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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
