Du sexe génétique au sexe phénotypique.

La reproduction sexuée (méiose, fécondation) apparaît dès les eucaryotes unicellulaires.Dans le groupe des vertébrés chez les mammifères placentaires, elle se caractérise par l'acquisition de la viviparité = reproduction se faisant par la mise bas d'un ou plusieurs petits jeunes (le développement de l'œuf fécondé est fini). Chez les mammifères placentaires, la viviparité implique des structures d'échanges (le placenta) entre la mère et l'embryon au cours de la gestation permettant des relations de nutrition de l'embryon.

 

Activité 1 : Du sexe génétique au phénotypique

 

 

I. Les relations structure-fonction des appareils sexuels mâle et femelle

 

Activité 2 : Dissection des appareils génitaux mâle et femelle de la Souris

 

Activité 3 : Schématisation simplifiée des appareils génitaux mâles et femelles chez l'Homme

 

Appareil génital mâle :

- 2 testicules (=gonade mâle)- voie génitale : 1 spermiducte (partant des testicules) ou canal déférent, formant un uro-spermiducte,

passant dans le pénis,- glandes annexes dont la prostate.

L'appareil génital mâle est dépendant de l'appareil urinaire mâle.

Appareil génital femelle :

- 2 ovaires (=gonade femelle),- voie génitale : 2 oviductes, qui débouchent dans l'utérus, se prolongeant par le vagin,

s'ouvrant à l'extérieur par la vulve.- glandes annexes

L'appareil génital femelle est indépendant de l'appareil urinaire femelle.

 

II. Chez les mammifères les structures et la fonctionnalité des appareils sexuels mâle et femelle sont acquises en quatre étapes au cours du développement.

1ère étape : stade phénotypique indifférencié.

Mise en place d'un appareil génital indifférencié dont la structure est commune aux deux sexes (génétiquement XX et XY).= Gonade indifférenciée (qui deviendra soit un testicule, soit un ovaire),2 paires de canaux :- canaux de Wolff,- canaux de Müller,

2ème étape : du sexe génétique au sexe gonadique (à partir de la 8ème semaine de développement embryonnaire)

Chez le mâle : Sur le chromosome Y, au cours du développement précoce, le gène Sry (Sex determining region of the chromosome Y) est activé et donne naissance à la protéine TDF (= facteur de determination testiculaire = protéine Sry), signal de développement des gonades en testicules : acquisition du sexe gonadique mâle.

- les canaux de Wolff persistent et se transforment en canaux déférents,- Régression des canaux de Müller .

Chez la femelle :Sur le chromosome X, il n'y a pas de gène Sry. En absence de la protéine TDF, les glandes deviennent des ovaires : acquisition du sexe gonadique femelle.- les canaux de Müller persistent et se transforment en trompes de Fallope, utérus et vagin,- Régression des canaux de Wolff. Conclusion :Le gène Sry est donc un gène architecte.Le sexe masculin est donc lié à la présence du chromosome Y, plus précisément du gène Sry.

3ème étape : du sexe gonadique au sexe phénotypique différencié (toujours lors du développement embryonnaire).La mise en place du sexe phénotypique mâle se fait sous l'action des hormones :- la testostérone (hormone produite par les cellules de Leydig) : empêche la régression des canaux de Wolff et masculinise les organes génitaux externes - hormone antimullerienne(=AMH) (hormone produite par les cellules de Sertoli), responsable de la régression des canaux de Müller Celle du sexe phénotypique femelle s'effectue en absence de ces hormones.

4ème étape : la puberté. (pubescere = se couvrir de poils)période pendant laquelle l'organisme se transforme pour donner un individu apte à se reproduire,= ensemble de transformations morphologiques, anatomiques, physiologiques et comportementales.débute entre8 à 13 ans chez la fille, 10 à 14 ans chez le garçon.

Chez le garçon :- augmentation du volume des testicules et du pénis,- développement de la pilosité,- mue de la voie,- développement de la musculature.

Chez les filles :- développement de la pilosité,- apparition des règles,- développement des seins.- = acquisition de la fonctionnalité des appareils sexuels mâle et femelle et des caractères sexuels secondaires (seins, pilosité …)Ces transformations se font sous le contrôle des hormones sexuelles :

- testostérone chez le mâle, - oestrogènes chez la femelle).

Comment fonctionnent les appareils génitaux males et femelles ? Comment sont-ils régulés ?

 

La fonction de reproduction chez l'homme

Introduction

On étudie le fonctionnement de l'appareil génital chez l'homme adulte.

Problématiques : Comment fonctionne l'appareil génital de l'homme adulte ?Son activité est -elle régulée ? Si oui, comment ?

I. Le testicule produit des spermatozoïdes et une hormone : la testostérone.

Activité 1 : Morphologie et anatomie de l'appareil génital de l'homme

A. La spermatogenèse a lieu dans les tubes séminifères

Bilan Activité 1 :

Le testicule contient de très nombreux tubes séminifères, lieu de la formation des spermatozoïdes = spermatogenèse.

La spermatogenèse a lieu au sein des cellules de Sertoli (cellules nourricières).

Spermatogonies (cellules diploïdes)

mitoses

Spermatocyte diploïde

Méiose I

Spermatocyte haploïde

Méiose II

Spermatide

différenciation

spermatozoïde

les différentes étapes de la spermatogenèse

 

B. Les cellules interstitielles ou cellules de Leydig produisent l'hormone sexuelle mâle, la testostérone

Les cellules situées entre les tubes séminifères, appelées cellules interstitielles ou cellules de Leydig produisent l'hormone sexuelle mâle, la testostérone.

Définition d'une hormone : une hormone est une substance produite par des cellules, transportées dans le sang et qui a une action biologique sur d'autres cellules, appelées cellules cibles.

Le testicule a donc une fonction endocrine = fabrication d'hormones.

Activité 2 : Quels sont les effets de l'hormone sexuelle mâle, la testostérone, secrétée par le testicule ?

Bilan Activité 2

Les rôles de la testostéroneRappel : (chapitre précédent, du sexe génotypique au sexe phénotypique)- chez le fœtus, transformation des canaux de Wolff en voies génitales males.- à la puberté, acquisition des caractères sexuels secondaires.

Chez l'homme adulte, la testostérone permet :- la spermatogenèse dans les tubes séminifères,- le fonctionnement de l'appareil génital (érection et éjaculation),- le maintien des caractères sexuels secondaires,- la libido.

Activité 3 : Quelles sont les caractéristiques de la sécrétion de la testostérone ?

Bilan Activité 3La testostérone est secrétée de manière pulsatile.

Bilan du I

Testicule : lieu de production des spermatozoïdes et de la testostérone.La testostérone est secrétée de manière continue de la puberté jusqu'à la fin de la vie. Pour assurer la fonction de reproduction chez l'homme, le taux sanguin de testostérone ou testostéronémie doit être maintenu constant (même si ce taux présente des variations pulsatiles). L'homéostat de la testostéronémie est indispensable au bon fonctionnement de l'appareil sexuel mâle.

homéostat = ensemble des organes et des mécanismes qui interviennent dans la régulation d'une constante biologique. C'est un système qui réalise l'homéostasie (= maintien d'une constante biologique).

Problématique : comment est réalisée l'homéostasie de la testostéronémie ?

 

II. Le contrôle du taux de testostérone par le complexe hypothalamo-hypophysaire.

A. L'hypophyse contrôle l'activité testiculaire

Activité 4 : Comment s'effectue la régulation de la sécrétion de testostérone ?

Bilan Activité 4L'hypophyse est une glande endocrine (sécrétant des hormones) située à la base du cerveau. Elle secrète 2 hormones, appelées gonadostimulines :- la FSH (=Follicle Stimulating Hormone),- la LH (=Luteinising Hormone).La FSH stimule les cellules de Sertoli, c'est à dire qu'elle stimule la spermatogenèse.La LH stimule les cellules de Leydig, c'est à dire qu'elle stimule la production de testostérone.La FSH et la LH sont caractérisées par une sécrétion pulsatile.

B. L'hypothalamus contrôle l'hypophyse

Activité 5

Bilan Activité 5L'hypothalamus est une structure nerveuse, située à la base du cerveau, près de l'hypophyse.Lorsque les neurones de l'hypothalamus sont activés, ils libèrent une neurohormone, appelée gonadolibérine, la GnRH (=Gonadotrophin Releasing Hormone).La GnRH présente une sécrétion pulsatile.La GnRH parcourt un court trajet dans le sang, dans la tige hypophysaire, qui relie l'hypothalamus à l'hypophyse. La GnRH stimule la sécrétion de FSH et de LH par les cellules de l'hypophyse.

Pulses de GnRH

Pulses de FSH et LH

Pulses de testostérone

C. Le rétrocontrôle négatif exercé par le testicule sur le complexe hypothalamo-hypophysaire

Activité 6

Bilan Activité 6Le taux sanguin de testostérone est détecté en permanence par le complexe hypothalamo-hypophysaire.La testostérone inhibe la sécrétion de GnRH par l'hypothalamus, et la sécrétion de FSH et LH par l'hypophyse. Ainsi la testostéronémie est maintenue constante : c'est un exemple d'homéostasie.

Bilan du II

Schéma-bilan : le contrôle de la fonction de reproduction chez l'homme  

 

Conclusion du chapitre :

schématisation d'un servomécanismeDans certains cas, la valeur de référence du paramètre biologique peut-être modifiée. Dans le cas du contrôle du taux sanguin de testostérone, c'est le cas à la puberté chez l'homme (augmentation du taux sanguin de testostérone), ou encore chez les

cervidés et les ovins, il y a une augmentation du taux sanguin de testostérone en autonome permettant ainsi la reproduction et la naissance des petits au printemps.

 La régulation de la fonction de reproduction chez la femme

 

Introduction :

Activité 1 : Morphologie et anatomie de l'appareil génital de la femme

La fonction de reproduction chez la femme se déroule de la puberté à la ménopause (qui est marquée par l'arrêt de la fonction ovarienne, du à l'épuisement des follicules ovariens, limités en nombre dès la naissance).

La fonction de reproduction chez la femme se caractérise par un fonctionnement cyclique :durée d'un cycle : 28 jours en moyenne.Le 1er jour du cycle étant le 1er jour des règles ou des menstruations.

Problématiques :

Comment fonctionne l'appareil génital féminin ?La fonction de reproduction est-elle régulée ? Si oui, comment ?Y-a-t-il intervention de l'axe gonadotrope, comme chez l'homme ?Si oui, y-a-t-il des similitudes, des différences entre les fonctions de reproduction chez l'homme et chez la femme ?

I. Les cycles sexuels féminins

A. Le cycle de l'ovaire

 

Activité 2 : Le cycle de l'ovaire

Bilan activité 2

Le cycle de l'ovaire se caractérise par l'évolution cyclique des follicules ovariens.

Follicule : ensemble de cellules entourant l'ovocyte, situé dans l'ovaire et qui secrètent hormones sexuelles féminines.Les deux ovaires fonctionnent en alternance.

Déroulement du cycle de l'ovaire :

· Du 1er au 12ème jour du cycle : Phase folliculaire = phase de croissance du follicule abritant le future ovule.

Un seul follicule, parmi ceux existants dans l'ovaire, dit dominant se développe et abrite l'ovocyte.Les autres follicules qui pourraient abriter un ovocyte prêt à être ovulé régressent.

· 14ème jour : ovulation : Emission par le follicule mûr de l'ovocyte haploïde.

L'ovocyte est expulsé hors de l'ovaire et est recueilli par le pavillon de l'ovaire.Un seul ovaire est émis par cycle.

· Du 14ème au 28ème jour du cycle : Phase lutéale (=lutéinique)

S'il n'y a pas fécondation : le follicule débarrassé de son ovocyte se transforme en corps jaune, qui va régresser jusqu'à la fin du cycle.

Follicule cavitaire, en phase folliculaire

(J 1 à 14 du cycle)

  

  Ovulation déclenchant la méiose I

Follicule à l'ovulation

(J 14 du cycle)

  

 

Corps jaune en phase lutéale

(J 14 à 28 du cycle)

  

Evolution d'un follicule pendant un cycle de l'ovaire 

S'il y a fécondation : voir chapitre suivant.

B. Le cycle de l'utérus

Activité 3 : Le cycle de l'utérus.

Bilan activité 3

La paroi de l'utérus contient de l'extérieur à l'intérieur une paroi musculaire, appelée myomètre, et la muqueuse utérine, appelée endomètre.

 La paroi de l'utérus

Le cycle de l'utérus se caractérise par les modifications structurales et fonctionnelles de l'endomètre préparant l'implantation (= nidation) du futur embryon dans le cas où l'ovocyte serait fécondé.

Au début du cycle, ont lieu les menstruations ou règles.Menstruations = écoulement par le vagin d'un liquide contenant les produits de la destructions de la muqueuse utérine, du sang coagulé et du mucus.L'endomètre est pratiquement complètement détruit lors des menstruations.

Pendant le cycle, il y a plusieurs modifications au niveau de l'utérus :- épaississement de l'endomètre, - formation de glandes tubulaires sécrétant du glycogène,- vascularisation de l'endomètre avec des artères spiralées.A la fin du cycle, l'endomètre épaissi, très découpé et richement vascularisé est appelé de dentelle utérine. Il est prêt à recevoir l'embryon s'il y a eu fécondation.

 

Coupe de l'endomètre en fin du cycle

 

C. Le cycle des hormones sexuelles féminines

 

Activité 4 : La sécrétion cyclique des hormones sexuelles

Bilan activité 4

2 hormones sexuelles féminines :- les oestrogènes (l'œstrogène le plus courant est l'œstradiol),- la progestérone,

· En phase folliculaire : Sécrétion uniquement des oestrogènes, fabriquées par les cellules contenues dans le follicule en croissance.

Rôles des oestrogènes : - épaississement de l'endomètre,- développement des glandes mammaires,- contrôle des glandes du col de l'utérus,- maintien des caractères sexuels secondaires.

· Avant l'ovulation : vers le 12ème jour du cycleForte croissance du follicule donc augmentation importante de la concentration en oestrogènes.

· Phase lutéale : Sécrétion des oestrogènes et la progestérone par le corps jaune.

Le follicule se transforme en corps jaune, qui sécrète des oestrogènes, et de la progestérone.Les oestrogènes et la progestérone agissent en synergie (leur action se renforce mutuellement).

Rôles de la progestérone :- stimule la formation de la dentelle utérine,- développement des glandes mammaires,- contrôle des glandes du col de l'utérus,

évolution des concentrations plasmatiques en oestrogènes et progestérone au cours du cycle

 

évolution des concentrations plasmatiques en LH et FSH au cours du cycle

 

Bilan : Les cycles préparent à la grossesse, s'il y a fécondation.En absence de fécondation, le corps jaune régresse.

Régression du corps jaune

Diminution de la concentration des hormones sexuelles

Menstruations 

Problématique : Comment sont contrôlés les cycles sexuels féminins ?

 

II. Le contrôle de la fonction de reproduction : le contrôle des cycles féminins sexuels

A. Le contrôle de l'ovaire par l'hypophyse

 

Activité 5 : Qui contrôle le cycle de l'ovaire ?

Bilan activité 5

L'hypophyse secrète 2 gonadostimulines : la FSH (Hormone folliculo stimulante) et la LH (Hormone lutéinisante).

Rôle de la FSH : la FSH stimule la croissance du follicule et donc la sécrétion des oestrogènes

Rôle de la LH : la LH déclenche l'ovulation, provoque la transformation du follicule en corps jaune, etdonc stimule la production des oestrogènes et de progestérone en phase lutéale.

FSH et LH se caractérisent par une sécrétion pulsatile, dont la fréquence des pulses et la concentration varie le long d'un cycle.

Avant ovulation : il y a une augmentation de la fréquence des pulses de LH, entraîne l'ovulation. On parle de décharge ovulante de LH.

 

évolution des concentrations sanguines en LH et FSH au cours du cycle

B. Le contrôle de l'hypophyse par l'hypothalamus :

 

Activité 6 : Qui contrôle l'hypophyse ?

Bilan activité 6

L'hypothalamus sécrète une gonadostimuline, la GnRH, caractérisée par une sécrétion pulsatile.L'augmentation de la fréquence des pulses de GnRH active la sécrétion pulsatile de LH et FSH par l'hypophyse.

C. Le rétrocontrôle de l'axe hypothalamo-hypophysaire par l'ovaire

 

Activité 7 : Qui contrôle l'hypophyse ?

Bilan activité 7

Les taux sanguins d'œstrogènes et de progestérone sont détectés en permanence par l'axe hypothalamo-hypophysaire.

La nature du rétrocontrôle (positif ou négatif) varie selon le moment du cycle :

· phase folliculaire : rétrocontrôle négatifLes oestrogènes inhibent l'activité de l'hypophyse et de l'hypothalamus.

· 2 jours avant ovulation : rétrocontrôle positif

Il y a en effet une forte croissance du follicule donc une augmentation importante de la concentration en oestrogènes.

Quand la concentration en oestrogènes dépasse une concentration en oestrogènes de référence, alors le rétrocontrôle s'inverse devient positif.

Les oestrogènes stimulent l'activité de l'hypophyse et de l'hypothalamus. Ceci entraîne une augmentation de la concentration de GnRH dans la tige hypophysaire, qui entraîne alors une augmentation de la concentration de LH et de FSH.Le pic de LH déclenche l'ovulation (décharge ovulante de LH).

· Phase lutéale : le rétrocontrôle des oestrogènes sur l'activité de l'hypophyse et de l'hypothalamus redevient négatif.

 

Conclusion du chapitre :

Chez la femme, opère même système de régulation de la fonction de reproduction que chez l'homme, mais en plus complexe (présence des cycles, rétroactions négatives et positives)Le but de la fonction de reproduction est de préparer à la fécondation et à la nidation de l'embryon.

 

schéma simplifié du contrôle de la fonction de reproduction chez la femme

 

 

Schéma du contrôle de la fonction de reproduction chez la femme

 

 

 

 

 

La Fécondation et le début de la grossesseLa maîtrise de la procréation

I. La fécondation et le début de la grossesse

A. Aspect comportemental de la reproduction sexuée

Activité 1 : le comportement sexuel des Mammifères non Hominidés

Chez les Mammifères non Hominidés, il existe une relation directe entre comportement sexuel et sécrétion hormonale. Chez la femelle, la période d'acceptation du mâle est appelée oestrus (= chaleur). L'oestrus est déterminé par la sécrétion d'oestrogènes (= qui préparent l'œstrus). Chez le mâle, le comportement de rut (=période pendant laquelle le mâle cherche à s'accoupler avec une femelle) est dépendant de la sécrétion de testostérone et des stimulus émis par la femelle. De plus l'environnement peut influencer le comportement sexuel car le complexe hypothalamo-hypophysaire intègre les stimuli extérieurs (exemple : les ovins s'accouplent en période de lumière décroissante, à l'automne)Chez l'Homme, le comportement sexuel est dissocié de son activité hormonale. L'Homme est capable de maîtriser sa procréation.

B. La Fécondation

Les spermatozoïdes mobiles, déposés dans le vagin, doivent franchir le col de l'utérus. Le col de l'utérus est fermé par la glaire cervicale. L'état de la glaire cervicale varie en fonction du moment du cycle. Les spermatozoïdes ne peuvent franchir la glaire cervicale que pendant l'ovulation. Les spermatozoïdes parviennent dans le tiers supérieur des trompes où ils peuvent alors féconder l'ovule. La fécondation n'est donc possible que pendant une brève période après l'ovulation. Les spermatozoïdes conservent leur capacité de féconder l'ovule pendant 3 jours tandis que l'ovule est fécondable jusqu'à 24 heures après l'ovulation. Le rapport sexuel pour être fécondant doit donc avoir lieu au plus tôt 3 jours avant l'ovulation et au plus tard environ 24 heures après l'ovulation. Un seul spermatozoïde féconde l'ovule.

Le trajet des spermatozoïdes jusqu'à l'ovocyte

 

C. Le début de la grossesse

Lors de la fécondation de l'ovule par le spermatozoïde, il y fusion des noyaux de l'ovule et du spermatozoïde ou caryogamie, donnant ainsi naissance à une cellule-œuf. Cette cellule-œuf subit des divisons successives, formant ainsi un embryon. L'embryon en cours de division migre jusqu'à l'utérus. Environ 7 jours après la fécondation, l'embryon entouré d'une masse de cellule s'implante dans l'endomètre utérin : c'est la nidation.

Après la nidation, le tout jeune embryon sécrète l'hormone HCG (= Gonadostimuline Chorionique Humaine). L'HCG permet la poursuite de l'activité du corps jaune et, par conséquent, la sécrétion de progestérone indispensable au maintien de la muqueuse utérine au début de la grossesse.

 

Activité 2 : La détection de la grossesseLes tests de grossesse détectent dès le premier jour de retard des règles la présence de l'HCG dans les urines.

II. La maîtrise de la procréation

A. La régulation des naissances par la contraception

Activité 3 : La contraception

La contraception est l'ensemble des méthodes utilisées pour empêcher qu'un rapport sexuel entraîne une grossesse. La contraception hormonale féminine s'appuie sur l'ensemble des connaissances acquises sur la régulation hormonale de la physiologie sexuelle. La contraception hormonale masculine est encore à l'état de recherche.On distingue comme moyens de contraception : - la contraception hormonale : la pilule contraceptive, contenant en général des oestrogènes et des progestatifs proche de la progestérone, qui bloquent l'ovulation et modifient la muqueuse utérine et la glaire cervicale.- le stérilet, qui placé dans l'utérus, rend difficile la fécondation et empêche la nidation.- le préservatif.Les autres méthodes (retrait, méthode Ogino ou dite des températures) ne sont pas du tout fiables.

Activité 4 : La pilule du lendemain : contraceptif ou contragestif ?

B. L'aide médicalisée à la procréation

1) Le suivi de la grossesse

Activité 5 : Le suivi de la grossesse

Pendant toute la grossesse, la femme et son fœtus sont médicalement surveillés grâce à différents moyens d'investigation (analyses sanguines, échographies et si des doutes apparaissent, amniocentèse ou choriocentèse pour dépister une anomalie grave du fœtus).Amniocentèse = technique de diagnostic prénatal dans laquelle sont prélevées des cellules du fœtus dans la cavité amniotique, afin d'établir le caryotype des cellules fœtales.Choriocentèse = technique de diagnostic prénatal dans laquelle sont prélevées des cellules du fœtus sur les villosités du chorion (= une des membranes situées à l'extérieur de l'embryon), afin d'établir le caryotype des cellules fœtales.

Dans le cas de la détection d'une anomalie grave, diverses mesures sont mises en œuvre qui peuvent aller jusqu'à proposer une IVG (= Interruption Volontaire de Grossesse Thérapeutique).

L'IVG non thérapeutique est autorisée en France jusqu'à 12 semaines de grossesse.

2) La procréation médicalement assistée (PMA) pour remédier à l'infertilité

Activité 6 : La stérilité et la procréation médicalement assistée (PMA)

L'infertilité est l'incapacité pour un couple d'avoir des enfants à la suite d'une période de 2 ans de rapports sexuels réguliers. Les causes de l'infertilité sont multiples, touchant aussi bien la femme que l'homme.Différentes techniques médicales peuvent apporter des solutions en fonction de la cause de l'infertilité.On distingue les méthodes d'insémination artificielle :- FIVETE : Fécondation in vitro et transfert d'embryons. La fécondation est réalisée in vitro à partir d'ovules et de spermatozoïdes issus du couple ou donnés par d'autres couples puis l'œuf fécondé est implanté dans l'utérus de la femme.- ICSI : injection de spermatozoïde intra-cytoplasmique : même principe que précédemment mais le spermatozoïde est injecté directement dans le cytoplasme de l'ovule.Il existe d'autres traitements, que l'on peut combiner ou non aux méthodes d'insémination artificielle (stimulation ovarienne par traitement hormonal, ...).