LA MATIERE ET LA VIE. 1 - La matière et ses niveaux dorganisation

LA MATIERE ET

LA VIE

1 - La matière

et ses niveauxd’organisation

Structure de la matière :

ATOMES

et MOLECULES

Atome : 1 noyau (protons et neutrons) un nuage d’électrons

Plusieurs atomes s’accrochent et forment une MOLECULE

La molécule la plus complexe : L’ ADN

Les molécules complexes peuvent

transmettre de l’information

ligand

Zone réceptrice

Membranecellulaire

2 - La matièrevivante

Est vivante une structure qui :

2) est capable de se reproduire

1) est capable d’organiser la matière

3 – les niveauxd’organisation

Les molécules se groupent

et forment

des CELLULESLes cellules remplissent des fonctions

Les cellules à fonctions complémentairesse groupent et forment des ORGANESLes organes remplissent des fonctions

Exemple de l’estomac

Cellules musculairesCellules nerveuses Cellules sécrétrices d’acideCellules à mucusArtères et veines

coeur

Les organesà fonctions complémentairesse groupent et forment des systèmes (= appareils)Les systèmes remplissent des fonctions

Dissection de souris

Un grand nombre de systèmes à fonctions complémentairesforment un organisme

Thorax humain

D’autres niveaux existent

Populations

Écosystème local (ex : mare)

Écosystème général

4 - Les 7 caractéristiques

de la VIE

4.1 –

ORGANISATIONCOMPLEXE

Squelette de la main

4.2 –

REPRODUCTION

Bactéries en cours de mitose

Chatte et chaton femelle chimpanzé et son jeune

4.3 –

CROISSANCE ETDEVELOPPEMENT

Poissons adulte et jeune

Embryons de poisson batracien reptile oiseau mammifère

4.4 –

ADAPTATION àL’ENVIRONNEMENT

Ficus temple Angkor-vat

HOMEOSTASIE = stabilité

4.5 –

REACTIONS AL’ENVIRONNEMENT

Chauve-souris

Antennes papillon de nuit

4.6 –

EVOLUTION

DARWIN : 1809 – 1882

Dates importantes :

1831 – 1836 : voyage du Beagle

1859 : « Sur l’origine des espècespar le mécanisme de la sélection naturelle »

1871 : « la lignée humaine »

Photo Darwin

Le « beagle » en mer

Voyage de Darwin

Pinsons de Darwin

-1) à tout moment il existe, entre les individus d’une même espèce, des variations morphologiques, physiologiques et comportementales. 

-2) certaines de ces variations ont, au moins partiellement, une base héréditaire 

- 3) les êtres vivants ont une énorme capacité de reproduction ; or, dans les conditions normales, leur nombre tend à rester globalement constant de génération en génération 

ceci résulte de la compétition qui s’instaure entre les individus en vue de l’acquisition des ressources disponibles dans le milieu, qui sont limitées.

-4) le résultat de cette compétition est que certains individus, mieux armés dans la lutte pour l’acquisition des ressources, auront plus de descendants que les autres ;

ils transmettront à ces descendants leurs capacités, et ainsi l’espèce s’adaptera de mieux en mieux, de génération en génération, par ce phénomène de sélection naturelle.

Lignée humaine

4.7 – TOUTES CES PROPRIETES SONT POSSIBLES GRACE A LA CIRCULATION DE L’ENERGIE

4.7 – a)Homéostasie, croissance et réactions à l’environnement nécessitent de la matière et de l’énergie

Thermographie thorax humain

Thermographie chien

Lion et lionceau

Rapace Et lapin

4.7 – b)matière et énergie circulent le long des chaînes trophiques

Le premier niveau est constitué par les plantes chlorophylliennesqui utilisent l’énergie de la lumière solaire

Les planteschlorophylliennessont des êtres vivants

AUTOTROPHES

Puis matière et énergie circulent de niveau en niveau

Exemple d’êtres vivants HETEROTROPHES(vaches)

steack

Ventre plat

piéride

merle

chat

Les saprophytes utilisent la matière organique en décomposition

champignons

On récupère de l’énergie en brisant les liaisons entre les atomes des molécules

LA CELLULE : unité fondamentale de la vie

XVIIème Robert Hook 1er microscope (X30)

XVIIème : Antoon Leewenhoek : microscope (X300)

XXème : microscope électronique (X 30 000)

LA CELLULE :

Une membrane

Un cytoplasme

Un noyau

LA CELLULE :

Une membranesépare le cytoplasme du milieu extérieurporte des récepteurs sensibles à certains ligandsligands

Un cytoplasme

Un noyau

LA CELLULE :

Une membranesépare le cytoplasme du milieu extérieurporte des récepteurs sensibles à certains ligandsligands

Un cytoplasmegel contenant en suspension des organitesorganites

Un noyau

LA CELLULE :

Une membranesépare le cytoplasme du milieu extérieurporte des récepteurs sensibles à certains ligandsligands

Un cytoplasmegel contenant en suspension des organitesorganites

Un noyaucontient le matériel génétique

Schéma cellule

cytosquelette

Épiderme oignon

Caryotype humain

5Les molécules de la vie

Glucides LipidesProtéinesAcides nucléiques

5 - 1Les glucides

ribose

glucose

Glucides :Glucides :Énergie rapide

Génétique (ADN = acide désoxyribonucléique)

Synthèse des protéines (ARN = acide ribonucléique)

Formes de stockage :

Amidon (plantes)Glycogène (animaux)

La glycémie est la concentration en glucose du sang (valeur normale à jeun : 1g/litre

Mesure de la glycémie

Bouteille coca

Bouteille coca et sucres

Yaourts aux fruits

5 - 2Les lipides

Lipides :Lipides :Réserve d’énergie

Membrane cellulaire

Stéroïdes sexuels

Lipides 1 – réserve d’énergie

Lipides : - 1 -Réserve d’énergie

Les lipides en excès sont stockés dans les lipocytes

- 2 - Les phospholipides :

Les phospholipides sont un constituant essentiel de la membrane cellulaire

Les hormones sexuelles

testostérone oestradiol

H3C

Les hormones sexuelles

testostérone oestradiol

5 - 3Les protéines

Protéines :Protéines :Rôles très nombreuxConstitutifs de l’organismeTransport de substancesEnzymes (métabolisme)HormonesMouvementimmunité

Les protéines

Éléments de base : Les acides aminésacides aminés

- 5.3.1 -

Il existe 20 acides aminés

Ex : glycine, sérine,tryptophane, …

Acide aminé : élément de base des protéines

Carbone central

Carbone central

Atome d’hydrogène

NH2 : radical AMINE

Carbone central

Atome d’hydrogène

NH2 : radical AMINE

Carbone central

Atome d’hydrogène

CO OH : radical HYDROXYLE

NH2 : radical AMINE

Carbone central

Atome d’hydrogène

CO OH : radical HYDROXYLE

Chaîne latérale

H NH

O

OHC

GLYCINE TRYPTOPHANE

- 5.3.2 - Des acides aminés

aux protéines :

La liaison peptidique

legos

1 acide aminé 1 acide aminé

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -1-

1 acide aminé 1 acide aminé

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -1-

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -2-

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -3-

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -4-

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -5-

Des acides aminés à la protéine :

Liaison peptidique -6-

protéine

eau

O H H C C N OH R H

O H H C C N OH R H

+

Acide aminé 1 Acide aminé 2+

O H H C C N OH R H

O H H C C N OH R H

+

Acide aminé 1 Acide aminé 2+

O H H C C N OH R H

O H H C C N OH R H

+

H2O O H H C C N OH R

O H H C C N R H

Acide aminé 1 Acide aminé 2+

eauprotéine

Les différents niveaux d'organisation d'une protéine

4 niveaux de complexité croissante

- 5.3.3 -

1er niveau :

La SEQUENCE

= ordre d’enchaînementdes acides aminé

alanine

alanine

prolinetyrosine

alanine

tyrosine

leucine

leucine

lysine

histidine

tryptophane

glycine

glycine

tryptophane

ALA – PRO – TYR – ALA –LEU – LEU – LYS – HIS …

2ème niveau :

STRUCTURE SECONDAIRE

= hélice et feuillet

Hélice et feuillet

Exemple d’hélice

3ème niveau :

STRUCTURETERTIAIRE

les cystéines formentdes ponts disulfures

cystéine

cystéine cystéine

cystéine

Les ponts disulfures obligent la protéine à se replier sur elle-même et à prendre une structure complexe

4ème niveau :

STRUCTUREQUATERNAIRE

plusieurs sous-unitéss’assemblent

Structure quaternaire ex : hémoglobine

Exemple de structure quaternaire

La complexité de structure des protéines en fait des molécules porteuses d’information

- 5.3.4 -

2 exemples importants :

La neuro-transmissionneuro-transmission(les récepteurs sont des protéines)

Le fonctionnement hormonalhormonal(cas des hormones protéiques)

Membrane du neurone pré-synaptique

Membrane du neurone post-synaptique

récepteur

Molécules de

neuro-transmetteur

synapse

Membranecellulaire

récepteur

cellule

Moléculesd’hormone

sang

Modifications du fonctionnementde la cellule

Rôle des protéines dansla synthèse de nouvelles molécules :

Les enzymesenzymes

- 5.3.5 -

Problème : on veut fabriquerune nouvelle molécule

à partir de constituantsséparés dans la cellule

Une ENZYMEENZYME est une PROTEINEPROTEINE qui possède 2 SITESSITES particuliers

Site 1 Site 2

Les 2 constituants se fixentsur l’enzyme

Une liaisonchimique se forme

La nouvelle moléculese détache

L’enzyme est prêtepour une nouvellesynthèse

En contrôlant le nombre de molécules d’enzyme,la cellule contrôle l’intensité de la synthèse

La fabrication des enzymesdépend du code génétique

- 5.4 - LES ACIDES NUCLEIQUES

ADN et ARN

- 5.4.1 – Les constituants de base

DES ACIDES NUCLEIQUES

sucresucre

phosphorephosphore

basesbases

adénine thymine

cytosine guanine

uracile

A T

C G

U

Ribose (ARN) ou Désoxyribose (ADN)

Les nucléotidesLes nucléotides

ADN

ARN

AD

P

U R

P

GD

P

C D

P

T D

P

C R

P

AR

P

GR

P

L’ ADN

ADN AD

GD

D C

AD

P

P

P

P

ADN AD

GD

D C

AD

P

P

P

P

T D

CD

T D

G D

P

P

P

P

ADN AD

GD

D C

AD

P

P

P

P

T D

CD

T D

G D

P

P

P

P

(bicaténaire)

Structure de l’ADN : La double hélice

L’ ARN

sucresucre

phosphorephosphore

basesbases

adénine thymine

cytosine guanine

uracile

A T

G C

U

Ribose (ARN) ou Désoxyribose (ADN)

ADN AD

GD

D C

D

P

P

P

P

T

ADN AD

GD

D C

AD

P

P

P

P

T D

CD

T D

G D

P

P

P

P

ARN AR

GR

R C

R

P

P

P

P

nPar rapport à l’ADN :

1)Le désoxyribose est remplacé pardu ribose

2) La thymine estRemplacée par de l’URACILE

3) l’ARN est souventmonocaténaire

- 5.4.2 – La réplication

de l’ADN

réplicationde l’ADN

AD

P

D C

P

GD

P

AD

P

T D

CD

P

P

G D

P

T D

P1 - Ouverture de la

chaîne

réplicationde l’ADN

AD

P

D C

P

GD

P

AD

P

T D

CD

P

P

G D

P

T D

P

T

D

P

2 - assemblage

A TT AA TG CC GA TC GT AG CG CG CT AA T

A TT AA TG CC GA TC GT A

G CG C

GC GCTA TA

AT AT

A TT AA T

G CC G

A TCG CGTA TA

GC GCGC GC

GC GCTA TA

AT AT

AT ATTA TAAT ATGC GCCG CGAT ATCG CGTA TAGC GCGC GCGC GCTA TAAT AT

2 moléculesd’ADN

identiques

1 molécule1d’ADN

La réplication de l’ADN permetla reproductioncellulaire :

1 cellule-mèredonne 2 cellules-fillesqui ont des patrimoines génétiquesidentiques

- 5.4.3 -

Les gènes

Définition :

Un gène est un fragment d’ADN, donc un enchaînement de nucléotides.

Il contient l’information nécessaire à la fabrication d’une protéine

(cette protéine pouvant être une protéine structurale,une enzyme …)

Séquençage du génome =

Établir la liste des gènes d’un organisme

+

Établir le liste ordonnée des bases qui constituent chaque gène

Espèce humaine = environ 30 000 gènes

premier exercice de génétique

Phénotype « yeux bleus »

PIGMENT BLEU

divers constituantsSynthèse de

PIGMENT BLEU

+

divers constituantsSynthèse de

PIGMENT BLEU

+

ENZYME (protéine)

divers constituantsSynthèse de

PIGMENT BLEU

+

ENZYME (protéine)

GENE

PATERNEL MATERNEL

+

PIGMENT BLEU

PIGMENT BLEU

CHROMOSOMES

2 gènes identiques : sujet HOMOZYGOTE

PATERNEL MATERNEL

+

PIGMENT BLEU

PIGMENT NOIR

CHROMOSOMES

2 gènes différents : sujet HETEROZYGOTE

Un point de vocabulaire :

Gène DOMINANTGène RECESSIF

Génotype phénotype

Le caractère NOIR l’emporte sur le bleu : il est dit « DOMINANT » Le caractère bleu est dit « RECESSIF »

PATERNEL MATERNEL

+

PIGMENT BLEU

PIGMENT NOIR

2 gènes différents : sujetHETEROZYGOTE

YEUX NOIRS

PATERNEL MATERNEL

+PIGMENT BLEU

PIGMENT NOIR

2 gènes différents : sujet

HETEROZYGOTE

PATERNEL MATERNEL

+PIGMENT BLEU

PIGMENT BLEU

PATERNEL MATERNEL

+PIGMENT NOIR

PIGMENT NOIR

2 caractères NOIRS : sujet

HOMOZYGOTEDOMINANT

2 caractères BLEUS : sujet

HOMOZYGOTERECESSIF

LA TRANSMISSION DES CARACTERES

Spermatozoïdes23 chr.

RAPPEL : LES GAMETES (ovules et spermatozoïdes)

NE CONTIENNENT QUE LA MOITIE DES CHROMOSOMES

Ovules23 chr

Homme adulte 46 chr.

femme adulte 46 chr.

FECONDATION 46 chr.

spermatozoïdes

Yeux bleus

spermatozoïdes

ovules

Yeux bleus

Yeux bleus

spermatozoïdes

ovules

Yeux bleus

spermatozoïdes

ovules

Yeux bleus

Yeux bleus

spermatozoïdes

Yeux noirs

ovules

Yeux bleus

Yeux bleus

spermatozoïdes

ovules

Yeux bleus

spermatozoïdes

ovules

Yeux bleus

spermatozoïdes

ovules

Yeux noirs

spermatozoïdes

Yeux noirs

ovules

Yeux noirs

spermatozoïdes

Yeux noirs

ovules

Yeux noirs

spermatozoïdes

Yeux noirs

LES GROUPES SANGUINS

A

A

A

A A

A

AA A A

A

AAnti-BAnti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

ANTIGENE AAGGLUTININE ANTI-B

Il existe 2 sortes d’antigènes

sur les hématies : A et B

Il existe 2 sortes d’agglutinines

dans le plasma : anti-A et anti-B

AA

A

A

B

BB

B

Anti-A

Anti-A

Anti-A Anti-A

Anti-A Anti-B

Anti-B Anti-B

Anti-B Anti-B

A

AA

A A

AAA A A

AA

B

BB

B B

BBB B B

BB A

AB

B B

AAA B B

BA

Groupe A

Groupe B Groupe AB

Groupe O

A

AA

A A

AAA A A

AA

B

BB

B B

BBB B B

BB A

AB

B B

AAA B B

BA

Groupe A

Groupe B

Groupe O« donneur universel »

Anti-B

Anti-A

Anti-A

Anti-BAnti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-A

Anti-A

Anti-B

Anti-B

Anti-A

Anti-A

Anti-A

Anti-A

Anti-A

Groupe AB« receveur universel »

B

BB

B

B

BB

B

B

BB

B

B

BB

B

TRANSFUSION DE SANG « B »CHEZ UN RECEVEUR A

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

DESTRUCTION DES HEMATIES DU SANG TRANSFUSECHOC TRANSFUSIONNEL

Anti-B Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-B

Anti-BAnti-B

Anti-B

Anti-B

A B AB O

oui

oui

oui

oui

oui

oui

D O N N E U R

non

non

non

oui

non

non

non

non

oui

oui

A

AB

B

O

RECEVEUR

L’HEREDITE DES GROUPES SANGUINS

A et B dominent O

AA et AO groupe ABB et BO groupe BAA et BB groupe AB OO O

A O

A

O

AA AO

AO OO

O O

O

O

OO OO

OO OO

A O

B

O

AB BO

AO OO

La synthèse des protéines

ADN

ARNm

ARNm

PROTEINE

transcription

traduction

noyau

cytoplasme

la transcription

ADN ARNm(gène)

AAATTGCTAGCTATGCTGCTACGTTACCGGTAGCTTAAGTTTAACGATCGATACGACGATGCAATGGCCATCGAATTC

brin codant

brin matricegène

gène

EXON 1 INTRON EXON 2 INTRON EXON 3 INTRON EXON 4

sitepromoteur séquence transcrite

Site determinaison

Séquence -35 : T T G A C A

Séquence -10 : T A T A T T

Détermine le brin codantDétermine le point de début de transcription

CTATGCTGCTACGTTAC GATACGACGATGCAATG

CTATGCTGCTACGTTACG ACGATGCAATG G C A T A

1 – ouverture de l’ADN

CTATGCTGCTACGTTACG ACGATGCAATG C G G C U A A T U A

ARN prémessager

2 - début de la Synthèse de

l’ARN prémessager

CTATGGTGCTACGTTAC GATACCA ATG UGCUAC A G CGATGC G U A U

3 – progression de la synthèse de

l’ARN prémessager

CTATGGTGCTACGTTAC GATACCACGATGCAATG

UAUGGUGCUACGUUA

4 – fin de la synthèse de l’ARN prémessager

gène

EXON 1 INTRON EXON 2 INTRON EXON 3 INTRON EXON 4

ARN prémessager

gène

EXON 1 INTRON EXON 2 INTRON EXON 3 INTRON EXON 4

ARN prémessager

excision

gène

EXON 1 INTRON EXON 2 INTRON EXON 3 INTRON EXON 4

ARN prémessager

excision

épissage

ARN messager

ADN

ARNm

ARNm

transcriptionnoyau

cytoplasme

ADN

ARNm

ARNm

PROTEINE

transcription

traduction

noyau

cytoplasme

la traduction

ARNm PROTEINE

Lieu de la synthèse : les RIBOSOMES

Grossesous-unité

petitesous-unité

RIBOSOME

4 bases : A U G C 20 acides aminésComment établir la correspondance ?

4 bases : A U G C 20 acides aminésComment établir la correspondance ?

1 bases : 4 possibilités A U G C

4 bases : A U G C 20 acides aminésComment établir la correspondance ?

1 bases : 4 possibilités A U G C

2 bases : 16 possibilités AA AU AG AC UA UU UG UC

. . .

4 bases : A U G C 20 acides aminésComment établir la correspondance ?

1 bases : 4 possibilités A U G C

2 bases : 16 possibilités AA AU AG AC UA UU UG UC

. . .3 bases : 64 possibilités

AAA AAU AAG AACAUA AUU AUG AUCAGA AGU AGG AGCACA ACU ACG ACC . . .

Sur l’ARN messager, chaque Acide Aminé est représenté

par un TRIPLET de bases = un CODON

LA LISTE DES CODONSET DE LEURS CORRESPONDANCES

EN ACIDES AMINES CONSTITUELE CODE GENETIQUE

CE CODE EST UNIVERSEL

1

2

3

REDONDANCEREDONDANCE

U A C

Acide aminé

ARN de transfertARN de transfert

Site d’accrochagede l’acide aminé

Anti-codon

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

G A A

LEU

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

G A A

LEU

G C A

ARG

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

G A A

LEU

G C A

ARG

C A A

VAL

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

G A A

LEU

G C A

ARG

C A A

VAL

A U G C U U C G U G U U

Met Leu Arg Val

U A C

MET

G A A

LEU

G C A

ARG

C A A

VAL

ribosome

CTATGGTGCTACGTTAC GATACCACGATGCAATG

UAUGGUGCUACGUUA

UAUGGUGCUACGUUA

UAUGGUGCUACGUUA

UAUGGUGCUACGUUA

UAUGGUGCUACGUUA

1er facteur d’amplification :fabriquer de nombreuxARNm lors d’une seule

ouverture de l’ADN

ARNm

ribosomes

protéine

2ème facteur d’amplification : lecture par un grand nombre de ribosomes

Protéine brute protéine fonctionnelle :

LA MATURATION DES PROTEINES

Schéma cellule

RETICULUM :

Maturation de la protéine

PROTEINE :

de STRUCTURE

FONCTIONNELLEenzyme

transport

exportée

PROTEINE :

de STRUCTURE

FONCTIONNELLEenzyme

transport

exportée

hormone …

Contrôle d’uneréaction chimique