Mme Moreau-Lycée Jehan de Chelles

Notions de 2nde indispensables

pour réussir en 1ère S

Mme Moreau-Lycée Jehan de Chelles

Schéma des types de cellules eucaryotes

Membrane plasmique Mitochondrie

Cytoplasme

Noyau (contenant les chromosomes)

Cellule animale

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Localisation et constitution des chromosomes

Chromosomes condensés =

molécules d'ADN enroulée très fortement = chromosomes

visibles dans la cellule :

Chromosomes décondensés = molécules d'ADN déroulée =

chromosomes invisibles dans la cellule

zoom

+++

squelette constant =

alternance de sucres et

de phosphates

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Structure de l'ADN

squelette constant = alternance de sucres et de phosphates

bases azotées (adénine ou guanine ou cytosine ou thymine = A, G, C, T)

Un nucléotide = un phosphate P + un sucre S (à l'extérieur)

+ une base B (à l'intérieur)

Complémentarité des brins : le nucléotide de base A du premier brin est toujours associé à un nucléotide de base T sur le deuxième brin. De même pour les nucléotides de base C et G.

1er brin 2ème brin

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Exemple de la notion d'allèles :

zoom

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Chromosome transmis par le père Chromosome transmis par le mère

= globules rouges

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Les cellules des êtres vivants

1) La structure des cellules a) Le plan de base de la cellule

Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Certains organismes ne sont constitués que d’une seule cellule : les bactéries, certaines algues, levures de boulanger…On les appelle des organismes unicellulaires. Tandis que d’autres sont constitués de plusieurs cellules, ainsi l’homme est composé de plusieurs milliards de cellules. On les appelle des organismes pluricellulaires. Toutes les cellules possèdent des points communs qui définissent un plan de base : elles sont toutes constituées d’une membrane plasmique qui délimite le cytoplasme (milieu intérieur de la cellule constitué de liquide et de structures fonctionnelles particulières=les organites). Elles possèdent toutes une information génétique sous forme de chromosomes.

b) Une grande diversité de types cellulaires Les cellules animales, les cellules végétales et les cellules des champignons possèdent toutes un noyau renfermant l’information génétique (chromosomes) : ce sont des cellules eucaryotes. Elles possèdent de nombreux organites comme les mitochondries, les chloroplastes. Les cellules bactériennes ne possèdent pas de noyau, leur information génétique (chromosome) est « libre » dans le cytoplasme : ce sont des cellules procaryotes. De plus parmi les cellules eucaryotes il existe deux sortes de cellules : les cellules végétales qui contiennent des organites particuliers nommés chloroplastes = cellules chlorophylliennes, et les cellules animales et celles de champignons (+ certaines cellules des végétaux comme les cellules des racines) qui n’ont pas de chloroplastes = cellules non chlorophylliennes.

2) Le fonctionnement des cellules Les cellules échanges de la matière (exemple : glucides, O2, CO2) et de l'énergie avec leur environnement. L'ensemble de ces réactions (transformations chimiques) qui se déroulent à l’intérieur des cellules est appelé le métabolisme. Exemple : métabolisme respiratoire (dans les mitochondries), fermentaire, photosynthétique (dans les chloroplastes)... Mais ce métabolisme dépend de l’information génétique (ex :modification en cas de mutation) et aussi de l’environnement.

Respiration qui se fait dans les mitochondries de toutes les cellules eucaryotes (de nuit comme de jour) : Sucre + dioxygène → Energie + dioxyde de carbone

Photosynthèse qui se fait le jour dans les chloroplastes des cellules végétales chlorophylliennes :

Eau + sels minéraux + dioxyde de carbone + Lumière → Sucre + dioxygène

3) Les constituants des cellules Les cellules des êtres vivants sont constituées d'eau (H2O) et de matière organique (= matière issue du vivant) contenant des lipides, des glucides, des protides = protéines. Les lipides, les glucides et les protéines sont essentiellement composés d'atomes de carbone C, d'oxygène O, d'hydrogène H, et d'azote N (pour les protéines seulement). Tous les types d'êtres vivants (bactéries, animaux, végétaux, champignons...) sont donc composés des éléments qui existent dans l’Univers : C, O, H, et N.

Définition : un être vivant est un ensemble organisé de molécules et d’ions, capables de se reproduire, et d’échanger avec le milieu, et la cellule est la plus petite unité qui répond à cette définition.

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L'ADN des êtres vivants

1) Une molécule universelle Des expériences de transgénèse permettent de transférer des fragments d’ADN contenant un gène d’une espèce dans un individu d’une autre espèce. Par exemple on peut transférer le gène de fluorescence de certaines méduses à d’autres espèces (souris, poissons-zèbre,...) qui normalement ne sont pas fluorescentes. On obtient alors des individus produisant la protéine de fluorescence. Ainsi l’intérêt de la transgénèse est de faire exprimer à un individu une information génétique qu’il ne possède pas, il produit alors une nouvelle protéine et donc exprime un nouveau caractère. La transgénèse est utilisée pour des applications médicales (thérapie génique) ou agroalimentaire (OGM). Ces expériences de transgénèse montrent que l’ADN détient des informations génétiques qui contrôlent le métabolisme cellulaire, et que cette info. génétique détenue dans l'ADN est inscrite dans un langage universel. (Attention à ne pas confondre transgenèse et mutation... ce n'est pas la même chose!!!)

2) Structure et localisation de l'ADN Toutes les cellules possèdent leur propre matériel génétique qui est composé d’ADN (=acide désoxyribo-nucléique). Le matériel génétique est parfois présent sous forme de filaments diffus lorsque la cellule ne se divise pas= l’ADN du chromosome est « déroulé » « décondensé », ou bien présent sous forme de chromosomes bien visibles lors des divisions de mitoses = l’ADN est « condensé » « enroulé » de façon compacte. L’ADN est composé de 2 brins enroulés en double hélice. Chaque brin est constitué d’une succession de nucléotides. Un nucléotide se compose d'un phosphate et d'un sucre (le désoxyribose) sur l'extérieur, et d'une base azotée sur l'intérieur. Il en existe quatre types : nucléotides de base A, T, G, ou C. Les nucléotides de base A du premier brin sont toujours associés aux nucléotides de base T du deuxième brin, de même pour les nucléotides de base C toujours associés aux nucléotides de base G. Donc les deux brins sont complémentaires = si l'on connaît la séquence des nucléotides du premier brin, on peut déterminer la séquence du 2ème brin.

3) Les informations portées par l’ADN Un gène est un fragment d'ADN dont la fonction est codée par l'ordre des nucléotides : la séquence de nucléotides est donc totalement différente d'un gène à l'autre. Les gènes codent pour la fabrication de protéines qui gouvernent nos cellules (leur structure et leur métabolisme) et donc nos caractéristiques. Les gènes présentent parfois des versions différentes = les allèles. Les allèles d’un même gène ne diffèrent que par quelques nucléotides. Rappels de 3ème : Nos chromosomes sont présents en double exemplaire, pour chaque paire l'un des chromosomes est transmis par le père et l'autre par la mère. Certains allèles s'expriment systématiquement = allèle dominant (ex allèle A et B des groupes sanguins), d'autres allèles ne s'expriment que lorsqu'ils sont transmis par les deux parents = allèle récessif (ex allèle O).

1 gène → 1 protéine → 1 fonction gène MC1R : allèle D → pigment brun → couleur du pelage grise allèle d → pas de pigment brun → couleur du pelage beige gène des groupes sanguins : allèle A → molécule A sur les globules rouges → gpe sanguin A (si le 2ème allèle est A ou O) allèle B → molécule B sur les globules rouges → gpe sanguin B (si le 2ème allèle est B ou O) allèle O → pas de molécule sur les globules → groupe sanguin O (si le 2ème allèle est O) (pour avoir le groupe sanguin AB il faut un allèle A et un allèle B)

L'apparition de ces allèles est en fait due à des mutations = modifications spontanées et aléatoires touchant les nucléotides. Par exemple un nucléotide de base A peut être remplacé par un nucléotide de base T. Certains agents de l’environnement (produits chimiques, UV…) peuvent favoriser ces mutations et ainsi augmenter le taux de mutation. Ce sont des agents mutagènes. Ces allèles nouveaux peuvent parfois être à l’origine de maladie, ex : drépanocytose mais pas forcément ex : groupe sanguin.

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Schéma d’une coupe géologique d’un gisement de pétrole

Formation du pétrole dans la roche mère Migration du pétrole et stockage dans la roche réservoir = roche poreuse, le pétrole se place dans les espaces vides

(entre les grains de sable par exemple) Le pétrole ne peut remonter spontanément, il est bloqué par la roche imperméable = couverture (argile)

La formation des combustibles fossiles

1

2

3

Roche mère

Roche poreuse

Roche couverture

1

2

3

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Une énergie fossile : le pétrole

1) Structure d’un gisement de pétrole Le pétrole est un fluide retenu en profondeur. Pour former un gisement de pétrole il faut 3 couches de roches :

- en profondeur une roche mère qui est la roche dans laquelle le pétrole s’est formé, mais une fois formé le pétrole migre au dessus…

- au dessus se trouve donc une roche poreuse = perméable = réservoir de pétrole : le pétrole se place dans les espaces vides de la roche (entre les grains de sable par exemple) mais ce pétrole peu dense à tendance à migrer en surface…

- au dessus on trouve donc une roche « blocante » = couverture qui recouvre la roche réservoir et empêche le pétrole de remonter à la surface : c’est une roche imperméable de type argile.

2) Conditions de formation du pétrole Pour former du pétrole au niveau de la roche mère il faut :

- De la matière végétale morte (ex : phytoplancton) qui se dépose au fond du bassin sédimentaire

- Peu de dioxygène ce qui empêche la décomposition (destruction) totale de la matière organique végétale

- Un enfouissement de cette matière organique dans les sédiments = augmentation de la profondeur (roche mère) et de la température

- Des bactéries qui transforment chimiquement la matière organique en pétrole, cela prend plusieurs dizaines de millions d’années

Le procédé est similaire pour le gaz naturel mais avec des variations de profondeur ou de température. Et il également semblable pour le charbon mais plutôt avec des végétaux continentaux tels que les arbres. Ces conditions particulières de formation expliquent que sur Terre on n’en trouve qu’en certains points localisés.

3) Pétrole et photosynthèse Parmi les cellules végétales certaines contiennent des chloroplastes contenant de la chlorophylle (pigment vert) : ce sont des cellules chlorophylliennes (essentiellement les cellules des feuilles, d’où leur couleur verte). Les cellules chlorophylliennes ont besoin d’eau et de sels minéraux pour vivre, mais elles n’ont pas besoin d’apport extérieur de matière organique = pas besoin de sucres extérieurs car elles peuvent fabriquer elles mêmes leur sucre grâce au processus de photosynthèse. La photosynthèse est une réaction chimique au cours de laquelle les cellules chlorophylliennes des végétaux absorbent de l’eau et du CO2 tout en captant l’énergie lumineuse (grâce à la chlorophylle) pour fabriquer leur propre matière organique (sucre) au niveau des chloroplastes. Cette réaction rejette du dioxygène. Ainsi le jour les plantes effectuent la photosynthèse et la respiration, et la nuit elles n’effectuent que la respiration (car absence de lumière). Comme la formation du pétrole nécessite de la matière organique provenant du phytoplancton (végétaux verts qui font la photosynthèse), alors elle dépend indirectement de la lumière d’où le terme « énergie solaire fossilisée ».

4) Conséquences de l’utilisation du pétrole Seulement quelques minutes sont nécessaires pour brûler du pétrole (gaz ou charbon) qui a mis plusieurs millions d’années à se former… nous sommes donc en train d’épuiser la plupart des réserves de pétrole (gaz et charbon) sur Terre. Ces combustibles fossiles ne pourront pas être reformés à l’échelle d’une vie humaine, ainsi on les appelle des ressources non renouvelables car leur vitesse de consommation est supérieure à leur vitesse de création. D’autre part le pétrole est formé à partir de matière organique (végétale) il est donc principalement constitué d'atomes de Carbone et Hydrogène (d’où son nom hydrocarbure). Donc lorsqu’on brûle du pétrole (ou du charbon) cela libère des atomes de carbone sous forme de CO2, ce qui explique la forte augmentation du taux de CO2 sur Terre ces dernières années, engendrant alors un réchauffement climatique (effet de serre).