Biologie SEQUENCE 1 : Les niveaux d organisation du vivant

Biologie SEQUENCE 1 : Les niveaux d organisation du vivant Tiphaine AUDIC

Introduction «Le XX ème siècle était celui de la chimie, le XXI ème siècle est celui de la biologie». «La chimie doit être remplacée par la biologie, ce qui nécessite des connaissances bien plus complexes que l application de produits miracles prescrits par l industrie.» Jean-Martin Fortier 2

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant De quoi sont constitués les êtres vivants? De matière Qu est-ce que la matière? Matière = assemblage d éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre Structure de base de la matière : molécule De quoi est constituée une molécule? D atomes (au moins 2) La composition d'une molécule est donnée par sa formule chimique. 4

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant Quels exemples de molécules connaissez-vous? Le méthane CH4 Le dioxygène O2 L eau H2O Très grande diversité de molécules existantes 92 éléments chimiques naturels recensés dans l Univers Classification dans un Tableau périodique des éléments Cf document 5

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant D après ce document, classer par ordre décroissant les éléments : Quelle est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants?

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant 3 catégories principales de molécules : Glucides (sucres) Lipides (matières grasses) Protides (protéines) 7

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant 8

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant 9

I. Les caractéristiques du vivant 1) La matière du vivant Comparer la composition de ces 3 molécules (glucides, lipides, protides) : Il existe des molécules plus grosses, comme l ADN ou la chlorophylle. Chlorophylle a 10

I. Les caractéristiques du vivant 2) Différentes échelles d organisation du vivant Digestif, respiratoire, nerveux, etc. Spécialisés et observables à l œil nu Du système digestif, urinaire, etc. Observables au microscope optique, taille en micromètres (µm) De l ordre de quelques nanomètres (soit mille fois plus petites qu une cellule). Les cellules contiennent des organites (noyau, mitochondries, etc) observables au microscope électronique. 12

I. Les caractéristiques du vivant 3) La cellule, unité structurale du vivant Elément fonctionnel et structural qui compose les tissus et les organes des êtres vivants. Contient l'information génétique de l'individu. La cellule est douée d autonomie : c est l unité de base du vivant! Structure capable de se développer, de se reproduire et d évoluer. On parle de métabolisme cellulaire : Ensemble de réactions chimiques qui se déroulent au sein de la cellule pour lui permettre de se maintenir en vie. Espace délimité par une membrane et contenant des organites. Echanges d énergie et de matières entre cellules. Dynamique fonctionnelle. 13

I. Les caractéristiques du vivant 3) La cellule, unité structurale du vivant 14

1) Différents types d organisations cellulaires Tout être vivant est constitué de cellules. 2 types d êtres vivants existent : Ceux composés d une seule cellule (ex : bactéries, champignons), appelés : Ceux composés d un assemblage de cellules, en nombre plus ou moins important (ex : l Homme avec cent mille milliards de cellules), appelés : 15

1) Différents types d organisations cellulaires Il existe de nombreux types de cellules selon leur taille et leur forme. Mais toutes possèdent des caractéristiques communes en ce qui concerne leur structure et leur composition chimique. On peut distinguer 2 catégories de cellules : Celles qui n ont pas de noyau, appelées : Celles qui possèdent un noyau, appelées : 16

1) Différents types d organisations cellulaires Il existe 2 catégories de cellules : Sans noyau Avec noyau 26/09/2016 17

2) Les procaryotes a. Cas général Organismes les plus primitifs Essentiellement des bactéries Structure simple Unicellulaires Pas de noyau Matériel génétique est libre dans la cellule, mêlé au contenu cellulaire Relativement petits : 1 à 10 m 26/09/2016 18

2) Les procaryotes b. Les bactéries Classification Pas de noyau Petite taille (observables au microscope) 3 grandes formes : Les cocci (ou coques) : forme sphérique ou ovale Les bacilles : forme allongée (en bâtonnet) Les spirilles : forme spiralée Distinction possible selon la composition de leur paroi : GRAM + : paroi simple avec une grande quantité de peptidoglycanes GRAM : peu de peptidoglycane mais possèdent une membrane externe supplémentaire Type de classification utilisé notamment dans le domaine médical. 19

2) Les procaryotes b. Les bactéries Classification 20

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure Une seule cellule Pas de noyau 21

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure Une seule cellule Pas de noyau 22

2) Les procaryotes La paroi Entoure la bactérie et constitue la structure la plus externe Rigide b. Les bactéries Structure Détermine la forme de la bactérie Protège la bactérie (une bactérie qui n'a plus de paroi meurt) Empêche la bactérie d éclater sous la pression osmotique de son cytoplasme au contenu cellulaire très concentré. Passage obligé pour les échanges avec le milieu extérieur. Cible des antibiotiques, tels que la pénicilline, qui bloquent sa synthèse et donc la multiplication des bactéries. 23

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure La membrane cytoplasmique Entoure le cytoplasme Composée de lipides grande plasticité Composée de protéines : o Certaines sont constitutives o Ou rôle de transport passage de diverses molécules ou ions (Na, K, Cl, sucres, aminoacides ou oligopeptides). Contrôle les entrées et sorties de la cellule. 24

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure Le cytoplasme Milieu liquide Contient toutes les substances vitales de la cellule. Les ribosomes Composants essentiels Assurent la formation des protéines en traduisant l information génétique provenant du matériel nucléaire. 25

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure Le matériel génétique Pas de noyau Chromosome unique, circulaire, d'une longueur voisine de 1 mm Chromosome constitué d une molécule d ADN (acide désoxyribonucléique). Les plasmides Petits éléments circulaires constituant du matériel génétique extra-chromosomique. Sont faits d'adn et portent des informations génétiques. Sont autonomes et capables de se répliquer indépendamment du chromosome. Sont transmissibles à d'autres bactéries. 26

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure Autres structures facultatives, appelées «inconstantes» La capsule Structure extérieure qui entoure la bactérie et la protège Les flagelles ou cils Structures rigides, ondulées qui naissent de la membrane cytoplasmique. Permettent la mobilité des bactéries Seules les espèces qui en sont pourvues sont mobiles. 27

2) Les procaryotes b. Les bactéries Structure Autres structures facultatives, appelées «inconstantes» Les pili (poils) sont de 2 sortes : Les pili communs, courts et cassants, o Utiles pour l'adhésion des bactéries aux interfaces et particulièrement aux muqueuses. Les pili sexuels, plus longs, o Relient 2 bactéries et sont des voies d'échanges de matériel génétique o Bactéries avec pili sexuels dénommées "mâles", à l'opposé des autres qui sont dites "femelles". 28

2) Les procaryotes b. Les bactéries Fonctionnement et rôle Multiplication très rapide lorsque les conditions de température, de ph, d humidité et d oxygène sont favorables. Une cellule en donne deux identiques en seulement 30 minutes. Echanges de gènes rapides grâce aux plasmides Etres vivants les plus répandus sur terre Faculté de résister à des conditions défavorables en formant des spores : Spores qui contiennent, sous forme condensée, le chromosome et une partie du cytoplasme autour d une enveloppe très résistante. Spores dispersées par le vent Se multiplient de nouveaux lorsque les conditions de vie redeviennent favorables. 29

2) Les procaryotes b. Les bactéries Fonctionnement et rôle Matériel biologique très étudié Nombreuses applications en milieu agricoles ou industrielles. Notamment grâce à leur faculté de reproduction si rapide. Exemples d utilisation : Dépollution des eaux, transformation, recyclage, etc. Bactéries bénéfiques ou néfastes pour l Homme. Exemple de bénéfices grâce aux bactéries : Symbiose avec les légumineuses, rumination, fabrication du yaourt, santé humaine (fabrication d une substance pour l homme : insuline, hormone de croissance). Pour cela, il est nécessaire d introduire dans la bactérie, le gène contenant l information génétique intéressante, pour la faire synthétiser par la suite par la bactérie. Exemple de bactéries néfastes : Bactéries responsables de fermentation butyriques sur le fromage, maladies dues aux bactéries pathogènes (agissent en fabriquant des toxines qui perturbent le fonctionnement de l organisme). 30

3) Les eucaryotes Plantes, animaux, protistes et champignons Possèdent un vrai noyau délimité par une membrane nucléaire Matériel génétique contenu dans le noyau Unicellulaires ou pluricellulaires 31

3) Les eucaryotes a. La cellule animale 32

3) Les eucaryotes Taille moyenne : 50 m a. La cellule animale 33

3) Les eucaryotes b. La cellule végétale 40

3) Les eucaryotes b. La cellule végétale Taille moyenne : 200 m 41

3) Les eucaryotes b. La cellule végétale Se distingue de la cellule animale par plusieurs caractéristiques : 1. Présence d une double membrane dont la couche extérieure rigide, appelée membrane cellulosique ou paroi cellulaire, est faite de cellulose. 2. Forme allongée et présence d une grande vacuole centrale permettant l hydratation constante de la cellule par un phénomène d osmose. 3. Présence de chloroplastes qui contiennent la chlorophylle, un pigment à l origine de la couleur verte des végétaux et qui participe au processus de photosynthèse. 42

3) Les eucaryotes 43

3) Les eucaryotes 44

4) Les virus «Parasites» obligatoires Utilisent la machinerie cellulaire de leur hôte pour se reproduire Transportent le génome viral de cellule en cellule Particules inertes hors de l hôte Enveloppe protéique Matériel génétique 45

4) Les virus Taille : extrêmement petits, de l ordre du nanomètre. /!\ Ne sont pas considérés comme des cellules car ne possèdent ni membrane plasmique, ni cytoplasme, ni noyau. Composition : Acide nucléique qui contient l information génétique Protéines qui constituent une structure appelée capside (rôle de protection) 2 catégories de virus : Virus à ADN : utilisent le noyau pour leur multiplication Virus à ARN : utilisent le cytoplasme pour leur multiplication 46

4) Les virus Hémagglutinines Servent à la fixation à la cellule hôte 16 chez les oiseaux Neuraminidases Servent à la libération du virus 9 chez les oiseaux Seuls H5 et H7 sont réglementés 47

5) Les 5 règnes de la vie Règne, composé d organismes autotrophes : o Capables d édifier leur propre matière à partir d eau, de CO 2 et de substances minérales grâces aux chloroplastes o Organismes qui vivent fixés Règne, composé d organismes hétérotrophes : o Tirent leur énergie de composés organiques déjà préexistants o Mobilité Règne des = protozoaires, algues unicellulaires, champignons unicellulaires Règne des = bactéries (cyano et archae) Règne des = champignons pluricellulaires 48

5) Les 5 règnes de la vie Procaryotes Unicellulaire MONERES Unicellulaire PROTISTES Eucaryotes VEGETAL Pluricellulaire ANIMAL MYCETES Les 5 règnes 49

III. Exercices A vous de jouer! 50