Séquence 9. Féminin, masculin. Sommaire

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1 Séquence 9 Féminin, masculin Sommaire 1. Devenir homme ou femme 2. Sexualité et procréation Synthèse de la séquence 9 Glossaire Exercices de la séquence 9 Séquence 9 SN12 1

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3 1 A Devenir homme ou femme Une identité sexuelle biologique définie par des caractéristiques anatomiques, chromosomiques et physiologiques Sur une carte d identité, outre le nom, prénom, date de naissance est également précisé le sexe de l individu : Masculin ou Féminin. Une des premières questions posées par les parents est relative au sexe de l enfant à naître ou qui vient de naître. Cette habitude de classer les individus en deux catégories présuppose l existence d une identité sexuelle. Quelles sont les caractéristiques biologiques qui permettent de classer les individus dans l une ou l autre des catégories? Activité 1 Identifier les supports biologiques de l identité sexuelle Recenser, extraire et organiser des informations Vous pouvez visualiser, sur le site de SVT de l académie de Rennes, les étapes d une dissection des appareils génitaux d une souris femelle et d une souris mâle. Pour vous connecter, entrer les mots «dissection souris + SVT rennes» sur votre moteur de recherche. Adresse du site : Choisir «dissection de l appareil urogénital» Les? permettent d accéder aux légendes et l icône " permet de suivre les étapes de la dissection. Séquence 9 SN12 3

4 Document 1... Document Séquence 9 SN12

5 Question Titrer et légender les documents 1 et 2. Document 3 Appareil génital masculin (vu de face) Document 4 Appareil génital féminin (vu de face) Légender les documents 3 et 4 Construire un tableau à double entrée présentant les phénotypes sexuels macroscopiques féminins et masculins dans lequel figurent les organes reproducteurs ou gonades, les voies génitales, les glandes annexes et les organes génitaux externes. Séquence 9 SN12 5

6 Document 5a : Document 5b : Titrer les documents 5a et 5b. Document 6 Évolution des taux plasmatiques des hormones sexuelles chez les garçons ou chez les filles Concentration plasmatique Oestradiol Progestérone Testostérone Age (années) 6 Séquence 9 SN12

7 Construire un tableau à double entrée afin de montrer que le phénotype masculin et féminin repose sur des caractéristiques anatomiques, chromosomiques et physiologiques. À retenir Il existe des caractéristiques anatomiques, physiologiques et chromosomiques propres au genre masculin et féminin. Cela permet de définir une identité sexuelle biologique. Les appareils génitaux masculins et féminins ont une organisation commune comprenant des structures qui ont des rôles différents dans la procréation : Les gonades ou organes reproducteurs (ovaires ou testicules) produisant les cellules sexuelles ou gamètes et des hormones sexuelles. Les voies génitales permettant le cheminement des cellules sexuelles (canal déférent, trompe. Les organes génitaux externes intervenant dans l accouplement indispensable à la rencontre des gamètes dans l organisme féminin. Les gonades, voies génitales et organes génitaux externes sont différents chez un individu de sexe masculin et chez un individu de sexe féminin. Ces structures définissent le sexe phénotypique. On peut également définir un sexe génétique caractérisé par la présence ou l absence du chromosome Y et un sexe gonadique caractérisé par la présence d ovaires chez la femme et de testicules chez l homme. Comment les appareils reproducteurs se mettent-ils en place et comment deviennent-ils fonctionnels? B La mise en place du phénotype sexuel 1. De la fécondation au stade phénotypique indifférencié Activité 2 Caractériser le stade indifférencié du phénotype sexuel. Pratiquer une démarche scientifique : Observer, formuler une hypothèse Document 7 Stade indifférencié de l appareil génital d un embryon humain à la fin de la 6 e semaine après la conception Dès la 5e semaine qui suit la fécondation (l embryon mesure alors 2 mm), des ébauches de gonades se mettent en place. Quel que soit le Séquence 9 SN12 7

8 sexe génétique de l embryon, ces ébauches ont la même localisation (à la base de l ébauche des reins) et la même structure. Les cellules germinales primordiales (futurs gamètes) y sont rassemblées. Ces gonades sont «phénotypiquement» indifférenciées, mais génétiquement déterminées (puisque les cellules contiennent soit 2 chromosomes X soit un X et un Y). Dans le même temps se mettent en place deux types d ébauches de voies génitales qui correspondent à deux paires de canaux : les canaux de Wolff et les canaux de Müller. Ces ébauches de voies génitales, quel que soit le sexe de l embryon, sont présentes toutes les deux, ont la même structure et la même disposition (elles longent les futurs reins). gonade indifférenciée canal de Müller canal de Wolff Voies génitales internes indifférenciées zones génitales externes indifférenciées Question Indiquer ce qu on appelle état indifférencié en ce qui concerne les gonades et les voies génitales d un embryon féminin ou masculin de 6 semaines. Quelles questions posent ce constat? Proposer une hypothèse. À retenir La première étape est la mise en place, au début du développement embryonnaire, d un stade phénotypique indifférencié. Chez le jeune embryon quel que soit le sexe génétique, la structure de l appareil génital est identique : Les gonades sont indifférenciées (elles renferment des cellules germinales destinées à devenir des gamètes et des cellules somatiques) Les voies génitales, également indifférenciées, présentent deux types d ébauches : les canaux de Wolff et les canaux de Müller. Quel est le facteur à l origine de la différenciation des gonades en ovaires ou testicules? 8 Séquence 9 SN12

9 2. La différenciation des gonades, une étape contrôlée par le chromosome Y Activité 3 Montrer que le sexe gonadique est contrôlé par le sexe génétique. Recenser, extraire et organiser des informations. Pratiquer une démarche scientifique : raisonner avec rigueur Document 8 De la gonade indifférenciée au testicule ou à l ovaire immatures à la naissance Caryotype X Y Gonades indifférenciées Caryotype X X Semaines après la conception 6 Testicules immatures Ovaires immatures 10 Descente des testicules dans les bourses NAISSANCE 39 Testicules immatures Ovaires immatures Séquence 9 SN12 9

10 Document 9 Chromosomes sexuels et sexes phénotypiques Des anomalies du caryotype humain ont été décrites et mises en relation avec le phénotype sexuel correspondant. Phénotypes Femme Homme Femme : Syndrome de Turner Homme : Syndrome de Klinefelter Caryotypes 44 + XX 44 + XY 44 + X XXY Gonades Ovaires normaux Testicules normaux Ovaires atrophiés pas de follicules primordiaux Testicules infantiles : pas de spermatogenèse Voies génitales et organes génitaux externes Féminins Masculins Féminins Masculins Puberté Caractères sexuels secondaires féminins. Caractères sexuels secondaires masculins. Aucun signe de caractères sexuels secondaires mis à part les poils pubiens. Peu décelable. Caractères sexuels secondaires masculins peu marqués. Pilosité pubienne peu fournie et absence de barbe Document 10 Carte simplifiée du chromosome X et Y Gène SRY Document 11 Chromosome X Une expérience de transgénèse Chromosome Y On introduit par transgénèse, dans le génome de cellules-œufs XX, un fragment d ADN contenant le gène SRY. Ces cellules œufs donnent des souris ayant un phénotype sexuel mâle. 10 Séquence 9 SN12

11 A l aide du document 8, préciser l ordre de différenciation des gonades et en quoi consiste cette différenciation dans les deux cas. En utilisant l ensemble des documents, discuter le déterminisme du sexe phénotypique. À retenir La deuxième étape est la différenciation de la gonade en fonction du sexe génétique L acquisition du sexe gonadique masculin est déterminée par la présence du chromosome Y (l expression du gène Sry) En absence du chromosome Y, les gonades se différencient en ovaires. 3. Troisième étape : la différenciation des voies génitales, du sexe gonadique au sexe phénotypique différencié. Activité 4 Document 12 Comparer les étapes du développement des voies génitales chez des embryons de sexe masculin et de sexe féminin Pratiquer une démarche scientifique : Observer, Formuler une hypothèse. La différenciation des voies génitales chez l embryon masculin et féminin Stade indifférencié gonade tubercule génital canal de Müller canal de Wolff sinus urogénital rectum ovaire ovogonie utérus clitoris Phénotype sexuel immature féminin canal de Müller = trompe canal de Wolff régressé vagin rectum Différentiation sexuelle testicule spermatogonies cellules de Leydig pénis canal de Müller régressé canal de Wolff = canal déférent vésicule séminale prostate Phénotype sexuel immature masculin Séquence 9 SN12 11

12 Document 13 La différenciation des voies génitales chez l embryon masculin et féminin Caryotype X Y Voies génitales indifférenciées Canaux de Wolff Canaux de Müller Caryotype X X Semaines après la conception NAISSANCE 39 Voies génitales masculines internes et organes génitaux externes non fonctionnels Voies génitales féminines internes et organes génitaux externes non fonctionnels Différenciation des gonades indifférenciées en testicules Différenciation des gonades indifférenciées en ovaires A partir du document 12, compléter sur le document 13, les deux rectangles vides afin de préciser l évolution des voies génitales indifférenciées chez l embryon masculin et chez l embryon féminin. Proposer une hypothèse sur la nature des facteurs à l origine cette différenciation. 12 Séquence 9 SN12

13 À retenir La différenciation des gonades précède la différenciation des voies génitales. Chez l embryon féminin, les canaux de Wolff disparaissent (16 e semaine) et les canaux de Müller se différencient en voies génitales féminines. Chez l embryon masculin, les canaux de Müller disparaissent (10 e semaine) et les canaux de Wolff se différencient en voies génitales masculines. Comment les gonades contrôlent-elles, la différenciation des voies génitales? a) Des observations suggérant un contrôle hormonal Activité 5 Montrer l existence d un contrôle hormonal de la différenciation des voies génitales Pratiquer une démarche scientifique : Raisonner avec rigueur Document 14 Le phénotype sexuel des femelles free-martin Il existe des gestations gémellaires (jumeaux) chez la vache. Lorsque les jumeaux sont de sexes différents (faux jumeaux), le fœtus mâle présente un développement normal, alors que le fœtus femelle de caryotype XX, présente des organes génitaux internes plus ou moins masculinisés. Les génisses issues de ces gestations sont stériles. On les qualifie de «freemartin». Chez les bovins, on observe une fusion des placentas et des vaisseaux sanguins des deux fœtus dans 90% des cas de gestation gémellaire. Testicules L embryon mâle L embryon femelle Liaisons sanguines Placenta commun Séquence 9 SN12 13

14 Les femelles free-martin se distinguent par leur forte musculature et leur poitrail qui rappelle celui des taureaux. Les organes génitaux externes sont typiquement féminins mais on constate de profondes modifications au niveau des gonades et des voies génitales : les ovaires sont généralement d une taille anormalement petite et ne produisent pas d ovules. Dans certains cas, on voit se former au cours du développement embryonnaire des tubes séminifères et des cellules interstitielles, Toutes les voies génitales dérivant des canaux de Müller sont interrompues ou même absentes (les cornes utérines sont réduites, parfois absentes), les canaux déférents et les glandes accessoires mâles (en particulier les vésicules séminales et la prostate) sont souvent présents les organes génitaux externes sont de type femelle avec parfois un clitoris plus ou moins hypertrophié. Document 15 Des observations complémentaires Des observations suggérant que les testicules embryonnaires agissent sur les voies génitales par voie hormonale. En 1916 et 17, deux équipes (Keller et Tandler en Autriche, Lillie et Chapin aux USA) effectuèrent un certains nombre d observations afin de comprendre ce phénomène en étudiant des portées multiples : les freemartins et leurs jumeaux mâles sont des faux-jumeaux (2 œufs distincts) dans les portées gémellaires de même sexe (mâle ou femelle) il n y a pas d anomalie de type freemartin. lorsque, dans les portées gémellaires hétérosexuées (mâle et femelle) il n y a pas de liaisons sanguines qui se forment au niveau du placenta commun aux deux jumeaux, le fœtus femelle est normal. Question Sachant que la chronologie de différenciation des appareils génitaux se déroule dans le même ordre que dans l espèce humaine, montrer que l observation des cas de free-martin peut faire penser à une influence hormonale du testicule sur la différenciation sexuelle. Aide Si nécessaire, vous pouvez vous reporter au glossaire pour la définition d une hormone. (Cette notion a été vue au collège). 14 Séquence 9 SN12

15 b) La masculinisation des voies génitales sous contrôle de deux hormones Activité 6 Préciser les hormones testiculaires intervenant dans la réalisation du phénotype sexuel mâle Pratiquer une démarche scientifique : Raisonner avec rigueur Document 16 Des expériences de castrations chez le fœtus de lapin mâle Afin de vérifier si les gonades jouent ou non un rôle dans la différenciation sexuelle de l appareil génital, Alfred Jost, élabore en , une technique sur le fœtus de lapin, in utero. Il réalise l ablation des gonades avant la différenciation des voies génitales à 19 jours. Ils laissent ensuite se développer, in utero, pendant 9 jours jusque vers le terme. Le 19 e jour du développement de l embryon Canaux de Müller oviducte Canaux de Wolff utérus Ablation des gonades indifférenciées... Zones génitales externes indifférenciées... et 9 jours plus tard vagin Document 17 Les deux hormones sécrétées par les testicules intervenant dans la différenciation des voies génitales d un individu de sexe masculin Des expériences plus récentes ont montré que le testicule sécrète deux hormones : la testostérone qui entraîne le développement des voies génitales mâles à partir des canaux de Wolff et la masculinisation des organes génitaux externes ; l AMH (hormone anti-müllérienne), sécrétée par les cellules de Sertoli présentes dans la paroi des tubes séminifères des testicules, qui provoque la dégénérescence des canaux de Müller. Séquence 9 SN12 15

16 Document 18 Évolution du taux de testostérone de l âge fœtal à l âge adulte Concentration plasmatique de la testostérone (ng. 100 ml 1 ) 500 NAISSANCE âge Mois Années Document 19 Évolution du taux d AMH chez la femme et chez l homme de l âge fœtal jusqu à la puberté Concentration plasmatique d AMH (ng ml 1 ) Garçon NAISSANCE 10 Fille âge Mois Années Compléter le tableau ci-dessous à partir des expériences de Jost. Mâle non castré Mâle castré Canaux de Wolff + Canaux de Müller - Organes génitaux externes Organes génitaux externes mâles + : développement ; régression 16 Séquence 9 SN12

17 Montrer en quoi les expériences de Jost présentées dans le document 16 conduisent à l idée que les testicules contrôlent la différenciation des voies génitales vers un phénotype sexuel masculin Indiquer quels sont les organes cibles de la testostérone et de l AMH. Exploiter les documents 18 et 19 afin de préciser l évolution de la concentration, au cours des mois de grossesse, de la testostérone et de l AMH et d établir un lien avec la chronologie de la différenciation des voies génitales chez un fœtus de sexe masculin (voir document 13). c) La féminisation des voies génitales Activité 7 Document 20 Préciser le rôle des ovaires dans la féminisation des voies génitales. Pratiquer une démarche scientifique : Raisonner avec rigueur Des expériences de castrations chez le fœtus de lapin femelle Jost a également réalisé des castrations in utero chez des fœtus femelles. Le 19 e jour du développement de l embryon Canaux de Müller oviducte Canaux de Wolff utérus Ablation des gonades indifférenciées... Zones génitales externes indifférenciées... et 9 jours plus tard vagin Effets de la castration chez la femelle Femelle non castrée Femelle castrée Canaux de Wolff - - Canaux de Müller + + Organes génitaux externes Organes génitaux externes femelles Organes génitaux externes femelles Montrer que les expériences de Jost permettent de supposer que la différenciation des voies génitales n est pas sous le contrôle des ovaires chez un fœtus de sexe féminin. Quelle relation peut-on établir entre les données du document 19 et la féminisation des voies génitales? Séquence 9 SN12 17

18 Activité 8 Réaliser un schéma de synthèse Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : graphique Représenter sous la forme d un schéma-bilan les trois étapes intervenant dans la réalisation du phénotype sexuel de la conception à la naissance. Aide La représentation doit très simplifiée (cadres, flèches) Les termes suivants doivent y figurer : gonades indifférenciées, voies génitales indifférenciées, canaux de Wolff, canaux de Müller, caryotype XY, caryotype XX, testicule immature, ovaire immature, testostérone, AMH, développement des voies génitales, disparition des canaux de Müller, disparition des canaux de Wolff, phénotype féminin impubère (ovaires non fonctionnels), phénotype masculin impubère (testicules non fonctionnels), développement embryonnaire puis fœtal, naissance, étape 1 : stade phénotypique indifférencié, étape 2 : du sexe génétique au sexe gonadique, étape 3 : du sexe gonadique au sexe phénotypique. À retenir La troisième étape est la mise en place du sexe phénotypique différencié. Chez un fœtus de sexe masculin, les hormones testiculaires contrôlent la sexualisation des voies génitales. La testostérone stimule la masculinisation des canaux de Wolff à l origine des voies génitales masculines et des organes sexuels externes. L hormone antimüllérienne (AMH) entraîne la régression des canaux de Müller. Chez un fœtus de sexe féminin, l absence d hormones testiculaires conduit à la féminisation des voies génitales. Les canaux de Wolff régressent et disparaissent Les canaux de Müller persistent et évoluent en voies génitales féminines. Pendant le développement embryonnaire et fœtal, les organes de l appareil génital se différencient mais cet ensemble n est pas fonctionnel à la naissance. La réalisation complète du phénotype sexuel n a lieu qu à la puberté. Quels sont les phénomènes qui assurent la réalisation complète du phénotype sexuel au cours de la puberté? 18 Séquence 9 SN12

19 4. L acquisition de la fonctionnalité de l appareil sexuel à la puberté : quatrième étape de la mise en place du phénotype sexuel La puberté est la dernière étape de l établissement du phénotype sexuel au cours de laquelle un enfant devient un adolescent. Elle correspond à un ensemble de transformations morphologiques, anatomiques, physiologiques et psychologiques. Au cours de cette période, l individu acquiert la capacité de se reproduire. Activité 9 Document 21a Comprendre l organisation des ovaires et des testicules Recenser, extraire et organiser des informations. Pratiquer une démarche scientifique : raisonner avec rigueur Coupe de testicule observée au microscope optique après coloration Document 21b Schéma d interprétation Séquence 9 SN12 19

20 Les testicules contiennent des tubes séminifères très longs. Une coupe de testicule observée au microscope électronique après coloration montre des structures arrondies, les tubes séminifères. Chaque point correspond au noyau d une cellule. Les spermatozoïdes sont produits dans la paroi épaisse des tubes séminifères. Ils se forment à partir de cellules souches situées à la périphérie du tube séminifère. Ces cellules se transforment progressivement en spermatozoïdes que l on peut reconnaître dans la lumière des tubes séminifères grâce à leur long flagelle notamment. Dans la paroi de tubes séminifères, on trouve également un autre type de cellule, les cellules de Sertoli. Entre les tubes séminifères sont présentes des cellules qui constituent le tissu interstitiel. Ce sont les cellules interstitielles ou cellules de Leydig qui produisent une hormone, la testostérone Des vaisseaux sanguins présents entre les tubes séminifères assurent le transport de l hormone. Replacer les mots écrits en caractères gras sur le document 21b. Document 22a Coupe d ovaire observée au microscope optique après coloration 20 Séquence 9 SN12

21 Document 22b Schéma d interprétation Dans l ovaire fonctionnel sont présentes des structures sphériques : les follicules ovariens. Ce sont des massifs de cellules, les cellules folliculaires entourant un ovule immature. Le nombre de cellules entourant l ovule varie selon le stade de maturation du follicule. Tous les follicules présents dans un ovaire se sont formés au cours de la vie embryonnaire. Jusqu à la puberté ces follicules sont au repos. À partir de la puberté les follicules se développent. Dans une coupe d ovaire on peut donc observer des follicules à des stades de développement différents. Replacer les mots écrits en caractères gras sur le document 22b. Activité 10 Préciser les changements morphologiques et fonctionnels qui caractérisent la puberté. Recenser, extraire et organiser des informations. Pratiquer une démarche scientifique : raisonner avec rigueur. Séquence 9 SN12 21

22 Document 23 Ces changements morphologiques et physiologiques progressifs Document 24 Évolution de la masse de différents organes de l appareil génital Fille Masse de l utérus (en g) Masse de l ovaire (en g) Age (années) 22 Séquence 9 SN12

23 Garçon Autres organes (en g) Masse des vésicules séminales (en g) 40 Vésicules séminales 0, Testicules 0,6 0,4 10 Prostate 0, Age (années) Document 25 Un cas particulier d absence de testicules chez l homme : Un castrat était un chanteur de sexe masculin ayant subi une ablation des testicules avant sa puberté. Cette castration se faisait dans le but de conserver le registre aigu d une voix d enfant. En effet, dans ce cas, il n y a pas d accroissement du larynx ni d allongement des cordes vocales comme cela se produit normalement à la puberté, entraînant la mue de la voix chez le garçon. Les enfants ayant subi cette opération sont souvent longilignes et imberbes à l âge adulte. Document 26 Un cas clinique chez la femme Le syndrome de Turner déjà cité dans le document 9 touche une fille sur 2500 naissances. A l âge adulte, ces femmes dont les ovaires sont atrophiés, restent de petite taille (environ 1m45), elles sont stériles et ont une apparence infantile. Elles n ont pas de règles, leurs seins ne sont pas développés et leurs ovaires ne produisent pas suffisamment d hormones sexuelles féminines. Pour traiter ces femmes (environ cas en France), on leur injecte des hormones ovariennes. Les caractères sexuels secondaires se développent alors et la croissance s accélère. Séquence 9 SN12 23

24 Document 27 Évolution des taux plasmatiques moyens des hormones sexuelles Concentration plasmatique Oestradiol Testostérone Progestérone Age (années) La progestérone étant sécrétée par le corps jaune n apparaît que lorsque l ovaire se met à fonctionner de façon cyclique. Document 28 Acquisition de la fonctionnalité des ovaires et des testicules A la puberté, les gonades deviennent fonctionnelles produisant gamètes et hormones sexuelles. Dans l ovaire : Chez les filles les follicules ovariens se développent jusqu à maturation complète, c est-àdire jusqu à l émission d ovocytes. La sécrétion d œstrogènes augmente. Les oestrogènes rendent matures les voies génitales (utérus, vagin) et les organes génitaux externes. Elles provoquent également l apparition des caractères sexuels secondaires. Dans les testicules : Chez les garçons Dans les tubes séminifères commence à se dérouler la production de spermatozoïdes. La production d AMH décline alors que celle de la testostérone augmente. La testostérone entraîne le développement des voies génitales et du pénis et rend fonctionnelles les vésicules séminales et la prostate. L organisme est alors capable de produire du sperme. La testostérone entraîne l apparition des caractères sexuels secondaires. Exploiter les documents 23 et 24, afin de construire un tableau présentant dans les deux sexes : 24 Séquence 9 SN12

25 les modifications affectant les caractères sexuels primaires qui les rendent aptes à la procréation ; les caractères sexuels secondaires qui se développent alors. Exploiter les documents 25, 26 et 27, afin de montrer que le développement des caractères sexuels dépend de la mise en fonctionnement des testicules ou des ovaires à la puberté Aide Votre réponse doit prendre la forme d une synthèse. Retirer des informations de chaque document en se posant par exemple les questions suivantes : Document 25 : Montrer que les caractéristiques des castrats présentées dans le document révèlent plusieurs rôles des testicules à la puberté. Document 26 : Montrer que les caractéristiques des filles atteintes du syndrome de Turner présentées dans le document révèlent plusieurs rôles des ovaires à la puberté. Document 27 : Préciser l évolution du taux des hormones sexuelles à la puberté et la mettre en relation avec la mise en fonctionnement des gonades. Une question subsiste cependant : Comment les testicules ou les ovaires deviennent-ils fonctionnels avant de déclencher la puberté? Nous savons depuis le collège que le déclenchement de la puberté est déclenché par des hormones sécrétées par une région du cerveau. Cette région est le complexe hypothalamo-hypophysaire. Le complexe hypothalamo-hypophysaire est situé à la base du cerveau. Il est constitué par l association de l hypothalamus, région de l encéphale en relation avec de nombreuses autres régions cérébrales, relié par des vaisseaux sanguins à une petite glande endocrine, l hypophyse. Sous l action d hormones sécrétées par le complexe hypothalamo hypophysaire, les gonades deviennent fonctionnelles. Document 29 Le complexe hypothalamo-hypophysaire L encéphale dans la tête Localisation du complexe hypothalamus-hypophyse sur une coupe du cerveau Séquence 9 SN12 25

26 À retenir La quatrième étape est l acquisition de la fonctionnalité des appareils génitaux et des caractères sexuels secondaires au moment de la puberté. Les appareils génitaux deviennent fonctionnels. La concentration plasmatique des hormones sexuelles sécrétées par les gonades augmente considérablement. Les testicules sécrètent la testostérone. Les ovaires sécrètent les oestrogènes. Les hormones sexuelles contrôlent le développement des caractères sexuels secondaires et l acquisition de la fonctionnalité de l appareil génital. Les gonades deviennent fonctionnelles sous l action d hormones sécrétées par le complexe hypothalamo hypophysaire. C Identité sexuelle et orientation sexuelle La sexualité humaine a des bases biologiques mais des facteurs socioculturels et affectifs, rendus possibles par le fonctionnement du cerveau, favorisent ou inhibent certains comportements sexuels. Comment se construisent identité et orientation sexuelles? Activité 11 Document 31 Différencier ce qui relève de l identité sexuelle et de l orientation sexuelle Recenser, extraire et organiser des informations L identité sexuelle : la catégorisation en femmes et hommes En sociologie, l identité sexuelle ou identité de genre (féminin ou masculin), se réfère au genre par lequel une personne est socialement reconnue. Elle appartient ainsi à la sphère publique. Elle dépend du genre conféré à la naissance (voire avant du fait de l échographie) et du conditionnement social. a) Un sexe biologique : en théorie plusieurs caractéristiques biologiques permettent de dire si un individu appartient à la catégorie femme ou homme : 26 Séquence 9 SN12

27 Leur sexe génétique : les femmes présentent habituellement dans leurs cellules une paire de chromosomes XX et les hommes, une paire de chromosomes XY Les gènes portés par ces chromosomes, permettent l expression dans le corps des caractéristiques féminines ou masculines, notamment par le biais de la production d hormones. Leurs hormones sexuelles Leurs phénotypes, conséquences du patrimoine génétique et des hormones sexuelles, présentent des différences tels que appareils génitaux différents, caractères sexuels secondaires féminins ou masculins. Femmes et hommes peuvent aussi se distinguer par des caractéristiques comportementales, influencés par les codes de la société dans laquelle ils vivent. b) Une catégorisation biologique qui n est pas si facile à établir : cependant, les choses ne sont pas aussi évidentes qu on peut le penser. Des femmes peuvent présenter des chromosomes XY, des hommes des chromosomes XX, des milliers de personnes naissent chaque année hermaphrodites (individus porteurs des organes reproducteurs femelles et mâles à la fois) ou avec diverses variantes d intersexualité. L apparence corporelle (muscles, pilosité ) est liée quant à elle, à l activité physique et à la manière d entretenir le corps. c) L importance du contexte socio-culturel : certains auteurs suggèrent que l identité sexuelle se définit comme un ensemble de comportements, d attitudes, de symbolisations qui s élaborent au cours du développement psycho-sexuel. Elle se construit tout au long de la vie dans une interaction constante entre le sexe biologique et le contexte socio-culturel (attentes de la société, normes culturelles) : on apprend à devenir femme ou homme. Document 32 L orientation sexuelle Elle désigne le désir affectif et sexuel, l attirance qui peut porter sur des personnes du sexe opposé (hétérosexualité), du même sexe (homosexualité) ou indifféremment sur l un ou l autre sexe (bisexualité). Elle se révèle le plus souvent à l adolescence, moment où il est souvent difficile de faire face à une orientation sexuelle différente de la norme hétérosexuelle. L orientation sexuelle d une personne fait partie de sa vie privée et doit être respectée. La loi prévoit une aggravation des crimes et délits commis sur autrui en raison de son orientation sexuelle. Document 33 Premier anniversaire de la Déclaration relative aux droits de l Homme, à l orientation sexuelle et à l identité de genre (18 décembre 2009) Aujourd hui encore plus de 60 pays interdisent les relations sexuelles entre personnes du même sexe ou les répriment systématiquement, y compris pénalement, les peines encourues allant parfois jusqu à la peine de mort. Séquence 9 SN12 27

28 La France réaffirme, à l occasion du premier anniversaire de la déclaration relative aux droits de l Homme et à l orientation sexuelle et l identité de genre, sa détermination à lutter contre les violations des droits de l Homme et les discriminations fondées sur l orientation sexuelle, les identités et expressions de genre et condamne les exécutions, les détentions arbitraires et les privations des droits qui en résultent. ( Question Montrer que l identité sexuelle est une notion complexe à dissocier de l orientation sexuelle D Les bases biologiques du plaisir «Elle parut et tout en moi frémit». Ce frémissement qui saisit le jeune Musset à la vue de Georges Sand, la science est capable de l expliquer sans en enlever la poésie! Pas si simple pourtant la sexualité humaine la culture, l éducation et la psychologie modèlent son épanouissement et ses aléas. Mais elle dépend aussi de mécanismes physiologiques complexes. En effet, notre organisme soumis au désir est le lieu d une intense activité de communication entre organes, par le système nerveux et le système endocrinien. Quelle est l origine du plaisir associé à la sexualité? Activité 12 Identifier les structures à l origine du plaisir sexuel Recenser, extraire et organiser des informations. Pratiquer une démarche scientifique Document 34 Les expériences de Olds et Milner (1954) Dans les années 50, une découverte fortuite allait apporter des éléments de réponse. Olds et Milner, chercheurs à l université Mc Gill à Montréal, exploraient les fonctionnalités du cerveau au moyen d électrodes. Olds menait alors une expérimentation sur des rats équipés d une électrode implantée dans le centre de vigilance, zone située en arrière de l hypothalamus. Quand les rats s approchaient de certaines zones de l enclos, ils recevaient une décharge électrique. 28 Séquence 9 SN12

29 L expérience fut concluante ; les rats évitaient les zones de l enclos où étaient administrées les décharges électriques sauf un qui systématiquement revenait dans ces zones. Pensant qu il était moins sensible que ses congénères, Olds augmenta l intensité de la décharge électrique mais cela n eut pas l effet attendu bien au contraire. Il semblait même que cette augmentation d intensité ne faisait qu encourager le rat à revenir prendre une décharge. La conclusion était évidente ; contrairement aux autres rats qui évitaient la stimulation, ce rat la recherchait. Cette curiosité comportementale valut au rat de finir sous le scalpel du chercheur qui s aperçut alors qu il avait implanté l électrode à côté de l endroit ou elle aurait dû se trouver. Celle-ci avait été implantée dans une zone nommée le septum et non dans le centre de vigilance. Cette découverte fortuite incita le chercheur à mettre en place un nouveau protocole expérimental. Le rat est opéré de manière à insérer une électrode stimulatrice dans le septum. L électrode est reliée à un stimulateur qui permet de générer de petites décharges électriques à son extrémité. Ces décharges stimulent les cellules nerveuses situées à proximité. On peut régler l intensité et la fréquence du courant de stimulation. L électrode est reliée à une pédale située dans la cage du rat. Lorsque le rat appuie sur la pédale, il reçoit une petite décharge électrique qui stimule son hypothalamus latéral. On dit que le rat s autostimule. Au début, le rat appuie de manière fortuite sur le levier, mais très vite il apprend le fonctionnement du dispositif : plus il appuie sur la pédale, plus il autostimule son hypothalamus. Rapidement, le rat est obsédé par cette action, qu il préfère à toute autre : si le rat a le choix entre un dispositif qui distribue de la nourriture et celui-ci, il préfère toujours le dispositif d autostimulation. Cette activité devient irrépressible et ob- Séquence 9 SN12 29

30 sessionnelle, le rat est capable de se laisser mourir de faim, et préfère s occuper à s autostimuler. L aspect compulsif de ce comportement est montré par la fréquence des stimulations : en moyenne (sur 24 heures) 200 pressions par heure avec des pointes à 100 pressions par minute. Ces premières découvertes chez l animal ont été confirmées par des données d électrophysiologie chez l Homme (Heath : 1964, 1972) : on stimule ces mêmes zones du cerveau chez le patient et le patient exprime avoir ressenti un sentiment de plaisir, des bouffées de chaleur, un orgasme, une excitation sexuelle, voire même un sentiment amoureux envers l expérimentateur. Question Quelle hypothèse sur l origine du plaisir ces expériences permettentelles de formuler? Document 35 Les zones du cerveau impliquées dans la recherche du plaisir Les techniques actuelles, comme l imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomographie par émission de positrons (PET) ont montré qu au cours d un acte sexuel certaines zones du cerveau étaient activées Ces territoires du cerveau sont dispersés dans la région profonde du cerveau et constituent ce que les neurophysiologistes ont appelé le circuit de la récompense. Les zones activées sont représentées sur le document ci-dessous. Cortex ENTRÉES SENSORIELLES Cortex préfrontal Hypothalamus Noyau accumbens Amygdale Aire Tegmentale Ventrale (ATV) Cervelet 30 Séquence 9 SN12

31 Le site de l université de Harvard (Cambridge, Massachusetts) permet de visualiser les différentes zones du cerveau. L adresse du site : ou entrer Harvard + whole brain atlas dans votre moteur de recherche. The Whole Brain Atlas. Normal brain Normal anatomy in 3-D with MRI/PET Différents plans de coupe sont proposés. Coupe frontale (coronal), sagittale (sagittal) et transversale (transaxial). Aide Un premier menu déroulant permet de choisir un thème neuronal. Un deuxième menu déroulant permet de choisir alors une région cérébrale nommée. Le bouton «sync» permet d afficher la région choisie selon les 3 plans d orientation. Document 36 Les différents plans de coupe Localiser la zone initialement stimulée par Olds et positionner cette zone sur la coupe sagittale représentée sur le document 35. Remarque En Anglais, septum se traduit par septum pellucidum Séquence 9 SN12 31

32 Document 37 Expériences mettant en évidence l activité des neurones dopaminergiques de l aire tegmentale ventrale (ATV) La dopamine est une molécule, un neurotransmetteur, produite par des neurones qualifiés de dopaminergiques. Les neurotransmetteurs sont de petites molécules libérées par l extrémité d un neurone en réponse à l arrivée d un message nerveux. Les neurotransmetteurs libérés se fixent sur des récepteurs situés sur les neurones avec lesquels ils sont en contact et modifient leur activité. L activité des neurones dopaminergiques de l aire tegmentale ventrale (ATV) a été enregistrée chez un singe dans deux situations différentes par Wolfram Schultz. Dans la première situation, un cathéter relié à la bouche du singe permet de lui distribuer quelques gouttes de jus de pomme, substance qu il adore. Ce moment est repéré par la lettre R (récompense) sur l enregistrement 37A. Dans la deuxième expérience, un signal lumineux précède de quelques dixièmes de secondes la libération de jus de pomme. Après avoir renouvelé plusieurs fois l expérience, l activité des neurones dopaminergiques est enregistrée et présenté dans le document 37B. L apparition du signal lumineux est repérée par la lettre L. Activités des neurones (unités arbitraires) A Temps (ms) R Activités des neurones (unités arbitraires) B Temps (ms) L R 32 Séquence 9 SN12

33 Montrer que l arrivée d un signal annonçant une récompense s accompagne de modifications biologiques que vous préciserez. On a vu que différentes zones du cerveau et une molécule, la dopamine, étaient impliquées dans la recherche du plaisir. Quel est le trajet des informations à l origine du plaisir? Document 38 Les structures cérébrales du circuit de la récompense sont interconnectées L arrivée d un signal annonçant une récompense, après traitement sensoriel par le cortex, modifie l activité de certains neurones de l aire tegmentale ventrale. Ces neurones établissent des connexions avec différentes zones du cerveau : le noyau accumbens, le septum, le cortex préfrontal et l amygdale et constituent le circuit de la récompense. L activation de ce circuit est à l origine de l émotion agréable qui suit la prise de nourriture ou l accomplissement d un acte sexuel. Nous savons vu que l aire tegmentale ventrale est une zone clé du circuit de la récompense. Sur le schéma, indiquer par des flèches le trajet des informations reçues et traitées par l ATV et le trajet des informations émises par l ATV afin de reconstituer le circuit de la récompense. Indiquer par un triangle les endroits où la dopamine est libérée. Expliquer le comportement du rat lors la première expérience de Olds. À retenir Différentes expériences ont permis d établir que plusieurs zones du cerveau, interconnectées entre elles, étaient impliquées dans la naissance de la sensation de satisfaction ressentie par les individus à la suite d un acte sexuel ou de la prise de nourriture. L ensemble de ces structures forme le circuit de la récompense ; la satisfaction ressentie a pour origine l activation des neurones dopaminergiques. En motivant des comportements reliés à des besoins fondamentaux, le circuit de la récompense favorise la survie des individus et donc de l espèce. Séquence 9 SN12 33

34 Bilan du chapitre 1 Caryotype XX Caryotype XY Vers 11 à 13 ans Pendant le développement embrayonnaire puis fœtal Étape 1 : stade phénotypique indifférencié Étape 2 : du sexe génétique au sexe gonadique Étape 3 : du sexe gonadique au sexe phénotypique NAISSANCE Étape 4 : la puberté : acquisition de la fonctionnalité des appareils sexuels Gonades indifférenciées Ovaires immatures PHÉNOTYPE FÉMININ Appareil génital NON FONCTIONNEL Ovaires fonctionnels Développement et fonctionnement de l appareil génital. Caractères sexuels secondaires Voies génitales indifférenciées canaux de Wolff canaux de Müller Disparition des canaux de Wolff Différenciation des canaux de Müller trompe utérus organes génitaux externes Hormones ovariennes (œstrogènes) Voies génitales indifférenciées Gonadostimulines Gonades indifférenciées Testostérone Testicules immatures Différenciation des canaux de Wolff canaux déférents... organes génitaux externes AMH Disparition des canaux de Müller PHÉNOTYPE MASCULIN Appareil génital NON FONCTIONNEL Testicules fonctionnels Testostérone Développement de l appareil génital. Caractères sexuels secondaires PHÉNOTYPE FÉMININ PUBÈRE PHÉNOTYPE MASCULIN PUBÈRE 34 Séquence 9 SN12

35 2 Sexualité et procréation À partir de la puberté, les appareils génitaux deviennent fonctionnels et produisent des gamètes et des hormones. Chez l homme et la femme, le fonctionnement de l appareil reproducteur est régulé. La connaissance des mécanismes contrôlant le fonctionnement de l appareil reproducteur chez l homme et la femme a permis d élaborer différentes méthodes assurant une relative maîtrise de la procréation. Ces méthodes visent soit à limiter le nombre de naissance (contraception féminine préventive ou d urgence) soit à favoriser ces naissances lorsqu un couple se trouve confronté à un problème d infertilité. A La régulation physiologique de l appareil reproducteur de l homme Activité 1 Les caractéristiques de la communication hormonale Recenser, extraire et organiser des informations Document 1 La communication hormonale Une hormone est une molécule fabriquée par des cellules spécialisée que l on qualifie de cellules endocrines. Ces cellules spécialisées peuvent être éparpillées ou rassemblées formant alors une grande endocrine. Les hormones fabriquées par les cellules spécialisées à la suite d une stimulation sont libérées dans le sang. Elles peuvent donc agir à une distance éloignée de leur lieu de production. Les hormones agissent sur des cellules que l on qualifie de cellules cibles. Ces cellules ont la particularité de posséder des récepteurs spécifiques de cette hormone. La liaison entre l hormone et son récepteur modifie l activité de la cellule cible. Une hormone peut se fixer sur différents types de cellules : toutes celles qui possèdent des récepteurs spécifiques de cette hormone. Séquence 9 SN12 35

36 Une cellule possède différents types de récepteurs (des récepteurs spécifiques d une hormone donnée mais également des récepteurs non spécifiques de cette hormone) elle peut donc être la cible d hormones différentes. La réponse à une même hormone varie suivant le type de cellule cible (stimuler ou freiner une sécrétion, stimuler une synthèse ). La quantité d hormones présentes dans le sang est toujours très faible : de l ordre du nanogramme (ng) =10-12 grammes par millilitre. La modification de la concentration d une hormone peut modifier la réponse de la cellule cible. La concentration constitue donc une information. La réponse d une cellule à une hormone donnée dépend donc de la nature de l hormone, de la concentration de cette hormone mais également du nombre de récepteurs spécifiques à cette hormone que possède la cellule Séquence 9 SN12

37 Reporter sur le schéma, les mots du texte écrits en caractères gras. Vous ajouterez également les mots suivants : noyau, cytoplasme et membrane plasmique. Indiquer les évènements biologiques se déroulant aux endroits repérés par les chiffres 1,2,3,4 et 5. Activité 2 La fonction des testicules après la puberté Recenser, extraire et organiser des informations Document 2 Schéma d une coupe transversale de testicule Annoter le document 2 en utilisant les mots suivants : Vaisseau sanguin, spermatozoïdes, cellule de Sertoli, lumière du tube séminifère, paroi du tube séminifère, cellules de Leydig, cellules à l origine des spermatozoïdes. Souligner, dans la légende, les cellules endocrines. Préciser les deux fonctions des testicules. À retenir Les testicules ont une double fonction : Production de spermatozoïdes libérés dans le milieu extérieur. Production d hormones libérées dans le milieu intérieur (sang et lymphe). La principale hormone mâle est la testostérone. Elle a de nombreux rôles : Maintien de certains caractères sexuels secondaires qui régressent si elle est absente. Action sur le comportement. Fonctionnement des organes reproducteurs : elle stimule la sécrétion du liquide séminal par les vésicules séminales et la prostate. Elle stimule la spermatogenèse (production de spermatozoïdes). Séquence 9 SN12 37

38 Comment est contrôlé le fonctionnement des testicules? Activité 3 Le rôle du complexe hypothalamo-hypophysaire sur le fonctionnement des testicules Pratiquer une démarche scientifique : (Formuler une hypothèse, raisonner avec rigueur). Communiquer dans un langage scientifique approprié : graphique Un certain nombre de constats médicaux ont permis de mettre en évidence le rôle d une glande, l hypophyse, dans la commande du fonctionnement du testicule. Ces observations sont les suivantes : Document 3 Des observations médicales Les lésions de l hypophyse provoquent un arrêt du fonctionnement des testicules. Certaines tumeurs de l hypophyse entraînent l atrophie des testicules et une régression des caractères sexuels secondaires masculins. L état de ces malades est amélioré par des injections d extraits d hypophyse. En quoi ces données permettent-elles de déterminer le mode de communication entre l hypophyse et les testicules. Document 4 Données relatives à l hypophyse L hypophyse est une petite glande située à la face inférieure de l encéphale : elle est suspendue à une région de l encéphale, l hypothalamus, par la tige hypophysaire. Cette glande est constituée de deux parties différentes sur le plan histologique : l hypophyse antérieure est constituée de cellules endocrines et l hypophyse postérieure est constituée de cellules nerveuses. Les cellules endocrines de l hypophyse antérieure sécrètent deux hormones qui agissent au niveau des testicules. Pour cette raison, ces hormones sont appelées gonadostimulines ou gonadotrophines : Ces deux hormones sont la LH (hormone lutéinisante) et la FSH (hormone folliculo stimulante). 38 Séquence 9 SN12

39 Remarque Les dénominations LH et FSH font référence au rôle de ces hormones chez la femme : ce ne sont en effet pas des hormones spécifiquement masculines, ce ne sont pas des androgènes. Les gonadostimulines hypophysaires sont libérées dans le réseau capillaire de l hypophyse antérieure, elles se retrouvent ensuite dans la circulation générale où des techniques appropriées permettent de les doser. Utiliser les mots écrits en bleu pour annoter le document. Par des flèches, montrer le trajet des hormones FSH et LH une fois sécrétées. Document 5 Schéma du complexe hypothalamo-hypophysaire L encéphale dans la tête Localisation du complexe hypothalamus-hypophyse sur une coupe du cerveau Circulation générale Hypophyse postérieure Document 6 Des expériences mettant en évidence le rôle des hormones hypophysaires Expérience 1. On réalise une ablation de l hypophyse chez des rats adultes. Cette ablation est suivie d une injection régulière de FSH. On constate une croissance du testicule, en particulier des cellules de Sertoli et une reprise de la spermatogénèse. On n observe pas de production de testostérone. Expérience 2. On réalise une ablation de l hypophyse chez des rats adultes. Cette ablation est suivie d une injection régulière de LH. On observe une augmentation du nombre de cellules de Leydig, une production de testostérone. On n observe pas de production de spermatozoïdes. Séquence 9 SN12 39

40 Expérience 3. On réalise une ablation de l hypophyse chez des rats adultes. Cette ablation est suivie d une injection régulière de LH et de FSH. On observe un fonctionnement normal du testicule. Ces expériences permettent d établir les conclusions suivantes : Souligner les réponses exactes. Justifier vos choix. 1. Les cellules de Sertoli portent des récepteurs à LH. 2. Les cellules de Leydig portent des récepteurs à FSH. 3. Les cellules de Leydig portent des récepteurs à LH. 4. Les cellules de Sertoli portent des récepteurs à FSH. Document 7 Variation des taux plasmatiques de LH et de testostérone LH (en ng.ml 1 ) testotestérone (en ng.ml 1 ) heures heures Ces données confirment-elles les résultats des expériences précédentes. Argumenter votre réponse. On a vu au début du chapitre, de manière générale, le mécanisme de la communication hormonale. Nous souhaitons appliquer ce schéma à l hormone LH Pour cela, compléter les deux rectangles vides et la légende. Formuler une hypothèse sur l étape Séquence 9 SN12

41 Document 8 Action de l hormone LH Cellule à LH de l hypophyse antérieure Vaisseau sanguin LH Montrer comment ces données permettent d expliquer les constats médicaux présentés précédemment. Document 9 Données relatives à l hypothalamus Des axones de neurones de l hypothalamus sont en contact avec les capillaires de l hypophyse. Les extrémités des neurones contiennent de nombreuses vésicules de sécrétion contenant une substance appelée GnRH. Cette substance est une neurohormone. Reporter sur le document 5, les mots du texte soulignés. Par une flèche, montrer le trajet de GnRH. Séquence 9 SN12 41

42 En vous appuyant sur les relations anatomiques existantes entre l hypothalamus et l hypophyse, expliquer pourquoi cette substance, le GnRH, est qualifiée de neurohormone. Document 10 Variation des taux plasmatiques de LH et de GnRH GnRH (en pg.ml 1 ) pulse heures LH (en ng.ml 1 ) heures Comment peut-on qualifier la sécrétion de GnRH? Établir une relation entre la sécrétion de GnRH et celle de LH. Réaliser un schéma fonctionnel illustrant les relations fonctionnelles entre l hypothalamus, l hypophyse antérieure, et les testicules. Aide Faire la liste des éléments, des notions qui doivent apparaître sur votre schéma. Écrire dans des cadres le nom des différents organes mis en jeu. Relier ces organes par des flèches représentant les liens de nature hormonale Préciser par des symboles l effet de l hormone : + : effet stimulant : effet inhibant. La LH a pour cellules cibles des cellules de Leydig qui portent des récepteurs spécifiques de la LH. La fixation des molécules de LH sur les molécules réceptrices de Leydig stimule la sécrétion de testostérone. La FSH agit sur les cellules de Sertoli (qui portent des récepteurs spécifiques de la FSH) présentes dans la paroi des tubes séminifères : elle stimule par l intermédiaire de ces cellules (donc indirectement) la spermatogenèse. 42 Séquence 9 SN12