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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).