Synthèse Diversité - Chapitre 1 : L'Origine du Vivant - Lola Piéreuse 2023/2024 PDF

Lola Piéreuse 2023/2024 Synthèse diversité Chapitre 1 : l’origine du vivant I. Def du vivant 1) Organisation cellulaire : les plantes ont une paroi, les cellules animales une membrane 2) Complexité ordonnée : La vie est faite de système (ordre) très...

Lola Piéreuse 2023/2024 Synthèse diversité Chapitre 1 : l’origine du vivant I. Def du vivant 1) Organisation cellulaire : les plantes ont une paroi, les cellules animales une membrane 2) Complexité ordonnée : La vie est faite de système (ordre) très complexe 3) Sensibilité : Réaction aux stimuli, réagi à des variations d’environnement 4) Métabolisme (système ouvert) : Anabolisme = phase du métabolisme qui transforme les molécules simples en molécules complexes bloc de construction >< Catabolisme = Réactions chimiques transformant la matière en déchets détruire. Consomme de l’énergie 5) Croissance, développement et reproduction. Plan de construction dans le génome (ADN). On vient tous d’une cellule et puis on se développe. On se reproduit pour transmettre le génome et assurer la perpétuation de notre matériel génétique. 6) Homéostasie : pour l’homme -> régulation de la température à 37°C, frissons permettant de produire plus de chaleur 7) Adaptation évolutive : dif génétique (alléliques), c’est sur ça que se base une évolution. Un organisme va s’adapter à des variations à long terme d’un milieu en évoluant. II. Origine de la vie 15 milliards d’années : le Big Bang… naissance de l’univers 4,6 milliards d’années : formation du soleil, de la Terre et des autres planètes du système solaire. 3,5 à 3,8 milliards d’années : apparition de la vie sur Terre. ➔ Apparition relativement rapide (dans des bouquins plus modernes 4,2 milliards d’années) Div en 4 grandes périodes géologiques appelées Eons : - Hadéen -4,6 à -4 milliards d’années => la terre est une grosse boule de feu, la croute terrestre se forme puis est reconstruite en continue. 4,5 mld d’années : collision avec une autre planète (Théa) qui forme la lune plus grand accident de cette période - Archéen -4 à -2,5 mld d’années => premières formes de vies, ce sont des procaryotes (apparition en milieu aquatique exclusivement). La croute terrestre se forme (la Terre se refroidit entre 40 et 80°) et les premiers océans se forment (il y a des dégazages du au refroidissement de la terre ET il y a eu un apport d’eau extraterrestre). - Protérozoïque -2,5 à -0,54. Bouleversement dans l’atmosphère terrestre avec l’apparition de l’oxygène produit par les organismes (cyanobactéries : procaryotes photosynthétique). Petit à petit l’oxygène augmente (21% mtnt). - Phanérozoïque (on passe en millions d’années) Fossile d’animaux. Seulement à ce moment-là les organismes arrivent et se développent sur la Terre. 6 gds des disparitions. La plus connue est celle des dinosaures dû à une météorite dans le golfe du Mexique il y a -65 millions d’années. p. 1 Lola Piéreuse 2023/2024 III. Les premières molécules organiques Expérience dans les années 20 avec Oparin (Russe et Haldane (Anglais) qui découvrent indépendamment que les premiers composés organiques sont apparus par de simples réactions chimiques dans l’atmosphère primitive. Cette atmosphère était sans O2 mais riche en H2. Il y avait une mportante activité volcanique qui rejettait dif gazs. On pense qu’il y avait de CO2, N2, H2, H2S, NH3, NH4. Atmosphère réductrice (donneuse d’e-) car bcp h2 et pas d’O2 Expérience de Stanley Miller (1953)  Vérification de la formation des molécules organiques dans une atmosphère réductrice. L’expérience dure une semaine et à la fin 10 à 15% des molécules du carbone correspondent à des acides animés (!!!molécules orga !!!).  Théorie de la soupe primitive => Ces molécules se sont ensemencées dans les océans primitifs lors des pluies  Résultats ultérieurs : 30 mol orgas dont 18 à 20 aa, des chaines hydrocarbonées plus ou moins longues, des sucres simples et dif bases azotées (nucléotides) Procédure de l’expérience : 1) De créer une atmosphère réductrice riche en hydrogène et dépourvue d’oxygène 2) Ils disposèrent cette atmosphère au-dessus d’eau liquide 3) Ils maintinrent l’ensemble à une température légèrement inférieure à 100 °C 4) Ils y simulèrent des éclairs d’orage sous forme de décharges électriques. Controverse : L’atmosphère primitif n’était peut-être pas aussi réductrice et le mélange de gaz n’est peut-être pas véridique. Actuel % Primitif % N2 78 5 O2 21 0 CO2 0,04 15 H2o 0,1 80 Miller a ajouté beaucoup de gaz si on refait l’expérience sans ses gaz ça ne marche pas.  Chimie prébiotique : même si la théorie est incorrecte, elle a permis d’inaugurer un nouveau domaine, la chimie prébiotique = étude de l’origine et l’évolution des composés organiques en supposant que cette origine était des composés simples Sources hydrothermales chaudes On retrouve des sources hydrothermales chaudes propices à la génération de molécules orga (Abondance de méthane (CH4) et d’ammoniac (NH3), de H2, de H2S et FeS) (H2 + CO2= CH4). S’il y a de l’azote on peut avoir des molécules orgas. Des chercheurs ont transposé la chimie de Miller et Urey dans ses sources hydrothermales Source extraterrestre La Terre se fait bombardées et certaines météorites (chondrites carbonées) ont des molécules organiques. p. 2 Lola Piéreuse 2023/2024 L’exemple le plus connu est la météorite de Murchison avec 12% eau et diverses molécules orgas et plus de 92 aa dont 19 présents sur Terre. Elle a été retrouvée en Australie en 1969. Contaminations ? Non, on sait que ce n’est pas la seule source car il y a des aa dans les météorites qu’on ne retrouve pas sur Terre et des aa qu’on retrouve sur terre et pas dans les météorites. Il y a aussi des aa avec des configurations qui ne sont pas celle qu’on retrouve dans le vivant (-D et -L alors que sur Terre il n’y que des -L). De plus l’isotope 13 du carbone est dans des proportions dif que sur Terre (il y en a plus dans les météorites) Conclusion 1) Les expériences de Miller et d’autres chercheurs montrent que les conditions primitives de la terre pouvaient soutenir une synthèse abiotique de diverses molécules organiques. 2) Des molécules organiques propices à la génération de la vie sont présentes dans l’univers. Elles peuvent être déposées sur terre (estimé actuellement à 30 tonnes/jour) 3) 3 hypothèses : Miller / Miller dans océan primitif / sources extraterrestres Chapitre 2 : Différents évènements nécessaires à l’apparition de la vie Il nous faut (ia) une polymérisation des molécules orgas, (ib) une concentration locale de celle-ci, (ii) un isolement de vivant => compartimentation des cellules, (iii) il lui faut encore un métabolisme et des premiers systèmes autocatalytiques Les molécules organiques Il existe 4 classes de molécules orgas (macromolécules) : seuls les lipides ne sont pas polymères.  Protéines : 20 aa pour des milliers de prot, nature de la chaîne latérale détermine les caractéristiques d’un aa. Polaires et apolaires  Lipides : la liaison peptidique entre OH et H formant une molécule H2O et en résulte une liaison peptidique  Glucides : toujours avec C, O et H. Un groupe carbonyle (C=O) et au moins 2 groupes hydroxyle (-OH). Il en existe des monosaccharides (sucres simples), oligosaccharides (2 à 10 oses = monomères des glucides) et polysaccharides (plus de 10 oses)  Acides nucléiques : ADN -> ARN -> Prot. Les nucléotides peuvent se polymériser par liaison du phosphate de l’un à un groupe hydroxyle de sucre d’un autre dans une réaction de déshydratation. Il en résulte une liaison phosphodiester reliant deux sucres par un phosphate. Ils possèdent une polarité, c’est-à-dire qu’ils présentent deux extrémités différentes : un phosphate d’un côté, et, l’hydroxyle d’un sucre de l’autre. Il est convenu de nommer ces extrémités respectivement 5´ et 3´, en référence à la numérotation des atomes de carbone des riboses en bout de chaîne p. 3 Lola Piéreuse 2023/2024 Il faut des macromolécules dans le vivant car toutes les cellules en ont. (i) Synthèse abiotique des polymères et concentration locale de celle-ci = polymérisation de molécules orgas en molécules complexes Hydrolyse = dégradation d’un polymère du vivant avec ajout d’une molécule d’eau. Réaction de condensation = synthèse d’un polymère ➔ LES ARGILES (aluminosilicate) sont structures comme un empilement de feuillets (cette sturtcture rend l’environnement propice à la synthèse abiotique) dotées d’une surface chargées capables d’absorbés des molécules organique sur sa surface et se sont des catalyseurs => elles auraient catalysé la formation de molécules plus importantes On peut le prouver : si on dépose des aa sur certains substrats (minéraux) très chauds (170°C), on obtient des polymères d’aa (pas des prot mais des protéinoïdes car les liants sont rarement des liens peptidiques. Celle-ci auraient pu se transformer en protéines). En l’essayant sur une surface argileuse on obtient les bonnes chaines de nucléotides (une argile connue : la montmorillonite). ➔ Les premiers catalyseurs étaient probablement des minéraux (ii) La formation de cellules primitives Membrane cellulaire  Actuellement Membrane cellulaire composée de phospholipides (Glycérol + Liaisons esthers + 2 acides gras + liaison avec phosphate et une molécule orga) -> similaire aux graisses et huiles où il n’y a non pas deux mais trois acides gras. Deux couches lipidiques (bicouche) naturelle en solution aqueuse  Dans le passé Protocellule ~= cellules primitives On ne pense pas que la membrane des protocellules ressemblait à la membrane de nos cellules actuelles car trop complexes. Premier essai : Les coacervats. Elles auraient été formées d’un mélange de protéines (gélatine) et de polysaccharides (gomme arabique vient de la sève d’acacia) -> structure globulaire stable Des acides nucléiques et enzymes peuvent être absorbées. p. 4 Lola Piéreuse 2023/2024 Reproches ? Ces molécules-là n’existaient pas à l’époque car elles sont très complexes. Et actuellement, nos membranes sont constituées de lipides donc ce n’est pas logique qu’à l’époque ce soient des protéines et des glucides. Deuxième essai : des microsphères protéinoïdes (on y travaille encore) (voir leur formation plus haut). Structure soluble dans l’eau. On sait que ces protéinoïdes ont pu se former à l’époque. Propriétés communes à la vie : Volume peut varier/Croissance ; perméabilité sélective ; réaction à l’environnement ; division, formation de jonctions avec d’autres microsphères Reproches : (i) les protéinoïdes dans le vivant n’existent pas car les liaisons ne sont quasi pas peptidiques et il y a des liaisons ramifiées. (ii) De nouveau mtnt lipides alors pourquoi avant protéines… (iii) Les composants pour créer ces molécules sont aussi trop complexes pour avoir existé dans les conditions primitives. Troisième essai : Enveloppe à partir de molécules amphipatiques simples (par le scientifique Szostak) = Molécule qui porte à la fois un groupement hydrophile et un groupement hydrophobe. Elles sont capables de former des bicouches (acides gras, monoglycérides, alcool gras) => la formation de ces molécules est probable à l’époque, on en a même trouvé sur certaines météorites. Pour vérifier, il extrait ces molécules (principalement acide gras avec une chaine de 8 à 11 carbones) des météorites (météorites de Murchinson), il extrait principalement des acides gras et il arrive à reformer quelque chose (vésicules) qui aurait peut former notre enveloppe. Ces vésicules sont même capables d’absorber des morceaux d’ADN. Sur des photographies la présence verte permet de savoir que la vésicule a absorbé de l’ADN. Elles sont formées de dodécanol et d’acide dodécanoïque. Qualités : précurseurs très probables, Capacité d’encapsulage des macromolécules, perméabilité sélective (bicouches), croissance et division Défauts : Il ya a beaucoup de paramètres nécessaires à la formation de ces bicouches : concentration minimale nécessaires, seulement si le pH = pKa (sup a pKa => micelle = groupe de molécules qui constitue l’une des phases des colloïdes = solution de macromolécules dont la masse molaire est sup à 5000g/mol, < pKa goutte), … Certaines surfaces facilitent la formation de vésicules lipidiques telle que l’argile (montmorillonite) qui catalyse la formation de ces vésicules. Ce type d’argile catalyse aussi la formation de macromolécules. (Les argiles concentrent les molécules, catalyse leur formation et catalyse la formation de protocellules.) On a même essayé de leur donner un pseudo-métabolisme (artificiel)qui rend la théorie très probable (iii) Des molécules catalytiques Dilemme de la poule et l’œuf : faire des acides nucléiques nécessitent des protéines et faire des protéines nécessitent des acides nucléiques Quel était le premier catalyseur de réactions chimiques ? Hypo 1 : ARN world : il existait déjà de l’ARN dans le mode prébiotique le plus répandu et plus probable. Elle défend que les ARN aient été les premiers catalyseurs (ils ont aujourd’hui des p. 5 Lola Piéreuse 2023/2024 propriétés catalytiques) c’est l’ARNr (qui est une protéine) qui catalyse la synthèse des protéines au fur et à mesure de la lecture de l’ARNm (dev du la poule et l’œuf). Il peut être à la fois substrats (= molécule qui, après s'être liée au site actif d'une enzyme, est transformée en un ou plusieurs produits) et enzymes. L’ARN est à la fois le support de l’information génétique et catalyseur (Q exam) Hypo2 : Protein world : Certains protéinoïdes possèdent des propriétés catalytiques Hypo 3 : Both RNA & Protein World : Les deux types de macromolécules ont été formées, sur des argiles, lors de la même chimie prébiotique. Les Ribosymes (découvert pendant les années 80) : Nom d’enzymes/ARN catalysatrice Propriétés reconnues de ribozymes naturels et artificiels : (i) Modification de nucléotides, (ii) Synthèse de nucléotides, (iii) Modifier des oligonucléotides (activité endonucléase), (iv) Joindre deux oligonucléotides (activité ligase), (v) Synthétiser de nouveaux oligonucléotides (activité polymérase). - > Rejoint l’hypothèse du RNA world. Création de ce ribozyme : Génération in vitro. Après chaque cycle, grâce aux mutations, on crée un ARN qui correspond de + en + à ce qu’on attend de lui (qui devient petit à petit un meilleur catalyseur) au bout de x cycle les ARN sont devenus compétents (toujours dans les protocellules) => c’est du micro-évolutisme : plus les ARN étaient compétents, plus ils avaient de chances de survivre, petit à petit ils sont tous devenues compétentes. Exemple de ribozymes naturels : la ribonucléase P (présente dans tous les organismes, catalyse la maturation des tRNA, active seule) ; épissage des introns (fait souvent intervenir des ARN catalytiques) ; les ribosomes (synthèse des protéines chez l’homme) ➔ Il existe des ribozymes naturels (retrouvé dans la nature) et artificiel (fait en labo).  En résumé : les ARN pourraient être doués de propriétés catalytiques en étant capable de se répliquer et commettre des erreurs (nécessaires à l’évolution -> mutations). Grâce à ça, l’ADN devient beaucoup plus stable (double hélice -> intérêt pour le processus de réparation comme les brins sont complémentaires si l’un est endommagé, on peut se servir du second pour le réparer). Et pour finir, les protéines acquièrent, elles aussi, des propriétés catalytiques et deviennent les catalyseurs du métabolisme cellulaire. p. 6 Lola Piéreuse 2023/2024 (iv) Métabolisme (iiibis)  Mtn : Cycle de l’ATP necessite un apport d’E pour créer des produits = processus endergoniques L’ATP est synthétisée et hydrolysée de manière cyclique. La synthèse de l’ATP à partir d’ADP et de P i, endergonique, est alimentée en énergie par des réactions exergoniques de la cellule. L’hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi est exergonique et l’énergie qu’elle libère est utilisée pour alimenter en énergie des activités de la cellule comme la contraction musculaire. Hétérotrophie : protocellule puise dans les molécules organiques riches en énergie (sucres) puisées dans la soupe primitive Autotrophie : Fabrication de molécules orgas à partir de molécules inorgas. L’énergie et le pouvoir réducteur proviennent d'une réaction chimique réalisée à partir de substances minérales. Lequel en premier ? Hypothèse de crises successives de l’énergie : -> D’abord hétérotrophie (2 premiers) et puis autotrophie (2 derniers) On part du plus simples => plus de chances de véracité ➔ La photosynthèse oxygénique est à l’origine de l’oxygène atmosphérique : -2,7 à -2,2 milliards d’années : début de l’accumulation d’oxygène. Développement de la couche protectrice d’ozone (absorption des UV). Formations ferriques rubanées (oxydation de Fe2+ en Fe3+ dû à un apport d’O2). Apparition du métabolisme aérobie ➔ La grande oxydation : La grande majorité des minerais de fer du monde est constituée de ce qu'on appelle des fers rubanés. Ces fers sont constitués, en général, d'alternances de lits de silice (plus ou moins ferrugineuse) et Fe2O3, oxyde ferrique. Ce sont toujours des formations sédimentaires marines. L’oxydation du fer est dûe au dégagement d’oxygène par les cyanobactéries ! p. 7 Lola Piéreuse 2023/2024 Chapitre 3 Les preuves d’une vie primitive  Archéen (-3,8 à -2,5) seul des procaryotes. Plus on avance plus on recule la date d’apparition de la vie sur Terre (-2,5 en 2007 et maintenant on hypothèses même -4 à -4,2) Evidences de formes de vie sur Terre : (i) Les microfossiles Formes de vie unicel (1 à 2 microns). On pense que ce sont des procaryotes primitifs mais c’est dure de les dater (dans le cours, elle date de -3,2 mld d’années) (ii) Les stromatolithes Les stromatolithes sont des matériaux précipités fixés par des colonies de micro-organismes. On les retrouve dans les eaux peu profondes. Ces micro-organismes sont probablement des cyanobactéries (fossiles correspondent) qui existent encore aujourd’hui, c’est donc plus simple de les dater. On en retrouve 2 en Australie (Pilbara et Hamelin Pool) qui datent d’il y a 3,5 mld d’années. Pour vérifier la présence d’un élément organique, on vérifie le ratio C12/C13 en sachant que le vivant à une préférence pour le C12 et qu’il y a donc une modif dans le ratio. Pour le dater on utilise le principe de demi-vie des éléments radioactifs (le Carbone 14 a une demi-vie trop petite 5730 ans donc on utilise plutôt l’U238et le K40 qui ont respectivement des demis-vies de 4,5 et 1,26 mld d’années). Ces cyanobactéries auraient pu faire la photosynthèse grâce à la catalyse des minéraux ce qui explique l’accumulation d’O2. LUCA : The last Universal Common Ancestor. A l’origine des deux lignées et 3 domaines de vies : 1) Eubactéries 2) Archéens puis eucaryotes. Il y a probablement eu d’autres formes de vies avant LUCA (essaie erreur) mais c’est la première qui e-est assez efficace que pour se diversifier. Problème avec la phylogénie : lequel s’est détaché en premier ? A quoi ressemblait LUCA ? On a d’abord pensé que c’était un archéen car ils aiment vivre dans des lieux extrêmes semblables aux conditions de l’archer et que les archéens possèdent à la fois des caractéristiques eucaryotes et procaryotes. MAIS, on a aussi retrouvé des archéens ne vivants pas du tout dans des conditions extrêmes. Et sur d’autres points, ils ont des caractéristiques particulières qui ne correspondent pas au vivant (structure plasmique et métabolisme) Par le principe de simplification, on exclut les eucaryotes. Il nous reste donc les eubactéries qui sont normophile = vivent dans un environnement moyen) Les océans primitifs avaient probablement une T° moyenne élevée. Cependant, il n’y a pas de thermophiles chez les eucaryotes. La thermophilie nécessite une série d’adaptions complexes nécessitant une longue adaptation/évolution. Métabolisme : (3 hypo) - Photoautotrophe (autotrophe photosynthétique) = Convertir la matière minérale en molécules organiques en utilisant de l’énergie lumineuse. Mais cette particularité est venue plus tard donc ce n’est pas possible p. 8 Lola Piéreuse 2023/2024 - Chimiolithotrophe (autotrophe non-photosynthétique) = Synthèse de molécules organiques à partir de substance minérale. → L’énergie vient de réactions d’oxydo-réduction. Mais c’est un processus également trop compliqué pour l’époque - Hétérotrophe = Puiser son énergie dans des molécules organiques déjà existantes. Le plus simple, on pense que c’est ça. On pense aussi sue LUCA était glycolytique (capable de décomposer le glucose) et qu’il avait le même système de synthèse des protéines que maintenant Diversité de l’organisme cellulaire actuel Similitudes structurales : 1) Procaryotes pas de noyau (nucléoïdes circulaire) et eucaryotes noyau (chromosomes divers molécules linéaires), siège du matériel génétique = ADN 2) Cytosol : matrice semi-fluide contenant des sucres, acides aminés et protéines nécessaires aux activités de la cellule. Milieu aqueux ressemblant à un gel en raison de sa concentration élevée en petites molécules et macromolécules. Là où se passe la glycolyse 3) Ribosomes = synthèse prot 4) Membrane plasmique lipidique (voir plus haut) contient des prot. S’épare noyau et entourage. Procaryotes : Cellule simple et petite - Un cytosol entouré d’une membrane plasmique et enfermé dans une paroi cellulaire rigide. - Pas de noyau, mais un nucléoïde. - Pas de compartiments internes distincts, pas de système membranaire interne. – - Paroi résistante (la plupart) Archées : Plus particulières Membrane : (i) lien éther (pas ester) même s’il y a une similitude au niveau de la formation (squelette glycérol semblable au lipides bactériens et eucaryote), (ii) présence de ramification, fusion des feuillets, le tout est lié par de liaison covalente, (iii) monocouche au lieu de bicouche Eucaryotes : Bcp plus grande et bcp plus complexe - Compartimentalisation : réseau de membranes intracellulaires complexe, présence d’organites. Le cytosol et les organites forment le cytoplasme. - Un noyau : l’ADN est étroitement lié à des protéines et empaqueté sous formes d’unités compactes appelées chromosomes. - Un système de vésicules : poches qui stockent et transportent divers matériaux. - La paroi est facultative. Pas de paroi : cellules animales et certains protistes. Une paroi : champignons, plantes, nombreux protistes. Apparition des cellules eucaryotes : p. 9 Lola Piéreuse 2023/2024 Quand ? Plus ancien fossiles = -1,5mld d’années (mais c’étaient déjà des fromes complexes) Il est probable qua les eucaryotes soit apparus bien avant, on sait plusieurs choses : (i) La taille et forme des premières cellules primitives ne nous permettent pas de les différencier des eucaryotes (ii) Tous les eucaryotes sont aérobies et la présence d’oxygène dans l’air date de -2,2 mld d’années (iii) En Australie on a retrouvé des stéranes (molécules d’eucaryotes) dans des sédiments âgés de 2,7 mld d’années Comment ? Il y a deux grandes théories sur l’apparition des eucaryotes, la théorie classique et alternative. La théorie classique : la mitochondrie (puis chloroplaste) est acquise dans une cel déjà avec noyau et membranes internes. Elle subit une série d’invagination et forme un début de système membranaire interne (REG et REL). Puis, par phagocytose (effet fondateur), il y a acquisition de la mitochondrie. Tous les eucaryotes ont ou ont eu une mitochondrie, c’est l’étape qui fonde la naissance des eucaryotes car il permet aérobie (respiration cel) (LECA). Par la suite, de nouveau par phagocytose, la cel obtiendrait un chloroplaste (cel veg) Il existe des parasites qui s’accrochent et perdent leur mitochondrie car elles n’en ont plus besoin. Théorie alternative : Symbiose précoce entre une eubactérie et une archée. Organisme sans noyau ni système membranaire interne qu’il acquerra plus tard par phagocytose. Elle est aussi nommée la théorie de l’endosymbiose Comparaison des trois domaines de vie : Eubactéries Archéens Eucaryotes Aa initial des prot Formylméthionine Méthionine Méthionine Introns - + + Noyau, organites avec - - + membranes Lipides membranaires Non ramifiés / esters Ramifiés / éthers Non ramifiées / esters Paroi cellulaire avec + - - peptidoglycane Réponse à la Sensible Résistant Résistant streptmycine et au chloramphénicol On a une grande partie des gènes des eucaryotes en parenté avec les autres bactéries et avec les archées => soutien de la théorie alternative. Les mitochondries et chloroplastes : Arguments en faveur de l’endosymbiose. 1) Ils ont comme génome une molécule d’ADN circulaire 2) ADN non-associé à des histones 3) Pas d’introns dans leur matériel génétique 4) Leur division se fait par scissiparité et non mitose 5) Leur machinerie traductionnelle est comparable à celle des procaryotes actuels. Ces organites possèdent au minimum une double membrane lipidique. p. 10 Lola Piéreuse 2023/2024 Endosymbiose de la mitochondrie : L’origine précise est assez claire. Il s’agit de l’endosymbiose d’une alpha-protéobactérie. Le séquençage du génome mitochondrial d’organismes très divers (homme, oursin, protistes, …) montre une origine commune. Le génome mitochondrial comporte de nombreuses similitudes avec des segments du génome d’une alphaprotéobactérie (Rickettsia). Dans ce cas-ci ce ne serait pas une phagocytose ratée mais une infection ratée qui a menée à une symbiose. (Sur 1,3Mb on est passé à 16kb, il y a eu un transfert horizontal de gènes). Elles ont été acquises une seule fois (preuve en biologie mol) Endosymbioses des chloroplastes : Les chloroplastes sont le résultat de plusieurs endosymbioses. Endosymbiose primaire (algues rouges, algues vertes) : une cellule eucaryote primitive phagocyte une eubactérie photosynthétique (cyanobactérie). Celle-ci devient un organite (chloroplaste) avec une double membrane lipidique. Endosymbiose secondaire (algues brunes) : une cellule eucaryote phagocyte une autre cellule eucaryote possédant déjà un chloroplaste (ancienne cyanobactérie). Ce dernier devient un organite disposant de quatre membranes lipidiques (ou trois). Le noyau de la cellule eucaryote phagocyté dégénère complètement ou devient une structure vestigiale (nucléomorphe) entre deux membranes  On arrive de mieux en mieux à placer les éléments sur la ligne du temps Oxygène = apparition des eucaryotes (car mitochondries et aérobie). Chloroplastes apparaissent plus tard. Des unicellulaires aux pluricellulaires Développer la pluricellularité est apparemment une bonne idée pour survivre car, au cours de l’évolution, plusieurs embranchements l’ont développé indépendamment. On peut expliquer pourquoi c’est une si bonne idée - Première raison : la taille de la cellule limite son développement car la gestion d’un énorme cytosol par un seul noyau n’est pas possible p. 11 Lola Piéreuse 2023/2024 - Deuxième raison : Le contact avec l’extérieur est limité avec l’accroissement de la cellule. C’est dû au rapport surface/volume. Si le rayon passe de 1 à 10 le rapport surface volume passe 3 à 0,3 mais plus le cytosol devient grand plus il a besoin de rapport avec l’extérieur. Exemples d’unicellulaires : procaryotes (eubactéries et archées) et protistes (pour la plupart). Les individus sont soit isolés soit regroupés en ensembles appelés colonies. Exemples de pluricellulaires : plantes, animaux, champignons. (Corps humain : environ 100.000 milliards (1014 cellules). La pluricellularité implique une répartition des tâches !!!! 2 théories de l’apparition de la pluricellularité : 1) Théorie syncitiale (1950) (abandonnée) : Elle a deux possibilités. Soit une division multiple des noyaux d’une cellule puis entourage de ces noyaux par une membrane cellulaire qui permet leur individualisation, soit plusieurs cellules d’une même espèce fusionnent pour former un syncytium. 2) Théorie coloniale (1874) (toujours d’actualité) : Des cellules d’une même espèce vivent de façon étroite et forment des colonies. Au fil du temps, on observe une répartition des taches (nutriment, reproduction, …), et là, on peut commencer à parler d’un organisme pluricellulaire car il y a le développement d’une communication élaborée entre cellules (fonctionnement coordonné et ordonné) Beaucoup d’eucaryotes unicellulaires vivent en colonie. Organismes un peu spéciaux qui sont à la frontière - Les Protistes : petit point = amibe (organisme pluricel mobile), c’est une cellule individuelle germant à partir d’une spore (1), ils sont hétérotrophes et sont des prédateurs de bactéries. Ils vivent dans la couche d’humus dans les bois. Si la nourriture (bactéries) devient rare, un signal chimique (le AMPc) est libéré et toutes les amibes se réunissent (2, 3) et forment une structure (genre de limace) (rassemblement en colonies) (4), pour se déplacer et se diriger vers une lumière. Et puis se redifférencier pour produire un pédicelle et des spores (5,6). Certaines cellules forment un pied et d’autres forment un organe. C’est donc un pluricellulaire car il y a une répartition des taches (pédicelle/spores) - Diversité de l’ordre des Chlamydomonadales (= ordre de micro-algues) : on y trouve tous les intermédiaires qui valident la théorie : Les unicellulaires (chlamydomonas), les colonies (Gonium, Pandorina, Volvulina, Eudorina) et les multicellulaires (Volvox, Pleodorina). La répartition de tâche est simple. D’une part, il y a les cellules somatiques et, d’autre part les cellules reproductrices. La pluricellularité implique p. 12 Lola Piéreuse 2023/2024 - Une répartition des taches (Chez l’homme : cellules somatiques -> plus de 200 types différents et cellules reproductrices -> théorie du « disposable soma » Le soma (notre corps) au service de la lignée germinale) - Communication et connexion entre cellules - Activité coordonnée (différents systèmes fonctionnent ensemble) Moyen de communication : 4 types : (i) La communication directe entre membranes plasmiques adjacentes (ii) La communication paracrine qui se passe grâce à des messages chimiques. Une cellule envoie un message à des cellules cibles voisines. Exemple : coupure au doigt. (iii) La communication endocrine (longue distance) qui se passe grâce à la sécrétion d’hormones qui circulent dans le sang. Exemple, les testicules produisent de la testostérone qui agit sur le développement des muscles. (iv) La communication synaptique ou neuronale (longue distance aussi car axones peuvent être longue, le noyau des cellules est dans la moelle épinière) La communication cellulaire implique une molécule de signalisation (produite par la cellule source) et un récepteur (produit par la cellule cible). Y a-t-il de la pluricellularité chez les procaryotes ? On a longtemps pensé que non mais maintenant on en sait un peu plus et on a trouvé une cyanobactérie (Nostoc) qui répond aux critères de la pluricellularité. Aux premiers abords, on pourrait penser que c’est une colonie mais dans les filaments certaines cellules sont plus grandes que les autres et elles ne font pas la même tache ! La grande cellule s’occupe de la photosynthèse et les autres de la fixation d’azote. Ça a du sens car la photosynthèse produit de l’oxygène qui rend la fixation plus compliquée. De plus, ces cellules communiquent entre elles (substances azotées vont vers les autres cellules). On dit donc que la pluricellularité complexe (bcp de type de cel dif) n’existe que chez les eucaryotes. Quand la pluricellularité est-elle apparue ? Officiellement, il y a 750 millions d’années mais on a retrouvé des cellules plus tôt donc on n’est pas sûrs ça aurait pu arriver plus tôt La fin du protérozoïque et la faune d’Ediacaria Avec notamment le refroidissement de la Terre on observe un effet boule de neige, celui-ci a engendré une très forte diminution des gaz carbonique ce qui a permis l’apparition de cette faune à la fin du protérozoïque. p. 13 Lola Piéreuse 2023/2024 La faune d’Ediacaria est un site en Australie qui est apparu vers -585 Ma et a disparu vers -542Ma on ne connait pas la cause de sa disparition, elle n’a pas vraiment laissé de descendants sauf peut-être les cténophores (méduses). C’est un peu bizarre de les classer comme animaux car il n’avait pas de tube digestif, on pense qu’ils digéraient par phagocytose. On y retrouve des trucs étranges qui ne correspondent à rien de ce que l’on connait maintenan.t On est maintenant début du phanérozoïque (-541 à -481 Ma) et de l’explosion cambrienne et là tous les embranchements que l’on connait actuellement vont apparaitre via la faune des Schistes de Burgess. On l’a découverte en Colombie-Britannique (Canada) mais cette faune est universelle (on l’a après retrouvée partout). Un individu reconstitué le Pikaia est probablement notre ancêtre (fondateur de l’embranchement des chordés). Il est marqué par la présence d’une chorde qui est le début d’un endosquelette (hydrosquelette liquide sous pression, exosquelette insecte et endosquelette squelette interne) permet de créer point d’encrage pour les muscles et définit les axes de l’organisme. La conquête des continents et les problèmes de la vie aérienne La vie aérienne rencontre 4 grands problèmes : (i) Les pertes d’eau, (ii) la gravité, (iii) la reproduction et (iv) les organes de sens (i) Il faut apprendre a diminué les pertes d’eau, il faut donc inventer des stratégies (la peau). (ii) Apprendre à supporter la gravité (iii) Grand changement car on passe d’une fécondation externe à interne -> développement de l’œuf dans l’individu et reconstitution du milieux aqueux (la plupart du temps, les amphibiens pratiquent encore la fécondation externe) (iv) Il ne marche pas de la même manière dans l’eau et dans l’air. Le son se propage plus vite et plus loin dans l’eau, l’air est aussi un moins bon vecteur pour l’odeur mais la vue va beaucoup se développer sur le milieu terrestre L’ordovicien (-485 à-444 Ma), le Silurien (-444 à -419 Ma) et le Dévonien (-419 à -359 Ma) Pendant l’ordovicien, ce sont d’abord les plantes et champignons qui ont fait la conquête de milieu terrestre. La plus ancienne plante connue est Cooksonia. Elle est très rudimentaire sans feuilles, ni fleurs. Après sont arrivés les invertébrés pendant le Silurien (le plus vieux étant une sorte de scorpion 10 cm) puis arrivée des premiers vertébrés au début du Dévonien. Les mammifères sont des descendants des reptiles mammaliens. Un de nos ancêtres le dimétrodon (3 mètres, 250 kg) c’est un reptile et un mammifère (diffèrent notamment par leurs types de dents). Nos ancêtres sont apparus en même temps que les dinosaures. Les mammifères ont donc côtoyé les dinosaures. Les vrais premiers mammifères sont restés de très petite taille (max 1kg et régime insectivore, sorte de rongeur) et se sont peu diversifiés. On peut conclure cette partie en disant que la vie est résiliente. Malgré les différentes extinctions massives, elle finit toujours par se réinstaller. L’extinction la plus grave fut celle entre permien et trias. Et la plus connue est celle des dinosaures (-65 millions d’années probablement à cause d’une météorite). Il est d’ailleurs fort probable qu’on soit rentré dans une phase d’extinction massive. Concept du « super-organisme » p. 14 Lola Piéreuse 2023/2024 Individus qui sont inféodés les uns aux autres. Ils ne peuvent pas survivre les uns sans les autres Exemples : - La galère portugaise est un rassemblement d’organismes. Elle a 4 types de polypes. - Certains insectes comme les fourmis et les abeilles (atrophie chez les males qui sont aploïdes alors que les femelles sont diploïdes, leur seule fonction est de féconder les reines. Il y a aussi un changement morphologique avec des castes différents). Quand on passe de la pluricellularité au super-organisme tous les individus deviennent intimement liés aux autres, on appelle ça l’eusocialité - Un mammifère -> le rat-taupe nu. C’est un animal quasi aveugle car il vit loin sous terre. Un super- organisme contient une seule reine qui est capable de se reproduire, quelques males sélectionnés et le reste sont des ouvriers ou ouvrières. Ils vivent très longtemps pour des rongeurs (+/- 30 ans). C’est en partie dû à leur métabolisme très lent car il y a peu d’oxygène, ils ont donc peu de dégâts d’oxydation. Ils sont aussi très résistants aux cancers. L’évolution des génomes Les génomes ont besoin de pouvoir évoluer. Il y a de nombreuses sources à cette évolution et à ses différences génomiques : (i) mutation, (ii) brassages, (iii) réarrangements, (iv) duplication/perte de chromosome, (v) duplication/perte de génome, (vi) intégration dans le génome d’ADN d’une autre espèce Mutation d’un gène La réplication de l’ADN : une copie extrêmement fiable mais néanmoins imparfaite. La production de copies du génome est nécessaire pour (1) le développement et la croissance (mitoses) de l’organisme, (2) l’homéostasie de l’organisme (réparation tissus, renouvèlement de cel mortes ou endommagées) et (3) la reproduction asexuée. Pour comprendre pourquoi on évolue on essaye de répondre à la question : comment ne pas évolués ? Aucune erreur dans la duplication et donc ADN identique ou erreur mais qui ne peut pas se transmettre. C’est n’est pas possible, il y a donc évolution. Le génome humain comporte environ 3 mld de paires de bases. Par génération, pour l’homme, (ça varie selon les espèces) le taux de mutation est de 10-8 par paire de base ce qui veut dire que le nouveau zygote contient plusieurs dizaines de nouvelles mutations souvent sans effet. Le code génétique : 64 triplets, 61 codent pour aa. Codon start = AUG (Méthionine), codons stop = UGA, UAA, UAG Mutations silencieuses : sans effet (exemple : changement de la troisième base) Il y a « véritables » erreurs quand la mutation provoque une variation de la protéine. Changement peut être drastique ou non. Il y a 2 types de mutations les mutations de faux sens : changement du sens (de la protéine) et les mutations de non-sens : apparition d’un codon stop qui sont souvent d’autant plus dangereuses. Exemple : Hémoglobine peut avoir une forme mutée (allèle S) qui provoque l’anémie falciforme (protubérances hydrophobes) et globules rouges en forme de faucilles. Ça donne une maladie extrêmement sévère, des hémorragies, une durée de vie raccourcie et des problèmes d’articulation. Le p. 15 Lola Piéreuse 2023/2024 plus bizarre est que l’allèle est conservé dans certaines population. C’est en relation avec la malaria car comme elles ont un cycle de vie court, elles arrêtent le cycle de vie du parasite. Les conditions changent donc il y a adaptation. Différents types de mutation - Substitution d’une paire de base : échange de base si mutation non-sens au mieux on a le début de la protéine - Délétion ou insertion de paires de bases : rajout ou suppression d’une paire de base « Conclusion » Les mutations peuvent être neutres/bénignes, bénéfiques ou néfastes. La plupart des mutations se produisent dans les cellules somatiques et disparaissent à la mort de l’individu. Seules les mutations de lignées cellulaires produisant les gamètes (lignées germinales) peuvent être transmises à la descendance. Composition du génome humain Chacune de nos cellules contient environ 2 mètres d’ADN mais seul 2,5 cm représentent des séquences codantes. Pseudo gène = gènes qui au cours de l’évolution se sont éteins Exons (séquence codante) +/- 1% Introns 24% ADN de structures 20% Segments dupliqués 5% Pseudogènes (gènes inactifs) 2% Séquences répétées simple (courtes seq répet.) 3% Eléments transposables 45% Quelques notions sur les éléments transposables Transfert génique horizontal Au début de l’histoire de la vie « l’échange de gènes » entre cellules a probablement été plus intense ». L’arbre de la vie pourrait d’avantage ressembler à un réseau, il y avait plus d’échanges entre bactéries, p. 16 Lola Piéreuse 2023/2024 archéens et eucaryotes. Par la suite, les eucaryotes ont repris la plus grosse partie des génomes des chloroplastes et mitochondries et l’arbre de vie s’est « divisé ». Horizontale : transmission de gènes d’espèce vivant ensemble potentiellement espèces différentes Exemple de transfert génétique horizontal chez les animaux Ces travaux ont fait beaucoup de bruits. On s’intéresse à un mollusque (le gastéropode Elysia chlorotica) qui a une morphologie en forme de feuille et est vert. Les chercheurs ont trouvé qu’il se nourrit d’algues et en utilise les chloroplastes pour effectuer la photosynthèse, il les envoie dans les diverticules de son tube digestif. Ces chloroplastes restent opérationnels toute la durée de vie du gastéropode (même s’il n’en consomme plus par après !!!) => il y a eu transfert horizontale. Cependant l’ADN des chloroplastes ne code que pour 10% des protéines nécessaires à la photosynthèse. En 2008, on découvre le gène psbO dans le génome de E. chlorotica, gène nécessaire au processus de photosynthèse. Les chloroplastes ne sont pas transmis à la descendance : œufs incolores. Chez les procaryotes, le transfert horizontal est très répandu : - Transformation - Conjugaison : les bactéries se collent l’une à l’autre et établissent une communication entre cytosol puis échangent des petites molécules d’ADN circulaire - Transduction : elle est réalisée par les phages = virus des cellules procaryotes La duplication de segment d’ADN La duplication de segments d’ADN est un moteur important de la production de caractères nouveaux dans un génome. Deux copies indépendantes évoluent de façon indépendante 3 destins d’un gène dupliqué : - Perte de fonction par mutation ultérieure (le plus courant). - Acquisition d’une nouvelle fonction par mutation. - Répartition de la fonction du gène ancestral entre les deux copies. Exemple : la vasotoeine produite dans l’hypothalamus a été dupliquer et les gènes (ADH et ocytocine) ont évolués de façon dif. L’ADH (hormone antidiurétique) agit dans le rein et joue un rôle dans la régulation du volume sanguin et la concentration en eau dans l’organisme. L’ocytocine, elle, est l’hormone de l’amour et des relations, elle est aussi très importante dans les relations mère/enfant. Un médicament à base d’ocytocine est en cours pour essayer de traiter l’autisme en améliorant leur contact social.  Gène ancestrale avait toutes les fonctions et elles ont été réparties Réarrangement dans un génome Quand, au cours de l’évolution, un génome voit son organisation générale modifiée par le déplacement, la suppression ou la duplication de parties de sa séquence. Explication par exemple : Hominidés. Nos ancêtres ont 24 chromosomes alors que nous n’en avons que 23. Chez l’homme il y a eu fusion de deux chromosomes (le chromosome n°2). C’est fréquent dans les cancers et plus généralement dans les pathologies. La polyploïdie La polyploïdie peut rapidement générer de nouvelles espèces, il y a deux types de polyploïdie : p. 17 Lola Piéreuse 2023/2024 - Autopolyploïdie : Tous les chromosomes proviennent d’une même espèce. Ce type d’événement est lié à une erreur méiotique => non-disjonction des gamètes (ou à la duplication du génome). - Allopolyploïdie (cas le plus fréquent) : Cela survient par suite de l’hybridation de deux espèces (exemple : le blé et d’autres végétaux cultivés). Les chromosomes peuvent se dupliquer ou non mais s’ils ne se dupliquent pas les chromosomes ne pourront pas s’apparier par la suite et leur descendance sera fertile (exemple : le mulet) Cinq facteurs responsables des changements évolutifs Déjà vu dans la première partie du cours, attention examen !! Mutation, flux génétique, accouplement non-aléatoire, dérive génétique, sélection On est revenus sur la dérive génétique C’est un phénomène aléatoire, « tirage au sort » des variants qui tend à éliminer une partie des allèles. Il y a aucune sélection naturelle ou sexuelle ici Les mutations forment continuellement de nouveaux allèles et ceci de manière aléatoire. Cela crée de la variabilité. La dérive génétique est le processus qui tend à éliminer une partie de ces allèles (de cette variabilité). Chaque génération est formée d’un tirage aléatoire au sein des gamètes produites par les individus reproducteurs. Etant aléatoire, ce processus ne va jamais refléter exactement les proportions rencontrées dans la génération précédente/parentale. Plus la population est grande moins grand sera le changement des fréquences alléliques de génération en génération. La dérive génétique peut aboutir à la perte d’allèles, particulièrement dans de petites populations isolées. Les allèles les plus rares sont les plus vulnérables. L’effet goulot d’étranglement Exemple : Les éléphants de mer du nord (M. angustirostris) ont été chassés intensivement pour leur épaisse couche de graisse. A la fin du 19ème siècle, ils étaient proches de l’extinction. Une population a survécu sur l’île de Guadalupe (20 individus). Cette espèce, suite à des mesures de protection, a maintenant récupéré la plupart de son aire d’origine (plusieurs dizaines de milliers d’individus). Néanmoins la diversité génétique est perdue, rendant l’espèce très vulnérable. L’effet fondateur Cet effet apparait quand une petite partie de la population migre sur un nouveau site. Ces individus deviennent alors pionniers d’une nouvelle population isolée. Comme ils ne qu’une petite partie de l’entièreté de la population originale, il ne possède très certainement pas tous ses allèles. Il y a donc une potentielle perte d’allèle et la fréquence allélique peut être fortement modifiée. C’est fréquent dans les recherches dans des zones d’iles océanique éloignées comme les iles hawaïennes et les Galapagos. Exemple : Présence plus fréquente de certaines anomalies dans la population Amish aux USA ou encore la variation géographique de deux gènes enzymatiques chez la Drosophila pseudoobscura p. 18 Lola Piéreuse 2023/2024 Chapitre 4 Les virus Nature : La structure de base est assez simple, c’est un acide nucléique entouré d’une gaine de protéines. L’acide nucléique est un ARN ou ADN, monocaténaires ou bicaténaires et linéaire ou circulaire. Dans certains virus, les enzymes sont stockées avec l’acide nucléique (comme les rétrovirus où il y a une transcriptase inverse. On retrouve pour les virus eucaryotes deux formes Ils principales de capside (simples) : hélicoïdale ou icosaédrique. Beaucoup de virus animaux ont une enveloppe autour de la capside (lipidique). Les virus bactériens ont une structure un peu plus complexe avec une tête et une queue (sert à l’injection du matériel génétique). On les appelle les phages ou bactériophages. Les virus sont de taille variables (entre 20 et 250 nm), bactéries un peu plus grandes (1 ou 2 µm) et cellule eucaryote (7µm) L’idée des vaccins remonte à l’épidémie de variole. On essaye donc d’utiliser la variole bovine que l’on intègre chez l’homme (car ce type de variole est bénin pour celui-ci) et ça permet de le vacciner. Par la suite, Pasteur invente le vaccin (pas actuel mais c’est le principe) avec la rage et on a le premier traitement réussi. Exemple de virus : HPV => virus du papillome humain. 75% des gens auront un jour un contact avec ce virus. On a découvert que c’est le HPV 16/18 qui provoque le cancer du col de l’utérus (à 100%), il provoque aussi d’autres types de cancers (anus, pénis). Donc des virus sont responsables de certains cancers. On peut aussi citer la varicelle (bactériophages), elle est liée chez l’adulte à des crises de zonas, qui mène à une baisse de l’immunité dans des situations stressantes (c’est dû à la varicelle qui reste latente dans certains tissus). La grippe est provoquée par le virus influenza, il comporte deux protéines des antigène H (hémagglutinine) et N (neuraminidase qui est une enzyme qui permet au virus de se frayer un chemin dans le mucus et arrivé jusqu’à une membrane cel), c’est un virus à enveloppe. Cycles des bactériophages Les cycles des phages sont très bien connus Il y a deux cycles un principale le cycle lytique et un secondaire le cycle lysogène où le virus reste en latence dans la cellule. Puis le virus se dissémine dans la population (car reproduction de la cellule et puis partage du virus aux cellules filles). Et à un moment, on ne sait pas trop pourquoi, les cellules retournent dans le cycle lytique. L’ADN est le support de l’information génétique (Expérience de Hershey et Chase => le matériel génétique des phages est constitué d’ADN et non de protéines) p. 19 Lola Piéreuse 2023/2024 Universalité : On les retrouve dans tous les organismes (animaux, plantes, champignons, bactéries, archées). Il y a des spécificités pour l’hôte (un virus ne peut pas infecter n’importe quelle espèce). Parfois il y arrive quand même on parle alors de sauts d’espèces (exemple : Covid-19, Ébola, Hantavirus, SRAS). Les virus peuvent aussi voyager dans l’espace (notamment à cause de l’homme comme virus Ebola en Allemagne suite à un transfert de primates venus d’Afrique, il y a eu la même frayeur aux Etats-Unis). Les virus se répliquent en détournant la machinerie de l’hôte Vivant ou non vivant : C’est de la matière inerte donc non vivante, certains diront que c’est de la vie réduite à sa plus simple expression et donc ça fait débat dans la communauté scientifique mais le virus ne se plie pas aux 7 caractéristiques des vivants. Une forme encore plus simple : les viroïdes Les viroïdes qui n’ont qu’un ARN circulaire (codent pour rien), il infecte uniquement les végétaux et n’infectent qu’à la suite d’une blessure du végétal. Pour certaines espèces végétales, ce n’est pas bénin du tout. Les mécanismes nécessaires : ribozymes (enzymes ARN qui catalyse les réactions chimiques) et des liens avec d’autres ARNm pour effectuer leur traduction. Est-ce qu’on pourrait imaginer un agent viral étant juste une protéine ? Oui !!! Il y a même eu une grande crise dans les années 90 qui impliquait les Prions chez les animaux => maladie de la vache folle. Les procaryotes Généralités - Ce sont les formes de vies les plus anciennes, ils sont arrivés plus d’un milliard avant les eucaryotes. - Leurs métabolismes sont extrêmement divers et ils ont des niches écologiques (place occupée par une espèce dans un écosystème) extrêmement diversifiés également. - Ils vivent dans tous les endroits possibles ubiquistes (peau, intestin, au bord d’un volcan, grottes sous-marine, milieux extrêmes en termes de salinité, de t° ou riches en gaz toxiques). Les plantes et animaux constituent des écosystèmes pour les procaryotes. - Ils jouent un rôle important dans le cycle des éléments (décompositions, fixation). - Les bactéries sont la cause de diverses maladies come la lèpre, la maladie de Lyme ou la peste. - Les procaryotes diffèrent fortement par leur forme et leur taille (de 0,1 à 750µm). - Elles disposent se diverses stratégies pour se nourrir. La plupart des procaryotes ont une paroi cellulaire. Ils sont soit gram positif, il y a alors une membrane plasmique suivie d’une paroi cellulaire constituée de peptidoglycane. Dans l’autre cas soit gram négatif où il y a toujours une membrane plasmique et une paroi cellulaire cette fois constitués d’un peptidoglycane et d’une membrane externe. On peut les différencier visuellement grâce à la coloration de Gram. p. 20 Lola Piéreuse 2023/2024 Comparaison entre eucaryotes et procaryotes Procaryotes Eucaryotes Structure cellulaire Unicellulaire (qlqs exceptions) Pluricellulaire Taille 1µm (+/-) Entre 10 et 100 µm Porteur d’information Nucléoïde Nucléole Types de divisions Scissiparité Mitose/méiose Reproduction Échanges de gènes horizontaux Reproduction sexuée (la (transfo, conjug, transduc). PAS plupart du temps) de sexuée Paroi Pas de cloisonnement interne Cloisonnements (organites délimités par une cytoplasmiques => formation membrane) d’organites Flagelles Flagelline (structure dif) Flagelle Pili en surface Adhérence, échanges de / matériel génétique Les biofilms Les bactéries, dans leur milieu, sont capable de former des colonies d’espèces différentes grâce aux biofilms. Ces bactéries s’entourent de débris de bactéries mortes et sont très difficiles à détruites car elles se protègent des biofilms, ça pose beaucoup de problèmes aux industries pharmaceutiques, il y a même une résistance aux antibiotiques qui n’arrivent pas à pénétrer à l’intérieur des biofilms. Ils se comportent de plusieurs espèces de procaryotes qui forment une colonie. Bactéries et archées fondamentalement différentes : - Structure de la membrane plasmique et de la paroi cellulaire. - Mécanisme de réplication de l’ADN. - Mécanismes de la transcription et de la traduction Les archées sont souvent extrêmophiles (déjà parlé plus haut). Un extrêmophile DOIT vivre dans des conditions extrêmes pour survivre La transformation p. 21 Lola Piéreuse 2023/2024 La transduction La conjugaison Les protistes Généralités - Ce sont les premiers eucaryotes - Ils ont une taille beaucoup plus imposante (10µm ou plus) - Le noyau et le réticulum endoplasmique viennent d’invagination de la membrane plasmique. - Les mitochondries et chloroplastes ont évolué à partir de bactéries internalisées. Différents arguments valident la théorie de l’endosymbiose. (Vu aussi plus haut) - Le génome est réparti dans plusieurs chromosomes. Invention de la mitose et cytocinèse (division du cytoplasme suivant généralement la division du noyau à la fin de la mitose ou de la méiose I et II). Dans certains cas, la mitose n’implique pas une désintégration de l’enveloppe nucléaire on se demande donc s’il n’y aurait pas une étape intermédiaire - Invention de reproduction sexuée (méiose, production de gamètes et fécondation) (la méiose permet d’obtenir des cellules haploïdes à partir de cellules diploïdes) Hétérogène - Pas de caractéristiques communes - Taille hétérogène - Métabolisme très divers p. 22 Lola Piéreuse 2023/2024 - Ne sont pas un groupe monophylétique (contrairement aux plantes et champignons) - Ils sont pour la plupart unicellulaires ➔ Un eucaryote est classé par défaut chez les protistes quand on ne peut ni le classer chez les animaux, ni chez les plantes Arbre phylogénétique Les protistes sont répartis en 6 supergroupes Informations à retenir de cet arbre : - Les algues vertes (chlorophytes et charophytes) ont le même ancêtre commun que les plantes terrestres. - Les champignons sont plus proches des animaux que des plantes. Un ancêtre commun les réunit au sein du groupe des opistochontes (« derrière », « flagelle »). - Les amibes (amoebozoaires) sont hétérotrophes (phagocytose) et se déplacent au moyen de pseudopodes Les amœbozoaires Grand groupe de protozoaires simples, la majorité se déplaçant par vagues cytoplasmiques aussi appelé mouvement amiboïde Exemple : « Le blob » a un seul énorme cytosol donc une seule cel donc c’est un protiste qui peut atteindre plusieurs mètres, les myxomycètes ou les dictyostellium discoideum (étudié plus haut) p. 23