Toucher

+ Une régulation du milieu intérieur

• Glandes endocrines Hormones

+ Un système de respiration tissulaire et de

défense

Le système sanguin

Chapitre I.

LA CELLULE : Unité de vie

• Introduction :

La cellule : la plus petite unité de l’être vivant

Elle remplit toutes les fonctions de l’organisme

- Métabolisme

- Mouvement

- Croissance

- Reproduction

- Transmission héréditaire

Métabolisme : ensemble des réactions

chimiques dans un organisme

• Toutes les cellules ont :

- Des caractéristiques communes

- Des spécificités

Elles sont capables de se reproduire seules

Deux types de cellules :

- Les procaryotes : cellules sans noyau (ex: les

bactéries)

- Les eucariotes : cellules avec noyau

Les cellules humaines sont eucaryotes (-Taille 50 microns)

N.B : Les virus ne sont pas considérés comme des organismes vivants

VIRUS = Fragments d’acide nucléique (ARN ou ADN)

Exemple : - Un virus à ARN VIH, rotavirus (virus responsable de la principale cause de diarrhée infantile dans le monde), hépatite A

- Un virus à ADN Herpès, varicelle….

1.1 STRUCTURE DE LA CELLULE

• 1.1.1 La membrane cellulaire ou

membrane plasmique

- Double couche liquidique

(phospholipidique)

- Délimite la cellule et la sépare du milieu

cellulaire

La membrane plasmique

Coupe membrane plasmique

Rôle de la membrane cellulaire :

• Echange

• Senseur

• Ancrage

Schéma des 3 rôles de la membrane

1) Rôle d’échange

• La membrane est semi-perméable

• Les échanges peuvent se faire :

- Diffusion passive

- Transport actif

2) Rôle de senseur : Détecteur

placé à la source

• Message grâce à des protéines

• Récepteur spécifique

3) Rôle d’ancrage

• Permet la jonction des cellules entre elles

et à la matrice cellulaire

La matrice cellulaire est le matériel entre

les cellules (essentiellement composé

d’une protéine, le collagène)

1.1.2 LE NOYAU

- Composition du noyau

Une enveloppe nucléaire (double +

pores)

Le nucléoplasme : intérieur du noyau

La chromatine

Un (à 4) nucléoles

- Fonctionnement du noyau

Contient l’information génétique

C’est le lieu de la transcription de

l’ADN

Stocke de l’ADN

1.1.3 LE CYTOPLASME ET LES DIFFERENTS

ORGANITES INTRACELLULAIRES

LE CYTOPLASME

• Liquide (50% à 80% d’eau) contenu dans une cellule vivante entre les organites et la membrane.

• Rôles du cytoplasme

* Lieu de synthèse des protéines

* Lieu de la glycolyse

Glycolyse = voie métabolique d’assimilation du glucose et de production d’énergie. Ne nécessite pas d’oxygène

Absence d’O2 = réaction anaérobie

= 10 réactions chimiques aboutissant à la production d’ATP (Adénosine Tri Phosphate« Carburant du muscle »)

= 1molécule de glucose 2 molécules d’ATP + pyruvates (déchets acides)

• L’ATP est une molécule énergétique

immédiatement utilisable par le muscle.

• ATP + H2O ADP + P + Energie

LES DIFFERENTS ORGANITES

• LES MITOCHONDRIES

• Gros organite

• Plusieurs centaines par cellule

• Appelée la « centrale énergétique »

• Composée de 2 membranes dont l’interne forme des plis.

• Lieu de la respiration cellulaire = production d’ATP (en présence d’O2)

= réaction aérobie

Schéma de la respiration cellulaire

• Cycle de KREPS

• 1 molécule de glucose voie aerobie36

molécules d’ATP

• La respiration cellulaire génère beaucoup

plus d’ATP (énergie) que la glycolyse

(cytoplasmique)

Le réticulum endoplasmique

• Sac aplati

• 2 types :

* Le réticulum endoplasmique lisse (REL)

rôle : synthèse des lipides

* Le réticulum endoplasmique rugueux

(REG) rôle : synthèse des protéines

L’appareil de GOLGI

• Sacs aplatis

Rôles : - stocker les protéines du RER

- Achever leur maturation

- Sécréter les protéines : exocytose

Exocytose = Libération à l’extérieur de la cellule des molécules, particulièrement les protéines comme l’insuline ou les neuromédiateurs

Les Lysosomes

• Vésicules contenant des enzymes

hydrolytiques

• Rôle : Servent à la digestion des

substances capturées par la cellule

(phagocytose)

Le squelette cellulaire ou

cytoplaste

• Composé de filaments protéiques (=

armature de la cellule)

Fonction : Sert au maintien et aux

changements de forme de la cellule

Sert aux mouvements, en

particulier cellules musculaires

(filaments d’actine)

Les ribosomes

• Granules denses formés de protéines et

d’ARN

• Fonction : Assemblent les acides aminés

en protéines pour les exporter hors de la

cellule

1.2 L’information génétique Video sur la synthèse des protéines:

synthese_proteique

1.2 L’information génétique

L’ADN : Acide Désoxyribonucléique

• Macromolécule

• Molécule en double hélice = 2 brins spirales

• Chaque brin est un polymère de « nucléotide »

• Nucleotide : 3 constituants

- Un groupement phosphate H3 PO4

- Un sucre (ou ose) : le désoxyribose

- Une base azotée parmi 4 possibles :

* l’Adénine (A)

* la Citosine (C)

Bases puriques

* la Guanine (G)

* la Thymine (T)

Bases pyrimidiques

• Les 2 brins d’une molécule d’ADN sont

reliés l’un à l’autre de manière spécifique.

A T et inversement

G C et inversement

Les 2 chaines d’ADN sont complémentaires

par leurs nucléotides

Fonction de l’ADN :

• - La molécule d’ADN contenue dans chaque chromosome est le support de l’information génétique

• - En se divisant, une cellule transmet son patrimoine génétique, c’est-à-dire son ADN aux cellules filles

• - A chaque information (génétique) correspond un gêne et à chaque gêne, une protéine

• - A partir de l’ADN, les cellules fabriquent des protéines

• Le gêne est une portion d’ADN qui

détermine la structure d’une protéine

• Problème :

- L’ADN ne peut sortir du noyau cellulaire

- Un acide nucléique intermédiaire

(pouvant sortir du noyau) va entrer en jeu

pour permettre cette synthèse protéique

(l’ARN ou Acide Ribonucléique)

L’ARN ou Acide Ribonucléique

• ARN = (Autre) acide nucléique nécessaire

à la synthèse des protéines :

- Molécule plus courte que l’ADN

- Formée d’un seul brin

- Le sucre = ribose

- Les bases azotées sont A, C, G, et

l’Uracile spécifique à l’ARN à la place de

la Thymine (T)

Schéma de la molécule d’ARN

Fonction de l’ARN

• Intermédiaire entre l’ADN et les protéines

• L’ARN est synthétisé dans le noyau

cellulaire puis transféré dans le

cytoplasme pour synthétiser les protéines.

• Il existe plusieurs sortes d’ARN (pour

réaliser ce mécanisme)

LES PROTEINES

• Protéine = macromolécule composée de

nombreux acides aminés formant une

chaine polypeptidique.

• Un acide aminé = unité de base des

protéines ; il existe 20 acides aminés.

• A chaque protéine correspond un gêne

• Gêne = séquence d’ADN codant une

protéine

= entre 1000 et 5000 nucléotides

• Génome = matériel génétique porté par

l’ADN

La synthèse des protéines

Fonction :

• Les protéines synthétisées par les cellules participent :

• A la structure de l’organisme :

- Kératine (poils, ongles)

- Collagène (ligaments, tendons, peau)

• Au fonctionnement de l’organisme : exemples

- Fonction enzymatique (catalyseur)

- Fonction hormonale (régulation)

- Fonction de défense (anticorps)

- Fonction de transport (exO2 par l’hémoglobine)

- Fonction de mouvement (actine et myosine dans les cellules musculaires)

Schéma cours IFSI clé USB

ESSENTIEL

• La synthèse des protéines est le mécanisme par lequel s’exprime un gène

• Les propriétés des protéines dépendent de leur séquence d’acides aminés

• C’est l’information relative à l’ordre suivant lequel les divers types d’acides aminés doivent être associés les uns aux autres qui est renfermé dans la séquence de nucléotides d’un gêne

LES MECANISMES DE TRANSMISSION DE

L’INFORMATION GENETIQUE

• 2 mécanismes permettent la synthèse des

protéines

- La transcription (dans le noyau)

- La traduction (dans le cytoplasme)

• LA TRANSCRIPTION

Définition : consiste en la synthèse d’une

molécule d’ARN à partir d’un gêne

A lieu dans le noyau

Permet la fabrication d’une copie d’un

gène qui sort du noyau par les pores

nucléaires pour se retrouver dans le

cytoplasme

Mécanisme de la transcription

• Les liaisons entre les deux brins d’ADN

sont rompues.

• Un des deux brins d’ADN sert de matrice

pour la synthèse d’un brin d’ARN dont la

séquence va être complémentaire du brin

d’ADN transcrit.

• G va être remplacé en C et réciproquement

• T va être remplacé en A

• A va être remplacé en U car l’ARN comporte des U à la place des T

Cette transcription se fait grâce un enzyme:

L’ARN polymérase.

La molécule d’ARN synthétisée va quitter le noyau par les pores nucléaires pour gagner le cytoplasme.

Cet ARN est l’ARN messager ou ARN m

LA TRADUCTION

• Définition : consiste en la synthèse d’une

protéine à partir de l’ARN

- A lieu dans le cytoplasme

- Permet l’assemblage des acides aminés

Mécanisme simplifié

• L’ARN messager (ARNm) = suite de

codons formés de trois bases successives

(64 solutions – voir tableau)

• Codon = triplet de nucléotide codant un

acide aminé

• Plusieurs ribosomes se fixent sur une

molécule d’ARN messager le long de

laquelle ils se déplacent.

• Au fur et à mesure de sa progression le

long de l’ARNm, le ribosome entraîne la

mise en place des acides aminés en

fonction de la séquence de l’ARNm

• La longueur du polypeptide (protéine)

s’accroit au fur et à mesure que le

ribosome progresse le long de l’ARN

messager.

La synthèse des protéines

La synthèse des protéines

Le code génétique

• L’information génétique est codée au niveau de la molécule d’ADN par des triplets de nucléotides, auxquels correspondent des codons de trois nucléotides sur la molécule d’ARN

• Le système de correspondance entre les nucléotides de l’ARN messager et les acides aminés constitue le code génétique.

• Il existe 64 possibilités d’association de 3 bases.

• 61 triplets correspondent à un acide aminé particulier.

• 3 codons (UAA,UAG, UGA) sont des signaux de fin de la synthèse de la protéine (codon arrêt)

• Le début de la synthèse est toujours signalé par le même triplet (AUG) nommé codon de départ. Cet acide aminé sera retiré, plus tard si nécessaire.

• 2 codons ou plus peuvent correspondre à un même acide aminé ; c’est la redondance du code. (ex. 6 codons synonymes pour la Peucine)

• Cela accorde une certaine protection contre des mutations nuisibles, pouvant modifier la séquence des bases

1.3 LA DIVISION CELLULAIRE

- La plupart des cellules humaines sont

capables de se diviser.

* Exception : - Les cellules sans noyau

ex. les hématies (globules rouges)

- Les cellules avec plusieurs

noyaux

- Quelques cellules très

différenciées : ex les neurones

• La division cellulaire permet aux cellules

de se reproduire et de se multiplier : à

chaque division, la cellule transmet son

information génétique, c’est-à-dire son

ADN Processus de Replication

• Division cellulaire = mitose pour toutes les

cellules sauf pour les cellules sexuelles =

meïose

• Dans certains tissus le cycle cellullaire

entier se déroule sans arrêt.

• A tout moment, le corps humain produit

des millions de nouvelles cellules

ex : cellules cutanées, cellules des voies

respiratoires, des voies digestives;

cycle cellulaire

• Pour d’autres cellules, comme le tissu

nerveux ou le tissu musculaire, le cycle

cellulaire est stoppé en interphase une

fois adulte, elles perdent la capacité de se

diviser

Importance vieillissement

accidents touchant le

système nerveux

1.3.1 LA REPLICATION DE L’ADN

• Se déroule dans le noyau

• Consiste à créer à partir d’une molécule mère d’ADN 2 molécules filles strictement identiques.

Mécanisme : 1. Les 2 brins d’ADN se séparent, grâce à une enzyme ; la molécule s’ouvre comme une fermeture éclair

2. Les nucléotides appropriés sont puisés dans le noyau puis placés au bon endroit selon la règle de complémentarité des bases A – T, C – G .

3. A la fin du processus, 2 molécules identiques entre elles et identiques à la molécule d’origine sont obtenues.

1.3.2 LA MITOSE

• Le cycle cellulaire = interphase (G1 + S +

G2) + mitose

• Figure C4 cycle cellulaire Page 880

Physio humaine

• En phase G2 (de l’interphase). L’ADN est sous

forme peu condensée – la chromatine

- Pour être répartie de façon

égale entre les 2 cellules filles l’ADN doit être

condensée. La condensation maximale de l’ADN

forme les chromosomes.

- Les chromosomes sont le

support de l’hérédité

Caryotype et Chromosomes

La mitose = 4 phases :Prophase,

Métaphase, Anaphase, Télophase • Prophase : les chromosomes de condensent ; il

y a séparation des centrosomes

• Métaphase : - l’enveloppe nucléaire disparaît

- les chromosomes s’accrochent sur faisceau mitotique et se placent sur la plaque équatoriale de la cellule

- les chromosomes vont s’aligner horizontalement grâce aux centromères

- c’est à cette étape que les chromosomes sont le plus condensés (réalisation d’un caryotype)

• Anaphase : - les fibres du faisceau

mitotique tirent les chromatides sœurs de

chaque côté

- une copie identique de

chaque chromosome est présente à

chaque pôle

- la cellule présente alors 92

chromosomes

• Thélophase : - c’est la division réelle de la

cellule mère en 2 cellules filles

• - le cytoplasme se divise,

les fibres du faisceau se désintègrent. La

membrane nucléaire se forme autour des

chromosomes dans chaque cellule.

• La phase G0 correspond à une sortie du

cycle

- soit cellule au repos

- soit cellule en mauvaise condition

- soit différenciation

1.3.3 – LA MEIOSE

• Rappel : les chromosomes vont par paire – Les chromosomes d’une même paire sont dits homologues (portent au même endroit les gênes responsables des mêmes caractères

- Dans l’espèce humaine 23 paires de chromosomes

22 paires d’autosomes + 1 paire de chromosomes sexuels :

XX chez la femme

XY chez l’homme

• Chaque chromosome est toujours

constitué de 2 chromatides sœurs reliées

par un centromère

–

• LA MEIOSE = étape dans la formation des

spermatozoïdes (dans les testicules de

l’homme) et dans la formation des ovules

(dans les ovaires de la femme)

• = se fait en 2 étapes meiose1

et meiose2 qui reprennent les mêmes

cycles (Prophase 1 – Métaphase1 –

Anaphase 1 – Telophase 1 – Prophase 2–

Metaphase 2 – Anaphase 2 – Telephase 2

• = aboutit à une cellule à 1

seul chromosome (haploïde)

Conclusion

• Durant la méiose, il existe un brassage

intra et interchromosomique qui aboutit à

la formation de nouveaux chromosomes,

ce qui explique que les enfants d’une

même fratrie soient différents.

LA MORT CELLULAIRE

• Il existe 2 types de mort cellulaire.

- La mort cellulaire physiologique : mort cellulaire programmée (Apoptose)

- Processus qui transforme les cellules afin qu’elles soient éliminées de l’organisme sans laisser de cicatrice (ex. 50% des neurones disparaissent par apoptose)

- La mort cellulaire non physiologique ou nécrose

- Survient lorsque la cellule est confrontée à des situations physiologiques extrêmes (ex. agression brutale comme une brûlure ou une infection).