Évolution et diversité du vivant

1. L’équilibre du monde vivant 2 Biologie des populations 2

Biologie des communautés 4

Biologie des écosystèmes 5

Les responsables de la crise de la biodiversité 7

2. La transmission des caractères héréditaires 10 Les macromolécules 10

Les principales structures de la cellule 12

Les échanges membranaires 13

Les lois de Mendel 15

Les variantes aux lois de Mendel 16

La théorie chromosomique de l’hérédité 17

La formation de gamètes et la variation génétique 17

La mitose 19

La synthèse d’une protéine 20

Les mutations 22

3. L’évolution 24 La loi de Hardy-Weinberg 26

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1. L’équilibre du monde vivant

Les caractéristiques du vivant 1. Capable de produire et d’utiliser de l’énergie. 2. Un vivant est organisé, soit en molécules, soit en organes et est composé d’une ou

de plusieurs cellules. 3. Capable de maintenir son homéostasie (équilibre interne). 4. Capable de croître et se développer. 5. Capable d’interaction avec l’environnement (réagir aux stimuli). 6. Capable de se reproduire (transmettre son bagage génétique à ses descendants). 7. Capable d’évolution adaptative.

Les niveaux d’organisation du vivant • Biosphère : tous les environnements qui abritent la vie. • Écosystème : l’ensemble des êtres vivants d’une région et les éléments non-vivants

qui composent leur environnement (sol, eau, gaz). • Communauté biologique : l’ensemble des organismes vivants qui peuplent une

même région. • Population : tous les individus d’une même espèce qui peuplent une même région. • Organisme : un être vivant. • Organe : partie d’un organisme constitué d’au moins deux tissus. • Tissu : groupe de cellules semblables et possédant les mêmes fonctions. • Cellule : plus bas niveau d’organisation capable d’accomplir toutes les activités

essentielles à la vie. • Organite : éléments fonctionnels d’une cellule. • Molécule : structure chimique comprenant au moins deux atomes.

Biologie des populations

Dispersion des individus d’une population Les facteurs qui influencent la dispersion des organismes sont la dispersion des ressources et les interactions entre les individus d’une même population. Plus spécifiquement : • Agrégats : organismes regroupés dans certaines région. Facteurs influant : ○ Présence plus grande de ressources (lumière, eau, éléments nutritifs, etc.). ○ Interactions sociales particulières. ○ Augmentation de leur protection contre les prédateurs ○ Augmentation de leur succès de chasse ou reproducteur ○Diminution des coûts énergétiques lors des déplacements en groupe

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• Uniforme ou régulière : individus à égale distance l’un de l’autre. Facteurs influant : ○Défense d’un territoire par un individu. ○Compétition entre les individus pour s’approprier les ressources (lumière, eau,

éléments nutritifs). • Aléatoire : dispersion imprévisible. Facteurs influant : ○ Absence d’interaction d’un individu avec ses congénères ou avec son

environnement.

Croissance d’une population Les facteurs influençant la taille et la croissance d’une population sont la natalité, la survie et la migration : • Natalité — ressources (nourriture et abris), climat, rapport mâles/

femelles, groupe d’âge.

• Survie (mortalité) — ressources (nourriture et abris), climat, prédateurs, maladies. • Migration — ressources (nourriture et abris), climat, prédateurs, reproduction.

Croissances exponentielle et logistique

Capacité de support du milieu (k) : nombre maximal d’individus pouvant vivre dans un milieu indéfiniment sans qu’il y ait dégradation de l’habitat.

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Biologie des communautés

La diversité spécifique La diversité spécifique est composée de la richesse spécifique, le nombre total d’espèces dans la communauté, et l’abondance relative, la proportion de chaque espèce par rapport au nombre total d’individus dans la communauté. Elle permet d’évaluer la résistance d’une communauté aux perturbations. Lorsqu’elle est grande, la communauté est stable, sa productivité est grande et elle résiste plus facilement aux bouleversements et aux envahisseurs.

Les interactions entre les espèces • Prédation : un individu d’une espèce (le prédateur) chasse, capture, tue et

consomme un organisme d’une autre espèce (la proie) • Herbivorisme : forme de prédation où la proie est une algue ou un végétal, et le

prédateur est appelé un herbivore. • Compétition interspécifique : plusieurs organismes partagent les mêmes ressources

et celles-ci sont limitées. Lorsque les forces sont inégales et que cela mène à la disparition d’une espèce dans un territoire, on parle d’exclusion compétitive.

• Mutualisme : deux espèces sont en contact étroit (relation symbiotique) et s’entraident.

• Parasitisme : relation symbiotique où le parasite dépend de son hôte pour se nourrir et/ou se reproduire. Le parasite profite des tissus et des ressources de l’hôte, le menant parfois à la mort.

• Commensalisme : relation symbiotique ou non où un seul individu est avantagé. Rare dans la nature, il tend généralement vers la mutualisme ou le parasitisme.

• Espèce dominante : plus abondante en nombre ou en biomasse. Elle influence la présence ou la distribution des autres espèces en modifiant les conditions du sol, l’accès à la lumière ou les abris disponibles.

• Espèce-clé : un prédateur ou herbivore qui réduit l’abondance des autres espèces, ce qui diminue la compétition entre elles et permet ainsi leur coexistence. Lorsqu’elle disparait d’une région, la richesse spécifique diminue dramatiquement.

• Espèce ingénieur : modifie la physicochimie du milieu.

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Biologie des écosystèmes

Transfert de l’énergie dans un écosystème Les deux réactions primordiales pour la vie sont la photosynthèse (CO2 + H2O + énergie lumineuse + nutriments (N, K, S, P) → glucose C6H12O6 + O2) et la respiration cellulaire (glucose C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + énergie sous forme d’ATP). La molécule essentielle pour le travail cellulaire est l’ATP (adénosine triphosphate), qui emmagasine l’énergie de la respiration cellulaire et fournit l’énergie aux cellules. Les autotrophes produisent eux-mêmes l’énergie chimique, à partir de l’énergie solaire. Les hétérotrophes prennent leur énergie dans les aliments qu’ils mangent. À chaque niveau d’une chaîne alimentaire, de 80 à 98% de l’énergie se perd dû à la respiration cellulaire, aux excréments et à la croissance.

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Transfert des composantes biogéochimiques dans un écosystème L’être humain à un impact important sur l’environnement par l’entremise des cycles biogéochimiques. • Cycle du carbone ○Utilisation de combustibles fossiles (création de méthane). ○Déforestation. ○ Augmentation de la température amène une augmentation du méthane libéré du

pergélisol présent dans l’atmosphère et du dioxyde de carbone dissous dans l’eau qui est libéré dans l’atmosphère.

• Cycle de l’azote ○Utilisation d’engrais chimiques azotés amène une augmentation de la dénitrification

et de NxO (pluies acides, GES). ○ Problèmes de ruissellement de l’engrais dans les cours d’eau (pollution et

eutrophisation). ○Récoltes amènent un retrait de l’azote dans l’écosystème.

• Cycle du phosphore ○Utilisation d’engrais chimiques (ruissellement, eutrophisation de cours d’eau et

pollution). ○ Ajout d’autotrophes (végétaux) pour que les décomposeurs puissent décomposer.

• Cycle de l’eau ○ Augmentation de la température amène une augmentation de la fonte des glaciers

et de l’évaporation.

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Les responsables de la crise de la biodiversité

L’empreinte écologique est une estimation de la surface (terrestre ou aquatique) nécessaire pour permettre à un individu, à une population ou à un pays de soutenir son mode de vie, autrement dit d'avoir toutes les ressources pour répondre à l'ensemble de ses besoins et d’assurer l'élimination de ses déchets (AllôProf).

Problématique Causes Conséquences

Disparition des habitats

Agriculture, développement urbain, foresterie, exploitation minière, pollution.

Déplacement d’espèces ou disparition. Serait la cause de 73% des espèces disparus, en voie de disparition ou rares.

Surexploitation Survient lorsque la vitesse d’exploitation dépasse la vitesse de renouvellement de l’espèce.

Déclin des populations. Risque d’extinction.

Introduction d’espèces

Introduction volontaire ou involontaire (transport) d’organismes dans des écosystèmes où ceux-ci ne se retrouvent par normalement.

Augmentation de la prédation ou de la compétition pour les espèces indigènes.

Précipitations acides

Produits chimiques : engrais (azote) → NxO et SO, acides nitriques et sulfuriques.

Produits par la combustion du bois et des combustibles fossiles.

Diminution du pH de l’eau et du sol.

Enrichissement en nutriments

Produits chimiques : engrais chimiques (azote et phosphore).

Produits pour enrichir en azote et en phosphore lors d’agriculture intensive.

Ajout d’azote et de phosphore → le ruissellement amène l’eutrophisation (anoxie), contamination, pollution de cours d’eau, mort d’organismes, eau non potable.

Problématique

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Bioamplification Produits chimiques : DDT, BPC, mercure.

Produits par diverses industries.

Diminution de la reproduction des oiseaux, des baleines, etc.

Amincissement de la couche d’ozone*

Produits chimiques : CFC.

Produits pour la réfrigération, les propulseurs et la mousse isolante.

Mutations du bagage génétique.

Causes ConséquencesProblématique

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*

Effet de serre et changements climatiques*

Produits chimiques : GES (dioxyde de carbone, méthane, vapeur d’eau, oxyde de diazote, CFC).

Produits par industries, combustion, décomposition en absence d’oxygène. fonte du pergélisol et engrais.

Augmentation de la température globale de la planète.

Causes ConséquencesProblématique

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2. La transmission des caractères héréditaires Les macromolécules Définition : molécules organiques complexes et de très grandes tailles, essentielles à la vie. Quatre types : protéines, glucides, lipides et acides nucléiques

Protéines Il existe 20 types et plusieurs dizaines de milliers de protéines chez l’humain. Elles interviennent dans presque toutes les fonctions cellulaires.

Exemple de protéines et rôles : • Enzymes : accélération de la vitesse de réactions • Kératine, collagène et élastine : soutien et élasticité • Hémoglobine, protéines membranaires : transport de substances • Anticorps : défense de l’organisme • Insuline (hormone) : coordination des activités de l’organisme • Protéines réceptrices : communication entre les cellules • Albumine et caséine : stockage d’acides aminés • Actine et myosine : mouvement

Forme : Chaînes d’acides aminés de longueurs variables

: acide aminé

Glucides Définition : chaînes de glucose

Rôles : • Source d’énergie (glycogène et amidon — respiration cellulaire) • Matériaux de structure (cellulose et chitine)

Formes: • Monosaccharides (« un sucre »)

Glucose :

H

OHOH H

OH

H

OH

H

H

CH2OH

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• Disaccharides (« deux sucres ») • glucose + glucose = maltose • glucose + fructose = saccharose • glucose + galactose = lactose

• Polysaccharides (« plusieurs sucres ») Chaîne de centaines ou de milliers de glucoses liés Sources d’énergie : amidon, glycogène Matériaux de structure : chitine, cellulose

Lipides Définition : Groupe très hétérogène en structure et en fonction. Ils sont tous insolubles dans l’eau (hydrophobes).

Formes et rôles : • Graisses — Isolation thermique, source d’énergie et protection contre les chocs

: chaîne de carbone (acides gras) • Phosphoglycérolipides — Composant des membranes cellulaires

• Stéroïdes — Composant de base de centaines vitamines et hormones, présent dans membranes cellulaires Cholestérol :

• Cires • Pigments végétaux

Glycérol

Glycérol

OH

HC

CC

CCH3

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Acides nucléiques ADN et ARN

Rôles : • Stockage des informations génétiques et transmission de celles-ci de génération en

génération. • Permettent aux organismes de reproduire leurs composantes complexes d’une

génération à l’autre. • Les instructions de synthèse de toutes les protéines sont encodés dans la structure

de l’ADN.

Formes : • Les deux formes sont constituées de nucléotides (bases azotées).

Nucléotides de l’ADN : ATCG ARN : AUCG

A A T C AAUG T T A G

Un gène : entre 100 et quelques milliers de nucléotides

Les principales structures de la cellule Structures communes aux cellules végétales et animales • Appareil de Golgi : Réseau de sacs membraneux servant à finaliser, emballer, trier

et entreposer certaines protéines. • Cytosquelette : Réseau de protéines dans la cellule qui sert de squelette à la cellule

et qui permet la motilité chez certaines cellules. • Membrane plasmique : Composé d’une double couche de lipides, de glucides et de

protéines. Contrôle les échanges entre la cellule et son environnement. • Mitochondrie : Sac membraneux permettant la synthèse d'ATP grâce à la respiration

cellulaire. • Noyau : Contient et protège l’information génétique (ADN) de la cellule. • RE lisse : Réseau de membranes à l’intérieur de la cellule. Sert à fabriquer des

lipides. • RE rugueux : Réseau de sacs membraneux recouverts de ribosomes. Sert à la

production de certaines protéines. • Ribosomes : Libres ou attachés sur le RE rugueux, il servent à attacher les acides

aminés les uns aux autres pour former des protéines. • Vésicule : Sac membraneux servant au transport de certaines molécules dans la

cellule.

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Ce que la cellule animale a de particulier : • Lysosome : Sac contenant des enzymes servant à la digestion intracellulaire.

Ce que la cellule végétale a de particulier : • Chloroplaste : Sac contenant la chlorophylle servant à la photosynthèse. • Paroi cellulaire : Couche externe de cellulose, donne la forme à la cellule et la

protège. • Vacuole cellulaire : Contient de l’eau, des nutriments et des enzymes digestives.

Les échanges membranaires Membrane cellulaire : Contrôle le passage de certaines molécules (entrées et sorties) pour le maintien de l’homéostasie de la cellule. Elle est semi-perméable (agit comme un filtre)

Principes de diffusion et d’osmose Diffusion : Tendance qu’ont les substances (ions et molécules) à se répartir uniformément dans un milieu. La diffusion des ions et des molécules se fait selon le gradient de concentration : [+] → [−]

ex. 1 : Membrane perméable à un des solutés (semi-perméable)

: Membrane semi-perméable (perméable au glucose) 4 mol / 100 mL — 4 mol / 100 mL 6 mol / 100 mL 2 mol / 100 mL [+] → diffusion → [−]

Osmose : Diffusion de l’eau à travers une membrane semi-perméable.

ex. 2 : Membrane perméable au solvant (semi-perméable)

: Membrane semi-perméable (perméable à l’eau) 6 mol / 150 mL — 2 mol / 50 mL 6 mol / 100 mL — 2 mol / 100 mL [−]eau libre ← [+]eau libre

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Solution hypertonique : concentration supérieureSolution isotonique : même concentrationSolution hypotonique : concentration inférieure

Déplacement à travers la membrane 1. Diffusion simple

Types de molécules déplacées : molécules hydrophobes (ex : acides gras, vitamines, liposolubles, O2, CO2)Consommation d’énergie : aucune (transport passif)Mouvement net des molécules : selon le gradient de concentration

2. Diffusion facilitéeType de molécules déplacées : molécules hydrophiles (ex. : eau, molécules chargées [Na+, K+, Cl−], molécules polaires [glucose])Consommation d’énergie : aucune (transport passif)Mouvement net des molécules : selon le gradient de concentration

canal ionique pour ions, aquaporine pour eau

Cellule dans un milieu

Hypertonique Isotonique Hypotonique

Mouvement net de l’eau Sort Aucun Rentre

Volume de la cellule Diminue Aucun Augmente

État de la cellule végétale Plasmolysée Flasque Turgescente (normale)

État de la cellule animale Crénelée Normale Gonflée à lycée

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3. Transport actifType de molécules déplacées : glucose, ions (Na+, K+, Cl-)Consommation d’énergie : nécessite de l’ATP (transport actif)Mouvement net des molécules : à l’encontre du gradient de concentration

ATP perméase (pompe à soluté)

4. Endocytose et exocytoseType de molécules déplacées : grosses moléculesConsommation d'énergie : nécessite de l'ATP (transport actif)Mouvement net des molécules : selon ou à l'encontre du gradient de concentration

Endocytose: 1. molécules extracellulaires 2. membrane 3. vésicule

Exocytose : inverse de l’endocytose

Les lois de Mendel La méthode de Mendel : génération parentale (de lignée pure) → génération filiale 1 → autofécondation → génération filiale 2 Les caractères étudiés par Mendel chez le plant de pois se transmettent selon un mode de dominance complète. Lignée pure : Homozygote, ou deux allèles identiques (contrairement à hétérozygote).

Première loi de Mendel : Loi de la ségrégation Les deux allèles de chaque caractère héréditaire d’un parent se séparent lors de la formation des gamètes (méiose). Les deux allèles de chaque caractère se retrouvent ainsi dans des gamètes différents.

Deuxième loi de Mendel : Loi de l’assortiment indépendant La répartition des allèles d’un caractère dans les gamètes se fait indépendamment de la répartition des allèles des autres caractères.

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Les variantes aux lois de Mendel Dominance incomplète : L’allèle « dominant » ne domine pas entièrement celui récessif. Un individu hétérozygote a donc un phénotype intermédiaire à celui des individus homozygotes. La couleur des fleurs de gueules-de-loup. L’individu au génotype bb est blanc, l’individu au génotype BB est rouge et l’individu hétérozygote Bb est rose. Un exemple semblable, la présence de plumes au pattes, a été étudié chez le pigeon.

Codominance : Le mode de transmission des groupes sanguins représente bien la codominance. Lorsqu’un génotype est composé des allèles IA (présence de protéines A à la surface des globules rouges) et IB (présence de protéines B à la surface des globules rouges) , les deux allèles influencent autant le phénotype. L’individu produit à la fois les protéines A et B (ce n’est pas un phénotype intermédiaire, comme dans le cas de la dominance incomplète). Les allèles IA et IB exercent cependant une dominance complète sur l’allèle i (absence de protéine à la surface des globules rouges).

Épistasie : L’influence d’un gène sur l’expression d’un autre gène. Ce phénomène s’observe dans le patron de coloration du chien labrador. Les allèles E/e déterminent la couleur du pigment produit par le chien (E = pigment noir, e = pigment brun; dominance complète). Or, ces pigments ne peuvent se déposer dans les poils que si le chien possède au moins un allèle N (dominant) sur un autre gène que celui du pigment. Les chiens nn sont donc blonds (il n’y a pas déposition du pigment). Le gène N/n influence donc l’expression du gène E/e.

Pléiotropie : Un allèle peut influencer plusieurs caractères à la fois. L’allèle récessif de la fibrose kystique, lorsque présent en deux copies dans le génotype d’un individu, influence le fonctionnement de l’intestin, des poumons et du système reproducteur des personnes atteintes.

Hérédité polygénique : La plupart des caractères à variation continue (couleur de la peau, taille, etc.) sont influencés par l’effet cumulatif de deux gènes ou plus. Par exemple, la couleur de la peau est déterminée par 7 gènes différents.

Influence du milieu sur le phénotype : Même si un caractère est héréditaire, l’environnement peut modifier l’expression des allèles. Par exemple, des hortensias possédant le même bagage génétique peuvent présenter des fleurs bleu-violet lorsqu’elles se développent dans un sol acide, et des fleurs roses en milieu alcalin.

Allèles létaux : Certains allèles peuvent entraîner la mort d’un individu, à un certain moment de son développement. Ces allèles peuvent être dominants ou récessifs.

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La théorie chromosomique de l’hérédité Les gènes ne sont pas des particules indépendantes les unes des autres; ils sont « fixés » sur les chromosomes, à des emplacements précis appelés loci (locus). Un chromosome peut contenir entre des centaines et des milliers de gènes.

Deux gènes liés se situent sur le même chromosomes. Leur fréquence de recombinaison (%) est égale à la distance entre ceux-ci en cM, ou alors au nombre de descendants issus de la recombinaison sur le total. Gènes liés au chromosomes X : Hémophilie et daltonisme Autosomique : Sur un chromosome autre que X ou Y Holandrique : Lié au chromosome Y

La formation de gamètes et la variation génétique ADN : Macromolécule qui contient toute l’information génétique, génotype, permettant le développement et le fonctionnement des êtres vivant. Chromosomes : L’ADN s’enroule en chromosomes, 23 paires chez l’être humain, qui portent les gènes lors de la division cellulaire. Chromatide sœur : Un des deux brins qui forme un chromosome Gène : Entre 100 et quelques milliers de nucléotides chaque, un gène détermine (en principe) un trait précis d’un organisme. Chacun se trouve sur un chromosome. Allèle : Une des différentes formes que peut prendre un gène. Chromosomes homologues : Paire de chromosomes physiquement semblables car ils portent les mêmes gènes (mais peuvent porter des allèles différents pour ces même gènes). Il y a une exception: les chromosomes X et Y sont considérés comme étant homologues malgré leurs différences.

A) Méiose : la formation de gamètes Définition : Processus de divisions cellulaires permettant la formation des gamètes : deux divisions cellulaires successives permettent de former 4 gamètes haploïdes (n) à partir d’une cellule somatique (2n). Les cellules filles sont génétiquement différentes de la cellule mère (cellule somatique). Lors d’une étape de la méiose, les chromosomes homologues se regroupent en formant des tétrades. C’est lorsque les chromosomes homologues sont en tétrades qu’ils échangent des sections (enjambement ou recombinaison).

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Méiose 1 : Séparation des chromosomes homologues

Méiose 2 : Séparation des chromatides sœurs

Interphase Fin de l’interphase

• La cellule somatique (2n) est prête à se diviser. • Son ADN est répliqué.

Méiose 1 Prophase 1 • Enroulement de l’ADN • Appariement des chromosomes homologues • Fragmentation du noyau • Formation des fibres du fuseau

Métaphase 1 • Alignement des tétrades sur la plaque équatoriale grâce aux fibres du fuseau

• Les chromosomes peuvent échanger des allèles (enjambement).

Anaphase 1 • Raccourcissement des fibres du fuseau : les chromosomes homologues migrent vers des pôles opposés.

• Les chromatides sœurs sont toujours attachés

Télophase 1 et cytocinèse

• Étranglement de la cellule-mère • Formation des noyaux et déroulement de l’ADN

(chez certaines espèces) • Destruction des fibres du fuseau

Méiose 2 Prophase 2 …

Méiose 1 Télophase et cytocinèse

…

Méiose 2 Prophase 2 • Enroulement de l’ADN et fragmentation du noyau (si nécessaire)

• Formation des fibres du fuseau

Métaphase 2 • Alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale grâce aux fibres du fuseau

Anaphase 2 • Raccourcissement des fibres du fuseau : les chromatides sœurs se détachent et migrent vers des pôles opposés.

Télophase 2 et cytocinèse

• Étranglement des cellules-mères • Formation des noyaux et déroulement de l’ADN • Destruction des fibres du fuseau

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B) origines de la variation génétique • L’assortiment aléatoire des chromosomes (orientation aléatoire des chromosomes

homologues de chaque paire lors de la métaphase 1 de la méiose) • L’enjambement (recombinaison des allèles entre les chromosomes homologues) • La fécondation aléatoire

La mitose Définition : Processus de division cellulaire serrant à la croissance des tissus, le remplacement des cellules endommagées et la reproduction (chez les organismes à reproduction asexuée). Permet de former deux cellules filles identiques à la cellule mère.

Cycle cellulaire :

G2 & G2 : croissance de la cellule, travail cellulaire S : replication de l’ADN Mitose : prophase, métaphase, anaphase et télophase & cytocinèse

2n2n

2n

interphase

mitose

S

G1 G2

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La synthèse d’une protéine Les gènes déterminent l’apparence, la digestion, le comportement, etc. par l’intermédiaire des protéines (acides aminés).

La synthèse des protéines se fait en deux étapes : 1. ADN → ARNm : transcription 2. ARNm → Protéine : traduction

La transcription L’information nécessaire à la synthèse des protéines se situe dans le noyau (sous forme d’ADN), mais celle-ci a lieu dans le cytoplasme, grâce aux ribosomes (libres ou attachés sur le réticulum endoplasmique rugueux). Puisque l’ADN ne sort pas du noyau, l’information nécessaire à la synthèse des protéines se rend jusqu’aux ribosomes sous forme d’une copie, appelée ARNmessager. ADN : deux chaînes de nucléotides, ATCG ARN : une chaîne de nucléotides, AUCG

Mécanisme de la transcription : 1. Séparation des deux brins d’ADN à l’endroit où se situe le gène codant pour la

protéine à synthétiser. 2. Les nucléotides d’ARN libres dans le noyau viennent se lier aux nucléotides

complémentaires de l’ADN. 3. Les nucléotides ‘ARN se lient et forment un brin d’ARN messager (ARNm). 4. L’ARNm se détache de l’ADN. Les deux brins de l’ADN se referment. 5. L’ARNm sort du noyau et se dirige vers un ribosome pour la prochaine étape.

Interphase Fin de l’interphase • L’ADN est déjà répliqué (phase S). • ADN déroulé • Croissance et travail cellulaires

Mitose Prophase • Fragmentation du noyau • Formation des fibres du fuseau • Enroulement de l’ADN

Métaphase • Alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale

Anaphase • Séparation des chromatines sœurs

Télophase et cytocinèse

• Formation des noyaux • Dérouelement de l’ADN • Étranglement de la cellule mère • Destruction des fibres du fuseau

Interphase Début de l’interphase

• Croissance et travail cellulaires

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La traduction La synthèse de la protéine (l'assemblage des acides aminés) se fait dans les ribosomes. Pour synthétiser la protéine, il faut : • ARNm : information (copie de la recette) • Ribosome : machine à assembler les acides aminés • Acides aminés : pièces de construction • ARNt (ARN de transfert) : molécules qui transportent les acide aminés du

cytoplasme vers les ribosomes.

Mécanisme de la traduction 1. Le brin d’ARNx s’attache au ribosome. 2. Chaque ARNt se fixe sur trois nucléotides (codon) de l’ARNm en apportant l'acide

aminé correspondant. 3. Après leur fixation, les acides aminés que les ARNt transportent sont liés. 4. Le premier ARNt est retiré. 5. Le ribosome avance de trois unités. 6. Un autre ARNt se met en place, apportant un nouvel acide aminé. 7. Le deuxième ARNt est retiré. 8. Le ribosome avance de trois unités, et ainsi de suite.

Après la transcription et la traduction Certaines protéines entrent dans le RE rugueux et l’appareil de Golgi où elles seront modifiées, emmagasinées et triées avant d’être transportées vers un lieu précis, selon leur rôle. Les protéines destinées à la membrane ou à l’extérieur de la cellule passent par les RE rugueux et l’appareil de Golgi. Les protéines du cytoplasme ne le font pas.

Résumé de la synthèse des protéines : Chaque triplet de nucléotides sur l’ADN correspond à un codon de l’ARNm. Chaque codon de l’ARNm correspond à un acide aminé spécifique. Triplet de nucléotides (ADN) — GAT → transcription → Codon de l’ARNm — CUA → traduction → acide aminé — LEU Donc, chaque triplet de nucléotides sur l’ADN correspond à un acide aminé.

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Les mutations Définition : modification du bagage génétique.

Une mutation peut être chromosomique (Aberration chromosomique. Altération de la structure d’un chromosome ou du nombre de chromosomes.) ou ponctuelle (Anomalie dans la séquence des nucléotides.).

Aberrations chromosomiques Causes des aberrations chromosomiques : • Agents mutagènes

• Causes physiques • Radiations (rayons UV, rayons X, rayons gamma)

• Causes chimiques et biologiques • Goudron du tabac • Benzène • Aflatoxines de certaines moisissures • Microorganismes pathogènes • Radicaux libres

• Erreur lors de la méiose ou la mitose Nombre anormal de chromosomes : • Causé par la non-disjonction des chromatides-sœurs ou des chromosomes

homologues lors de la méiose. • Syndrome de Down (47, +21, syndrome de Patau (47, +13), syndrome d’Edwards

(47, +18), syndrome de Klinefelter (47, XXY), chromosome Y surnuméraire (47, XYY), trisomie X (47, XXX) et syndrome de Turner (45, X).

• Deux types : • Aneuploïdie : zygote monosomique ou trisomique. • Polyploïdie : plus de deux jeux de chromosomes. Fréquente chez les végétaux,

rare chez les animaux. Changement de la structure des chromosomes : • Causé par une erreur lors de la méiose (lors de l’enjambement) ou des facteurs

biologiques, chimiques ou physiques. • Leucémie myéloïde chronique, lymphome de Burkitt et syndrome du cri de chat.

�23

Mutations ponctuelles Causes des mutations ponctuelles : • Erreur de réplication de l’ADN • Erreur causée par une altération de l'ADN par des agents mutagènes

• Causes physiques • Radiations (rayons UV, rayons X, rayons gamma)

• Causes chimiques et biologiques • Goudron du tabac • Benzène • Aflatoxines de certaines moisissures • Microorganismes pathogènes • Radicaux libres

Différentes mutations ponctuelles • Substitution silencieuse : aucun effet • Substitution non-silencieuse (faux-sens) : changement d’acide aminé • Substitution non-sens : arrêt plus tôt que prévu • Mutation décalage du cadre de lecture (addition ou délétion)

Conséquences des mutations • La mutation ne devient héréditaire que si elle se transmet à la descendance, donc si

elle survient dans un gamète ou une cellule formant des gamètes. • Généralement, les mutations provoquent un dérèglement mortel de la cellule. Dans

certains cas, c’est la division de la cellule qui se dérègle.

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3. L’évolution

-4,6 GA Origine de la Terre

-5 GA -4 GA -3 GA -2 GA -1 GA

Premières cellules procaryotes

-2,7 GA Accumulation de dioxygène dans

l’atmosphère

-2,2 GA Premières cellules

eucaryotes

-500 MA -400 MA -300 MA -200 MA -100 MA

Colonisation de la terre ferme par des végétaux et

des anthropodes

Premiers tétrapodes et premiers insectes Diversification des poissons osseux

Origine des reptiles

Premières plantes à

fleurs

-275 MA Abondance et diversité des dinosaures

-65 MA Disparition des

dinosaures

-0,5 MA Apparition des Homo

sapiens

-60 MA Diversification

des mammifères et des oiseaux

-25 MA Origine des

primates

-5,2 MA Apparition du genre Homo

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Procaryotes : Cellules simples, de petite taille, formant des organismes unicellulaires et ayant les ribosomes comme seul organite. La paroi cellulaire sert de protection et de structure de la cellule Eucaryotes : Cellules plus grosses que celles des procaryotes, pouvant former des organismes unicellulaires ou pluricellulaires. Les cellules sont complexes, possédant un noyau et plusieurs organites. La protection et la structure de la cellule sont assurées par la paroi et/ou la cytosquelette.

Les théories sur l’origine des espèces, dans le temps

A B C A B C A B

A B C A’ B’ C’ C D E F G

Les deux volets de la théorie de Darwin • La descendance avec modification • La sélection naturelle

Variations héréditaires : Dans une espèce, il y a de la variation dans les caractères. Succès reproductif : Les individus ayant des variations favorables vont se reproduire plus (plus grande progéniture) que ceux qui ont des variations défavorables.

Domaine Archaea Bactéries Eucaryotes

Règne Archaea Bactéries Protistes Eumycètes Végétaux Animaux

Exemples Halobactéries Méthano-bactéries

E. coli Cyanobactéries

Plasmodium vivax Laminaire

Penicillium sp. Levure

Framboisier Fougère

Pou Homard

Type cellulaire Procaryotes unicellulaires

Procaryotes unicellulaires

Eucaryotes unicellulaires ou pluricellulaires

Eucaryotes unicellulaires ou pluricellulaires

Eucaryotes pluricellulaires

Eucaryotes pluricellulaires

Taille cellulaire 1 à 10 µm 10 à 100 µm

Structure et protection de la cellule

Paroi cellulaire sans peptidoglycane

Paroi cellulaire avec peptidoglycane

Paroi ou non composée de cellulose

Paroi composée de chitine

Paroi composée de cellulose

Cytosquelette

Cytoplasme et noyau

ADN nu et circulaire, peu d’organistes (ribosomes seulement)

ADN linéaire (chromosomes), présence d’un noyau et de nombreux organises

Nutrition et métabolisme

Autotrophes ou hétérotrophes

Autotrophes ou hétérotrophes

Autotrophes ou hétérotrophes

Hétérotrophes (absorption)

Autotrophes (photosynthèse)

Hétérotrophes (ingestion)

ReproductionSA SA SA SA SA SA

Fixisme (créationnisme) Transformisme (Lamarckisme) Darwinisme

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Environnement : Climat, nourriture, abris, prédateurs influencent le succès reproductif. Selection • Artificielle : L’humain choisit les organismes possédant des variations intéressantes. • Naturelle : L’environnement « choisit » les variations intéressantes. • Sexuelle : La femelle ou le mâle choisit les individus aux variations intéressantes.

Preuves de la théorie de Darwin : • Homologies anatomiques (os du bras et de la main) • Embryologie (queue, branchies) • Organes vestigiaux (bassin chez les baleines) • Archives fossiles • Génétique • Biogéographie

La loi de Hardy-Weinberg La fréquence des allèles dans une population demeure constante génération après génération si : • La population est de très grande tailles (tend vers l’infini); • Il n’y a pas d’migration ou d’immigration d’individus; • Il n’y a pas de mutation modifiant les allèles; • L’accouplement se fait au hasard; • Il n’y a pas de sélection naturelle.

Pressions évolutives qui mènent à la microévolution: • La dérive génétique (effet fondateur ou goulot d’étranglement); • Le flux génétique; • La mutation d’allèles; • La sélection sexuelle (accouplement non aléatoire); • La sélection naturelle.