Introduction : La machine humaine

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1 Cours biologie DEUST 1 STAPS : R. ELLENA Introduction : La machine humaine L homme : une des créatures les plus évoluées des espèces vivantes

2 Une organisation clairement définie Un appareil reproducteur remarquablement conçu Un cerveau efficace

3 LA MACHINERIE DE BASE Pour contenir les organes et se déplacer : - Un système ostéo-articulaire > Position debout > Mains avec un pouce en opposition

4 Pour assurer sa vie Un système respiratoire Un système circulatoire»capables de s adapter

5 Pour s alimenter Un système digestif capable de mastiquer, absorber, digérer et éliminer une alimentation très variée

6 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

7 + Des organes des sens Vue Ouïe Odorat Goût Toucher

8 + Une régulation du milieu intérieur Glandes endocrines Hormones + Un système de respiration tissulaire et de défense Le système sanguin

9 Introduction : Chapitre I. LA CELLULE : Unité de vie La cellule : la plus petite unité de l être vivant Elle remplit toutes les fonctions de l organisme - Métabolisme - Mouvement - Croissance - Reproduction - Transmission héréditaire

10 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

11 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.

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13 1.1 STRUCTURE DE LA CELLULE La membrane cellulaire ou membrane plasmique - Double couche liquidique (phospholipidique) - Délimite la cellule et la sépare du milieu cellulaire

14 La membrane plasmique

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16 Coupe membrane plasmique

17 Rôle de la membrane cellulaire : Echange Senseur Ancrage

18 Schéma des 3 rôles de la membrane

19 1) Rôle d échange La membrane est semi-perméable Les échanges peuvent se faire : - Diffusion passive - Transport actif

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21 2) Rôle de senseur : Détecteur placé à la source Message grâce à des protéines Récepteur spécifique

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23 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)

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25 1.1.2 LE NOYAU - Composition du noyau Une enveloppe nucléaire (double + pores) Le nucléoplasme : intérieur du noyau La chromatine Un (à 4) nucléoles

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28 - Fonctionnement du noyau Contient l information génétique C est le lieu de la transcription de l ADN Stocke de l ADN

29 1.1.3 LE CYTOPLASME ET LES DIFFERENTS ORGANITES INTRACELLULAIRES

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31 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

32 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)

33 L ATP est une molécule énergétique immédiatement utilisable par le muscle. ATP + H2O ADP + P + Energie

34 LES DIFFERENTS ORGANITES LES MITOCHONDRIES

35 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

36 Schéma de la respiration cellulaire Cycle de KREPS

37 1 molécule de glucose voie aerobie 36 molécules d ATP La respiration cellulaire génère beaucoup plus d ATP (énergie) que la glycolyse (cytoplasmique)

38 Le réticulum endoplasmique

39 Sac aplati 2 types : * Le réticulum endoplasmique lisse (REL) rôle : synthèse des lipides * Le réticulum endoplasmique rugueux (REG) rôle : synthèse des protéines

40 L appareil de GOLGI

41 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

42 Les Lysosomes Vésicules contenant des enzymes hydrolytiques Rôle : Servent à la digestion des substances capturées par la cellule (phagocytose)

43 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)

44 Les ribosomes Granules denses formés de protéines et d ARN Fonction : Assemblent les acides aminés en protéines pour les exporter hors de la cellule

45 1.2 L information génétique Video sur la synthèse des protéines: synthese_proteique

46 1.2 L information génétique

47 L ADN : Acide Désoxyribonucléique

48 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

49 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

50 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

51 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)

52 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)

53 Schéma de la molécule d ARN

54 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)

55 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

56 La synthèse des protéines

57 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)

58 Schéma cours IFSI clé USB

59 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

60 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)

61

62 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

63 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.

64 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

65 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

66 Mécanisme simplifié

67 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.

68 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.

69 La synthèse des protéines

70 La synthèse des protéines

71 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.

72 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

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74 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) noyaux - Les cellules avec plusieurs - Quelques cellules très différenciées : ex les neurones

75 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

76 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;

77 cycle cellulaire

78 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

79 1.3.1 LA REPLICATION DE L ADN

80 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.

81 1.3.2 LA MITOSE Le cycle cellulaire = interphase (G1 + S + G2) + mitose Figure C4 cycle cellulaire Page 880 Physio humaine

82 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. support de l hérédité - Les chromosomes sont le

83 Caryotype et Chromosomes

84 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)

85 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

86 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.

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88 La phase G0 correspond à une sortie du cycle - soit cellule au repos - soit cellule en mauvaise condition - soit différenciation

89 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

90 Chaque chromosome est toujours constitué de 2 chromatides sœurs reliées par un centromère

91 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)

92

93 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.

94 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).

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