COMMENT LES MAMMIFÈRES SE REPRODUISENT- ILS?

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1 COMMENT LES MAMMIFÈRES SE REPRODUISENT- ILS? La photographie d un couple (un homme et une femme) avec son nouveau-né illustre la fonction de reproduction chez les Mammifères. On peut alors supposer que : - les Mammifères se reproduisent par des œufs qui se développent dans l utérus ; - les organes sexuels interagissent. I. LES MAMMIFERES SE REPRODUISENT-ILS PAR DES ŒUFS QUI SE DÉVELOPPENT DANS L UTÉRUS? 1.1. Exploitation de document Observation

2 Annotions a. noyau en division b. zone pellucide c. granules corticaux d. cellules folliculaires e. premier globule polaire f. espace périovocytaire g. les pédoncules des cellules folliculaires h. des granules corticaux i. le noyau j. le spermatozoïde pénètre dans l ovocyte k. l espace périovocytaire l. le cytoplasme devenu un ovule m. le noyau n. le noyau o. le deuxième globule polaire p. la fusion des noyaux mâle et femelle q. noyau de l œuf r. corona radiata s. globules polaires Résultat Le document montre les différentes étapes de la fécondation Analyse

3 D après le document, les principales étapes de la fécondation sont : - la rencontre des gamètes au cours de laquelle un spermatozoïde est entraîné dans la zone pellucide grâce à la rétraction des pédoncules des cellules folliculaires ; - la pénétration d un spermatozoïde dans l ovocyte après avoir traversé la zone pellucide et l espace péri ovocytaire. Le noyau de l ovocyte qui était bloqué en métaphase II poursuit sa division. Les granules corticaux libèrent leur contenu dans l espace péri ovocytaire ; - la formation des pronucléi (gonflement du noyau spermatique qui devient le pronucléus mâle et reconstitution du noyau de l ovocyte qui devient le pronucléus femelle). Le deuxième globule polaire est expulsé. L ovocyte diminue de volume, élargissant ainsi l espace péri ovocytaire ; - la fusion des noyaux mâle et femelle en un seul noyau, celui de l œuf. Ce qui termine le processus de fécondation Interprétation - Du col de l utérus à l ampoule (lieu de la fécondation), les spermatozoïdes subissent une sélection à deux niveaux (glaire cervicale et la jonction utérus-trompe) et la capacitation qui consiste en une lente élimination de l enduit protéique déposée au niveau de l épididyme, préparant ainsi la membrane plasmique à la réaction acrosomique ; - Au contact de la zone pellucide, le spermatozoïde libère les enzymes acrosomiques qui dégradent cette zone. Le spermatozoïde traverse alors la zone pellucide et l espace péri ovocytaire et pénètre dans le cytoplasme de l ovocyte ; - La pénétration du spermatozoïde dans l ovocyte provoque une activation de ce dernier se traduisant par : * la libération dans l espace péri ovocytaire du contenu des granules corticaux qui modifie la zone pellucide pour constituer la membrane de fécondation infranchissable par d autres spermatozoïdes ; * l achèvement de la méiose de l ovocyte II avec expulsion du deuxième globule polaire ; - Le noyau spermatique devenu pronucléus mâle subit une rotation de 180 puis migre à la rencontre du pronucléus femelle. La fusion des enveloppes nucléaires permet le mélange des chromosomes paternels et maternels : c est la caryogamie, étape ultime de la fécondation rétablissant le nombre de chromosomes. Cette fusion aboutit à la formation de la cellule-œuf ou zygote Conclusion Chez les Mammifères, la fécondation se déroule en plusieurs étapes. On appelle fécondation, la fusion d un gamète mâle (spermatozoïdes) avec un gamète femelle (ovocyte) en une cellule unique, l œuf ou plus précisément la fusion d un noyau haploïde d origine mâle (noyau spermatique) avec un noyau haploïde d origine femelle (noyau diploïde, celui du zygote ou de l œuf.

4 1.2. Exploitation de document Observation Résultat Le document montre les stades de l évolution de l œuf jusqu à la nidation Analyse D après le document, la fécondation est suivie de plusieurs stades d évolution de l œuf à différents niveaux de l oviducte et de la cavité utérine : le stade 2 cellules la 30 ème heure, le stade 4 cellules la 40 ème heure, le stade morula (formée d une soixantaine de cellules) le 4 ème jour, le stade blastocyste le 6 ème jour et le blastocyste accolé à la muqueuse utérine Interprétation Dès la fécondation, l œuf subit ses premières mitoses tout en migrant vers la cavité utérine grâce aux mouvements des cils qui tapissent la muqueuse de l oviducte. Ces divisions successives aboutissant à la morula, toujours contenue dans la zone pellucide

5 (c'est-à-dire sans changement de la taille initiale de l œuf) sont appelées la segmentation. Parvenu à la cavité utérine, l embryon se débarrasse de la zone pellucide, ses cellules se différencient et s organisent en une enveloppe appelée trophoblaste et en un bouton embryonnaire, l ensemble formant le blastocyste. Ce dernier vient s accoler à la muqueuse utérine par son pôle embryonnaire. Plusieurs cellules du trophoblaste sécrètent des enzymes qui détruisent localement les cellules utérines, ce qui permet au blastocyste de pénétrer par effraction dans la muqueuse utérine (qui se referme au dessus de lui) et d y faire son «nid» : c est la nidation Conclusion Après la fécondation, l œuf migre tout en se divisant, jusqu à la cavité utérine où il se fixe Conclusion partielle Les Mammifères se reproduisent par des œufs qui se fixent dans l utérus où ils se développent. 2. LES ORGANES SEXUELS INTERAGISSENT-ILS? 2.1. Exploitation de document Observation

6 Résultat Le document montre les principaux cycles sexuels de la femme Analyse D après le document, on distingue : - le cycle ovarien qui comprend 3 phases : * la phase folliculaire ou pré ovulatoire caractérisée par la croissance de quelques follicules ; * l ovulation qui correspond à la libération de l ovocyte après rupture des parois folliculaires ; * la phase lutéinique ou post ovulatoire caractérisée par la présence du corps jaune ;

7 - le cycle utérin qui est une modification cyclique de la muqueuse utérine : * pendant la phase folliculaire, l endomètre qui était détruit presque totalement au cours de la menstruation se reconstitue et s épaissit progressivement. Les glandes en tube et les artérioles se développent, *pendant la phase lutéinique, la muqueuse continue de s accroître, les glandes deviennent très tortueuses et ramifiées donnant à la muqueuse l aspect de dentelle utérine. Les artérioles se spiralisent entre les glandes ; - le cycle hormonal qui comprend le cycle des hormones ovariennes et celui des hormones hypophysaires. Le cycle des hormones ovariennes : * au début de la phase folliculaire, le taux faible d œstrogène augmente légèrement puis fortement vers la fin de cette phase pour atteindre un pic peu avant l ovulation. Pendant cette phase, le taux de progestérone est pratiquement nul ; * au cours de la phase lutéale, le taux de progestérone croît rapidement pour atteindre un pic au milieu de cette phase puis décroît jusqu à la fin du cycle. Il en est de même pour les oestrogènes dont le pic est plus faible ; Le cycle des hormones hypophysaires * le taux de FSH faible au début du cycle connaît un premier pic (faible) vers le milieu de la phase folliculaire et un second pic un peu plus important peu avant l ovulation, puis décroît jusqu à la fin du cycle ; * le taux de LH également faible au début du cycle connaît un pic très important peu avant l ovulation puis décroît rapidement jusqu à la fin du cycle Interprétation - Pendant la phase folliculaire, la thèque interne et la granulosa des follicules ovariens sécrètent les œstrogènes (dont l oestradiol) qui permettent la reconstitution et l épaississement de la muqueuse utérine après les menstruations. Pendant la phase lutéale, le corps jaune sécrète de la progestérone et un peu d oestradiol qui accentuent la prolifération de la muqueuse utérine. L endomètre présente alors une structure favorable à l accueil de l embryon, d où le nom de phase gestative donnée également à la phase lutéale ; - L hypophyse influence le fonctionnement des ovaires en sécrétant deux hormones : * la FSH (Hormone Folliculo-Stimulante) stimule la croissance et la maturation des follicules qui sécrètent alors les oestrogènes ; * la LH (Hormone Lutéinisante) est responsable de l ovulation (libération massive et brève de cette hormone appelée «pic» à 48 heures de l ovulation) et de la transformation du follicule rompu en corps jaune (sécréteur de la progestérone et de l oestradiol) Conclusion Au cours des différents cycles sexuels de la femme, il existe des relations entre les divers organes sexuels Exploitation de résultats expérimentaux Résultats

8 1 ère série d expériences Pour connaître chez la rate le déterminisme du cycle ovarien dont la durée est de 5 jours, on réalise les expériences suivantes : -Expérience 1 Chez les femelles castrées, l hypophyse augmente de volume et, dans le sang, on peut doser une quantité anormalement élevée de FSH et LH (hormone hypophysaires). Si on injecte alors des quantités bien dosées d oestrogènes, la sécrétion de FSH et LH se stabilise autour du taux normal. -Expérience 2 L ablation de l hypophyse pratiquée le 3 è jour du cycle provoque l atrophie des ovaires. Le taux d œstrogènes dans le sang est alors inférieur à la normale et on ne décèle jamais de progestérone. -Expérience 3 La greffe d hypophyse corrigera les effets de l ablation si celle-ci est faite à son emplacement d origine. -Expérience 4 On peut provoquer également chez des femelles non castrées une hypersécrétion des hormones hypophysaires en stimulant électriquement l hypothalamus de façon régulière et localisée 2 ème série d expériences On constate que la castration d un rat est suivie d une augmentation d activité l hypophyse, celle-ci pouvant etre arrêtée par une injection de broyat de testicule. La purification de ce broyat permet d isoler une substance : la testostérone. L injection directe de testostérone dans l hypophyse d un rat normal est sans effet. Par contre, l injection pratiquée directement dans l hypothalamus provoque une baisse d activité de l hypophyse et une régression des testicules. La lésion de certaines zones de l hypothalamus provoque les mêmes effets que l hypophysectomie, mais l injection d extraits hypophysaires à ce même animal corrige alors les troubles provoqués. L observation anatomique de la liaison entre l hypophyse et l hypothalamus est donnée par la figure ci-dessous. Extraits de : Biologie Terminale D, collection Tavernier, édition février 1993, page 345 et Biologie Terminale D, collection ADN, édition 1989, page 367

9 Analyse 1 ère série d expériences - La castration de rates provoque une hypertrophie de l hypophyse avec hypersécrétion de FSH et LH qui est corrigé par une injection de quantité bien dosée d œstrogène. - L hypophysectomie pratiquée le troisième jour du cycle provoque l atrophie des ovaires qui sécrètent alors très peu d œstrogène et pas du tout de progestérone. Ces anomalies sont corrigées par une greffe d hypophyse pratiquée à la base de l hypothalamus. - La stimulation électrique régulière et localisée de l hypothalamus provoque une hypersécrétion de FSH et LH chez des rates non castrés. 2 ème série d expériences - La castration d un rat provoque une hypersécrétion d hormones hypophysaires qui est corrigée par une injection de testostérone pratiquée dans l hypothalamus. - Chez un rat normal, l injection de testostérone dans l hypothalamus un ralentissement de la sécrétion des hormones hypophysaires et un régression des testicules. - La lésion de certaines zones de l hypothalamus provoque une dégénérescence du testicule et un arrêt de la spermatogenèse, anomalie corrigée par une injection d extraits hypothalamiques Interprétation 1 ère série d expériences L hypophyse contrôle le fonctionnement des ovaires par deux hormones appelées gonadostimulines ou gonadotrophines, la FSH et la LH. Le fonctionnement de

10 l hypophyse est à son tour contrôlé par l hypothalamus par l intermédiaire d une hormone, la GnRH (Gonadotrophin Releasing Hormone) et par les hormones ovariennes : En début de cycle, une sécrétion pulsatile de GnRH par l hypothalamus déclenche la sécrétion de FSH et LH par l hypophyse antérieure. L importante sécrétion de FSH stimule celle de l oestradiol dont le taux croissant entraîne par rétrocontrôle négatif le complexe hypothalamo-hypophysaire, la baisse du taux de FSH. Vers la fin de la phase folliculaire, l importante quantité d œstradiol, par un rétrocontrôle positif déclenche une libération massive et brève (pic) de LH (accompagné d un petit pic de FSH). C est le pic de LH qui provoque l ovulation. Pendant la phase lutéinique, un taux relativement élevé de progestérone et d œstradiol par un rétrocontrôle négatif freine la production de FSH et LH. A la fin de cette phase et en l absence de nidation, la chute du taux d œstrogènes et de progestérone, par un rétrocontrôle négatif permet la remontée du taux de FSH et de LH. Pendant cette phase lutéinique, la progestérone provoque le ralentissement de la fréquence de GnRH et a un effet inhibiteur sur le rétrocontrôle positif exercé par l oestradiol (voir document ci-dessous)

11 2 ème série d expériences L hypophyse contrôle le fonctionnement des testicules par deux hormones, la FSH et LH. Le fonctionnement de l hypophyse est à son tour contrôlé par l hypothalamus par l intermédiaire de la GnRH et par une hormone testiculaire, la testostérone (et une protéine, l inhibine, produite par les cellules de Sertoli) : La FSH active la spermatogenèse par le biais des cellules de Sertoli qui élaborent alors une protéine, l inhibine, indispensable à la fixation de la testostérone sur les cellules de la lignée germinale qu elle stimule. La LH quant à elle, favorise la synthèse de la testostérone par les cellules de Leydig. La sécrétion de LH est inhibée (ou modulée) par rétrocontrôle négatif dès que le taux plasmatique de la testostérone dépasse un seuil. Quant à celle de FSH, l inhibine serait responsable de son inhibition (par rétrocontrôle négatif). Il n y a pas de rétrocontrôle positif des testicules sur le complexe hypothalamohypophysaire. (voir document ci-dessous).

12 Conclusion Chez la femme, tout comme chez l homme, sous l influence de l hypothalamus, l hypophyse contrôle le fonctionnement des gonades (ovaires et testicules). A leur tour, les gonades exercent un rétrocontrôle soit positif, soit négatif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire : on parle alors de régulation. La compréhension du mécanisme de régulation des cycles sexuels de la femme a permis la mise au point de la pilule contraceptive qui est constituée d hormones ovariennes de synthèse. L absorption régulière de ces hormones de synthèse entraîne une augmentation de leur taux dans le sang. Celles-ci exercent un rétrocontrôle négatif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire avec pour conséquences un blocage de l ovulation (anovulation) ou une absence de nidation (par atrophie de l endomètre). La contraception a pour avantages le planning familial, la préservation de la santé de la mère, la réduction des grossesses à risque (précoces, nombreuses, tardives et rapprochées) Conclusion partielle Les organes sexuels interagissent par l intermédiaire d hormones. CONCLUSION GÉNÉRALE Chez les Mammifères, la reproduction se fait par des œufs obtenus par la fusion d un spermatozoïde et d un ovocyte. L œuf se développe par la suite dans l utérus. La réussite de ces processus est due au fonctionnement harmonieux des organes sexuels (gonades, complexe hypothalamo-hypophysaire, utérus etc.) qui interagissent grâce à des hormones.

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