La rétroaction (feed-back), caractéristique essentielle des mécanismes autorégulateurs.

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1 1 LES ORIGINES DE LA VIE. De l atome à la cellule Seuil, 1966 Par Joël de ROSNAY Éditions du TEXTE n 1 & TEST : La rétroaction (feed-back), caractéristique essentielle des mécanismes autorégulateurs. (suite) TEXTE n 2 : La rétroaction en biologie moléculaire.

2 2 La rétroaction (feed-back), caractéristique essentielle des mécanismes autorégulateurs. 1. Les machines accomplissent certaines opérations se succédant dans un ordre logique ; la cause précédant les effets et ne les suivant jamais. Ainsi dans un automate, l introduction du programme (1) et la mise en route du moteur (cause) (2), précèdent l exécution de certaines tâches (effets) (3). Les séquences se suivent dans un ordre chronologique. Il nous semblerait impossible que 3 précédât 1 ou La cybernétique bouleverse nos habitudes de pensée en renversant l ordre chronologique des phénomènes et en étudiant les systèmes dans lesquels les effets sont reliés à leur cause. Cette liaison s appelle la rétroaction. Mettons-la en évidence grâce à un système auto-régulateur très simple : un bassin dont le niveau est maintenu constant par un flotteur relié au robinet d arrivée d eau. Voici la suite chronologique des évènements (fig. ci-dessous) : 3. Ouverture du robinet d arrivée d eau (1). Le bassin se remplit (2). Le niveau du bassin augmente (3). Le flotteur monte entraînant la vanne qui arrête l arrivée d eau (4). Par l intermédiaire du flotteur et du bras articulé, l effet (le niveau du bassin) a réagi sur sa cause (le débit du robinet) pour la modifier 1. 1 Il s agit là d une rétroaction négative, l effet tendant à agir sur sa cause pour l atténuer : nous aurions pu prendre un grand nombre d autres exemples allant du thermostat au régulateur à boule des machines à vapeur car le schéma de base est identique.

3 3 4. Pour mieux faire comprendre le circuit général de la rétroaction nous sommes partis d un système à l arrêt. Mais on comprend facilement qu une fois mis en route, ce système puisse fonctionner indéfiniment pourvu qu il dispose de l énergie nécessaire (l arrivée d eau dans notre exemple). En effet, par suite d utilisation en aval, le niveau du bassin peut diminuer : le flotteur redescend entraînant la vanne qui ouvre le robinet d eau. Le niveau remonte dans le bassin, etc. 5. Ce système d auto-régulation tend à maintenir une valeur constante 2. Il introduit un élément de stabilisation dans le système ; sans flotteur le bassin risque de déborder. Un mécanisme autorégulateur oscille donc indéfiniment autour d une position d équilibre stable en se corrigeant par petites touches pour réajuster cette position. L analogie avec les organismes vivants est frappante. 6. Cependant la boucle de rétroaction peut être constituée par un appareillage moins grossier que le flotteur et la vanne du bassin de l exemple précédent. En effet, ce qui circule le long de cette boucle est une information, un signal susceptible de déclencher une action. Cette information peut être conduite aussi bien par un fil électrique que par une onde électromagnétique, un son, un tuyau, ou, comme nous allons le voir maintenant, par des molécules agissant dans la cellule comme des signaux. LES ORIGINES DE LA VIE. De l atome à la cellule Par Joël de Rosnay (Editions du Seuil, 1966) pp Le niveau du bassin ou la température de la pièce dans le cas d un système à thermostat.

4 4 Exercices : 1. Changer le temps du verbe se succéder en le faisant précéder de qui et le temps des verbes précéder et suivre en introduisant où. 2. «La cybernétique bouleverse nos habitudes de pensée en renversant l ordre chronologique des phénomènes et en étudiant les systèmes dans lesquels les effets sont reliés à leur cause.» Poser sur cette phrase une question commençant par Qu est-ce que..? et une question commençant par Pourquoi? Formuler deux réponses brèves avec des phrases complètes. Qu est-ce que réponse : Pourquoi réponse :

5 5 Le Genre (masculin / féminin) et le nombre (singulier / pluriel) des MOTS : Indiquer pour le mot : niveau le nombre et le genre, dans la phrase où il est proposé. Faire ensuite la liste des mots, que vous avez isolés dans cette phrase, et qui vous ont permis de décider : PHRASE : «un bassin dont le niveau est maintenu constant par un flotteur relié au robinet d arrivée d eau.» niveau GENRE NOMBRE Masculin Féminin Singulier Pluriel 3. Modifier légèrement ce paragraphe en y insérant des expressions de la succession dans le temps : d abord, puis, ensuite, donc, enfin, etc (Attention à ne pas modifier le sens du texte!) 4. Relever dans ce paragraphe une expression du but : une expression de cause : une expression de condition :

6 6 5. Introduire les mots car et particulièrement dans ce paragraphe, sans apporter aucune autre modification ni de forme ni de sens. 6. Faire correspondre un substantif ou un adjectif de même racine à chacun des mots qui vous sont proposés : substantifs information adjectifs électrique onde électromagnétique rétroaction son molécules cellule Indépendamment du titre réel du livre dont provient cet extrait et en vous basant uniquement sur les paragraphes 5 et 6 que vous venez de lire quel titre auriez-vous donné au livre, à la simple lecture de cet extrait?

7 7 La rétroaction en biologie moléculaire Après ce petit détour qui était nécessaire, car les lois de base de la cybernétique nous seront souvent utiles dans ce livre, voyons comment la rétroaction se manifeste au niveau moléculaire, à l intérieur de la cellule. Nous avons vu que le métabolisme cette «mico-industrie cellulaire» - s effectuait par l intermédiaire d enzymes. Ces enzymes fabriquent, par un travail «à la chaîne», les substances chimiques dont la cellule a un besoin permanent et que nous appellerons métabolites. Quand la concentration de ces molécules dans la cellule atteint un niveau optimum, les chaînes de montage doivent pouvoir être bloquées. En d autres termes, la production doit pouvoir être arrêtée dès que l offre dépasse la demande et remise en route dans le cas contraire. Nous allons voir que le schéma de ce fonctionnement cellulaire autorégulé est identique à celui du bassin car les lois qui régissent ces systèmes rétroactifs sont les mêmes. Les gènes de structure de l ADN (1) transmettent, par l intermédiaire de l ARN messager, les instructions nécessaires à la fabrication des enzymes. Les enzymes, en travaillant à la chaîne (2) produisent les molécules essentielles à la vie cellulaire : les métabolites. La concentration de ces métabolites augmente dans la cellule (3). Les métabolites peuvent : soit bloquer directement la chaîne de montage qui les fabrique (4), soit agir sur un système de régulation chimique qui «ferme», sur l ADN, «l interrupteur» contrôlant les gènes de structure et, de ce fait, bloque la synthèse des enzymes (5). Les produits de l usine chimique cellulaire ont arrêté leur propre fabrication. Ce schéma est une simplification de celui des Professeurs Monod et Jacob sur la régulation cellulaire. L «interrupteur» de l ADN est appelé opérateur : il contrôle les gènes structuraux. Cet opérateur est sous la dépendance d un répresseur, grosse molécule, synthétisée conformément aux ordres d un gène régulateur. C est ce répresseur qui «détecte» dans la cellule la présence ou l absence de molécules de métabolites, et bloque, ou débloque l opérateur. Nous verrons plus loin comment le répresseur «reconnaît» les signaux que lui envoie la cellule.

8 8 En réalité, ce processus ne s interrompt jamais (sauf à la mort). Dès que la concentration en métabolites d un certain type baisse, le système de régulation chimique rouvre «l interrupteur» qui commande, sur l ADN, le «flux» d informations nécessaires à la fabrication de telle ou telle enzyme. Ainsi ne sont fabriquées que les enzymes capables d assembler le type particulier de molécules qui fait défaut. C est ainsi que la cellule adapte en permanence sa production à ses besoins. Comme tout être vivant, ou toute association d êtres vivants, la cellule est un système complexe formé de circuits de rétroaction bouclés les uns sur les autres : tout rétroagit sur tout. La cellule peut ainsi se conduire elle-même. A l issue de cette première partie qu est-ce que la vie? nous pouvons tenter d esquisser le «portrait robot» des premiers organismes vivants dont il va nous falloir maintenant retracer l histoire. Mais cette première partie nous oblige aussi à poser les questions suivantes, questions-clefs de la biologie d aujourd hui : Comment s est constituée la structure cellulaire caractéristique des êtres vivants? Comment s est amorcé le «petit courant électrique» qui fait tourner la machinerie de la vie? Comment les gènes de l ADN ont-ils acquis l information qu ils renferment? Comment s est agencé le «régulateur» qui permet à la cellule de maintenir son «niveau de vie»? C est ce que nous allons essayer d étudier maintenant. LES ORIGINES DE LA VIE. De l atome à la cellule Par Joël de Rosnay (Editions du Seuil, 1966) pp