Chapitre A2 : l'organisation du vivant
Les conditions qui règnent sur Terre ont permis l’épanouissement de la vie. Celle-ci prend des formes très variées depuis la bactérie (moins de 1/1000e de mm) jusqu’à un séquoia géant (arbre haut de 80 m). Tous ces êtres vivants sont constitués de cellules et de molécules.
Objectif : montrer qu’il existe des points communs entre les cellules et les molécules de tous les êtres vivants.
I. La composition chimique du vivant.
Les êtres vivants partagent avec le monde minéral les mêmes éléments chimiques disponibles sur Terre mais dans des proportions différentes :
- dans la biosphère, on distingue quatre éléments majeurs : l’oxygène (O), le carbone (C), l’hydrogène (H) et l’azote (N).
- au sein du monde minéral, les éléments les plus représentés sont l’oxygène (O), le fer (Fe), le silicium (Si), et le magnésium (Mg)
Ces éléments chimiques forment deux grands types de molécules présentes chez tous les êtres vivants
- Les molécules minérales :
L’eau et les sels minéraux
L’eau est la molécule prépondérante dans la constitution des êtres vivants : elle représente au moins 70 à 75 % de la masse des êtres vivants.
- Les molécules organiques
Une molécule organique est constituée de carbone (squelette carboné), d’hydrogène, auxquels s’ajoutent d’autres éléments comme l’oxygène, l’azote…. Les molécules organiques sont essentiellement produites par les êtres vivants.
On distingue, chez les êtres vivants quatre grandes catégories de molécules organiques :
-les glucides,
- les lipides,
- les protides,
- les acides nucléiques.
La matière organique caractéristique des êtres vivants est constituée d’un nombre restreint de catégories moléculaires. Cette similitude de composition chimique quantitative et qualitative entre les êtres vivants constitue un indice de leur parenté.
II. L’unité cellulaire du vivant
Voir TP A2.2 : la cellule, unité structurale du vivant
Tous les êtres vivants sont constitués d'une ou plusieurs cellules ils sont donc des organismes unicellulaires ou pluricellulaires.
A. La cellule, unité de structure du vivant.
Toutes les cellules sont délimitée par une membrane plasmique qui définit :
- un milieu intracellulaire : le cytoplasme
- et un milieu extracellulaire.
On distingue deux types de cellules en fonction de leur organisation :
- les cellules eucaryotes dont le cytoplasme contient des organites spécialisés comme le noyau (renferme le matériel génétique), les mitochondries . En plus, les cellules végétales possèdent une paroi squelettique, une vacuole et certaines des chloroplastes.
- les cellules procaryotes qui ne sont pas compartimentées, leur ADN baigne dans le cytoplasme (absence de noyau et des différents autres organites).
voir le tableau comparatif des cellules + schémas
Le fait que toutes les cellules aient des structures communes montre que cette organisation a été héritée d’un ancêtre commun et est un indice de leur parenté.
Voir arbre de parenté des différentes cellules.
Animation : la cellule animale
Animation : la cellule végétale
Comparaison cellule animale et cellule végétale
B. La cellule, unité fonctionnelle du vivant.
TP A2.3 : la cellule, siège des réactions chimiques de la vie.
Les cellules vivantes réalisent constamment une multitude de réactions chimiques dont l'ensemble constitue le métabolisme cellulaire.
Des échanges de matières et d’énergie entre le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire sont indispensables à la réalisation des réactions chimiques. Au cours de ces réactions, la cellule synthétise des molécules organiques et de l’énergie permettant sa croissance et son fonctionnement.
Le métabolisme peut être modifié par l’environnement.
Recopier et completer ce schéma avec les données du Tp A2.3
III. l'ADN, support de l'information génétique du vivant
A. L’ADN, une molécule universelle.
Voir activité : les informations apportées par la transgenèse sur les propriétés de l'ADN
La transgénèse est la technique qui consiste à transférer un gène d’intérêt d'un être vivant à un autre afin de lui faire acquérir un nouveau caractère. Le donneur et receveur peuvent être ou non d’espèces différentes. L'organisme receveur devient un OGM (organisme génétiquement modifié).
C’est le transfert du gène qui est responsable de ce nouveau caractère. Ce fragment d'ADN est porteur de l'information génétique. Ces transferts de gènes qui peuvent se faire entre espèces très différentes sont donc la preuve que l'information génétique contenue dans l'ADN est universelle.
B. La structure de la molécule d'ADN
Voir TP A2.3 a la décourverte de la molécule porteuse de l'information génétique
L’ADN (acide désoxyribonucléique) est une molécule organique de très grande dimension constituée de deux brins enroulés l’un autour de l’autre constituant une double hélice.
Chaque brin est composé d’un enchainement de nombreuses unités appelées nucléotides. Le nucléotide est l’élément de base de la molécule d’ADN.
Un nucléotide est constitué :
- d’un acide phosphorique
- d’un sucre : le désoxyribose
- d’une des 4 bases azotées qui sont complémentaires deux à deux.
Les bases azotées sont l’adénine, thymine, guanine et cytosine.
Il existe quatre nucléotides différents identifiés par les lettres A, T, G et C en fonction de la base azotée qui les composent.
À chaque nucléotide A d'une chaîne est associé en vis-à-vis un nucléotide T sur l'autre chaîne. À chaque nucléotide G sur une chaîne est associé en vis-à-vis un nucléotide C sur l'autre chaîne. Ces associations se font grâce à des liaisons hydrogène (liaisons chimiques faibles) permettant le maintien des deux chaînes.
C. L’information génétique et ses variations
- La molécule d'ADN est le support universel de l'information génétique
Chaque espèce est définie par son caryotype, c'est-à-dire par son nombre de chromosomes (46 pour l'espèce humaine). Chaque chromosome est constitué par une molécule d'ADN. Les gènes sont des portions d'ADN situées sur les chromosomes contenant l'information nécessaire à la synthèse d'une protéine dont dépend l'expression d'un caractère (groupe sanguin, couleur des yeux…). Ainsi l'information génétique au sein de ces gènes est déterminée par la séquence des nucléotides.
- La variabilité de la molécule d'ADN
Voir TP A2.4 : variabilité de la molécule d'ADN
La séquence de nucléotides d’un gène peut cependant subir des modifications appelée mutations. Une mutation peut avoir des conséquences sur le caractère correspondant à ce gène. Cette variante du gène est appelée allèle dont la séquence diffère par quelques nucléotides.
La diversité des individus d'une espèce s'explique, ainsi principalement, par le fait que ceux-ci possèdent les mêmes gènes mais pas les mêmes allèles.
Bilan
Tous les êtres vivants
- sont constitués de cellules dont la structure est commune chez tous
- sont constitués de matière organique caractérisée par un nombre réduit de catégories moléculaires
- possèdent de l’ADN, molécule universelle, dont dépend le métabolisme.
La cellule est l’unité de structure mais aussi l’unité fonctionnelle des êtres vivants.
Ces caractères témoignent d'une parenté entre tous les êtres vivants ; ils possèdent tous un ancêtre commun qui leur a transmis ces caractères.
(Voir livre schémas bilan p 64-65).