Biologie Cellulaire et Virus

Module: Sciences 1 - Sciences de la Vie et de la Terre

• Objectifs du module:
  • Equiper les étudiants de connaissances et de compétences en Sciences de la Vie et de la Terre, en lien avec le programme primaire, en particulier dans la composante « Activité scientifique ».
  • Initier les étudiants à des activités pratiques pour la planification et la gestion de séquences pédagogiques relatives à l'activité scientifique au cycle primaire.

Contenu du Module

• Biologie:

  • Niveaux d'organisation du monde vivant
  • Métabolisme cellulaire (catabolisme oxydatif)
  • Nutrition minérale des plantes
  • Photosynthèse eucaryote
  • Reproduction sexuée et végétative des Angiospermes
  • Croissance et développement chez les Angiospermes
  • Adaptation des animaux : systèmes respiratoire et locomoteur
  • Physiologie humaine : fonctions de nutrition, de relation, reproduction et santé humaine

• Écologie générale:

  • Structure et fonctionnement des biocénoses et écosystèmes
  • Pollution, changements climatiques et impact sur la biosphère
  • Protection de l'environnement - développement durable

• Géologie:

  • Structure de l'univers
  • Géodynamique externe : altération, érosion, transport, sédimentation et diagénèse
  • Cycle de l'eau
  • Géodynamique interne : dérive des continents - théorie de la tectonique des plaques

Niveau d'organisation du monde vivant

• Introduction générale
• Caractères du vivant:
  • Ordre
  • Organisation complexe
  • Reproduction
  • Réactions aux stimuli de l'environnement
  • Homéostasie
  • Croissance et développement
  • Utilisation de l'énergie
  • Évolution et adaptation
• L'unité du vivant :
  • Les cellules des êtres vivants sont très semblables.
  • Peu de différences microscopiques existent entre les espèces.
  • Fonctionnement cellulaire similaire entre les espèces.
• L'homéostasie :
  • Les cellules survivent dans un milieu stable.
  • Peu de tolérance au changement (exceptions possibles).
  • Maintenir l'homéostasie = rester en vie (milieu intérieur).

Matière vivante: Caractéristiques et constituants chimiques

• La matière du vivant :
  • Constituée d'éléments chimiques trouvés sur Terre.
• La molécule :
  • La structure de base de la matière.
  • Composée d'au moins 2 atomes.
  • La formule chimique décrit sa composition.
• Les molécules composant la matière vivante :
  • Appartiennent à un nombre limité de familles chimiques.

Exemples de molécules

• Méthane (CH4)
• Dioxygène (O2)
• Glucides (sucres)
• Lipides (matières grasses)
• Protides (protéines)

Éléments chimiques

• 118 éléments chimiques naturels.
• S'associent pour former des molécules.

Classification périodique des éléments.

• Présentation du tableau.

L'eau, élément essentiel.

• Constituant essentiel (environ 60%) du corps humain.
• Teneur variables selon les tissus (sang : 83%, muscle: 70-75%, squelette: 40-60%, tissu adipeux: 15-35%).
• Répartition non uniforme dans l'organisme.
• Apports (boissons, aliments...), pertes (transpiration, urine).

Les substances minérales

• Les sels minéraux sont des éléments chimiques que l'on trouve dans la nature sous forme de minéraux ou de cristaux. Constitués d'anions et de cations, ils incluent:
  • Calcium (Ca)
  • Magnésium (Mg)
  • Sodium (Na)
  • Potassium (K)
  • Fluor (F)
  • Bicarbonates (HCO3)
  • Chlorures (Cl)
  • Sulfates (SO4)

Les oligoéléments

• Métaux et métalloïdes présents en faibles quantités dans l'organisme.
• Nécessaires aux réactions biochimiques.
• Obtenus principalement à travers l'alimentation.
• Exemples: fer (Fe), zinc (Zn), brome (Br), cuivre (Cu), cobalt (Co).

Les substances organiques

• Molécules organiques composées de C, H, O, N.
• Glucides (sucres): principaux fournisseurs d'énergie.
  • Glucides simples: absorption rapide
  • Glucides complexes: absorption lente.
• Lipides (matières grasses): réserve d'énergie, protection et production d'énergie et chaleur.
  • Acides gras saturés
  • Acides gras insaturés.
• Protéines: constituants essentiels de toute cellule vivante, assurant des fonctions physiologiques essentielles dans le système digestif, hormonal et immunitaire.
  • Interviennent dans la fabrication des organes, des muscles, dents, os, nerfs, cheveux, etc.

Les vitamines

• Micronutriments non caloriques.
• Vitamines hydrosolubles (groupes B, vitamine C)
• Vitamines liposolubles (vitamines A, D, E, F, K).

Les acides nucléiques

• ADN: support physique de l'information génétique, double hélice. Composée de 2 chaînes complémentaires
• ARN: copie complémentaire de l'ADN pour décoder l'information et synthétiser les protéines (ARN messager, ARN de transfert, ARN ribosomial).

L'ARN ou acide ribonucléique

• Structure d'un seul brin.
• Structure semblable à l'ADN mais avec du ribose.
• Rôle dans la transcription.
• Types d’ARN: ARN messager, ARN de transfert, ARN ribosomial

Niveaux d'organisation du monde vivant

• Atomes
• Molécules
• Organites
• Cellules
• Tissus
• Organes
• Appareils
• Organismes

Organisation cellulaire:

• Membranes cytoplasmiques ( frontières de la cellule).
• Cytoplasme (zone entre la membrane et noyau).
• Cytosol (partie liquide du cytoplasme).
• Les organites (partie du vivant dans le cytoplasme).

Ultrastructure cellulaire

• La membrane cytoplasmique:

  • Séparation du milieu intra et extracellulaire.
  • Régulation des échanges (déchets, nutriments, O2, eau).
  • Reconnaissance des signaux.

• Modèle de la mosaïque fluide: Lipides et protéines forment une membrane souple et dynamique.

• Noyau:

  • Contenant les gènes (ADN).
  • Membrane nucléaire double.
  • Nucléoles (assemblage de ribosomes).

• Réticulum endoplasmique (RE)

  • Réseau de tubes, canaux.
  • Transport interne des matériaux (informations).
  • 2 types: Rugueux et Lisse.
    • Rugueux : protéines.
    • Lisse : protéines, lipides, détoxication.

• Appareil de Golgi:

  • Modification et tri des protéines.
  • Fabrication de macromolecules
  • Synthèse des protéines.
  • Fabrication de membranes.

• Ribosomes:

  • Synthèse des protéines.
  • Décodage de l'ARN .
  • Composés d'ARN et protéines.

• Vacuoles:

  • Provenance de RE et de l'appareil de Golgi.
  • Parties intégrantes des membranes.
  • Digestion par les enzymes
  • Stockage

• Mitochondries:

  • Fonction: production d'énergie (ATP)
  • Double membrane.
  • Quantité proportionnelle au travail cellulaire.

• Chloroplastes:

  • Photosynthèse (soleil,eau, CO2 –> glucose).
  • Membrane double.
  • Pile de thylakoïdes à l'intérieur.

• Flagelles et Cils:

  • Projections sur la surface de la cellule.
  • Contient des microtubules.
  • Utilisés pour déplacement cellulaire.

Classification des organismes vivants

• Procaryotes :

  • Sans noyau.
  • Structures simples.
  • Uni-cellulaires
    • Bactéries, Archées.
  • Reproduction par bipartition/scissiparité.
  • Structure générale (forme, paroi, membrane, organisation interne...).

• Eucaryotes :

  • Possèdent un noyau.
  • Structures plus complexes.
  • Plusieurs types de cellules, incluant les protozaires, Champignons, Algues, Végétaux et Animaux

• Virus :

  • A la frontière entre le monde vivant et non vivant.
  • Dépendent des cellules hôtes pour se reproduire.
  • N'ont pas de structure cellulaire (membrane, cytoplasme, noyaux).
  • Structure générale (Information génétique, structure protéique, enveloppe).
  • Cycle viral (schéma détaillé des étapes d'infection d'une cellule, de la réplication et sortie du virus).

Différents types d’organisation cellulaire:

• Unicellulaires (une seule cellule). Ex: Bactéries, levures.
• Pluricellulaires (plusieurs cellules). Ex: l'homme, la plante.

Les niveaux d'organisation du corps humain

• Organisation: du plus grand au plus petit.
• Appareils
• Organes
• Tissus
• Cellules