PROGRAMME DES SCIENCES DE LA VIE ET DE … · Web viewII- Remaniement de l’information...

PROGRAMME DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE DE LA CLASSE DE PREMIERE A

Ce programme comporte 10 chapitres regroupés en 3 parties : 3 heures / semaine

Partie I : QUELQUES PROBLEMES RELATIFS A LA CELLULE, A LA REPRODUCTION, A L’HEREDITE ET A L’EVOLUTION HUMAINE : 4 chapitres, 49 heures

Chapitre 1 : La cellule et la division cellulaireChapitre 2 : La reproduction humaineChapitre 3 : L’hérédité et la génétique humaineChapitre 4 : L’évolution humaine

Partie II : QUELQUES PROBLEMES D’ALIMENTATION, DE NUTRITION ET DE SANTE CHEZ L’HOMME : 5 Chapitres : 28 heures

Chapitre 5 : Les principaux constituants de la matière vivante Chapitre 6 : L’alimentationChapitre 7 : La respiration cellulaireChapitre 8 : Le sang et le milieu intérieurChapitre 9 : L’immunologie

Partie III : QUELQUES PROBLEMES DE RELATION AVEC L’ENVIRONNEMENT

Chapitre 10 : Relations sociales et mécanismes physiologiques

1

Chapitre 1 : La cellule et la division cellulaire

Objectifs du chapitre

A la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- identifier et nommer les différentes parties de la cellule ;- identifier les différents organites de la cellule et donner leur rôle ;- citer les principales différences entre une cellule animale et une cellule végétale ;- décrire les différentes étapes de la division cellulaire ;- dégager l’importance de la mitose et expliquer qu’elle assure la survie de l’individu.

IntroductionL’Homme, comme tous les êtres vivants est constitué de dizaines de milliards de

cellules. Ces cellules qui composent notre organisme proviennent d’innombrables divisions d’une cellule initiale ou cellule œuf. Bien que n’ayant pas la même taille, ni les mêmes fonctions, ni la même forme ; les cellules sont capables d’utiliser l’énergie contenue dans les nutriments et de fabriquer de nouvelles molécules biologiques.

La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants. Les cellules sont extrêmement petites et par conséquent invisible à l’œil nu. Leur exploration nécessite l’emploi de techniques et d’instruments très divers tel que le microscope. La branche de la biologie qui étudie la cellule est la cytologie.

I- Rappels1- La cellule en microscopie optiqueLe microscope optique ou microscope photonique permet d’observer non seulement

des cellules isolées mais aussi des coupes microscopiques faites dans les organes.

Cellule animale (X 400)

2

Toutes les cellules (animales ou végétales) possèdent trois parties fondamentales : la membrane cytoplasmique, le cytoplasme et le noyau. La cellule végétale possède en plus de la membrane cytoplasmique, une membrane externe inerte appelé membrane squelettique ou membrane pectocellulosique.

2- La cellule en microscopie électroniqueLe microscope électronique donne une image beaucoup plus agrandie. Il nous montre

que la structure de la cellule est plus complexe que ne l’avait révélé le microscope optique.

II- La division cellulaire

Elle s’effectue selon deux modes : la division directe ou amitose et la division directe ou mitose.

1- L’amitoseDans ce cas de division, le noyau puis la cellule entière s’allonge puis s’étrangle

progressivement dans la région médiane et les deux cellules obtenues se séparent.

2- La mitoseC’est une division cellulaire qui comporte quatre phases se déroulant de façon

continue. Ces quatre phases sont : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Ces 4 phases sont précédées par une interphase au cours de laquelle la quantité d’ADN double et la cellule reconstitue tous ses éléments.

a- mitose d’une cellule animale○ la prophase

- la chromatine se condense et forme des chromosomes visibles. Chaque chromosome comprend deux chromatides unis par le centromère.

- la membrane nucléaire et le nucléole disparaissent.

3

- le centrosome se divise en deux : chaque moitié s’enrichit d’un système de fibres rayonnantes et prend le nom d’aster. Les deux asters se rejoignent et constituent le fuseau achromatique.

○ la métaphaseA la métaphase, les chromosomes à 2 chromatides se disposent à l’équateur du fuseau

achromatique et dessine la plaque équatoriale.

○ l’anaphaseElle est caractérisé par le dédoublement du centromère et l’ascension polaire des

chromatides (chromosomes fils).

4

○ la télophaseA la télophase, on assiste à la disparition du fuseau achromatique, reconstitution du

noyau, division du cytoplasme (cytodiérèse), réapparition de la membrane nucléaire et du nucléole.

A la fin de la mitose, on obtient deux cellules filles identiques entre elles et identiques à la cellule mère. La mitose apparaît donc comme un phénomène qui assure la condensation des chromosomes, leur séparation et leur égale répartition entre deux cellules filles : c’est donc une division équationnelle.

b- mitose d’une cellule végétaleLes phénomènes chromosomiques sont identiques à ceux décrites chez la cellule

animale. Il y a néanmoins deux différences :- les fibres du fuseau achromatique ne proviennent pas du centrosome mais de la

condensation du cytoplasme aux deux pôles de la cellule pour former les calottes polaires entre lesquels se forment les fibres du fuseau achromatique.

- la division du cytoplasme résulte de la formation d’une nouvelle membrane pectocellulosique appelée phragmoplaste à égale distance des 2 noyaux fils. Ce phragmoplaste provient du regroupement de nombreuses vésicules golgiennes.

5

c- Importance de la mitoseLa mitose, multiplication d’une cellule mère en 2 cellules filles est un phénomène qui

assure la reproduction conforme c'est-à-dire la formation de cellules identiques à l’original de la cellule eucaryote. Chez les êtres vivants eucaryotes, la mitose :

- permet le remplacement de cellules mortes ou vieilles, - assure la réparation des blessures- permet la croissance chez un organisme jeune.La mitose est donc un phénomène qui assure la survie de l’individu.

N.B. - Certaines cellules sont incapables de se diviser. C’est le cas d cellules nerveuses ou neurone dont le nombre est établi dès la naissance. Toute perte d’un neurone est irremplaçable et donc dangereuse. - Les hématies n’ont pas de noyau. Elles ne peuvent donc pas se diviser. Après leur mort ou leur diminution à la suite des hémorragies, elles sont remplacées par les cellules de la moelle osseuse appelées érythroblastes. Les cellules musculaires ont plusieurs noyaux et ne peuvent pas se diviser. - Il existe des cellules qui ont un pouvoir de division élevée. Il s’agit des cellules méristématiques des plantes, des cellules embryonnaires et des cellules osseuses des animaux.

d- Variation de la quantité d’ADNLa mitose est précédée par une interphase au cours de laquelle la quantité d’ADN

double. Si nous partons d’une quantité d’ADN 2Q à l’interphase, le graphe de la variation de la quantité d’ADN au cours de la mitose aura l’allure suivante :

6

Chapitre 2 : La reproduction humaine


A la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- identifier les différentes de la gamétogenèse et relever qu’il y a réduction

chromatique ;- comparer la mitose simple, la division I et la division II ;- relever les différentes parties des gamètes ;- déduire que la gamétogenèse est sous influence hormonale ;- nommer les différentes hormones sexuelles et décrire les cycles sexuels ;- identifier et nommer les différentes étapes de la fécondation ;- identifier et décrire les différentes étapes du développement de l’œuf ;- reconnaître et décrire les différentes étapes de l’accouchement ;- expliquer la notion de contrôle des naissances.

IntroductionLa vie des êtres vivants présente plusieurs aspects parmi lesquels la reproduction. La

reproduction est une fonction par laquelle les différentes espèces se perpétuent en se multipliant.

La reproduction sexuée est celle qui fait intervenir les gamètes. L’union d’un gamète mâle (spermatozoïde) et d’un gamète femelle (ovule) est la fécondation. Elle donne naissance à un œuf (zygote) qui est le point de départ d’un nouvel individu.

I- Formation des gamètesC’est la gamétogenèse. Elle a lieu dans les gonades (ovaires chez la femme, testicules

chez l’homme).1- OvogenèseC’est dans les ovaires que se forment les gamètes femelles ou ovules. L’ovogenèse

est l’ensemble des phénomènes qui permettent la transformation des cellules souches ou gamètes en ovules. Elle comporte 3 phases :

- la phase de multiplication qui a lieu avant la naissance dans l’ovaire embryonnaire et qui est caractérisé par la multiplication des ovogonies à travers le phénomène de mitoses ;

- la phase d’accroissement qui a également lieu avant la naissance et se poursuit jusqu’à la puberté. Les ovogonies augmentent de volume en accumulant des réserves pour donner l’ovocyte I ;

- la phase de maturation qui comprend un phénomène complexe appelé méiose constitué de deux divisions cellulaires successives qui aboutissent à la formation des gamètes contenant chacun la moitié des chromosomes de l’espèce.

La première division méiotique donne deux cellules de taille inégale : la plus grosse appelé ovocyte II conserve la plus grande partie du cytoplasme, la plus petite appelé globule polaire est une cellule abortive.

La deuxième division méiotique reste bloqué en métaphase et se poursuit seulement après la fécondation en donnant naissance à deux cellules de taille inégale. La plus petite est le deuxième globule polaire et n’est pas viable. La plus grande est l’ovotide. C’est le gamète femelle achevé.

7

2- La spermatogenèseC’est dans le testicule et au niveau des tubes séminifères que se forment les gamètes

mâles ou spermatozoïdes. Un spermatozoïde résulte de la transformation en 74 jours d’une cellule germinale appelé spermatozoïde. On distingue quatre étapes dans la spermatogenèse

- la phase de multiplication qui consiste en la multiplication des spermatogonies par mitoses ;

- la phase d’accroissement dans laquelle on assiste à une augmentation de volume et qui aboutit à la formation du spermatocyte I ;

- la phase de maturation au cours de laquelle les spermatocytes I subissent la méiose pour donner naissance à quatre spermatides à n chromosomes ;

- la phase de différentiation au cours de laquelle les spermatides se transforment en spermatozoïdes. Ces transformations consistent en l’élimination d’une partie du cytoplasme, la formation du flagelle et de l’acrosome.

3- Les étapes de la méioseLa méiose a lieu lors de la formation des gamètes (ovule, spermatozoïde). C’est un

ensemble de deux divisions cellulaires successives où une cellule diploïde (2n chromosomes) forme 4 cellules haploïdes (n chromosomes).

a- Première division méiotique ou division réductionnelle- Prophase ILes chromosomes homologues s’accolent 2 à 2. Il y a des échanges au niveau des

points de rencontre des chromosomes. Ces points sont appelés chiasmas. Il se forme alors des bivalents.

- Métaphase IChaque bivalent se place au niveau de la plaque équatoriale.- Anaphase IChacun des chromosomes homologues migrent vers l’un des pôles de la cellule. C’est

l’ascension polaire des chromosomes.

8

- Télophase ILes deux cellules filles obtenues après cytodiérèse contiennent chacune n

chromosomes à 2 chromatides.b- Deuxième division méiotiqueLors de cette division, les chromosomes ont le même comportement que dans une

mitose classique. A la télophase II, on obtient ainsi 4 cellules filles contenant chacune n chromosome à 1 chromatide.

1. La prophase I, durant laquelle l'ADN se condense sous forme de bâtonnets2. La métaphase I, les chromosomes migrent vers l'équateur de la cellule 3. L'anaphase I, durant celle-ci les chromosomes homologues sont séparés de part et d'autre de la cellule 4. La télophase I, les deux noyaux se séparent

Ici, les chromosomes homologues sont séparés, on appelle cette division la division réductionnelle 5. La prophase II puis la métaphase II, durant lesquelles l'ADN se condense et migre à l'équateur 6. L'anaphase II, les chromatides se séparent de part et d'autre de la cellule 7. La télophase II, quatre noyaux de cellules à n chromosomes non dupliqués sont créés

Ici, les chromatides sont séparés, on appelle cette division la division équationnelle

9

4- Les différentes parties des gamètes

a- le spermatozoïde

C‘est une petite cellule mobile. Sa survie dans les voies génitales féminines est de 4 à 5 jours. Il est très pauvre en réserves nutritives.

Le spermatozoïde est une cellule constituée de trois parties : une « tête » (corps cellulaire), une pièce intermédiaire et un long flagelle, grâce auquel il peut se déplacer activement. La pièce intermédiaire contient les mitochondries qui fournissent l’énergie nécessaire au déplacement du gamète. La tête, qui fusionnera avec l’ovule, n’en contient aucune. Elle renferme en revanche un noyau contenant un seul lot de chromosomes (le spermatozoïde, comme l’ovule, est une cellule haploïde). C’est le chromosome sexuel du spermatozoïde qui détermine le sexe du futur embryon. Par ailleurs, l’extrémité antérieure de la tête est formée par un sac membranaire, l’acrosome, rempli d’enzymes. Ces enzymes ont pour rôle de permettre au spermatozoïde de perforer la membrane protectrice de l’ovule (membrane pellucide) en vue de la fécondation.

b- L’ovule

C’est une grosse cellule sphérique immobile. Son cytoplasme contient de nombreuses réserves nutritives qui seront utilisées au début du développement de l’embryon. Il a une durée maximale de vie de 24 heures.

10

Il est entouré d’une couronne de cellules folliculaires. L’ensemble forme un follicule ovarien.

N.B : La gamétogenèse et l’activité des glandes génitales ne sont pas autonomes. Elles sont sous le contrôle des hormones sécrétées par le lobe antérieur de l’hypophyse ou antéhypophyse (petite glande situé à la base de l’encéphale).

II- Les cycles sexuels

L’appareil génital de la femme est caractérisé par un fonctionnement cyclique qui débute à la puberté et s’achève à la ménopause. Le cycle génital dont la durée moyenne est de 28 jours (elle peut varier de 24 à 32 jours) commence par un écoulement sanguin au niveau de la vulve : ce sont les règles ou menstruations. Le cycle s’achève la veille des prochaines règles (le 1er jour des règles est le 1er jour du cycle). A chaque cycle correspond une série de transformations qui concerne plusieurs organes. On peut distinguer un cycle ovarien, un cycle utérin et un cycle hormonal.

1- Le cycle ovarien

A chaque cycle, l’un des ovaires libère un gamète : l’ovocyte. C’est le résultat de l’évolution d’un follicule ovarien. Le cycle ovarien comporte deux phases séparées par l’ovulation.

a- La phase folliculaire

Les follicules primordiaux s’accroissent et donnent des follicules primaires, puis des follicules secondaires et enfin des follicules cavitaires ou follicules de DE GRAAF.

Elle dure en moyenne de 12 à 17 jours. Les follicules primordiaux ont un diamètre de 2 à 4 mm. Leur croissance est rapide et le follicule de DE GRAAF atteint 16 à 27mm. Cette croissance résulte de :

- la multiplication des cellules de la granulosa,- l’accumulation du liquide folliculaire,- l’augmentation de l’épaisseur des thèques.

b- L’ovulation

C’est l’expulsion de l’ovocyte. C’est un évènement brutal qui s’est en fait préparé progressivement par la distension de la paroi du follicule au cours de son augmentation de taille.-

c- La phase lutéinique

Cette phase est marquée par la présence du corps jaune. Ce dernier s’est formé après ovulation par accumulations de lipides et de pigment jaune (lutéine) dans les cellules du follicule éclaté.

11

3- Le cycle utérin

L’utérus est constitué d’un muscle ou myomètre tapissé par une muqueuse utérine ou endomètre. Au cours d’un cycle sexuel, des transformations ont lieu au niveau de l’endomètre et au niveau du col de l’utérus.

a- cycle de l’endomètre

Pendant les règles, l’endomètre est presque totalement détruit. A la fin des règles, on assiste à l’épaississement de la muqueuse sous l’action des oestrogènes pendant la phase folliculaire. On assiste également à une multiplication du nombre de glandes en tubes et l’augmentation de l’irrigation sanguine.

Pendant la phase lutéinique, la muqueuse utérine continue à s’accroître. On assiste à la formation de la dentelle utérine sous l’action de la progestérone. On observe également la sécrétion du liquide nourricier par les glandes en tubes. Les artérioles se spiralisent entre les glandes. A la fin du cycle, les artérioles spiralisées se dilatent et leur paroi se rompt : c’est la menstruation.

b- cycle de la glaire cervicale

Il s’agit d’un mucus cervical qui est une sécrétion des parois du col de l'utérus dont les fibres tissent un réseau plus ou moins dense, pouvant freiner le déplacement de spermatozoïdes, mais toutefois nécessaire à leur vie. Ce réseau fibreux se réduit au moment de l'ovulation formant ainsi un maillage lâche, facilitant ainsi le passage des spermatozoïdes dans l'utérus, alors qu'il reste très dense (maillage serré) en dehors de l'ovulation. Ces variations de l'état du mucus peuvent également servir à situer l'ovulation.

4- Le cycle hormonalLors d’un cycle sexuel, les hormones sont sécrétées à 3 niveaux : hypothalamus,

hypophyse et ovaires.L’hypothalamus sécrète la GnRH ou gonadolibérine. Cette gonadolibérine agit sur

l’hypophyse qui sécrète à son tour la LH et la FSH. Pendant la phase folliculaire, c’est la FSH qui est sécrété en plus grande quantité que la LH. Le pic de LH observé vers le 14e jour est responsable de la ponte ovulaire. Pendant la phase lutéale, c’est la LH qui est libéré en plus grande quantité que la FSH.

La LH et la FSH sont des gonadostimulines. Elles agissent sur l’ovaire et entraîne la sécrétion d’oestrogènes par les cellules folliculaires et de la progestérone par le corps jaune. Les hormones ovariennes agissent à leur tour sur la muqueuse utérine.

Contrôle ovarien des hormones hypophysaires

Les hormones ovariennes exercent une influence directe sur la sécrétion des gonadotrophines hypophysaires. C’est le rétrocontrôle. Ce rétrocontrôle peut être négatif lorsque le faible taux d’oestrogènes entraîne la baisse du taux de LH. Il peut être positif lorsque les oestrogènes à forte dose provoquent un pic de LH. Ces rétrocontrôles expliquent la variation des taux sanguins de LH et de FSH.

12

N.B : Dès le début de la grossesse, le jeune embryon produit la hcg (hormone chorionique gonadotrope). Elle est sécrétée par le placenta. Elle stimule le maintien du corps jaune et la sécrétion de progestérone.

Le cycle sexuel est l’ensemble des modifications physiologiques qui affectent périodiquement l’appareil génital de la femme entre la puberté et la ménopause.

13

III- La fécondation

1- Les conditions obligatoires pour la fécondation

L’ovocyte est fécondable pendant les 6 à 48h qui suivent l’ovulation. Il doit être parfaitement mature. La maturité nucléaire est réalisée lorsque l’ovocyte jusque là bloqué en métaphase II achève sa deuxième division méiotique. Cette deuxième division se termine avec la pénétration d’un spermatozoïde.

Les spermatozoïdes doivent d’abord subir une capacitation c'est-à-dire une transformation complexe qui leur donne le pouvoir de féconder l’ovule. La capacitation se déroule dans les voies génitales de la femme. Elle modifie la composition de la membrane plasmique de la femme et permet la libération d’enzymes stockées dans l’acrosome.

2- Les différentes étapes de la fécondation

La fécondation qui est l’union d’un gamète mâle et d’un gamète femelle comporte deux étapes principales : l’activation de l’ovocyte II et la caryogamie.

a- L’activation de l’ovocyte II

L’acrosome d’un spermatozoïde capacité libère des enzymes qui dégradent la zone pellucide du gamète femelle. Dès qu’un spermatozoïde pénètre, il se produit un réveil physiologique de l’ovocyte II qui se traduit par une brusque augmentation de l’intensité respiratoire de cette cellule. Deux phénomènes observés au microscope témoignent de la reprise des activités ovulaires :

- formation d’une membrane de fécondation après libération du contenu des granules corticaux. Cette membrane empêche la pénétration d’un autre spermatozoïde. Il s’agit donc d’un mécanisme contre la polyspermie (fécondation d’un ovule par plusieurs spermatozoïdes)

- libération du deuxième globule polaire montrant ainsi que l’ovocyte II a achevé sa méiose.

b- La fusion des noyaux ou caryogamie

Les deux noyaux contenus dans le cytoplasme de l’ovule fusionnent et donnent un œuf ou zygote. Ce zygote est diploïde car il possède 2n chromosomes. C’est le point de départ d’un nouvel individu.

14

V- La gestation

Six à sept jours après la fécondation, l’œuf qui a déjà commencer à se diviser s’implante dans la muqueuse utérine : c’est le début de la grossesse au cours de laquelle un nouvel être va se construire.

1- Les différentes étapes du développement de l’œufa- segmentation

La fécondation a lieu dans la trompe. Elle est immédiatement suivie des premières mitoses de l’œuf. L’œuf est entraîné vers l’utérus tout en poursuivant ses divisions. Il l’atteint quatre jours plus tard. Ces divisions successives ne s’accompagnent pas d’une augmentation global de volume : c’est la segmentation.

De la fécondation à la nidation, l’œuf passe par plusieurs étapes :

- l’embryon humain à 2 cellules ou 2 blastomères,- l’embryon humain à 4 cellules ou 4 blastomères,- l’embryon humain à 8 cellules ou 8 blastomères,- le stade blastula où une cavité commence à se creuser 15 jours après la

fécondation.

Le blastocyte qui atteint la muqueuse utérine mène 1 à 2 jours libre dans l’utérus et mesure 0,2 à 0,3 nm lors de son implantation.

15

b- nidation

L’implantation du blastocyte dans la muqueuse utérine a lieu 6 à 7 jours après la fécondation. Elle nécessite une coopération étroite entre le blastocyte et l’utérus. Dans le blastocyte, on distingue déjà le bouton embryonnaire qui forme l’embryon proprement dit. Les cellules du blastocyte situés au dessus du bouton prolifèrent vers le sixième et septième jour.

c- formation des structures embryonnaires

Lors des deux semaines suivantes, les structures essentielles de l’embryon se mettent en place :

- les cellules du bouton embryonnaire se dispose d’abord en deux couches ; l’ectoblaste et l’endoblaste. Dès le début de la troisième semaine un troisième feuillet se met en place entre l’ectoblaste et l’endoblaste. La mise en place de ce troisième feuillet est appelée gastrulation. Les cellules de chaque feuillet ont des destinations précises.

ectoblaste mésoblaste endoblasteEpiderme, tissu nerveux Squelette, muscle, tissu

conjonctif, appareil circulatoire et rénal

Epithélium digestif, glandes digestives, épithélium respiratoire

- l’embryon continue de s’enfoncer dans l’endomètre. De nombreuses villosités émises par le trophoblaste assurent la nutrition préfigurent le placenta qui va s’édifier.

- la cavité amniotique (poche des eaux) apparu dès le septième jour poursuit une expansion rapide autour de l’embryon. Elle est remplie par le liquide amniotique ou amnios dans lequel le fœtus rejette ses urines. L’embryon est relié à ses annexes par le cordon ombilical.

- le placenta au niveau duquel le sang maternel est au contact du sang fœtal sans se mélanger. La muqueuse utérine et le fœtus participent ensemble à la formation du placenta. La composante maternelle et la composante fœtale sont étroitement impliquées dans les villosités placentaires dont les sinuosités réalisent une surface considérable de 14 m2. Les substances qui vont de la mère à l’enfant sont : les nutriments, les hormones, l’oxygène, les virus, les substances toxiques et les médicaments. Les substances qui vont de l’enfant à la mère sont principalement les déchets.

Le placenta sécrète plusieurs hormones mais principalement la hcg (hormone chorionique gonadotrope) qui assure le maintien du corps jaune et donc de la sécrétion de la progestérone indispensable au maintien de la grossesse. Les oestrogènes sont sécrétées et stimulent la croissance de la masse musculaire de l’utérus et sa vascularisation. La progestérone est sécrétée également en quantité importante et inhibe la contraction musculaire de l’utérus. Les deux dernières hormones stimulent par ailleurs la formation de nouveaux éléments glandulaires dans les glandes mammaires.

16

2- Bilan de la vie intra-utérine

La vie intra-utérine est composée de deux grandes étapes :

- la vie embryonnaire qui dure 2 mois et correspond à la formation des différents organes ;

- la vie fœtale qui dure 7 mois qui correspond à la croissance du fœtus.

Au premier mois, l’embryon mesure 0,4 cm pour 0,4 g. La tête, la queue, les membres et la plupart des organes commencent à se différencier.

Au deuxième mois, l’embryon mesure 3,5 cm pour 2 g. Les yeux, les oreilles, le nez et la bouche sont distinguables. Les doigts, les orteils commencent à se développer. Le cœur bat.

Au troisième mois, le fœtus mesure 12 cm pour 3à g. Il y a différentiation des organes sexuels et formation du sang.

Au quatrième mois, le fœtus mesure 20 cm pour 170 g. Le battement cardiaque est audible. Le fœtus bouge et suce son pouce.

Au cinquième mois, le fœtus mesure 34 cm pour 300g. Les yeux sont ouverts. Le fœtus peut entendre les sons.

17

Chapitre 3 : Hérédité et génétique humaine


A la fin de ce chapitre, l’élève sera capable :- d’énoncer et d’expliquer les lois de Mendel ;- de définir les termes caryotype et formule chromosomique ;- de déduire que le nombre de chromosome n’est pas lié à la taille de l’espèce ;- de distinguer les gonosomes des autosomes ;- de repérer une hérédité chromosomique ;- d’évoquer et d’expliquer les problèmes liés à la génétique humaine ;- d’expliquer les méthodes en usage dans l’hérédité humaine ;- d’identifier les caryotypes des syndromes de Down, Turner et Klinefelter ;- de définir les termes syndrome et aberration chromosomique ;- d’identifier et d’expliquer certains cas d’anomalies géniques.

IntroductionLa notion d’hérédité est aussi vieille que l’humanité. On sait depuis longtemps que les

enfants ressemblent à leurs parents ou à leurs aïeux. La génétique humaine se propose d’étudier les mécanismes et les modalités de transmission des caractères et certaines anomalies (maladies chez l’homme).

I- Lois statistiques de la transmission des caractères ou lois de Mendel.1- MonohybridismeOn appelle mono hybridisme, le croisement de deux individus qui diffèrent par un seul

caractère.a- Expérience de Mendel

Mendel réalise le croisement entre deux races pures de pois qui diffèrent par la taille de leurs plants (nain ou géant). A la première génération notée F1, il n’obtient que des pois géants.

Les pois géants obtenus à la F1 sont croisés entre eux (F1 × F1) et à la deuxième génération notée F2, on obtient 75 % de géants et 25 % de nains.

b- Interprétation- le caractère étudié par Mendel est la taille des plants ;- les modalités d’expression de ce caractère sont : géant, nain. Chaque modalité est

contrôlée par un allèle ;- A la F1, tous les individus sont géants. L’allèle géant sera ainsi noté G et l’allèle

nain n (allèle récessif)Les génotypes des individus sont diploïdes et ceux des gamètes haploïdes.

18

Parents : Géants × nains

Génotypes : GG × nn

Gamètes : G ; n

F1 : Gn 100% de pois géants

F1 × F1 : Gn × Gn

Gamètes : G, n ; G, n

Echiquier de croisement

G nG GG Gnn Gn nn

GG et Gn : géants ¾ ou 75% nn : nain ¼ ou 25 %

Les proportions statistiques obtenues à la F1 sont¾ ou 75% de géants et ¼ ou 25 % de nains.Règle : Les proportions statistiques ¾, ¼ obtenues à la F2 caractérise le monohybridisme avec dominance d’un allèle.

c- Lois de MendelL’expérience de Mendel lui a permis de dégager 3 lois de la transmission des

caractères d’un individu à la génération suivante.- Première loi

C’est la loi de la pureté des gamètes qui stipule que le gamète ne porte qu’un seul des gènes allèles présents chez ses parents.

- Deuxième loiC’est la loi de l’uniformité des individus de la première génération qui stipule que

le croisement entre deux individus de race pure donne à la première génération des individus ayant tous le même phénotype.

- Troisième loiC’est la loi du polymorphisme des individus de la deuxième génération qui stipule

que le croisement entre deux hybrides de la F1 donne des individus ayant des phénotypes variés.

d- Croisements retoursC’est le croisement entre un hybride de la F1 avec l’un des parents. Le backcross est

le croisement entre un hybride de la F1 et le parent récessif.Exemple : Gn × nnGamètes : G, n ; nF’2 : Gn ou nn soit 50% de géants et 50% de nain

Règle : Les proportions statistiques 50%, 50% obtenus à un croisement caractérise le backcross d’un monohybridisme avec dominance d’un allèle.

19

e- Monohybridisme avec codominanceOn parle de codominance lorsque dans un croisement aucun caractère ne domine l’autre. Les caractères des individus de la F1 sont intermédiaires des caractères parentaux. Le caractère intermédiaire résulte de l’expression de chacun des allèles en présence.

Exemple : Un horticulteur croise une variété d’hibiscus à fleurs rouges avec une autre variété à fleurs blanches. A la première génération, il obtient 100% de plants à fleurs roses.

Rose est un caractère intermédiaire entre le rouge et le blanc d’où la codominance car chaque allèle a participé à l’expression de ce caractère.

Retrouvons à l’aide d’un échiquier de croisement, les proportions statistiques des individus de la F2.

Parents : Rouge × Blanche

Génotypes : RR × BB

Gamètes : R ; B

F1 : RB 100% de fleurs roses

F1 × F1 : RB × RBGamètes : R, B ; R, B


R BR RR RBB RB BB

Nous aurons ainsi ¼ de rouge (RR), 2/4 de rose (RB) et ¼ de blanc (BB).Règle : Les proportions statistiques (1 :2 :1) obtenus à la F2 caractérisent le monohybridisme avec codominance.

3- Dihybridisme avec dominanceLe dihybridisme est un croisement entre deux individus différents par deux caractères.

a- Expérience de MorganMorgan croise une drosophile sauvage au corps gris et à ailes longues avec une

drosophile au corps gris et à ailes courtes. A la première génération, toutes les drosophiles ont le corps gris et les ailes longues. Il procède ensuite à un croisement entre des individus de la F1 et obtient en F2 :

- 1118 drosophiles au corps gris et à ailes longues ;- 374 drosophiles au corps noir et à -- ailes longues ;- 376 drosophiles au corps gris et à ailes courtes ;- 126 drosophiles au corps noir et à ailes courtes.

b- Interprétation

20

- Les deux caractères étudiés sont la couleur du corps et la taille des ailes. Les deux couples d’allèles étudiés sont (Gris, noir) et (longue, courte).

- Les individus de la F1 sont tous à corps gris et à ailes longues. On en déduit que l’allèle gris (G) domine l’allèle noir (n) et l’allèle longue (L) domine l’allèle courte (c).

- Les proportions statistiques des individus de la F2 sont : 9/16, 3/16, 3/16, 1/16.

Parents : Gris longue × noir courteGénotypes : GGLL × nncc

Gamètes : GL ; nc

F1 : Gn Lc 100% de gris long

F1 × F1 : GnLc × GnLc Gamètes : GL, nL , Gc, nc ; GL, nL , Gc, nc


GL nL Gc ncGL GGLL GnLL GGLc GnLcnL GnLL nnLL GnLc nnLcGc GGLc GnLc GGcc Gnccnc GnLc nnLc Gncc nncc

Le tableau suivant récapitule les phénotypes, les génotypes et les prortions statistiques obtenus à la F2.

Phénotypes Génotypes ProportionsGris, longue 1GGLL, 2GGLc

2GnLL, 4GnLc9/16

Gris, courte 1GGcc, 2Gncc 3/16Noir, longue 1nnLL, 2nnLc 3/16Noir, courte 1nncc 1/16

Règle : Les proportions statistiques 9/16, 3/16, 3/16, 1/16 caractérisent un dihybridisme avec ségrégation indépendante des gènes.

Au terme de ce croisement, on observe des individus ayant les caractères parentaux (GL et nc) et des individus présentant de nouveaux caractères (Gc et nL). Ces individus sont dits recombinés. Ce type de croisement est employé en agriculture et en élevage pour créer de nouvelles races.

c- backcross du dihybridisme avec dominance

GnLc × nncc GL, Gc, nL, nc ; nc

GL Gc nL Ncnc GnLc Gncc nnLc Nncc

21

Phénotypes GL Gc nL Nc

Règle: Les proportions ¼, ¼ , ¼; ¼ caractérisent le backcross d’un dihybridisme avec dominance et ségrégation indépendante des gènes.

II- Remaniement de l’information génétique au cours des phénomènes sexuelsLors de la formation des gamètes, il y a séparation des chromosomes homologues et

donc une séparation des allèles contrôlant un caractère donné. Cependant, certains biologistes ont mis en évidence des possibilités d’une liaison des allèles.

1- Expérience de MorganMorgan croise deux races pures de drosophiles : l’une est à corps gris et à ailes

longues et l’autre est à corps noir et à ailes courtes. En F1, on obtient 100% d’individus à corps gris et à ailes longues.

Conclusion : Gris domine noir et longue domine courte.Par la suite, Morgan procède à un backcross. Il obtient les résultats suivants :- 43,5% de drosophile à corps gris et à ailes longues, - 43,5% de drosophiles à corps noir et à ailes courtes ;- 6,5 % de drosophiles à corps gris et à ailes courtes ; -6,5% de drosophiles et à ailes longues.Les parentaux représentent ainsi 87 % tandis que les recombinés 13 %. On obtient

donc plus de parentaux que de recombinés. Ce résultat ne se comprend que si on admet que les gènes qui contrôlent ces caractères sont liés.

Règle : Lorsqu’on obtient 4 phénotypes après backcross et que les proportions des parentaux sont supérieures à celles des recombinées, il s’agit d’un dihybridisme avec liaison partielle des gènes.

2- Notion de crossing-over ou enjambementLes proportions statistiques obtenus par Morgan dans le croisement précédent (87% de

parentaux et 13 % de recombinés) ne rappellent ni celle d’un monohybridisme ni celle d’un dihybridisme avec gène indépendant. Ce résultat ne peut s’expliquer que si on admet que les gènes sont liés et qu’il y a échange de fragments de gènes. En effet, à la prophase I, les chromosomes appariés peuvent s’échanger des fragments au moment de leur séparation. On parle de crossing-over ou enjambement.

Le taux de recombinés représente par convention la distance entre deux gènes. 1 % de recombinés équivaut à 1 CM (le centimorgan est l’unité de la distance génétique).

III- Notions de caryotype et de chromosome1- Chromosome et détermination du sexeChaque cellule de chaque être humain (à l’exception des cellules sexuelles et des

hématies) contient un ensemble de 46 chromosomes qui constitue le caryotype de l’espèce humaine.

Le caryotype est donc l’équipement chromosomique d’une cellule. C’est une représentation de l’ensemble des chromosomes d’une cellule classées en fonction des informations relatives à la taille des chromosomes, la position du centromère et la disposition des bandes sombres et claires. Chez l’Homme, on distingue 23 types de chromosomes. Chaque type est présent en deux exemplaires dans nos cellules. Ces cellules ont donc un caryotype diploïde. Les cellules sexuelles (gamètes) me montre qu’un seul exemplaire (lot) de chaque chromosome, elles ont donc un caryotype haploïde.

22

Si l’on compare le caryotype d’un homme et d’une femme, on constate que parmi les 23 paires de chromosomes, 22 paires sont réellement identiques entre les deux sexes. Ces chromosomes sont appelés autosomes (lignée somatique). La 23e paire est formée de deux chromosomes semblables chez la femme et différents chez l’homme. Ces chromosomes caractérisent le sexe de l’individu. On les appelle chromosomes sexuels ou gonosomes ou hétérochromosomes. Ils sont désignés par XX chez la femme et XY chez l’homme.

Dans l’espèce humaine, la formule chromosomique est donc la suivante :- 44 A + XY chez l’homme ;- 44 A + XX chez la femme.N.B : Le nombre de chromosome n’est pas lié à la taille de l’espèce. Il varie d’une

espèce à l’autre mais est constant à l’intérieur de la même espèce (Exemple : Homme 2n = 46 ; chimpanzé : 2n = 48 ; tabac : 2n = 48).

2- Notions d’identité biologique et d’identité spécifique L’ensemble des caractères d’un individu constitue son identité biologique. On

distingue les caractères spécifiques (caryotype), les caractères morphologiques (couleur de la peau, forme du nez, ……) et les caractères moléculaires.

Les cellules d’un individu portent des marqueurs moléculaires dont les combinaisons font de cet individu un être original et unique (à l’exception de vrais jumeaux).

Par exemple, des travaux fondés sur les réactions d’agglutination ont permis de classer les hommes en quatre groupes sanguins dans le système ABO : A, B, AB et O. Ces groupes sont définis par la présence à la surface des hématies des molécules formées de polysaccharides liées à des protéines de la membrane (agglutinogènes) et par la présence dans le sérum des anticorps ou agglutinines.

23

groupe sanguin antigène« drapeau »ou agglutinogène

Anticorps ou agglutinine

groupe A A anti-Bgroupe B B anti-Agroupe AB A et B aucungroupe O aucun anti-A et anti-B

Les possibilités de transfusion sanguine sont donc limitées à celles présentées dans le tableau ci- dessous.

qui donne du sang à qui ?

groupe donne à reçoit de

A A et AB A et O

B B et AB B et O

ABreceveur universel

AB A, B, AB et O

Odonneur universel

A, B, AB et O O

Les allèles A et B sont dominants alors que l’allèle O est récessif.

D’autres marqueurs sanguins humains existent et sont à l’origine des accidents de transfusion. C’est l’exemple du système Rhésus. Il est définit par la présence de certaines molécules sur les hématies. La principale molécule porte le nom de molécule D. 85 % des individus possèdent cette molécule et sont dits Rhésus positif (Rh+). Les individus dont les hématies ne possèdent pas de molécule D sont dits Rhésus négatif (Rh-). Dans le système Rhésus, nous avons plusieurs cas de figure lors des transfusions :

- Rh+ peut donner son sang à Rh+

- Rh- peut donner son sang à Rh-

- Rh- peut donner son sang à Rh+

- Rh+ ne peut pas donner son sang à Rh-

Chez la femme enceinte Rhésus -, il existe un risque d’incompatibilité sanguine foeto-maternelle si l’enfant qu’elle porte est Rh+ (en héritant du facteur D de son père). Le risque pour le premier enfant est inexistant. Il apparaît seulement pour les grossesses suivantes du fait que des globules rouges du premier né peuvent passer dans le sang maternel au moment

24

de l’accouchement et y persister. La mère risque de s’immuniser contre le facteur rhésus du bébé. Au cours d’une seconde grossesse, ces anticorps anti-rhésus présents dans le sang maternel passent à travers le placenta et détruisent les globules rouges du fœtus. Lorsque les taux d’anticorps maternels sont élevés, la destruction massive des globules rouges conduit à la maladie hémolytique du nouveau-né. Il faut alors remplacer intégralement le sang de l’enfant.

Des molécules découvertes sur les leucocytes ou globules blancs nommés Human Leucocyt Antigen (HLA) se retrouvent sur toutes les cellules nucléées en très grand nombre. Ces molécules forment le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) et sont responsables du phénomène de rejet de greffe entre individus différents. Ces molécules de surface sont codées par six gènes appelés A, B, C, DP, DQ et DR. Ces gènes sont polyalléliques (à chaque gène correspond de nombreux allèles) de sorte que le nombre de combinaison mathématique possible est énorme. Chaque individu porte donc une carte d’identité cellulaire qui constitue le soi.

IV- Hérédité liée au sexeNous avons considéré jusqu’à présent que les gènes responsables de certains

caractères étaient portés par des autosomes c'est-à-dire des paires de chromosomes homologues. Mais, il est possible que certains caractères soient portés par des gonosomes. C’est l’exemple des gènes responsables de certaines maladies telles que l’hémophilie et le daltonisme.

1- L’hémophilie

C’est une maladie caractérisée par des hémorragies prolongées dû à l’absence de facteurs de la coagulation du sang. Ce qui fait que le sang coagule mal, très lentement. Ces individus sont victimes d’hémorragies spontanées et graves. Cette maladie est due à un gène récessif noté h porté par le chromosome X. Cette anomalie de la coagulation du sang affecte généralement les hommes. Les femmes hémophiles sont rares. Les femmes qui transmettent ces caractères sont des conductrices ou vectrices. Une femme vectrice est hétérozygote (XHXh). Le gène normal est dominant et noté H.

Exemples de quelques croisements

- homme hémophile × femme normale

Génotype : Xh Y × XHXH

Gamète : Xh , Y ; XH


XH

Xh XHXh

Y XHY

soit 50 % de femme vectrice et 50 % d’homme normal

- homme hémophile × femme vectriceGénotype : Xh Y × XHXh

Gamète : Xh , Y ; XH, Xh

Echiquier de croisementXH Xh

25

Xh XHXh Xh Xh

Y XHY XhYsoit 25 % de femme vectrice, 25 % de femme malade, 25 % d’homme malade, 25 % d’homme normal.

2- Le daltonismeC’est une anomalie de confusion de couleur rouge et vert non dissemblables. Cette

maladie est héréditaire et dû à un gène récessif noté d et porté par le gonosome X. Son mode de transmission est semblable à celui de l’hémophilie. Un homme peut être mormal (XDY) ou daltonien (XdY) alors qu’une femme peut être normale (XDXD), vectrice (XDXd) ou daltonienne (XdXd).

N.B : Il arrive parfois qu’un allèle entraîne la mort des individus homozygotes pour cet allèle. On dit que le gène est létal.

V- La génétique humaine

Les conditions de transmission et d’expression des gènes sont les mêmes pour toutes les espèces. Mais l’espèce humaine pose un certain nombre de problèmes particuliers aux généticiens et aux médecins :

- la durée de renouvellement des générations ;- la faible fécondité ;- un caryotype complexe ;- les croisements non dirigés.Pour surmonter ces difficultés, l’étude de la génétique humaine est surtout basée sur

l’analyse des arbres généalogiques ou pedigrees.L’arbre généalogique permet l’étude des ascendants et des descendants d’un individu

en génétique humaine. Les règles de construction de l’arbre généalogique sont les suivantes :

26

foetus

vrais jumeaux

faux jumeaux

homme

femme

sexe inconnu

phénotype morbide

phénotype sain

I, II, III : générations

1,2 3, : n° d’ordre dans la génération

I1 2

III1 2 3

II

1 2 3 4 5 6 7

Les individus d’une même génération sont groupés sur une ligne horizontale repéré par un chiffre romain I, II, III…. A l’intérieur de chaque génération, on affecte un numéro à chaque individu.N.B : Dans un pedigree, si une anomalie (maladie) affecte aussi bien les garçons que les filles, il s’agit d’une maladie autosomale. Par contre, si la maladie n’affecte en majorité que des garçons, c’est une maladie gonosomale. Par ailleurs, si on rencontre des malades dans chaque génération, l’allèle responsable de la maladie est dominant. Par contre, si les malades ne se rencontrent pas dans toutes les générations, l’allèle responsable de la maladie est récessif.

VI- Anomalies chromosomiques et leurs conséquences.

Il arrive parfois que les chromosomes d’une personne ne soient pas entiers ou ne soient pas en bon nombre : on parle d’anomalies chromosomiques. Comme les chromosomes permettent à l’organisme de se former et de fonctionner, les anomalies chromosomiques provoquent de mauvais fonctionnements de l’organisme et, souvent, des malformations et un retard mental plus ou moins grave. Un certain nombre de syndromes (ensemble de signes ou de symptômes qui caractérisent un état pathologique) liés à ces anomalies et connus depuis longtemps ont été étudié lorsque les techniques cytologiques ont permis de reconnaître les chromosomes humains.

1- Anomalies portant sur les autosomes Syndrome de Down ou mongolisme ou trisomie 21

Le sujet qui est atteint possède 3 chromosomes possède 3 chromosomes 21 au lieu de 2. Il présente une face plate, un nez court, des yeux bridés, des doigts courts et parfois des malformations cardiaques.

2- Anomalies portant sur les gonosomes

Syndrome de Turner

Il affecte les sujets féminins qui restent de petite taille, stériles et ne développent pas de caractères sexuels secondaires. Les sujets atteints ont dans leurs cellules 45 chromosomes au lieu de 46 cars ils possèdent un seul chromosome X et sont notés XO.

Syndrome de Klinefelter

Il affecte les sujets masculins qui présente à la fois des caractères sexuels secondaires de type masculin (grande taille, épaule large,…..) et de type féminin (bassin large, sein, ….). Ils sont stériles à cause du faible développement des testicules. Ils présentent dans leurs cellules 47 chromosomes ou plus. Ils ont pour génotypes XXY ou XXXY.

On appelle anomalie chromosomique une anomalie due à la variation en plus ou en moins du nombre de chromosomes dans les cellules d’un individu.

27

VII- Anomalies géniques

Les maladies géniques résultent de la modification d’un ou de plusieurs gènes, dans tout ou partie des cellules de l’organisme et responsable d’un trouble, d’une malformation ou d’une maladie.

La majorité des maladies géniques héréditaires sont monogéniques (intéressent un seul gène) bien qu’ils existent des maladies génétiques héréditaires polygéniques. Les anomalies monogéniques se transmettent le plus souvent de façon récessive c'est-à-dire que les deux exemplaires du même gène doivent être porteurs de l’anomalie responsable de la maladie pour que celle-ci s’exprime. La drépanocytose et l’albinisme en sont des exemples.

1- Drépanocytose

La drépanocytose ou anémie falciforme est une maladie génétique due à la présence à l’état homozygote d’un gène codant pour une hémoglobine anormale appelée S. L’hémoglobine normale est noté A. La transmission obéit aux lois de Mendel. Il existe trois types d’individus :

- les individus AA qui sont normaux ;- les individus AS hétérozygotes qui transmettent la maladie sans la manifester ;

- les individus SS qui sont malades ( troubles circulatoires, espérance de vie courte).

2- Albinisme

L’albinisme est une maladie génétique dans laquelle la peau et les poils des animaux n’ont pas (ou presque pas) de pigments de couleur : ils sont entièrement blancs. L’albinisme existe chez la plupart des animaux, ainsi que chez l’homme. Cette maladie est due à un gène muté qui est incapable d’effectuer la synthèse de la mélanine (pigment qui donne la couleur noire à la peau). Ce gène est récessif et noté a alors que le gène normal est noté A.

VIII- Médecine préventive et médecine prédictive

1- Médecine préventiveC’est une branche de la médecine ayant pour objet de prévenir l’apparition,

l’aggravation ou l’extension des maladies. Elle consiste au recours à la vaccination et à un certains nombres de tests (examens sanguins, test du SIDA,…).

2- Médecine prédictive C’est l’ensemble des techniques médicales permettant d’estimer le risque génétique de

voir apparaître à long terme, chez un sujet, une maladie donnée. Elle permet donc de déterminer par l’étude des gènes, la probabilité de développer une maladie.

28

Chapitre 4 : L’évolution humaine

Objectifs du chapitreA la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- établir les preuves en faveur de l’évolution humaine ;- identifier les différentes étapes de l’hominisation

IntroductionL’évolution est l’ensemble des transformations qu’ont subi les êtres vivants au cours

des temps géologiques et qui ont conduit à la faune et à la flore actuelle. Le genre humain est le dernier né des êtres vivants. L’Homo sapiens sapiens, l’homme actuel est le terme d’un ensemble d’évolution qui a progressivement transformé son ancêtre Sahelanthropus tchadensis. Les plus anciens fossiles d’hominidés furent découverts en Afrique. C’est pourquoi ce continent est considéré comme le berceau de l’humanité.

I- Preuves de l’évolutionCes preuves sont fournies par le reste de squelette, les traces d’activités, les outils et

les peintures datant parfois de six millions d’années retrouvés un peu partout dans le monde :- En Afrique : Tanzanie, Ethiopie, Tchad et RSA ;- En Europe : France, Allemagne ;- En Asie : Chine, Indonésie.1- Le squeletteLa comparaison des crânes montre une augmentation progressive du volume de

l’encéphale, la diminution du volume de la mâchoire inférieure et l’augmentation de l’angle facial. La comparaison des os du bassin montre qu’au fur et à mesure qu’on évolue, ce bassin devient de plus en plus large.

Homme Chimpanzé1- La tête est posée en équilibre au sommet de la colonne vertébrale

1- La tête est posée en porte à faux en avant de la colonne vertébrale

2- La tête et le trou occipital sont alignés 2- La tête n’est pas alignée au trou occipital3- Membres inférieurs plus allongés que les membres supérieurs

3- Membres supérieures plus allongés que les membres inférieurs et touchent presque le sol en position debout

4- Bassin large 4- Bassin allongé5- Gros orteil dans le même alignement que les autres doigts

5- Le pouce est opposable à la main et aux pieds

6- Mâchoires peu volumineuses 6- Mâchoires volumineuses

Cette comparaison nous permet de comprendre les différentes étapes franchies par l’homme au cours de son évolution.

La forme du bassin est importante. Le bassin allongé montre une bipédie imparfaite. Ce qui fait que les singes ne marche pas parfaitement sur leurs deux pieds. Celui de l’Homme est plus large et correspond à une bipédie parfaite.

29

2- Preuves chromosomiquesLe document ci-dessous montre la juxtaposition de deux demi caryotype : à gauche de

chaque paire on a un chromosome humain et à droite un chromosome de chimpanzé.

L’analyse de ce document montre que le caryotype du chimpanzé est 2n = 48 et celui de l’homme est 2n = 46.

L’hypothèse qu’on peut émettre est que le passage de 2n = 48 à 2n = 46 est rendu possible grâce à une fusion de 2 chromosomes de la 2e paire du chimpanzé pour donner le chromosome N° 2 humain.

II- Evolution de l’HommeL’Homme appartient à l’ordre des Primates. Il forme avec les singes anthropoïdes le

groupe des Hominoïdes. Il appartient à la Famille des Hominidés. Le parcourt humain va de Sahelanthropus tchadensis à l’Homo sapiens sapiens en passant par Australopithecus sp, Homo habilis, Homo erctus et Homo sapiens.

1- Les AustralopithèquesEtymologiquement australopithèque signifie « singes du sud » parce que les premières

découvertes d’un spécimen fossile (1925) ont été faites en Afrique du Sud. On a recensé plusieurs espèces d’Australopithèques. Ils sont connus depuis 3 millions d’années voire même 5 millions d’années.

30

Le volume crânien est voisin de celui des grands singes, entre 400 et 600 cm3. Néanmoins, la bipédie n’est pas parfaite. Leur taille était d’environ 1m30. La forme de la mâchoire rappelle celle des simiens. Aucun outil n’a été découvert. Exemple : Australopithecus anamensis, A. africanus, A. boisei.

2- Homo habilisIl est connu depuis 2,5 millions d’années. Le volume crânien varie entre 660 et 770

cm3. La bipédie est parfaite. L’existence d’un langage articulé n’est pas certaine. Les outils fabriqués sont des galets amenagés.

3- Homo erectusBien dressé sur ces jambes et marchant debout, l’Homo erectus, né dans la savane

africaine accomplit il y a près de 1, 4 millions d’années, deux révolutions essentielles pour l’histoire de l’humanité : il domestiqua le feu et va à la conquête de l’Ancien Monde.

Le plus complet squelette fossile d’Homo erectus fut découvert à l’Est du lac Turkana en Afrique de l’Est. Il s’agit du squelette d’un jeune garçon d’environ 12 ans daté de 1,6 millions d’années.

L’Homo erectus mesurait qu delà de 1m68. Le menton est encore absent, les dents sont grosses, le bourrelet sus orbitaire fort. La capacité crânienne avoisine 800 à 900 cm3

4- Homo sapiensL’Homo sapiens (homme sage) apparaît il y a environ 200 000 ans. A quelques détails

près, il ressemble à l’homme actuel. Les fossiles d’Homo sapiens ont été très fréquemment découverts en Europe. L’Homo sapiens a évolué en deux groupes : l’Homo sapiens neanderthalensis (Homme de Néanderthal en Allemagne) et Homo sapiens sapiens.

Les Homo sapiens neandrthalensis ont disparu. Ils étaient petits, trapus, avec un cerveau aussi gros que le nôtre, une mâchoire proéminente et dents saillantes. Ils vivaient de la chasse.

5- Homo sapiens sapiensC’est l’homme actuel et qui est connu depuis 100 000 ans. Le volume crânien moyen

est de 1400 cm3. Les dents ont subi une réduction qui est peut être à l’origine du menton. Le bourrelet sus orbitaire a disparu. Le front est redressé.

Il est chasseur, agriculteur, éleveur et industriel. Mais il organise des génocides et va même à la conquête de l’espace.

6- Critères de l’hominisation

La comparaison entre l'homme et les singes anthropomorphes actuels (les pongidés : gorille, chimpanzé...) permet de déduire les critères d'appartenance à la lignée humaine :- bipédie, possible grâce à la forme du bassin, à l'articulation du genou, à la courbure de la colonne vertébrale.- pilosité.- squelette (longueur des bras).- développement du cerveau.- langage (position du larynx).- acquisition de la culture, des techniques, de l'art...

a- L’acquisition de la bipédie

31

C’est la première acquisition de l’homme. Cette bipédie permanente rencontrée seulement chez l’homme, entraîne des modifications profondes du squelette qui affectent les membres, la colonne vertébrale, le bassin et le crâne.

b-Le développement de l’encéphale

De l’australopithèque à l’Homo sapiens sapiens, le volume de l’encéphale a presque triplé. L’évolution humaine est marquée par une augmentation du volume crânien.

Ce développement du cerveau rend l’Homo apte à enregistrer, archiver, traiter et réutiliser toutes les informations qu’il reçoit. Il est intelligent et c’est grâce à cette intelligence qu’il supplante les autres espèces animales.

c- La libération de la main et la non spécialisation des dents

Elle est aussi une conséquence de la bipédie permanente. D’organe locomoteur, la main devient préhensile, capable d’exécuter les gestes volontaires les plus complexes et les travaux minutieux. Elle remplace la mâchoire comme organe de travail ou de défense. Ainsi limitée à son rôle masticateur, la mâchoire régresse alors que les dents deviennent de plus en plus petites et de moins en moins spécialisées.

d- L’acquisition du langage et de la culture

L’acquisition du langage articulé est due à une modification anatomique du cerveau mais surtout à des modifications anatomiques qui ont affecté le larynx et le pharynx.

La culture est l’ensemble des traces d’activité des hommes.

32

Chapitre 5 : Les principaux constituants de la matière vivante

Objectifs du chapitreA la fin de ce chapitre, l’élève sera capable d’identifier les constituants de la matière

vivante.

IntroductionL’analyse chimique de la matière vivante montre qu’elle renferme des substances

minérales (eau, sels minéraux) et des substances organiques. Ces substances peuvent être identifiées par plusieurs méthodes.

I- Les substances minéralesLes substances minérales sont incombustibles.1- L’eauC’est le constituant le plus abondant des êtres vivants. Elle s’y trouve dans des

proportions différentes selon les organismes. Par exemple, l’eau constitue environ 75 % environ du poids corporel de l’homme. Dans les fruits charnus, l’eau constitue 80 à 90 % de leur poids.

L’eau joue un rôle fonctionnel car elle permet de nombreuses réactions chimiques cellulaires. Elle assure le transport de certaines substances.

2- Les sels minérauxIls peuvent se retrouver à l’état solide (phosphates et carbonates de calcium du

squelette) mais aussi en solution sous forme d’ions (chlorures Cl-, sulfate SO42-, phosphate

PO4 3-, nitrate NO3

-, potassium K+, magnésium Mg2+, calcium Ca2+).La quantité de sels minéraux contenus dans un fragment d’organisme est connu en

faisant brûler puis en analysant les cendres.

Mise en évidence des sels minéraux

Sels minéraux Réactifs spécifiques RésultatsCl- Nitrate d’argent Précipité blanc qui noircit à la lumièreSO4

2- Nitrate de Baryum Précipité blanc de sulfate de BaryumPO4

3- Réactif ammoniaco-magnésien

Précipité blanc de phosphate ammoniaco-magnésien

NO3- Diphényl-amine Coloration bleue

CO3- Acide chlorhydrique effervescence

K+ Acide picrique à saturation

Précipité en aiguille de picrate de potassium

Na+ Acide chlorhydrique Précipité blanc de chlorure de sodiumCa2+ Oxalate d’ammonium Précipité blanc d’oxalate de calcium

33

II- Substances organiques ou biomolécules

L’étude de la composition chimique des êtres vivants permet d’identifier trois grands groupes de substances organiques : les glucides, les lipides et les protides.

1- Les glucidesCe sont des composés renfermant le carbone, le dihydrogène et le dioxygène (C, H,O).

Ce sont des hydrates de carbone. Ce sont des composés ternaires. Le groupe des glucides est subdivisé en oses, diosides et polyosides.

a- Les oses ou sucres simplesIls sont classés selon le nombre d’atomes de carbone présents dans leurs molécules (3

à 7). Les plus importants du point de vue biologique sont les hexoses. Ils ont pour formule brute C6H12O6. Ce sont le glucose, le fructose et le galactose. Ces hexoses ont une saveur sucrée et en présence de la liqueur de Fehling à chaud donnent un précipité rouge brique. Ils forment avec de l’eau une solution vraie : c'est-à-dire une solution dans laquelle on ne distingue pas le soluté du solvant.

b- Les diosidesIl représente l’association de deux molécules d’hexoses. On distingue trois diosides :

saccharose, maltose et lactose. Ce sont des isomères ayant pour formule C12H22O11. Pour les distinguer, il faut procéder à leur hydrolyse.

L’hydrolyse du saccharose donne une molécule de glucose et une molécule de fructose.

L’hydrolyse du maltose donne deux molécules de glucose.L’hydrolyse du lactose donne une molécule de glucose et une molécule de galactose.Le maltose et le lactose sont des sucres réducteurs autant que les hexoses car en

présence de la liqueur de Fehling, on obtient un précipité rouge brique. Cependant, le saccharose n’est pas un sucre réducteur. Les diosides forment avec l’eau une solution vraie.

c- Les polyosidesOn distingue trois polyosides. Il s’agit de l’amidon, du glycogène et de la cellulose.

Ce sont des isomères de formule brute (C6H10O5)n. Les polyosides sont formés de plusieurs molécules de glucoses.

L’amidon réagit avec de l’eau iodée pour donner une coloration bleue. Lorsque la poudre d’amidon est répandue dans de l’eau froide, on obtient une solution colloïdale (fausse solution) appelée lait d’amidon. Si on chauffe le lait d’amidon, on obtient une solution appelée empois d’amidon. L’amidon est le sucre de réserve chez les végétaux et son hydrolyse complète conduit au glucose.

Le glycogène est l’équivalent animal de l’amidon : c’est le sucre de réserve chez les animaux. Le glycogène réagit avec l’eau iodée pour donner une coloration brun- acajou.

La cellulose participe à l’architecture des parois cellulaires. Elle ne peut être digérée par l’Homme mais facilite la digestion et le transit des aliments dans le tube digestif.

2- Les lipides

34

Ils sont formés des mêmes éléments chimiques principaux que les glucides. Ce sont des substances insolubles dans l’eau avec laquelle elles forment des émulsions. Les lipides sont solubles dans la plupart des solvants organiques tels que l’éther, le chloroforme, l’alcool et l’acétone. Les lipides sont des esters d’acide gras et d’alcool. La réaction qui aboutit à leur formation est l’estérification :

R– OH + R’–COOH R – COO – R’

Les lipides laissent sur du papier une tâche translucide qui ne disparaît pas à chaud. Ils sont colorés en rouge par le rouge soudan III. Ils forment avec l’eau un mélange hétérogène.

3- Les protidesCe sont les substances organiques les plus abondantes de la matière vivante. Ils sont

constitués de quatre éléments fondamentaux : le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote. Ce sont des composés quaternaires Quelquefois, certaines protéines renferment du soufre et du phosphore. Les protides sont des acides aminés ou des polymères d’acides aminés.

a- Les acides aminés Ils sont au nombre de 20 dans la matière vivante ; Ce sont les molécules protidiques les plus simples. Ils ont pour formule : NH2 – CHR – COOH où – COOH est le groupement fonctionnel acide, NH2 – le groupement fonctionnel amine et R un radical variable qui dépend de l’acide aminé considéré. Il existe 20 radicaux différents correspondant aux 20 acides aminés.

b- Les peptidesLes acides aminés s’unissent les uns aux autres à travers des liaisons peptiques. Ces

liaisons s’établissent à travers le groupement carboxylique du premier acide aminé et le groupement amine du second acide aminé.

c- Les protéinesCe sont des polypeptides renfermant plus d’une cinquantaine d’acides aminés. Les

protéines sont des macromolécules qui constituent plus de la moitié du poids sec de l’organisme. Elles sont mise en évidence par la réaction Xanthoprotéique (acide nitrique HNO3

35

et ammoniac NH4OH ; jaune serein puis jaune orangé) et la réaction de biuret (sulfate de cuivre CuSO4 et soude ; bleu puis violette).

Chapitre 6 : L’alimentation

Objectifs du chapitreA la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- distinguer les différentes étapes de la digestion en précisant les différentes enzymes ;- indiquer le devenir des nutriments ;- dégager l’importance d’une alimentation équilibrée et de la notion de vitamine.

IntroductionPour sa croissance, son fonctionnement et le maintien de sa température, l’organisme a

besoin de certaines substances qui lui sont fournies par les nutriments. Ces nutriments proviennent de la dégradation des aliments (qui sont des macromolécules) que nous consommons au cours du processus de digestion.

I- De l’aliment au nutriment : la digestionLa digestion est l’ensemble des transformations mécaniques et chimiques que

subissent les aliments dans le tube digestif.1- Anatomie de l’appareil digestifL’appareil digestif comprend le tube digestif et les glandes annexes.- le tube digestif va de la bouche à l’anus en passant par l’œsophage, l’estomac,

l’intestin grêle et le gros intestin ;- les glandes annexes telles que les glandes salivaires, les glandes gastriques, les

glandes intestinales, le pancréas et le foie.

36

L’appareil digestif humain

2- La digestion mécaniqueElle comporte deux étapes, dans la bouche et dans l’estomac.Dans la bouche, la digestion mécanique est assurée par les dents. Les aliments sont

broyés et mélangés à la salive : c’est la mastication.Dans l’estomac s’effectue une solubilisation des aliments par brassage dû à la

contraction du muscle gastrique. Les mouvements péristaltiques qui se déroulent au niveau de l’intestin entrent aussi dans la digestion mécanique.

2- La digestion chimiqueAu niveau de la bouche, la salive contient une enzyme ; la ptyaline ou amylase

salivaire qui transforme l’amidon cuit en maltose. Dans la bouche, se forme le bol alimentaire.

Au niveau de l’estomac, on note l’action de deux enzymes, la présure qui provoque la coagulation du lait et la pepsine qui transforme les protides en polypeptides de plus petite taille. Dans l’estomac, il y a aussi la sécrétion d’acide chlorhydrique car le suc gastrique agit en milieu acide. Dans l’estomac, se forme une bouillie appelée chyme.

Au niveau du duodénum où se déverse le suc pancréatique, il y a l’action de plusieurs enzymes. L’amylase pancréatique transforme l’amidon cuit et cru en maltose. La lipase pancréatique transforme les lipides en acide gras et alcool. La trypsine et la chymotrypsine scindent les protides en polypeptides et en acides aminés.

N.B : La bile sécrétée par le foie intervient aussi au niveau du duodénum mais elle n’est pas un suc digestif. Elle ne contient aucun enzyme. Elle facilite tout simplement la digestion des lipides en créant des émulsions. Le suc pancréatique agit en milieu légèrement basique.

Tout au long de l’intestin grêle, le suc intestinal est sécrété. Il renferme une maltase qui transforme le maltose en glucose, une saccharase qui transforme le saccharose en fructose et galactose, une lactase qui transforme le lactose en glucose et galactose. Le suc intestinal agit en milieu basique.

La digestion s’achève au niveau de l’intestin et son contenu est appelé chyle.

37

N.B : L’eau, les sels minéraux et les vitamines ne subissent aucune transformation dans le tube digestif.

A la fin de la digestion, les aliments ont été transformés en molécules de petites tailles appelées nutriments.

38

TABLEAU DE LA VUE GENERALE DE LA DIGESTION

Niveau du tubeDigestif

Sucs enzymes Glucides(amidon)

protides lipides eau Sels minéraux Vitamines

Bouche salivairePtyaline ou amylasesalivaire Amidon

+Maltose

39

Estomacgastrique Pepsine

Polypeptides + peptides

Duodénumpancréatique

Amylase pancréatique Maltose

Lipase 1Acide gras + glycerol

trypsineAcides aminés + dipeptides

Intestin intestinalChymotrypsine

MaltaseGlucose

40

Lipase 2Acide gras + glycerol

Composants du chyleglucose Acides aminés

Glycérol, acide gras

eau Sels minéraux Vitamines

41

II- L’absorption intestinaleC’est le passage des nutriments dans le milieu intérieur (sang et lymphe) à travers la

paroi des villosités intestinales.

Intestin grêle et villosité intestinale

Les villosités intestinales sont des fins filaments observés sur les replis de la muqueuse intestinale. L’absorption intestinale comprend deux voies :

- la voie sanguine dans laquelle passe directement les acides aminés, le glucose, les sels minéraux, l’eau et les vitamines hydrosolubles ;

- la voie lymphatique dans laquelle passe les acides gras, le glycérol et les vitamines liposolubles.

N.B : L’assimilation est l’utilisation des nutriments pour la fabrication de nouvelles matières, la production d’énergie, l’entretien et la croissance de l’organisme.

III- L’alimentation équilibréeL’alimentation est une fonction biologique qui consiste en l’absorption de substances

nécessaires à l’organisme.Une alimentation équilibrée est une alimentation permettant de fournir les éléments

nécessaires au bon fonctionnement de l’organisme. Elle doit être adaptée à chaque individu du point de vue qualitatif et quantitatif.

1- L’équilibre qualitatifCette alimentation doit renfermer les six groupes d’aliments (eau, sels minéraux,

vitamines, protides, lipides et glucides).Le manque de vitamine cause des maladies qu’on regroupe sous le nom

d’avitaminoses. On peut citer :- le rachitisme dû au manque de vitamine D et qui se caractérise par des

déformations osseuses. Le besoin quotidien en vitamine D est de 0,01 mg. Cette vitamine est fournit par les aliments tels que le lait, le beurre ou le jaune d’œuf ;

- le scorbut dû au manque de vitamine C et qui se caractérise par des douleurs musculaires, des hémorragies, des ulcérations des gencives et la chute des dents. Le besoin quotidien est de 1,5 mg. Cette vitamine est contenue dans les agrumes ;

42

- le béribéri dû au manque de vitamine B1 et qui se caractérise par des troubles nerveux et une défaillance cardiaque. Le besoin quotidien est de 1,5 mg. On rencontre cette vitamine dans le tégument des céréales.

Le manque de sels minéraux cause aussi des maladies. Par exemple, le goitre (hyperthyroïdie) est dû au manque d’iode.

Il est important de noter que les proportions de vitamine et de sels minéraux nécessaires varient avec l’âge et le type d’activité de l’individu.

2- L’équilibre quantitatifIl est atteint lorsque la personne ne grossit ni ne maigrit.Quand les apports fournis par l’alimentation ne sont pas adaptés aux besoins de

l’organisme, on parle de malnutrition. La malnutrition peut être liée à trois situations différentes : une alimentation en quantité insuffisante, une alimentation en quantité suffisante mais déséquilibrée, ou une alimentation en quantité trop importante, mais également déséquilibrée (on peut être suralimenté et manquer de nutriments essentiels comme les vitamines et les minéraux).

Dans les pays riches, on est de plus en plus victime de suralimentation : on mange trop, et trop souvent (de plus en plus de grignotage en dehors des repas). De plus, l’alimentation est de plus en plus déséquilibrée : on mange trop riche, trop gras, trop sucré, trop salé, trop vite. On manque de fibres, de vitamines, de minéraux. On boit aussi de plus en plus mal : trop de boissons sucrées (sodas) au lieu d’eau.

Une alimentation de ce type, trop déséquilibrée et trop riche, associée à un mode de vie sédentaire, provoque surpoids et obésité (aux États-Unis par exemple, 2 personnes sur 3 présentent un excès de poids ; 1 sur 3 est obèse). Ces situations augmentent beaucoup le risque de développer de nombreuses maladies : maladies du cœur, cancers, diabète, cholestérol, hypertension, etc.

Dans les régions rurales des pays pauvres, la malnutrition est souvent liée au manque de nourriture. Un tiers des habitants de notre planète (2 milliards de personnes) ne mangent pas à leur faim : ils sont sous-alimentés. Quand ils manquent de tous les nutriments dont leur organisme a besoin pour fonctionner, on parle de dénutrition.

Mais, même si les quantités de nourriture sont suffisantes pour survivre, les populations des pays pauvres n’ont, trop souvent, accès qu’à quelques aliments : leur alimentation n’est pas assez variée pour les maintenir en bonne santé. Elles manquent de protéines animales, de fruits et de légumes verts. Cette malnutrition provoque des carences alimentaires à l’origine de plusieurs maladies graves, comme le kwashiorkor (manque de protéines) et le béribéri (manque de vitamine B).

La ration alimentaire est la qualité et la quantité d’aliments qu’un individu ingère quotidiennement pour maintenir son poids et sa santé. Il existe plusieurs types de rations alimentaires : ration de croissance, ration d’entretien, ration de la femme enceinte…..Pour ne pas perdre de poids, un être humain doit recevoir chaque jour d’aliments une quantité d’énergie égale à celle que dépense son organisme. La valeur énergétique de la ration alimentaire dépend du travail fourni.

43

Chapitre 7 : La respiration cellulaire


A la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- montrer que la cellule absorbe l’oxygène et rejette le CO2,- expliquer que la respiration cellulaire est le terme ultime de la simplification

moléculaire par les enzymes

Introduction

Respirer est une fonction vitale assurée par les poumons chez l’Homme comme chez beaucoup d’êtres vivants. Lorsque le thorax augmente de volume, l’air pénètre dans les poumons. C’est l’inspiration. Lorsque le thorax diminue de volume, l’air effectue le trajet inverse. C’est l’expiration. Une inspiration et une expiration constituent un mouvement respiratoire. Les mouvements respiratoires constituent la ventilation pulmonaire. La respiration proprement dite se déroule au niveau cellulaire.

I- Mise en évidence de la respiration

ObservationsAprès quelques minutes, on constate que :- l’eau de chaux se trouble,- l’eau colorée monte dans le tube.

Interprétation- l’eau de chaux se trouble parce qu’il y a eu rejet de CO2 par les fragments de tissu,- l’eau colorée monte dans le tube, ce qui prouve une baisse de la pression due à

l’absorption d’un gaz.Des analyses montrent que l’oxygène contenu dans le bocal a diminué, donc le gaz

absorbé est l’oxygène.

44

Conclusion : La cellule absorbe l’oxygène et rejette le CO2. On peut donc conclure que la cellule respire.

II- Oxydation des nutriments : libération d’énergie et des déchets

C’est au niveau de la cellule que sont dégradés les nutriments issus de la digestion. Cette dégradation nécessite de l’oxygène : c’est donc une oxydation. Les nutriments oxydés sont appelés métabolites. Le principal métabolite de la cellule est le glucose même si les acides gras et les acides aminés peuvent aussi être oxydés. L’équation globale de la respiration est la suivante :

C6H12O6 + 602 6CO2 + 6H2O + 675 Kcal

La respiration cellulaire est le terme ultime de la simplification moléculaire par les enzymes car les substances organiques sont transformées en substances minérales (CO2, H2O)

La digestion des aliments donne des nutriments. Au niveau des cellules, ces nutriments doivent être dégradés en présence d’oxygène et des enzymes. Au cours de cette dégradation, il y a production du CO2, de la vapeur d’eau et libération d’énergie. Cette énergie est stockée sous forme d’ATP (Adénosine triphosphate) qui est la seule forme d’énergie utilisable par la cellule.

Nutriment + 02 CO2 + H2O + Energie

L’énergie produite permet :- le maintien de la température du corps à 37° C,- de faire des efforts musculaires,- de fabriquer de nouveaux tissus en période de croissance, - d’entretenir l’activité des organes vitaux.

45

Chapitre 8 : Le sang et le milieu intérieur


A la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- définir le milieu intérieur,- énumérer les différents constituants du sang et préciser leur rôle,- indiquer les paramètres de la constance du milieu intérieur,- expliquer que l’urine contient des substances nocives au bon fonctionnement de

l’organisme

Introduction:

Toutes nos cellules ont besoin de dioxygène, de nutriments et rejettent des produits issus de leur métabolisme, par exemple des molécules informatives (hormones) ou des déchets (urée). Leur fonctionnement nécessite donc la présence d'un système d'échange et de transport de substances entre les organes qui sont souvent spécialisés et éloignés les uns des autres (poumons, reins, tube digestif, glandes endocrines.). Ce transport s’effectue chez l’être humain dans les liquides spécialisées circulant dans des vaisseaux. Ce liquide constitue le milieu intérieur qui renferme un certain nombre de constituants qui doivent maintenir une constance.

I- Le milieu intérieur

1- Qu'appelle-t-on le milieu intérieur?

Les capillaires sanguins ont un diamètre d'environ 10 micromètres et ont une paroi très mince. Du plasma traverse cette paroi sous l'effet de la pression sanguine et en s'infiltrant entre les cellules de la paroi, des globules rouges peuvent également sortir des capillaires. Ainsi se forme la lymphe interstitielle, qui baigne toutes les cellules de l'organisme.

Liquide clair et incolore, la lymphe a une composition voisine de celle du sang privé de globules rouges.

Ce véritable milieu de vie de nos cellules est situé à l'intérieur du corps appelé milieu intérieur. Ce milieu se renouvelle sans cesse.

Le sang n'est jamais en contact direct avec les cellules de nos organes car la lymphe interstitielle sert toujours d'intermédiaire.

Le sang, la lymphe interstitielle et la lymphe endiguée forment le milieu intérieur.

46

II- Constituants du sang et leurs rôles

1- Constituants du sang

Le sang est composé d'une partie liquide, le plasma, et d'une partie solide, les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes. Le plasma est essentiellement constitué d'eau dans laquelle peuvent se dissoudre de nombreuses substances: l'oxygène et le gaz carbonique, les sels, les sucres, des graisses, des protéines et d'autres substances nutritives issues de la digestion.

Si l'on recueille du sang dans un vase, il prend rapidement l'aspect d'une gelée: le sang se coagule.

Quelques heures après, on distingue:

- au fond du vase, une masse sombre: le caillot,

- au-dessus, un liquide jaunâtre, appelé sérum.

2- Rôles des constituants

Le sang est essentiel à la vie des cellules et donc de notre corps. Chaque cellule, pour vivre, doit en permanence recevoir de l'oxygène et des substances nutritives et évacuer des déchets et du gaz carbonique.

Le plasma transporte les nutriments, les déchets et une partie des gaz respiratoires. Les globules blancs interviennent dans la défense de l’organisme. Les plaquettes sanguines interviennent dans la coagulation du sang.

III- Paramètres de la constance du milieu intérieur

1- Concentration du milieu intérieur

La pression osmotique ou osmolarité du milieu intérieur est de l’ordre de 300 millimoles soit 7 atmosphères. Toute anomalie (augmentation ou diminution de la pression) est rapidement corrigée par les reins qui éliminent l’eau en augmentant la diurèse ou économise l’eau en inhibant la diurèse.

2- Concentration en ions

Les reins effectuent la régulation de la concentration en ions Na+, Cl-, K+,… L’aldostérone, hormone sécrété par la corticosurrénale freine l’élimination du Na+ et stimule celle du K+.

Une augmentation de la concentration du Na+ provoque l’hypertension, laquelle entraîne une diminution de la sécrétion de l’aldostérone et de l’ADH (hormone antidiurétique) sécrété par l’hypothalamus. Ce qui élève la diurèse et l’excrétion du Na+ excédentaire.

47

3- Glycémie

C’est le taux du glucose dans le sang qui doit être voisin de 1 g / l. Si ce taux est inférieur à 1, on parle d’hypoglycémie. Dans ce cas, l’organisme sécrète le glucagon qui est une hormone hyperglycémiante. Cette hormone favorise la glycogénogenèse (hydrolyse du glycogène) et la néoglucogenèse (production par le foie du glucose à partir de composés non glucidiques).

Si la glycémie est supérieur à 1 g / l, on parle d’hyperglycémie. Dans ce cas, l’organisme secrète l’insuline qui est une hormone hypoglycémiante. L’insuline favorise l’entrée et l’utilisation du glucose par les cellules réduisant ainsi son taux dans le sang.

Lorsque le taux de glucose demeure élevé dans le sang, on parle d’hyperglycémie permanente ou diabète. Parmi les symptômes du diabète, on peut citer la glucosurie (présence du glucose dans le sang), la polyphagie (prise excessive d’aliments), la polydipsie (consommation excessive d’eau) et la polyurie (fréquence élevée d’urine).

4- pH du milieu intérieur

Il est stable et varie entre 7, 35 et 7, 45. Cette stabilité est nécessaire pour le fonctionnement des enzymes.

IV- Nécessité de la constance du milieu intérieur

On appelle homéostasie, le processus par lequel un organisme maintient constantes les conditions internes nécessaires à la vie. Ce maintien est assuré par les reins qui jouent un rôle régulateur. Une composition constante du milieu intérieur est essentielle pour la vie des cellules qui y baignent car les enzymes ne peuvent agir qu’à des conditions de pH précis. Cette constance est si importante qu’un changement de cette composition permet de repérer le mauvais fonctionnement de l’organisme.

V- Rôles du rein dans l’élimination urinaire

Le tableau suivant donne la composition de certains constituants dans le sang et dans l’urine.

Eléments Plasma UrineEau 910 910

Ammoniac 0 0,03Glucose 0,8 - 1 0Protéine 70 0Lipide 3 0Urée 0,3 15 – 30

Acide urique 0,045 0,4 – 0,8Sodium 3,3 5 – 6,5

Potassium 0,18 1,4 – 3,5Chlorure 3,65 5 – 7Calcium 0,1 0,01 – 0,03Sulfates 0,04 1,4 – 3,5

phosphates 0,04 1 – 1,5

48

L’urine est un liquide limpide de couleur ambré (jaune – gris) légèrement acide). 1 à 1,5 l d’urine sont rejetés quotidiennement à partir des reins.

Le sang contient des substances toxiques (urée, acide urique) pouvant empoisonner l’organisme. Le rein les extrait du sang et les concentre dans l’urine. On dit que le rein joue un rôle épurateur ou excréteur qui détecte et élimine les déchets.

Le plasma contient des substances utiles (eau et sels minéraux) mais leur concentration ne doit pas dépasser un certain seuil ; L’excédent de ces substances est éliminé par le rein qui joue ainsi un rôle régulateur de la composition sanguine.

Les substances telles que le glucose, les lipides et les protéines sont présentes dans le plasma et absentes dans l’urine : le rein joue donc un rôle de barrière pour les substances organiques.

L’ammoniac est présent dans l’urine mais absent dans le sang. Cette substance a été secrétée par le rein. Le rein joue donc un rôle sécréteur.

Conclusion:

Le sang est composé de plasma dans lequel on retrouve les hématies, les leucocytes, et les plaquettes.

Le sang assure un rôle transporteur. Il transporte les gaz de la respiration (dioxygène et gaz carbonique), les produits de la digestion (glucose, graisses, acides aminés), et divers biocatalyseurs d'origine externe (vitamines) ou d'origine interne (enzymes, hormones, etc.).

Les reins se comportent comme des filtres sélectifs qui contribuent à maintenir constant la composition du plasma sanguin. L’élimination urinaire participe de façon essentielle à l’équilibre du milieu intérieur.

49

Chapitre 9 : L’immunologie


A la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :- définir ce qui est propre à un organisme et ce qui lui est étranger,- identifier les déterminants du soi,- identifier les cellules responsables et leurs modes d’actions ;- distinguer les deux modes de médiation (cellulaire et humorale),- montrer que le système immunitaire peut se dérégler,- décrire le mode d’action d’un virus

Introduction

L’introduction s’oppose en permanence à la pénétration ou à l’invasion par un élément étranger en faisant intervenir un certain nombre de cellules appelées cellules immunitaires.

L’immunité est la résistance naturelle ou acquise d’un organisme face à un agent infectieux (microbe) ou toxique (toxine, venin).

L’immunologie est la branche de la biologie qui étudie les mécanismes de défense de l’organisme contre tout agresseur externe.

I- Le soi et le non soi

1- Mise en évidence

ExpérienceUne greffe de peau humaine réalisé entre un donneur A et un receveur B se vascularise

en cinq jours mais au 12è jour, la greffe est rejetée. Interprétation et conclusionLe greffon est rejeté. Cela suppose donc que les cellules immunitaires ont reconnu le

greffon comme étant un élément étranger (non soi) et l’ont rejeté.

2- Définitions

a- Le soi

C’est l’ensemble des molécules, cellules, tissus et organes qui résultent de la programmation de la cellule-œuf.

b- Le non soi

50

C’est l’ensemble des molécules non codées par le génome (ensemble des gènes) susceptibles d’être reconnus comme étrangères par l’organisme.

Ces molécules ou antigènes ont deux sources possibles :

- soit elles proviennent de l’extérieur et peuvent être pathogènes ou non,

- soit elles proviennent des propres cellules de l’individu qui ont été modifié (soi modifié).

3- Structures responsables

Ce sont :

- les groupes sanguins qui sont portés par les cellules anucléées ;

-les marqueurs du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) encore appelés HLA car observés pour la première fois sur les membranes de leucocytes. Ces molécules qui sont des protéines membranaires sont les plus impliqués dans la caractérisation du soi et sont portées par toutes les cellules nucléées de l’organisme.

Les gènes du HLA sont portés par le bras court du chromosome n° 6 et sont polymorphes. Ainsi, les différentes combinaisons s’exprimant à la surface des cellules diffèrent d’un individu à l’autre et constituent un caractère de l’identité biologique pour chaque individu.

Les molécules du HLA se regroupent en deux classes :- les molécules HLA de classe 1 qui existent à la surface de toutes les cellules

nucléées,- les molécules HLA de classe 2 principalement localisées sur certains leucocytes.

II- Les systèmes de défense de l’organismeOn distingue deux types de système de défense :- la défense naturelle ou non spécifique,- la défense spécifique ou acquise1- les défenses naturelles ou non spécifiquesElle comporte un certain nombre de barrières physiques (peau et cils) et de barrières

biochimiques (acidité de l’estomac, microorganismes des voies génitales féminins, larmes) qui empêchent la pénétration des agents étrangers. Ces barrières sont renforcées par un certain nombre de mécanismes après qu’elles soient franchies. Ce sont entre autres l’inflammation et la phagocytose.

A la suite d’une légère blessure (piqûre provoqué par une épine ou un insecte, brûlure, morsure, …), il se déclenche une réaction inflammatoire caractérisé par :

- la rougeur et la chaleur dues à la dilatation des capillaires sanguins,- le gonflement (œdème) due à la convergence du plasma vers les tissus,- la douleur due à l’excitation des terminaisons nerveuses.C’est grâce à l’inflammation que les éléments du système immunitaire s’orientent vers

les lieux d’infection pour réaliser la phagocytose.La phagocytose est assurée par les phagocytes (macrophages, granulocytes et

monocytes). C’est un mécanisme par lequel les phagocytes ingèrent les particules

51

antigéniques. Il se forme alors dans le phagocyte des vésicules : les phagosomes. Ces phagosomes seront digérés plus tard à l’aide des enzymes contenus dans les lysosomes. Les débris seront rejetés plus tard à l’extérieur.

2- La défense spécifique ou acquiseElle correspond à des mécanismes (sécrétion d’anticorps, intervention des

lymphocytes T) qui ne deviennent efficaces qu’après un contact avec l’antigène. Ce contact déclenche une réponse toujours complexe d’une part et une mise en mémoire de contact d’autre part.

Les lymphocytes possèdent la capacité de distinguer le non soi grâce à la présence des récepteurs membranaires spécifiques. Ce sont des cellules immunocompétentes. Les récepteurs des lymphocytes B sont des anticorps (immunoglobulines) qui sont des protéines présentant deux sites de reconnaissance identique des antigènes.

Chaque lymphocyte B exprime à sa surface un grand nombre de récepteurs spécifiques d’un seul antigène. Il est présent dans l’organisme en quelques milliers d’exemplaires constituant un clone. L’organisme contient des millions de clone différents de lymphocyte B et peut donc détecter une collection extraordinairement variée d’antigènes.

Les récepteurs des lymphocytes B reconnaissent directement le non soi. La reconnaissance de l’antigène par un clone constitue la sélection clonale.

Les récepteurs des lymphocytes T sont des protéines qui présentent un seul site de reconnaissance. Ils ne reconnaissent que le soi modifié présenté par des cellules cancéreuses ou par des phagocytes.

On distingue deux types de réponse spécifique : la réponse spécifique à médiation humorale et la réponse spécifique à médiation cellulaire.

a- Réponse spécifique à médiation humoraleElle a pour support les lymphocytes B (plasmocytes) et consiste en la sécrétion

d’anticorps circulant spécifique de l’antigène reconnu comme non soi. Ce genre de réponse s’observe dans le cas des maladies comme le tétanos et la diphtérie où l’organisme est envahi par les toxines.

Le lymphocyte B reconnaît l’antigène grâce à ses sites de reconnaissance : c’est la sélection clonale. Le lymphocyte B activé se multiplie activement par mitoses et est à l’origine d’un clone : c’est la prolifération clonale. Une partie des lymphocytes B se transforme en plasmocytes : c’est la différenciation. L’autre partie se transforme en lymphocytes B mémoires.

Les plasmocytes sécrètent des anticorps qui peuvent précipiter les antigènes solubles. Il se forme donc des complexes immuns (complexe anticorps- antigène) qui seront détectés et phagocytés.

Les lymphocytes B mémoires sont directement activables lors d’un second contact avec cet antigène. Ils sont responsables d’une réponse rapide. C’est sur ce principe que se base la vaccination.

b- Réponse spécifique à médiation cellulaireElle a support les lymphocytes T. Il existe deux types de lymphocytes : les LT4 et les

LT8.Ces lymphocytes sont capables de reconnaître le soi modifié exposé à la surface des

phagocytes.Après activation, suite à la reconnaissance du soi modifié, les LT4 se différencient en

LT4 sécrétrices d’interleukines d’une part en LT4 mémoires d’autre part. Les interleukines sont des substances qui activent aussi bien les lymphocytes B que les lymphocytes T8.

52

Après activation, les LT8 se différencient en LT8 cytotoxiques ou tueuses. Ils se fixent à la cellule infectée et libère des molécules de perforines contenus dans leur cytoplasme. Ces molécules de perforines entraînent la lyse de la cellule infectée.

III- Dysfonctionnements du système immunitaire

1- Les allergiesIl s’agit d’une réaction exagérée (hypersensibilité) vis-à-vis de certaines substances

normalement inoffensives comme les aliments, les médicaments, les poils, la poussière, la piqûre de certains insectes… Les réactions allergiques sont diverses : vomissements, démangeaisons, toux, oedèmes, ….

2- Les maladies auto-immunesIl peut arriver que le système immunitaire ne reconnaisse plus comme faisant partie du

soi les cellules de l’organisme. Mais au contraire, le système immunitaire les considère non soi et les élimine. Les maladies causées par la destruction des cellules de l’organisme sont dites maladies auto-immunes. C’est l’exemple du diabète juvénile où le système immunitaire est dirigé contre le pancréas. C’est aussi l’exemple de l’anémie hémolytique où le système immunitaire est dirigé contre les hématies.

IV- Déficiences du système immunitaire

1- La déficience innéeLe système immunitaire est déficient lorsqu’il est incapable de se défendre

efficacement contre un agresseur.Certains bébés naissent avec un système immunitaire déficient et doivent être

maintenu dans une enceinte stérile (sans microbe) en attendant une greffe de la moelle osseuse : ce sont des bébés- bulles.

2- La déficience acquise : le SIDALe SIDA ou syndrome d’immunodéficience acquise est une infection virale. L’agent

infectieux est le VIH (virus de l’immunodéficience humaine). Le VIH a été découvert en France en 1983. C’est un rétrovirus (virus à ARN). Ce virus est fragile car ne résiste ni à la chaleur, ni aux antiseptiques courants. Il est détruit par le milieu acide et ne vit pas longtemps à l’air libre.

Le SIDA se manifeste en 3 phases :- la phase silencieuse qui peut durer jusqu’à 10 ans et pendant laquelle le sujet ne

présente aucun symptôme. Cette phase est dite asymptomatique.- la phase mineure caractérisée par l’apparition des maladies opportunistes telles que

la tuberculose- la phase majeure caractérisée par le développement de ces maladies pouvant

entraîner la mort des sujets atteints.La prise en charge des sujets atteints comprend la prise de certains antibiotiques et des

antirétroviraux

53

PROGRAMME DES SCIENCES DE LA VIE ET DE … · Web viewII- Remaniement de l’information...

Documents

Transcript of PROGRAMME DES SCIENCES DE LA VIE ET DE … · Web viewII- Remaniement de l’information...