bio générale 1 er Bloc

CHAPITRE I : INTRODUCTION

 

  1. Apparition de la vie sur terre et grands événements

 

  • Formation de l'univers :-13, 8 . 109
  • Formation de la terre :- 4, 5 . 109
  • Apparition de la vie sur terre : - 3, 8 . 109
  • Stromatithes : Cyanobactéries ( algues bleu vert car pigments) --> O2 : - 3, 5 . 109, phénom!ène progressif, départ de l'atmosphère réductrice
  • Grande oxydation : - 2, 5 . 109 teneur en oxygène devenu importante, départ de la « grande l'oxydation », oxydation du fer par l'oxygène moléculaire : Fe + O2 ----> Fe2O3 ( oxyde ferrique)
  • Apparition des eucaryotes : - 1, 5 . 109
  • Colonisation de la terre ferme par la vie : - 0, 5 . 109 A
  • Disparition des dinosaures : - 6, 5 . 106,
  • Apparition d'Homo sapiens : - 65 . 103

 

Les Cyanobactéries et la Photosynthèse, départ de l'oxygénation de l'atmosphère terrestre

Les cyanobactéries sont les organismes qui construisent les stromatolithes

Les Cyanobactéries sont des organismes cellulaires procaryotes qui, pratiquent la photosynthèse à l'aide d'un pigment bleu ( molécule organique ). Le pigment capte la lumière du spectre visible. Ce sont les précurseurs photosynthétiques.

L'acte photochimique de la photosynthèse consiste en la photolyse de l'eau par le rayonnement qui libère, à partir de cette molécule d'eau deux électrons et deux protons :

E = H.f --------> H2O ------> 2H+ + 2e- . L'électron est arraché par effet photoélectrique.

L'électron va réduire le CO2 présent dans la Cyanobactérie pour aboutir à la formation d'un sucre ( cycle de Calvin ) dont une partie sera stocké et une autre partie servira de matériau de construction précurseurs.

Equilibre en oxygène moléculaire entre l'eau et l'atmosphère

  • Concentration de l'eau en oxygène C1
  • Concentration de l'air en oxygène C2

 

C1 est en équilibre avec C2

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application : si C2 diminue,la surface de l'eau libère de l'oxygène dans l'air pour rétablir l'équilibre

si C1 diminue, de l'oxygène quitte l'air pour se dissoudre dans l'eau pour rétablir l'équilibre ( les poissons consomment de l'oxygène donc C1 diminue ===> de l'oxyfgène de l'air produit par la photosynthèse quitte l'air pour se dissoudre dans l'eau )

Réducteur et oxydant

  • - Réducteur : substance qui donne des électrons

H2 <=> 2H+ + 2e-

H2 = réducteur majoritaire dans la nature

  • Oxydant : substance qui capture/arrache des électrons.

O2 = oxydant abondant dans la nature

1/2 O2 + 2H+ + 2e- = H2O

Procaryotes et Eucaryotes

Les bactéries sont des procaryotes

La bactérie possède une membrane, il y a donc une compartimentation entre milieu externe et milieu interne, c'est une caractéristique cellulaire de la vie.

Le terme procaryote évoque « avant noyau »

le terme eucaryote évoque «  un vrai noyau » , c'est à dire un noyau entouré d'une double membrane.

L'ozone

L'ozone est l' O3 , il est formé à partir de l'oxygène moléculaire O2 .

Hf ----> O2 -----> O3

Cet ozone ne se formera donc que lorsque l'oxygène bimoléculaire est disponible dans l'atmosphère

et formera une couche protectrice contre le rayonnement UV au niveau de la stratosphère ( 13 à 40 km).

Remarque ( hors contexte ) : l'évolution est un phénomène continu.

7 caractéristiques

  • 1)L'ordre ( système organisé) hiérarchisé.

 

Atomes < molécules < organite < cellules

Unicellulaires.

Pluricellulaires ---> tissus ( nerveux, musculaires ) < organes < systèmes ( digestif ) < individus.

Individus < populations < communautés < écosystèmes < biosphère.

Principe scientifique du réductionnisme

  • on peut observer un organisme de manière globale, à son plus haut niveau d'organisation avec ses propriétés, comme nous l'avons vu ci-dessus, il est la résultante de toute une hiérarchie de niveaux inférieurs jusqu'au plus ultime
  • on peut également le réduire à ses niveaux inférieurs pour voir de quoi et comment il est constitué, c'est le réductionnisme

 

En fait les deux démarches sont indispensables pour pouvoir expliquer le fonctionnement de cet organisme : A partir des niveaux les plus inférieurs, on doit expliquer comment les constituants de ces niveaux sont organisés pour donner la structure des niveaux supérieurs, par exemple comment sont organisées les molécules pour donner les organites , quelles sont les relations fonctionnelles entre elles. En remontant, en continuant la démarche, on passe au niveau de la cellule en regardant les diverses organites et en analysant comment elles sont organisées, comment se lient elles entre elles pour donner les cellules. Cela peut être fait jusqu'au niveau de l'organisme. En passant d'un niveau inférieur à un niveau supérieur, la complexité du système augmente, ce passage se fait avec apparition de propriétés émergentes . Ces propriétés émergentes résultent de la complexité croissante, on peut par exemple regrouper de la chlorophylle avec les'autres molécules d'un chloroplaste, ce regroupement n'effectuera pas la photosynthèse. Il existe une manière complexe d'associer les molécules du chloroplaste avec la chlorophylle qui permet d'obtenir en finale des chloroplastes qui eux pourront effectuer la photosynthèse ou bien comme métaphore plus générale, on peut démonter une montre en ses éléments constitutifs mécaniques ( rouages, ressorts ) , le regroupement de ceux-ci n'affichera pas l'heure. Ce n'est que organisés sous forme d'une montre que l'ensemble des éléments pourra indiquer l'heure. On peut bien sûr appliquer ces principes en partant de l'organisme.

Le champ d'étude de la biologie s'étend du niveau des atomes et molécules jusqu'à l'écosystème terre et la biosphère dans son ensemble , c'est un immense champ d'action constituée d'une succession de niveaux biologiques, ces principes de réductionnisme, de complexité et de propriétés émergentes y sont appliquées.

Il en est de même pour les molécules d'oxygène et d'hydrogène qui sont gazeuses, si on les associe par des liaisons chimiques, l'état liquide apparaît ! H2 (g) + 1/2 O2(g) ----> H2O (l)

Monsieur Van Cutsem parle de balancer réductionnisme et émergence pour aborder l'étude des systèmes biologiques

2) Evolution

: voir suite

  • 3)Réponse à l'environnement

 

Dans un écosystème, chaque organisme est en relation continuelle avec son environnement qui comporte d'autres organismes ainsi que d'autres composantes physiques. Les feuilles d'un arbre par exemple absorbent la lumière et le dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène gazeux dans l'air de leur environnement. L'organisme et l'environnement subissent les effets de leurs interactions. Ainsi les racines des plantes absorbent lors de la nutrition l'eau et les minéraux du sol , les racines quant à elles vont contribuer à la formation du sol en désagrégeant la roche. Il y a également des interactions entre les divers organismes , ainsi l'arbre interagit avec les autres êtres vivant y compris les micro-organismes qui vivent autour de ses racines, les insectes et les autres animaux qui mangent ses feuilles et ses fruits. Les interactions entre les organismes donnent lieu à la circulation cyclique des nutriments dans les écosystèmes.

Voir page 6 figure 1.5 Campbell 9ème édition)

Exemple évoqué par Monsieur van Cutsem : interaction de la cellule avec son milieu extérieur par l'intermédiaire de récepteurs membranaires. Les chromosomes par leur ADN et le code génétique contient l'information pour coder 1000 récepteurs membranaires différents. Ces récepteurs permettent d'apporter de l'information à la cellule. Les récepteurs sont organisés pour recevoir un ligand ou un nombre très restreint de ligands ( spécificité du récepteur ) venant du milieu extérieur. Suite à la réception du ligand, une modification du récepteur va permettre le transfert d'une information à l'intérieur de la cellule par passage au travers la membrane par modification de conformation du récepteur ou internalisation d'une substance chimique . Cette information, va permettre bien souvent le démarrage d'une cascade de réactions biochimiques à l'intérieur de la cellule.

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  • 4)Homéostasie

 

Fait référence à la notion de régulation , du pH, thermique ,,,

On remarque que certains mammifères ont des oreilles présentant une grande surface : Lapins, Eléphants, celles-ci une bonne ventilation pour maintenir un équilibre thermique stable

Les muscles constituent aussi un bon exemple : Lors de l'activité physique, les fibres musculaires accélèrent la dégradation des molécules de glucose , libérant ainsi l'énergie nécessaire à l'accomplissement de leur travail de contraction. A l'inverse, lors du repos, une autre chaîne de réactions convertit le glucose excédentaire en substances de réserve.

On peut également observer ce principe d'homéostasie au niveau des boucles de régulation des séquences de réactions biochimiques catalysées par des enzymes

Exemple : stockage ou dégradation du glucose : accélérés ou «  catalysés » par des protéines appelées enzymes. Chaque réaction chimique de la séquence ( voie) est catalysée par une enzyme spécifique de la réaction. On se demande comment la cellule arrive à coordonner chaque voie biochimique, ainsi dans le cas de l'utilisation du glucose, comment sont coordonées les deux voies contraires ( stockage, dégradation ) , c'est à dire ajuster l'offre et la demande. . Le mécanisme clé est appelé rétroaction. Dans la régulation par rétroaction, c'est le produit final qui est régulateur de la voie ou processus. Chez les êtres vivants, c'est la rétro-inhibition qui est la plus courante : l'accumulation du produit final d'un processus ralentit ce même processus. Par exemple la dégradation chimique du glucose produit de l'énergie chimique sous forme d'ATP lorsqu'une cellule produit plus d'ATP qu'elle ne peut en consommer, l'excédent rétro-agit et inhibe une enzyme située au début de la voie chimique.

Ezinhib

Dans le cas de la rétroactivation, le produit final de la voie active la production, c'est le cas dans la production des plaquettes pour le processus de coagulation, les plaquettes émettent un messager chimique qui active leur production ; ce qui provoque le phénomène d'agrégation plaquettaire et de formation de caillot qui scelle la lésion.

La régulation par rétroaction se réalise à tous les niveaux de l'organisation biologique, de la simple molécule à la biosphère. Ce me&canisme d'intégration est un exemple supplémentaire qui montre que le ,tout est plus que la somme des parties ( principe d'émergence )

  • 5)Utilisation de l'énergie

 

l'apport d'énergie, sous forme d'énergie solaire captée par les feuilles des arbres est utilisée pour assurer les fonctions de l'organisme. L'énergie provenant du soleil rend la vie possible. L'utilisation de l'énergie pour mener à bien les activités de l'organisme est une des caractéristiques fondamentale des êtres vivants . Les êtres vivants convertissent souvent une forme d'énergie en une autre. Par exemple la photosynthèse convertit l'énergie lumineuse , le CO2 et l'eau en glucides, en oxygène et l'énergie solaire est convertie en énergie chimique. L'énergie chimique des glucides est alors transmise par les plantes et d'autres organismes photosynthétiques ( les producteurs ) jusqu'au x consommateurs. Ces consommateurs, comme les animaux consomment l'énergie chimique contenue dans les glucides pour faire fonctionner les muscles. L'énergie chimique est alors transformée en énergie de mouvement ( énergie cinétique ),Comme autre exemple, l'énergie chimique des glucides est utilisée pour la réalisation de l'activité cellulaire de la plante. Lors de ces deux processus pris en exemple une partie de l'énergie est transformée en énergie thermique. Les composés chimiques qui

emmagasinent de l'énergie chimique dans les organismes vivants sont composés des éléments CHON.

  • 6) Croissance et différenciation.

 

Les organismes vivants ont la faculté de croître, c'est à dire la croissance. Celle-ci est basée sur le mécanisme de division cellulaire à partir du zygote.

Les organismes vivants se différencient ils adoptent progressivement des formes différentes , par exemple l'évolution ou développement de l'embryon ---> foetus,

Voir figure 1,10 p9 Campbell

  • 7) La reproduction

 

Permet la conservation de l'espèce : continuité du vivant assurée par l'information héritée sous forme d'ADN

  • Croissance, réparation des tissus et reproduction repose sur la division cellulaire pour former d'autres cellules ( voir figure 1,9 p9 Campbell). Dans la cellule en division, les structures en bleu sont les chromosomes composés d'ADN . Ces chromosomes renferment presque tout le matériel génétique. L'ADN constitue les gènes, éléments d'information que transmettent les parents à leurs progénitures. L'ADN est à l'image d'une succession de lettres qui créent un message pour synthétiser des protéines. Dans la biologie des systèmes ( vu plus haut ) la quantité des données vient de la quantité d'informations contenues dans l'ADN

 

 

Remarque : l'homo sapiens : 2x 23 chromosomes.

 

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III. Notions : la cellule : unité élémentaire de structure et de fonction de l'organisme

 

  • C'est le plus bas niveau d'organisation permettant capable d'accomplir toutes les activités nécessaires à la vie.

  • Les activités des organismes reposent toutes sur celles des cellules

Ex le mouvement des yeux pour lire dépend de l'activité de cellules musculaires et de neurones.

  • toutes les cellules partagent des caractéristiques communes : elles ont toutes une membrane séparant milieu extérieur et intérieur

  • elles utilisent toutes l'ADN comme support de l'information génétique.

  • Il existe deux types de cellules : les eucaryotes et les procaryotes , les bactéries et les archées sont procaryotes, tous les autres êtres vivants sont des eucaryotes ( Plantes, animaux ...). La cellule eucaryote est compartimentée par des membranes internes et la plupart de ses principaux organites sont délimités par une membrane. Le plus gros organite de la plupart des cellules eucaryotes est le noyau qui contient l'ADN de la cellule. . Les autres organites se trouvent dans le cytoplasme qui remplit tout l'espace intercellulaire. Entre le noyau et la membrane plasmique ; L a cellule procaryote est beaucoup plus simple et plus petite ( voir fig 1,8 p 8 Campbell). L'ADN ne s'y trouve pas dans un noyau séparé du cytosol par une membrane. Elle est dépourvue d'organites membraneux situés dans les eucaryotes.

IV : Corrélation de la structure et de la fonction.

Voire figure 1.4 page 4 Campbell

A tous les niveaux de l'organisme vivant cette corrélation est respectée.

une feuille végétale  a une forme mince et aplatie qui maximalise la quantité de lumière que peuvent absorber les chloroplastes L'analyse d'une forme biologique fournit des indices sur sa fonction et son fonctionnement. Dans le règne animal, l'aile d'un oiseau illustre parfaitement le thème de la structure et de la fonction

V : Diversité et classification de la vie

La classification du vivant en règnes fait l'objet d'incessantes discussions qui varient de 6 à 12. Par contre la classification en domaines est fixe, il y en a trois

Les Domaines du vivant.

Domaine des Archées ( Archéobactéries ), procaryotes pouvant vivre dans des conditions extrêmes

Domaine des Bactéries, procaryotes

Domaine des Eucaryotes : Règne des Protistes = Eucaryotes unicellulaires,Règne des Eumycètes, règne des plantes et règne des animaux

L'évolution

L'évolution est le thème qui donne sens à tout ce que nous savons sur les organismes. Cette évolution qui a lieu depuis des milliards d'années a donné naissance à une très grande diversité d'organismes disparus ou encore vivants. Cette diversité présente cependant de nombreuses caractéristiques communes. Parmi la diversité des vertébrés, par exemple , on retrouve un squelette fondamentalement semblable. L'explication de cette unité dans la diversité et de l'adaptabilité de chaque organisme et de son adaptabilité à son environnement est l'évolution. C'est un principe qui implique que chaque organisme sur la terre sont les descendants d'organismes communs, c'est à dire que deux organismes partagent certains caractères par le fait qu'ils descendent d'un ancêtre commun. Ce qui les distingue provient de modifications héréditaires qui ont eu lieu au cours du temps ;

Les théories de l'évolution ont pour origine les travaux de Charles Darwin et principalement sa publication en 1859 de «  L'origine des espèces » darwin se base notamment sur le constat de la variété des Pinsons des îles galapagos et conclut aux notions suivantes :

  1. « Ancêtre commun » ( dans une époque où la religion est importante )
  2. La «  sélection naturelle » : l'organisme adapté va se reproduire plus que le moins adapté, le moins adapté finira par être éliminé. La sélection naturelle est donc basée sur le succès reproductif différentiel ,
  3. Le moteur de l'évolution est le changement d'environnement.

 

Evol

 

 


 

 

 

 

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Date de dernière mise à jour : 01/10/2018