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Cours de SVTHEEB Premiere D – L’identité biologique des organismes (Partie 1)

I. L’édification d’un organisme et le maintien de ses caractéristiques
Les embryons de différentes espèces zoologiques se ressemblent à certains stades de leur développement. En fait, les métazoaires traversent différentes étapes du développement précoce qui leur sont communes. Ce sont la fécondation, le clivage, la gastrulation et l’organogenèse.
Les caractères généraux d’un groupe apparaissent avant les caractères spécialisés. Tous les vertébrés possèdent des organes embryonnaires transitoires tels que le tube nerveux. Ce n’est que plus tard dans le développement qu’apparaissent les autres organes.
l-1. Les différentes phases de la vie embryonnaire
Les deux premiers mois correspondent au développement de l’embryon. Après la fécondation l’œuf se divise tout en migrant vers la cavité utérine. Au terme de cette migration l’embryon formé pénètre dans la muqueuse utérine: c’est la nidation qui marque le début de la gestation. Dans la paroi utérine, l’embryon devient un blastocyste. Il entre ensuite dans une phase de croissance rapide qui entraîne la formation des organes: c’est l’organogenèse. Parallèlement les proportions de ces différentes parties se modifient : c’est la morphogenèse qui se poursuit jusqu’à Page adulte.
Au terme de ces deux mois d’organogenèse et de morphogenèse, l’embryon est devenu un fœtus: c’est le début de la période fœtale.
I-2. La différenciation cellulaire
La vie embryonnaire est une période de différenciation cellulaire.
Elle correspond à l’acquisition progressive des caractères morphologiques, biochimiques et physiologiques qui marquent la spécificité structurale des cellules et leur confère une fonction propre.
Cette différenciation cellulaire s’accompagne de migrations cellulaires.
Ces deux processus complémentaires conduisent à la mise en place de tissus, éléments constitutifs des organes.
Les sept mois suivants correspondent au développement du fœtus et au perfectionnement des organes de sens. C’est une période de croissance accélérée au cours de laquelle les organes subissent essentiellement des phénomènes de maturation.
Au cours de l’ensemble de la vie anténatale, les formes sont façonnées, les proportions des différentes parties du corps sont modifiées: c’est donc une période de morphogenèse.
La similitude des fœtus est seulement valable pour tous les vertébrés. Dans les stades précoces de leur développement, tous les embryons de vertébrés se ressemblent.

Il-Les principales étapes du développement de l’œuf
Il-1-La multiplication et la différenciation : le cas spécifique des cellules de mammifère
Après la fécondation, la cellule-œuf se divise par mitose en deux cellules-filles accolées. L’une est à l’origine de la lignée cellulaire qui formera l’embryon et l’autre donnera la lignée cellulaire qui formera les tissus auxiliaires.
L’œuf, à ce stade, descend des trompes vers l’utérus. Les divisions n’ont pas entraîné d’augmentation de volume. La zone pellucide disparait complètement ce-qui permettra la fixation ultérieur de l’embryon aux parois de l’utérus. Après la sphère de cellules se creuse d’une cavité et forme un bourrelet de cellules, le bouton embryonnaire.

fecondation nidationTitre : De la fécondation à la nidation
Il-2-La nécessité des matériaux d’édification d’un organisme
a) L’importance des substances organiques
1. Les protides
– Les rôles des protides
Ils représentent 60 % de la matière sèche et l’élément de base des structures cellulaires; ils entrent dans la synthèse d’enzymes, d’anticorps, d’hormones.
Les protides sont les seuls à apporter l’azote pour compenser celui perdu dans l’urée. Ce sont des aliments, plastiques (à rôle bâtisseur); mais ils ont également un rôle énergétique.
Une carence poussée en protides provoque le kwashiorkor chez les enfants et des troubles divers chez les adultes.
L’excès de protéines entraîne des troubles d’urémie, digestifs, des vertiges, des insomnies, une insuffisance cardiaque, et même le coma.
– La nature des protides
Osborne et Mendel ont réalité des expériences pour déterminer la nature des protides utiles aux être vivants. Ils ont considéré trois groupes de rats recevant une ration ne comportant qu’une seule source de protides :
Le premier lot reçoit de la caséine du lait,
Le deuxième de la gliadine du blé,
Le troisième de la zéine du maïs.
La croissance des rats du premier lot reste normale, alors que celle du deuxième lot est fortement ralentie ; les rats du troisième lot maigrissent.
poids rats

L’analyse des courbes montre que :
La caséine seule assure la croissance normale des animaux ;
La gliadine seule maintien le poids, mais n’assure pas la croissance ;
La zéine seule n’assure ni la croissance ni le maintien du poids.
La lysine et le tryptophane assurent aussi la croissance. Les acides aminés indispensables sont ceux que l’organisme animal ne peut pas fabriquer ou qu’il élabore en quantité insuffisante pour satisfaire ses besoins propres ; ils doivent donc être apportés par les aliments : ce sont tous des facteurs limitant (valine, lysine, leucine, méthionine, tryptophane).
Ils peuvent être indispensables pour l’entretien (gliadine) ou la croissance (lysine, tryptophane). En plus de la croissance, une carence en tryptophane provoque la cataracte, en lysine des caries dentaires et en méthionine une surcharge hépatique en lipides.
2. Les glucides
Les glucides sont des aliments à rôle énergétique ou plastique.
Une carence en glucides entraîne une mauvaise utilisation des protéines et une acidification du sang.
L’excès provoque à la longue des caries, le surmenage du foie et du pancréas, conduisant au diabète, et à l’obésité.
La cellulose facilite le transite intestinal des déchets de la digestion.
3. Les lipides
Ils ont un rôle plastique important (puisque intervenant dans la construction des membranes cellulaires, des hormones sexuelles, des cellules nerveuses) et un rôle énergétique.
Les acides gras indispensables ne sont pas fabriqués par l’organisme.
Une carence importante en acides gras insaturés entraîne un blocage de la croissance chez les jeunes, des lésions cutanées et rénales, ainsi qu’une altération de la sexualité chez les adultes.
Le cholestérol est apporté uniquement par des lipides d’origine animale et des acides insaturés par les huiles végétales. Les lipides alimentaires constituent la seule source de vitamines liposolubles, mais leur excès entraîne l’obésité et des maladies cardio-vasculaires.
4. Les vitamines
Ce sont des substances organiques à rôle fonctionnel (celles qui participent à la bonne marche des organes), efficaces à faible dosé, dépourvues de valeur calorifique et présentes en très petite quantité dans les aliments.
Leur absence ou leur carence provoquent des troubles appelés avitaminoses, mais leur excès entraîne aussi des troubles. D’autres entrent dans la constitution des enzymes.
– La découverte des premières vitamines
Elle n’a été possible qu’à la faveur des troubles de carence observés chez certains individus.
La vitamine C ou antiscorbutique
Le scorbut décimait les populations assiégées et les marins de hautes mers soumis à une alimentation peu variée. Dès le 18°siècle, on découvrit que ce mal guérissait à la suite de la consommation des agrumes (oranges, pamplemousses, citron, mandarine). Plus tard, une substance antiscorbutique fut isolée et appelée acide ascorbique.
La vitamine B, ou antibéribérique.
En Extrême Orient, une autre maladie mortelle, le béribéri, sévissait chez les marins japonais qui ne se nourrissaient que de riz poli. En 1912, Funk isola, à partir des enveloppes des grains de riz, une substance antibéribérique appelée vitamine B1.
Les principales vitamines
Certaines sont solubles dans l’eau (hydrosolubles) et d’autres dans des lipides (liposolubles).
vitaminesL’excès de certaines vitamines dans l’alimentation provoque aussi d’autres troubles :
A (maux de tète, vomissements, troubles de coordination des mouvements),
C (insomnies, fortes diarrhées),
D (nausées, soif, hypertension artérielle, insuffisance rénale),
PP (jaunisse, goûtes).
 b) L’importance des aliments minéraux
1. L’eau.
La soif apparaît lorsqu’on a perdu 2 % de sa masse en eau. C’est le premier signe de la déshydratation. L’eau est le plus abondant des constituants minéraux de la matière vivante. Elle a un rôle plastique et fonctionnel et contribue à maintenir la température du corps à cause de sa chaleur massique élevée. Une forte déshydratation peut entraîner la mort.
2. Les sels minéraux
oligoelementsLes macro-éléments ont un rôle plastique et fonctionnel, les oligo-éléments ont un rôle essentiellement fonctionnel (catalyseurs). Les sels minéraux servent aussi à la régulation du PH, ainsi il faut que le rapport entre minéraux acidifiants (S, P, Cl) et les sels minéraux alcalinisants (Na,Ca, K, Mg) soit de l’unité (1).
II.3- L’organisation de la cellule
1. La présentation générale de la cellule
Tous les organes vivants sont constitués de cellules.
La cellule procaryote n’a pas de noyau véritable. Celle des eucaryotes renferme un noyau contenu dans une enveloppe nucléaire constituée de deux membranes. Les dimensions des cellules sont très variables.
2. La cellule vue au microscope ordinaire (optique ou photonique)
Toutes les cellules apparaissent constituées de trois parties essentielles : la membrane cytoplasmique ou plasmique, le cytoplasme avec de nombreuses inclusions et le noyau.
On peut avoir les cellules animales et les cellules végétales. Dans les cellules végétales, la membrane plasmatique est doublée à l’extérieur par une membrane squelettique ou pecto-cellulosique. Ces deux types de cellules présentent-quelques différences de détail.
 Éléments de comparaison Cellule animal Cellule végétale
 Centrosome Oui Non
 Plastes Non Oui
 Membrane squelettique Non Oui
 Vacuoles Petite taille Grande taille
 Autres  organites Oui Oui

3.La cellule vue au microscope électronique

cellule animale1. La membrane plasmique
– La présentation
Bien différenciée, elle est constituée de deux feuillets sombres séparés par un feuillet plus clair
(structure trilaminaire).
structure membrane plasmiqueTitre : structure trilaminaire et composition de la membrane plasmique
– Les rôles et les activités physiologiques de la membrane plasmique
La cellule pour vivre doit prélever des aliments dans le milieu extérieur et y rejeter des déchets. La membrane plasmique constitue la frontière entre le hyaloplasme et le milieu environnant. Elle joue donc un rôle primordial dans les échanges de matériel et d’informations entre la cellule et le milieu extérieur et dans les relations intercellulaires au sein d’un organisme.
2. Le hyaloplasme (cytoplasme)
Le terme hyaloplasme est créé par Pfeffer (1877) pour désigner la substance fondamentale semi-liquide du cytoplasme
Il apparaît comme un gel dont la viscosité peut varier très sensiblement. On désigne sous le nom de paraplasme les diverses inclusions inertes présentes dans le hyaloplasme : vacuoles contenant des substrats nutritifs, grains de sécrétion ou déchets. Il est constituée de :
• Le réticulum endoplasmique (REG)
Il apparaît formé par un ensemble de cavités limitées par des membranes et contenant une substance fondamentale. Il peut être lisse (agranulaire) ou associé aux ribosomes ou grains de Palade pour former le réticulum rugueux ou réticulum granulaire ou ergastoplasme.
C’est le siège des principales réactions biochimiques de la cellule et le support des organites cellulaires Il constitue un système circulatoire, assurant des transports intracellulaires. Les ribosomes du réticulum rugueux sont en particulier des sites d’élaboration des protéines.
• Les organites cellulaires
On distingue entre autres
o L’appareil de Golgi
Il est formé par un groupe d’organites appelés dictyosomes. Chaque dictyosome apparaît être une série de saccules lisses, superposés et étroitement appliqués les uns aux autres, bordés de vésicules sphériques. Les dictyosomes se répartissent toujours autour du noyau.
L’appareil de Golgi participe activement à diverses synthèses cellulaires. Il joue par ailleurs un rôle dans le transport, le stockage et le conditionnement de nombreux produits du métabolisme cellulaire. Il pourrait fonctionner comme régulateur de la pression osmotique et participerait également à l’élimination des déchets ou des produits de sécrétion. On a par conséquent attribué le nom de «rein cellulaire». Par ailleurs, il forme l’acrosome des spermatozoïdes, sans lequel la fécondation n’est pas possible.
o Les lysosomes
Ce sont de petites vésicules limitées par une membrane. Leur Contenu est constitué par des enzymes lytiques capables de dégrader la plupart des substances organiques.
Les lysosomes constituent l’appareil digestif de la cellule. Ils peuvent dégrader des particules d’origine extracellulaire (hétérophagie) ou de la cellule elle-même (autophagie).
o Les mitochondries et les chloroplastes
Chacun est limité par 2 membranes séparées par un espace inter-membranaire. La membrane interne forme des replis appelés lamelles ou crêtes dirigées vers l’intérieur. Elles sont perpendiculaires au grand axe chez la mitochondrie et parallèle chez les chloroplastes. Les plastes accumulent des pigments, dont des carotènes, des lycopènes, et surtout les chlorophylles. En dehors des chloroplastes, il en existe beaucoup d’autres.
La fonction principale des mitochondries est d’assurer l’essentiel des transformations d’énergie dans la cellule.
Les chloroplastes sont le siège de la photosynthèse. Les autres plastes accumulent diverses substances.
o Le centrosome
Il est constitué d’une centrosphère entourant un centriole central. Le centriole est un cylindre creux aux parois formées de neuf microtubules, régulièrement espacés. Il existe dans presque toutes les cellules animales une paire de centrioles, disposés perpendiculaires l’un par rapport à l’autre; les 2 constituent un diplosome. Cet organite joue un rôle fondamental lors des mitoses. Il se divise en deux centrosomes-fils appelés asters. Il active également les mouvements des cils et des flagelles.
o Les enclaves cytoplasmiques
On a les enclaves inertes (accumulations locales de produits de sécrétion, de substances de réserve ou de déchets, les gouttelettes lipidiques, les grains d’amidon) et les larges vacuoles des cellules végétales.
3 Le noyau interphasique
Chaque cellule contient normalement un noyau unique.
Les cellules hépatiques peuvent occasionnellement posséder deux noyaux en activité physiologique intense.
Les globules rouges des mammifères ou les fibres du cristallin sont des cellules sans noyaux, À l’origine nucléées, elles ont perdu leur noyau au cours de leur évolution.
L’enveloppe nucléaire, perforée par de nombreux pores, est constituée de deux membranes à structure trilaminaire, séparées l’une de l’autre par l’espace péri-nucléaire. La plus externe peut montrer des relations de continuité avec les membranes du réticulum endoplasmique
Suivant les types cellulaires, on peut observer dans le noyau un ou plusieurs nucléoles. Dans le noyau il y a également la chromatine et le nucléoplasme.
La chromatine du noyau est porteuse d’une information génétique spécifique. Elle évoluera plus tard en chromosomes.
cellule animale et vegetaleTitre : Comparaison cellule animale et cellule végétale
Il-4. La division cellulaire
Toutes les cellules issues de la segmentation d’une même cellule-œuf conservent la même information génétique donc le même patrimoine héréditaire : c’est ce qui fait l’identité biologique de chaque organisme.
• Généralités sur la division cellulaire
La division cellulaire constitue pour les organismes unicellulaires le seul moyen de se multiplier. La mitose fait partie du cycle cellulaire. Ce dernier commence avec la naissance de chaque nouvelle cellule et comprend deux étapes principales:
Le doublement de tout le matériel cellulaire ;
La division, c’est-à-dire le partage de ce matériel entre deux cellules-filles, identiques entre elles et identique à la cellule mère initiale.
• Le cycle cellulaire ‘
Dans le cycle cellulaire, l’événement majeur est la réplication du matériel génétique, l’ADN.
En se fondant sur ce critère, on peut définir quatre phases dans le cycle cellulaire.
– La phase G1 est la période pendant laquelle les synthèses d’ADN sont stationnaires dans le noyau (et les synthèses d’ARN très actives). Pendant cette phase, le noyau contient une quantité d’ADN égale à 2n (2n signifie 2 lots de chromosomes entourés par un même noyau).
— La phase S est la période de la vie cellulaire qui correspond à la réplication de l’ADN; c’est par rapport à cette période que sont définies les autres phases du cycle cellulaire. Pendant la phase S la quantité d’ADN dans le noyau est doublée, on passe d’une quantité 2n.ADN à 4n ADN.
– La phase G2 est la période qui sépare la fin de la phase S du début des phénomènes de la mitose. Pendant cette période la quantité d’ADN reste stable à 4n.
– La phase M est la mitose elle-même, qui donnera naissance à deux cellules filles à 2n ADN chacune, s’engageant dans une nouvelle phase G1.
cycle cellulaireTitre : représentation d’un cycle cellulaire
La période correspondant à l’interphase (phase G1, S et G2) est beaucoup plus longue que la période de division (phase M). Lorsque des variations se produisent, elles affectent essentiellement la durée de la phase G1, les phases S et G2 étant les plus stables.
• Le déroulement de la mitose
Les transformations cellulaires qui affectent le noyau et le cytoplasme au cours de la mitose s’effectuent en quatre phases successives :
1) À la prophase, la chromatine du noyau s’organise en filaments appelés chromosomes. Le nucléole et la membrane nucléaire disparaissent progressivement.
Au milieu de la prophase, chaque chromosome apparaît fissuré, donc constitué de 2 chromatides réunies par un centromère (ou constriction primaire). Entre les deux pôles de la cellule s’organise dans le cytoplasme, le fuseau achromatique.
2) À la métaphase, les chromosomes, jusqu’alors disposés en vrac dans la cellule, se rassemblent dans un plan, à égales distances des deux potes (plaque équatoriale).
3) À l’anaphase, les deux chromatides de chaque chromosome se séparent au niveau du centromère. Les deux chromosomes-fils ainsi formés s’éloignent l’un de l’autre, en direction du pôle. L’anaphase est donc caractérisée par l’ascension polaire de deux lots de chromosomes.
4) À la télophase, les chromosomes d’un même lot se tassent, deviennent indistincts et reconstituent ainsi la chromatine. Le nucléole réapparaît. L’enveloppe nucléaire se réorganise progressivement. La cellule semble ainsi avoir deux noyaux.
À la fin de la télophase les deux cellules-filles sont séparées et ont hérité chacune d’une quantité égale de cytoplasme.
L’interphase est une phase do repos pendant laquelle le noyau peut être bien observable.
mitoseTitre : Phases de la division cellulaire
Remarque :
Dans les cellules végétales, la mitose se déroule dans ses grandes lignes comme celle des cellules animales, à deux différences près :
La cellule végétale ne possédant pas de centrosome, les fibres du fuseau achromatique sont maintenues tendues par les calottes polaires (il n’y donc pas d’asters).
Dans les Cellules végétales, il n’y a pas de cytodiérèse, mais la formation dans le plan médian d’une membrane de division.
Dans certains cas, noyau et cytoplasme se coupent en deux par simple scissiparité. Il n’y a ni individualisation des chromosomes par condensation, ni formation d’un fuseau bipolaire : c’est l’amitose.
• Le déterminisme de la mitose
– Le rapport nucléocytoplasmique
R.N.P : Volume du noyau/Volume du cytoplasme
Entre deux mitoses, le cytoplasme grandit; s’il grandit trop vite, le noyau devient incapable de contrôler un volume cytoplasmique important. La mitose tend ainsi à maintenir le R.N.P. a une valeur la plus stable possible. Ainsi, si on amputé régulièrement une amibe d’un morceau de cytoplasme, elle ne se divise jamais, ce qui semble confirmer qu’il existe un rapport idéal entre le volume cytoplasmique et le volume nucléaire.
volume cellulaireTitre : Variation du volume cellulaire (1) et du volume nucléaire (2) entre deux mitoses chez l’amibe
– Les signaux cytoplasmiques
C’est la qualité et la quantité du cytoplasme qui déterminent l’entrée en phase S, puis en phase M de la cellule.
• L’importance de la mitose
Les mitoses embryonnaires conduisent à l’augmentation rapide du nombre de Cellules et à l’édification d’un organisme pluricellulaire.
Chez les animaux, elles sont essentiellement destinées à pourvoir au remplacement des cellules mortes.
Chez les plantes à fleurs, les mitoses de l’extrémité de la racine et de la tige assurent une croissance indéfinie, comme si l’embryogenèse de ces plantes se poursuivait toute leur vie. Les neurones ne se divisent jamais chez l’adulte, ce qui signifie que toute perte de neurones est irréversible. Les hématies du sang ne se divisent pas.
Les cellules musculaires squelettiques ne subissent jamais de mitoses.

Cours de SVTHEEB Premiere D – L’identité biologique des organismes (Partie 2)

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