- 1 -

1. Situation problème :

Dans certains pays en voie de développement, il y a une inadéquation entre lacroissance démographique et les ressources naturelles. D'autre part, certains couplessouffrent de stérilité, d'autres ont des naissances non désirées, d'autres cherchentà espacer les naissances. Pour maîtriser les naissances on doit d'abord connaître lesmécanismes de la reproduction afin de trouver les moyens adéquats.

2. Objectifs :

Objectifs de savoir:

Connaître les particularités cytoplasmiques et chromosomiques du spermatozoïde.

Faire le rapport entre la structure du spermatozoïde et ses fonctions.

Expliquer le déroulement de la spermatogenèse

Mettre en évidence et expliquer la fonction endocrine des testicules.

Mettre en évidence et expliquer le mécanisme de régulation des fonctions testiculaires.

Objectifs de savoir faire:

Faire un schéma annoté du spermatozoïde.

Faire un schéma de synthèse légendé récapitulant la spermatogenèse.

Adopter la démarche expérimentale pour expliquer la fonction endocrine du testicule.

Analyser des résultats expérimentaux afin d'expliquer le mécanisme de régulation de lafonction endocrine du testicule.

Construire un schéma bilan de la fonction reproductrice chez l'homme montrant lesrelations fonctionnelles entre les différents organes mis en jeu.

3. Introduction:

La puberté s'accompagne chez l'homme de l'apparition de nouveaux caractères(pilosité, changement du timbre de la voix, développement de la musculature etc...) et enparticulier les premières émissions de sperme ou éjaculation (souvent involontaire et durantla nuit = pollution nocturne). Le sperme contient les spermatozoïdes.

- 2 -

1) Quelles sont les particularités cytologiques et chromosomiques du spermatozoïde ?

2) Où et comment se forment les gamètes mâles ou spermatozoïdes ?

3) Comment se fait la régulation de la fonction reproductrice chez l'homme ?

4. Activités envisageables :

4.1 Les fonctions du testicule :

4.4.1 La fonction exocrine du testicule :

Activité 1 : rappel sur les différentes parties de l’appareil génital de l’homme.

1. Observez le document suivant et identifiez les structures désignées par des flèches,en utilisant les termes suivants : prostate-véssie-vésicule séminale-canal déférent-testicule-verge-épididyme-bourse ou scrotum-orifice uro-génital-urètre-uretère.

2. Complétez le tableau suivant :

Organes RôlesGonades :

Conduits génitaux :Glandes annexes :Organe génital :

Activité 2 : observation microscopique du testicule.

Les document 2 et 3 suivants représentent des coupes d’un testicule :

Légende1 :2 :3 :4 :5 :6 :7 :8 :9 :10 :11 :

- 3 -

1

2

3

Document 2 Document 3

1. Identifiez la nature de chaque coupe et annotez ces 2 documents.2. Emettez une hypothèse sur le rôle des structures 10 du document 3.

Activité 3 : structure histologique d’un testicule

Le document 4 ci-dessous, montre une coupe transversale de testicule vu au fortgrossissement.

78 9

10

4

5

6

7

8

- 4 -

1. Identifiez les structures désignées par des flèches en utilisant les termes suivants :cellules interstitielles ou de Leidig-cellules de Sertoli-spermatogonie-spermatide-spermatocyteI-spermatozoide-spermatocyteII-capillaire sanguin-lumière du tubeséminifère.

2. Justifiez la présence de capillaires sanguins dans le tissu interstitiel.

Activité 4 : schéma de la structure du spermatozoïde humain.

Le schéma du document 5 représente une microphoto et un schéma d’interprétation d’unspermatozoide humain : 8

1. Annotez ce document2. Dégagez les particularités cytologiques et chromosomiques du spermatozoide.

Activité 5: les étapes de la spermatogenèse.

Le document 6 représente les étapes de la formation des spermatozoides ouspermatogenèse, les lettres a, b, c, d et e, désignent les cellules de la lignée germinale etx, les cellules de Sertoli :

1

2

3

4

5

6

7

- 5 -

1. Identifiez les cellules de la lignée germinale a, b, c, et d2. Justifiez la présence des spermatozoides dans la lumière des tubes séminifères3. Représentez la garniture chromosomiques des cellules (a et b), c et d dans les cases

vides (on se limitera à 2n = 6 ). Justifiez vôtre représentation4. Résumez les étapes de la spermatogenèse dans le tableau suivant, en indiquant le nom

des cellules et leur garniture chromosomique (n) ou (2n) :

Phase de multiplication Phase d accroissement Phase de maturation Phase dedifférenciation

Div.réductionnelle

Div.équationnelle

- 6 -

Résumé:

Des coupes de testicules pubères montrent deux structures essentielles :

Ø Les tubes séminifères où se déroule la formation des spermatozoides (fonctionexocrine du testicule)

Ø Le tissu interstitiel riche en capillaires sanguins (fonction endocrine du testicule)

Cette structure est stable à partir de la puberté.

Le spermatozoïde est une cellule spécialisée dont la structure est adaptée à ses fonctions :

v grâce au flagelle, à l'énergie fournie par les mitochondries et à un cytoplasme réduit,le spermatozoïde peut aller à la rencontre du gamète femelle;

v grâce à l'acrosome qui coiffe le noyau, riche en enzymes, il peut traverser lesenveloppes du gamète femelle;

v grâce à la présence d'un lot haploïde de chromosomes dans son noyau, il participepour moitié à l'information génétique du futur être vivant.

La spermatogenèse, processus qui permet la formation des spermatozoïdes, a lieu dansles tubes séminifères des testicules. Elle est continue et se déroule en 4 étapes :

Ø Étape de multiplication : commence depuis la vie foetale et se fait par mitosessuccessives des spermatogonies (2n), localisés contre la membrane des tubesséminifères.

Ø Étape d'accroissement : certains spermatocytes cessent de se diviser et augmententde volume, donnant des spermatocytes I (2n chromosomes à 2 chromatides chacun ).

Ø Étape de maturation : chaque spermatocyte I subit les 2 divisions de la méiose : aubout de la première division (division réductionnelle) chaque spermatocyte I donne 2spermatocytes II de même taille et haploïdes (n chromosomes à 2 chromatideschacun). Chaque spermatocyte II subit immédiatement la 2ème division de la méiosepour donner 2 spermatides de même taille ( n chromosomes à une seule chromatidechacun )

Ø Étape de différenciation ou spermiogenèse : les spermatides, au contact des cellulesde Sertoli ( rôle nourricier et de soutien ), évoluent en spermatozoïdes en subissantplusieurs modification( condensation du noyau par perte de nucléoplasme;formationde l'acrosome par rassemblement et fusion des vésicules golgiennes;formation duflagelle à partir du centriole distal;élimination de l'excès de cytoplasme).

4.4.2 La fonction endocrine du testicule :

Activité5 : rôle du tissu interstitiel.

La cryptorchidie est une anomalie qui affecte la descente des testicules de la cavitéabdominale vers les bourses au cours de la vie f tale (la rétention des testicules àl'intérieur de la cavité abdominale soumet les cellules germinales à des températures tropélevées pour leur développement normal ). Les individus cryptorchides présentent descaractères sexuels secondaires normaux mais sont moins féconds et parfois stériles.

La figure 1 présente une coupe de testicule d un individu normal, alors que la figure 2présente la coupe de testicule d un individu cryptorchide :

- 7 -

1. Comparez ces deux figures2. Déduisez le rôle du tissu interstitiel.

Activité5 : mise en évidence de la fonction endocrine du testicule

Dégagez des conclusions à partir des résultats expérimentaux suivants :

Expériences Résultats ConclusionsOn castre un jeune animal

impubèreL animal reste toujours

impubère

On castre un animal adultefertile

Stérilité, régression descaractères sexuels

secondaires, atrophie dutractus génital

On greffe un testicule sous lapeau d un castrat adulte

Stérilité, réstauration descaractères sexuels

secondaires et du tractusgénital

On injecte chaque jour à uncastrat des extraits

testiculaires

Stérilité, réstauration descaractères sexuels

secondaires et du tractusgénital

On irradie les testicules d unrat adulte aux rayons X en

maintenant le tissu interstitielintact

Stérilité, maintien descaractères sexuels

secondaires et du tractusgénital

Figure 1 Figure 2

- 8 -

Activité6 : rôle biologique de la testostérone.

Ø Exercice intégré: analysez et commentez sous forme d'un tableau la courbeci-dessous, traduisant l'évolution de la sécrétion de la testostérone au cours de la vie :

Résumé: les testicules n'interviennent pas seulement dans la fonction exocrine( production des spermatozoïdes ) mais assurent également le maintien des caractèressexuels secondaires, grâce à la sécrétion d'hormones males appelées androgènes ( hormonesstéroïdes ) dont la plus active est la testostérone.

rôlesPériode de sécrétion de la testostérone

Stimule le développement des conduitsgénitaux et des glandes annexes ( caractères

sexuels primaires )

Vie foetale ( à partir du 2ème mois, maximumentre 17ème et 24ème semaine )

Exerce une action masculinisante sur lecerveauPériode néonatale

Arrêt de la sécrétion pendant l'enfanceStimule l'apparition des caractères sexuelssecondaires et active les tubes séminifères,

qui commencent à produire lesspermatozoïdes.

Maturité sexuelle ( de la puberté à un ageavancé )

La testostérone est une hormone responsable de la virilité de l'individu. Elle intervientégalement dans la spermatogenèse en stimulant l’évolution des cellules germinales de la paroi

- 9 -

des tubes séminifères en spermatozoides et participe donc à la fertilité. L’action de latestostérone sur ses cellules cibles s’explique par la formation d’un complexe hormone-récepteur qui agit sur l’ADN de ces cellules en modifiant leur activité dans le sens de laréalisation de l’effet de la testostérone.

4.4.3 Le contrôle et la régulation de la fonction du testicule :

Activité 7 : mise en évidence de l'intervention de l'axe hypothalamo-hypophysairedans le contrôle des fonctions testiculaires.

L'hypothalamus, région du cerveau constituant la partie antérieure et inférieure dudiencéphale, et contrôlant le système nerveux végétatif et une partie du systèmehormonal a des connexions vasculaires étroites avec le lobe antérieur de l'hypophyse. Cettevascularisation, appelée système porte hypothalamo-hypophysaire, relie les capillaires del'hypothalamus à ceux du lobe antérieur de l'hypophyse, permettant aux hormones et auxstimulines sécrétées par l'hypothalamus de transiter directement vers l'hypophyse où ellesagissent sur les cellules pituitaires.

Cerveau

Cervelet

- 10 -

Analyser les faits expérimentaux suivants et tirer une conclusion :

RésultatsFaits expérimentaux et observations

Arrêt de la fonction reproductrice ( plus desécrétion des gonadostimulines et atrophie des

testicule)Lésion de certains noyaux hypothalamiques

Mêmes effetsLigature de la tige hypophysaire (pituitaire)

Activité 8 : mise en évidence du rôle de l'hypophyse et de l'hypothalamus dans lecontrôle des fonctions testiculaires.

Analyser les résultats expérimentaux suivants et compléter le tableau :

InterprétationRésultatsExpériencesStérilité accompagnée d'une

atrophie des tubes séminifères- régression des caractères

sexuels secondaires et mêmeprimaires

Ablation de l'hypophyse d'unrat adulte

Restauration des tubesséminifères et des caractères

sexuels secondaires etprimaires

Greffe de l'hypophyse implantéà son origine chez un rat

préalablementhypophysectomisé

Restauration des tubesséminifères et des caractères

sexuels primaires etsecondaires

Injection d'extraitshypophysaires à un rat

hypophysectomisé

Le rat castré présente uneatrophie du tractus génital - lerat hypophysectomisé présente

un tractus génital normal

Un rat castré est mis enparabiose avec un rat

hypophysectomisé

Restauration des tubesséminifères

Injection de FSH à un ratpréalablement

hypophysectomiséRestauration des caractèressexuels secondaires et même

primaires

Injection de LH à un ratpréalablement

hypophysectomiséStérilité accompagnée d'une

atrophie des tubes séminifères- régression des caractères

sexuels secondaires et mêmeprimaires

section de la tige pituitaire oulésion de certaines zones

localisées de l'hypothalamus

- 11 -

Résumé: l'hypophyse contrôle les fonctions testiculaires par 2 hormones de natureprotéique appelées gonadostimulines ou gonadotrophines : la FSH et la LH.

v La LH : agit sur les cellules interstitielles appelées aussi cellules de Leydig quisecrètent la testostérone.

v La FSH : permet le maintien et le développement des tubes séminifères enagissant spécifiquement sur les spermatogonies (active leur multiplication) etsur les cellules de Sertoli ( secrètent sous son influence une proteine deliaison appelée APB qui assure le transport de la testostérone aux cellules dela lignée germinale ).

Activité 9 : la commande hypothalamique des fonctions testiculaires.

1. Analyser les faits expérimentaux suivants et tirer des conclusions :

ConclusionsRésultatsFaits expérimentaux et observations

atrophie des testiculeset de l'appareil génital -

modification ducomportement -régression des

caractères sexuelssecondaires

Lésion de l'hypophyse chez l'homme

perturbationsprofondes dans de

nombreuses fonctionsorganiques, parmi

lesquelles la fonctionreproductrice,atrophie

des testicules

Lésion de certains noyaux de l hypothalamuschez l'homme

perturbationsprofondes dans de

nombreuses fonctionsorganiques, parmi

lesquelles la fonctionreproductrice,atrophie

des testicules

Section de la tige pituitaire

2. Les trois graphes du document suivant correspondent à l'enregistrement, chez le bélier,des variations des taux sanguins de trois hormones: GnRH, LH et testostérone. Lesprélèvements sanguins sont réalisés au niveau de la tige hypophysaire pour le graphe1 etdans la circulation générale pour les graphes 2 et 3.

- 12 -

1. précisez le mode de sécrétion de ces hormones2. En confrontant les trois graphes indiquez la relation entre les 3 sécrétions

Résumé: l'hypothalamus contrôle l'activité de l'hypophyse par l'intermédiaire d'uneneurohormone de nature peptidique (décapeptide) appelée GnRH, secrétée de manièrepulsatile par les cellules neurosecrétrices hypothalamiques : chaque pulse de GnRH déclencheun pulse de LH qui est à l'origine d'un pulse de testostérone(les fréquences des secrétionspulsatiles ne sont pas identiques).

- 13 -

Remarque : une hormone est une substance chimique, souvent de nature protidique,secrétée dans le sang par des cellules endocrines (glandes) et qui agit uniquement sur descellules cibles ( les cellules qui possèdent des récepteurs spécifiques à cette hormone ).

Une neurohormone est une hormone secrétée par des neurones ( les terminaisons nerveusesde ces neurones sont en contact direct avec les capillaires sanguins ).

Activité 10 : mise en évidence du rétrocontrôle testiculaire.

1. Les graphes A, B et C ci-dessous, représentent les variations du taux sanguin de laLH chez un bélier, A : trois jours avant castration, B : sept jours après castration et C :animal castré avec implant sous-cutané délivrant en continu de fortes doses de testostérone

Analysez les trois courbes et tirez une conclusion.

2. Analyser les résultats expérimentaux suivants et compléter le tableau :

InterprétationRésultatsExpériences

pertes des fonctionsreproductrices - hypertrophie de

l'hypophyse - sécrétion augmentéede LH.

castration chez l'homme oul'animal

Baisse rapide du taux sanguin deLH

Injection de testostérone

Augmentation du taux sanguin deFSH

Destruction par irradiation destubes séminifères

Taux de LH constant - taux deFSH diminue

Culture "in vitro" de celluleshypophysaires en présence de

cellules de Sertoli

- 14 -

Activité 11 : schéma bilan du contrôle hormonal du fonctionnement testiculaire.

Compléter le schéma suivant par des traits, des flèches, des signes, une légende etun titre :

Résumé: les cellules de Sertoli secrètent une hormone appelée inhibine qui exerce unrétrocontrôle négatif sur l'hypophyse. (rétrocontrôle négatif sur la sécrétion de laFSH). La testostérone secrétée par les cellules de Leydig ( cellules interstitielles )exerce également un rétrocontrôle négatif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire .Ils'agit d'un rétrocontrôle négatif sur la sécrétion de la LH et de la GnRH.

- 15 -

5. Evaluation :

Exercice n° 1 : Q.C.M

1) Les spermatozoïdes :

a) Sont des cellules haploïdes à n chromosomes dédoublés ( à 2 chromatides )b) Sont des cellules mobilesc) Participent pour moitié à l'information génétique du futur être vivantd) Sont produits de façon discontinue, à partir de la puberté

2) Le testicule :

a) Est une glande purement endocrineb) Secrète des gonadostimulinesc) Est responsable de l'apparition et du maintien des caractères sexuels secondairesd) Assure la production des gamètes males

3) La testostérone :

a) Est une neurohormoneb) Est secrétée par les cellules de Sertolic) Est responsable de la virilité de l'individud) Agit uniquement sur les cellules hypophysaires

4) La régulation du taux sanguin de la testostérone :

a) Est le résultat d'un équilibre dynamique entre les activités du testicule et celle ducomplexe hypothalamo-hypophysaire

b) Fait intervenir un rétrocontrôle positif de l'inhibinec) Est sous le contrôle d'une sécrétion pulsatile de GnRhd) Dépend de la sécrétion de FSH

5) La testostérone :

a- est une hormone sécrétée de façon pulsatile b- est une hormone produite par l hypophyse c- agit sur l ensemble des organes du corps de l homme d- a un taux sanguin constant par l intervention d un mécanisme de régulation

de sa sécrétion

6) La testostérone est sécrété par :

a- les tubes séminifères b- le tissu interstitiel

c- les cellules germinalesd- les cellules de sertoli

- 16 -

7) Une baisse de la sécrétion de testostérone en dessous de la valeur normale estcorrigée par :

a- un rétrocontrôle positif de la testostérone sur l hypothalamus b- une stimulation des cellules de Leydig par LH c- un rétrocontrôle négatif de la testostérone sur l hypothalamus d- une stimulation des tubes séminifères par FSH

8) La régulation du taux sanguin de testostérone :

a- est contrôlée par un mécanisme nerveux b- fait intervenir un rétrocontrôle négatif de la testostérone qui stimule

hypothalamusc- fait intervenir le testicule et le complexe hypothalamo-hypophysaired- est une autorégulation

Exercice n° 2 :

A/ Le document suivant est un schéma de coupe d un organe de mammifère

1. Identifiez les structures désignées par les chiffres et donnez un titre à ce schéma

2. S agit-il d un animal pubère ou impubère ? justifiez la réponse .

3. Les cellules A, B et C sont en division. Identifiez les en complétant le tableau suivant :

NomType de division

Résultat de la divisionPhase de la spermatogenèse

Nombre de chromosomes Nombre de chromatides

Cellule CCellule BCellule A

- 17 -

B/ L'ablation des testicules chez un rat adulte entraîne l' hypertrophie et l'hypersécrétionhypophysaires.

L'hypophysectomie chez un rat adulte entraîne l'atrophie de l'appareil génital.

La section de la tige pituitaire entre l'hypophyse et l'hypothalamus a les mêmes effets quel'hypophysectomie.

1. Analyser ces expériences.

2. Résumer la régulation hormonale de la fonction reproductrice mâle par un schémafonctionnel convenablement annoté.

Exercice n°3:

Afin de comprendre les relations fonctionnelles entre l'hypothalamus, l'hypophyse et lestesticules, on réalise des expériences sur des singes. On rappelle que la physiologie de lareproduction du singe est voisine de celle de l'homme. Le document 1 représente la structureanatomique du complexe hypothalamo-hypophysaire.

Expérience 1 :Chez un singe normal, on a mesuré d'unepart la sécrétion de Gn RH par lesneurones de la zone 1 (du document 1) et,et d'autre part, la sécrétion des celluleshypophysaires ( la LH ).

Le document 2 présente les résultatsobtenus

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Expérience 2 :

L'ablation de l'hypophyse chez un autre singe entraîne une chute de la sécrétion de latestostérone.L'injection d'une dose de LH rétablit la sécrétion normale de la testostérone chez cet animal

Expérience 3 :

On dose le taux plasmatique de LH chez un singe castré depuis 6 jours, on constate uneaugmentation de la sécrétion de LH par rapport à un singe normal.

L'injection d'une dose de testostérone à ce singe castré, ramène la sécrétion de LH à sa valeurnormale.

1) Analysez les tracés a, b du document 2 en vue de déduire la relation fonctionnelle entrel'hypothalamus et l'hypophyse.

2) Expliquez les résultats des expériences 2 et 3.Que peut-on en déduire à propos du mécanismerégulateur de la sécrétion de la testostérone ?

3) En utilisant les informations tirées des expériences précédentes, représentez par un schémade synthèse le mécanisme régulateur de la sécrétion de la testostérone

Exercice n°4:

1) Le document I représente une coupe transversale partielle de testicule :

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a) Annoter le schema.

b) précisez les roles des cellules 1 et 3.

2) Le document II represente 3 cellules en division qu'on peut observer au niveau d'un

testicule :

a) preciser la phase de division pour chaque cellule.b) nommer les 3 cellules en division.

3) L'ablation des testicules chez un rat adulte entraine l'hypertrophie et I'hypersecrétionhypophysaire.

L'hypophysectomie chez un rat adulte entraine l'atrophie de I'appareil genital.

La section de la tige pituitaire entre hypophyse et hypothalamus a les memes effets que

I 'hypophysectomie

a) analyser ces experiences.b) résumer la regulation hormonale de la fonction reproductrice male par un schema.