Polynucléotides 5’ 3’ L’appariement (ou hybridation) dû aux liaisons hydrogènes impose l’ antiparallélisme des 2 chaînes de l’ADN.

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1 Polynucléotides 5’ 3’ L’appariement (ou hybridation) dû aux liaisons hydrogènes impose l’ antiparallélisme des 2 chaînes de l’ADN.

2 B H EAUIONS iARNProtéinesLipides 4 10 10 2,5 10 8 4,6 10 5 3,6 10 6 2,5 10 7 4,2 10 13 2,4 10 11 1,5 10 8 2,5 10 9 2,5 10 10 Tableau: Nombre de molécules par type de cellule et par constituant X 1000 B= Bactérie H= Hépatocytes d’homme

3 Plan du cours du 24-27 / 01 / 05 1-Origine de la vie et molécules du vivant 1.1-Les êtres vivants face au monde minéral - Composition élémentaire de la matière - Les atomes sont les mêmes - Pas de force vitale ! - Comment définir un organisme vivant ? 1.2-Organisation structurale hiérarchique - De la molécule => à l’écosystème - De la cellule => aux molécules - Principales molécules organiques - Nombre total de molécules/cellule et constituant 1.3-Caractéristiques fondamentales de la vie 1.4-Bref historique de la Bio Cell et des techniques 2-Diversité des formes cellulaires - Qu’est-ce qu’une cellule ? - Des procaryotes aux eucaryotes - Notion d’évolution cellulaire

4 Caractéristiques fondamentales de la vie / organismes uni- et pluricellulaires : - Ordre et hiérarchie des éléments / complexité de la structure - Reproduction et biogenèse / Anabolisme- catabolisme - Croissance et développement / division, élongation et différenciation - Utilisation et conversion de l’Énergie pour assurer les ≠ fonctions - Maintenir l’homéostasie (équilibre interne d’un organisme) - Évolution, adaptation face aux facteurs environnementaux => Notion de plasticité aux niveaux de la cellule et de l’organisme entier

5 Remarque 1: L’origine des cellules et donc des organismes résulte de phénomènes d’auto-assemblage => créer des édifices supra-moléculaires Remarque 2: Apparition de nouvelles propriétés à chaque niveau supérieur d’organisation => phénomène d’émergence Remarque 3: Grande diversité des organismes vivants peuplant les écosystèmes => Protistes, mycètes, végétaux et animaux Remarque 4: Êtres = Organisation structurale hiérarchisée (cas de la chlorophylle => Forêt)

6 Bref historique de la biologie cellulaire et des techniques d’analyse -1830 : Formulation de la théorie cellulaire par Dutrochet, Schleiden, Schawnn -1850 : Formulation de la continuité cellulaire par Virchow / Division ! -1900 : Description des principales structures composant la cellule et préparation des premiers extraits acellulaires de levure par Büchner -1920 : Développement des techniques de cytochimie / coloration -1940 : Utilisation des isotopes / Études métaboliques et premières images en MEB et MET par von Ardenne et Porter (com. en 1965) -1950 : Mise au point des techniques de fractionnement cellulaire et de purification des organites par Claude et Brachet -1960 : Immunolocalisation; 1970; Hybridation in vitro; 1987 : Utilisation de la microscopie confocale (inventée par Minski en 1961)

7 1980 à nos jours : Révolution biotechnologique avec l’avènement de la biologie moléculaire (étude des gènes et de leur régulation) et des outils de transgénèse (introduction de gènes étrangers dans une cellule végétale ou animale) Remarque 1: Sciences biologiques se définissent par une approche « hypothético-déductive » => poser des hypothèses qui sont vérifiées par l’expérimentation => déduction par interprétation des résultats / raisonnement (philosophie des sciences) => Plus de vérité sur le monde Remarque 2: Réductionnisme, concept rattaché à l’étude fragmentaire des systèmes biologiques => faciliter l’étude et la compréhension de certains processus (cas de l’ADN décrit par Watson et Crick en 1953 => Bases chimiques de l’hérédité / cellule) Remarque 3: Activité scientifique dans le domaine de la biologie : 450 000 articles dans des revues spécialisés / an, à l’échelle mondiale

8 Plan du cours du 24-27 / 01 / 05 1-Origine de la vie et molécules du vivant 1.1-Les êtres vivants face au monde minéral - Composition élémentaire de la matière - Les atomes sont les mêmes - Pas de force vitale ! -Comment définir un organisme vivant ? 1.2-Organisation structurale hiérarchique - De la molécule => à l’écosystème - De la cellule => aux molécules - Principales molécules organiques - Nombre total de molécules/cellule et constituant 1.3-Caractéristiques fondamentales de la vie 1.4-Bref historique de la Bio Cell et des techniques 2-Diversité des formes cellulaires - Qu’est-ce qu’une cellule ? - Des procaryotes aux eucaryotes - Notion d’évolution cellulaire

9 La cellule: base de l’unité et de la diversité du monde vivant (p17) Théorie cellulaire (1838, Schleidens & Schwann) et théorie de l’évolution (Darwin)  Toute forme vivante est faite de cellules  Toute cellule dérive d’une cellule pré-existante Corrolaire: fin de la génération spontanée et du créationisme. Unité et diversité structurale C’est un volume de cytoplasme entouré par une membrane cytoplasmique et contenant un noyau et différentes structures. Mais … différenciation Unité et diversité fonctionnelle C’est la plus petite organisation moléculaire qui possède les propriétés du vivant: contrôle des échanges, métabolisme, croissance et multiplication. Mais … différenciation La biologie cellulaire étudie l’organisation et le fonctionnement de la cellule.

10 Qu’est-ce qu’une cellule ? Définition (p17) *La cellule est la plus petite unité capable de manifester les propriétés du vivant: elle synthétise l'ensemble de ses constituants en utilisant les éléments du milieu extracellulaire, elle croît et se multiplie. *La cellule est limitée par la membrane plasmique. La membrane plasmique est faite d'une bi-couche de phospholipides peuplée de protéines glycosylées. Il s'agit d'une barrière dont la perméabilité est extrêmement sélective. *La cellule renferme également un certain nombre d'organites. *La cellule subit un cycle où alternent deux grandes phases, la phase d'activité fonctionnelle ou interphase et la phase de multiplication ou mitose.

11 Membrane plasmique

12 La cellule eucaryote Nous distinguons: - les Protozoaires formés par une seule cellule libre, souvent capables de se mouvoir (Amibes, Paramécies, Euglena, levures) Une Paramécie (Ciliés) (x 250) - les Métazoaires (animaux, plantes) dont les cellules sont groupées en tissus épithéliaux, musculaires, conjonctifs, de soutien [cartilagineux, osseux], nerveux chez les animaux

13 PLURICELLULAIRES=Métazoaires Animaux Végétaux Champignons Algues UNICELLULAIRE Levures Protistes Algues Cellules eucaryotes

14 Formes de cellules Bactéries Pro-érythrocyte Exoderme de racine Paramécie

15 Evolution et tailles des cellules Procaryotes  Pas d’organites cellulaires, pas de noyau. 3,5 Milliards 1,5 Milliards

16 Cellule animale (schéma) Centrioles

17 Cellule végétale (MET)

18 Le jeu des 7 différences (p18)

19 Cellule procaryote Cellules eucaryotes p18

20 LE CYTOPLASME HYALOPLASME MORPHOPLASME CYTOSOL CYTOSQUELETTE ORGANITES - Solution aqueuse - pH = 7 - Homogène - Molécules solubles - Réseau microtrabéculaire - Filaments protéiques - Noyau - Réticulum endoplasmique - Appareil de Golgi - Vacuoles - Pexoxysomes - Mitochondries - Chloroplastes VOIES MÉTABOLIQUES Hyaloplasme Mitochondrie Chloroplaste Hyaloplasme

21 Origines de la vie cellulaire On suppose que la vie existait dès - 3,8 Ga, âge des plus anciennes traces de molécules organiques, et les premières cellules ayant laissé des vestiges fossiles sont datées de - 3,45 Ga (cyanobactéries découvertes en Australie occidentale). Précipités de calcite dus au métabolisme bactérien

22 La problématique 1.La théorie de la génération spontanée est caduque (Pasteur 1860) et Darwin impose l’idée d’un ancêtre commun de forme cellulaire simple 2.La théorie de l’ÉVOLUTION veut que le premier organisme vivant se soit développé à partir de la matière inanimée. Au fur et à mesure qu'il s'est reproduit, il s'est transformé en des organismes différents, jusqu'à donner toutes les formes de vies sur terre. 3.L'émergence de la vie cellulaire n’a laissé aucune trace.

23 Origines des molécules de la vie Divers schémas réactionnels aboutissent à la formation de monomères et polymères biologiques à partir de précurseurs plus ou moins simples. Ils postulent que la genèse a eu lieu dans des environnements extrêmes : 1. Composants de l’atmosphère primitive dissous dans l’eau (CH 4, NH 3, CO 2, SH 2, H 2 ) + Photons, électricité = soupe primitive ou prébiotique où se forme le CHON ! (Oparin/Haldane ~ 1890) 2. Au fond des océans près des sources hydro-thermales 3. Provenir de l’espace

24 Les expériences de S. Miller (1950) Chimie prébiotique! + Production de l ’acide cyanidrique HCN en présence d’NH 3 => Adénine, acides aminés, sucres

25 Les 1 ères macromolécules (Last Universal Common Ancestor) Les protéines sont indispensables pour la réplication et l'expression des gènes (ADN) … Et L’ADN est nécessaire pour la biosynthèse des protéines. ?

26 La théorie de l’ARN On suppose qu'un "monde d'ARN", c'est à dire une vie utilisant les ARN à la fois comme matériel génétique et comme catalyseurs, a précédé l'apparition de cellules comportant de l'ADN et des protéines. Pour: ARN Catalytiques Virus à ARN Contre: « Fragiles » Non auto- réplicatif

27 Plan du cours du 24-31 / 01 / 05 1-Origine de la vie et molécules du vivant 1.1-Les êtres vivants face au monde minéral - Composition élémentaire de la matière - Les atomes sont les mêmes - Pas de force vitale ! -Comment définir un organisme vivant ? 1.2-Organisation structurale hiérarchique - De la molécule => à l’écosystème - De la cellule => aux molécules - Principales molécules organiques - Nombre total de molécules/cellule et constituant 1.3-Caractéristiques fondamentales de la vie 1.4-Bref historique de la Bio Cell et des techniques 2-Diversité des formes cellulaires - Qu’est-ce qu’une cellule ? - Des procaryotes aux eucaryotes - Notion d’évolution cellulaire

28 Origine endosymbiotique des eucaryotes (p19) Cellule animale: bactérie pourpre … Cellule végétale: bactérie bleue (cyanobactérie) …

29 Ce qu’il faut retenir … Culture générale -Apport de la science / Société -Missions de l’Université / Biologie à Montpellier -Savoir définir un animal / Végétal -Organisation structurale hiérarchisée du vivant -Processus d’auto-assemblage des macromolécules -Théorie cellulaire symbiotique Examen de fin de semestre -Distinguer cellule animale / cellule végétale -Distinguer un procaryote d’un eucaryote -Structure et fonctions des organites -Structure, fonctions et propriétés des molécules -Fonctions et liaisons chimiques / édifices macromoléculaires -Interactions entre macromolécules (ADN-Protéine, protéine-protéine, ARN-protéine, ARN-ARN) -Intégration des structures et des fonctions / cellule => CONCEPTS Frontière biologique p21 Échanges Communication

30 Liaisons chimiques 1- Celles définies entre atomes - Liaisons covalentes fortes - Liaisons faibles + Forces de van der Waals + Ponts hydrogènes + Liaisons ioniques + Forces hydrophobes 2- Exemples de liaisons formant les macromolécules - Ponts hydrogènes et liaisons ioniques - Ether R-O-R et thioether R-S-R - Ester R-COO-C - Phosphodiester R-PO4-R - Peptidique O=C-NH-R - N-glycosidique N-CH- - Thiol H-S-R