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I – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle IntroI – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle
L'étude des molécules vise essentiellement à mettre en relation la nature chimique des constituants du vivant, leurs propriétés, leur réactivité et leurs fonctions biologiques. La présentation des biosynthèses et des grandes voies du métabolisme est réalisée en lien avec celle des biomolécules elles-mêmes. Elle
permet la compréhension des mécanismes impliqués dans la réalisation des flux d'énergie qui traversent la cellule, mais aussi des écosystèmes et des cycles biogéochimiques des éléments (§ III-B et III-C).
L'unité fonctionnelle de la cellule se construit au fur et à mesure des chapitres et des exemples rencontrés, intégralement en première année. Les différents chapitres font référence à des exemples concrets de cellules permettant de mettre en place progressivement des concepts généraux (compartimentation cellulaire, spécialisation etc.). Il s'agit de montrer des grands types d'organisation (Eubactéries, Métazoaires, Angiospermes) et l'existence d'édifices supramoléculaires en interaction (membranes biologiques en particulier), mais surtout l'unité des principes de fonctionnement des cellules. Les différenciations et spécialisations cellulaires rencontrées seront reliées au fonctionnement global d'un organisme (§ II-A), à son développement (§ II-D) ainsi qu'à l'expression génétique (§ IV-A) et sa relation au phénotype.
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I-A Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (1e année) |
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I-B Membrane et échanges membranaires (1e année) |
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I-B-1 Organisation et propriétés des membranes cellulaires |
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I-B-2 Membranes et interrelations structurales |
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I-B-3 Membranes et échanges |
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Il existe différentes modalités de flux de matière entre compartiments.
Des transferts de matière sont réalisés entre compartiments par des phénomènes de bourgeonnement ou de fusion de vésicules (dont les phénomènes d'endocytose et d'exocytose). Les mécanismes reposent sur les propriétés des membranes et l'implication de protéines.
L'eau et les solutés peuvent traverser une membrane par transferts passifs, par transport actif primaire ou secondaire. Ces transferts sont régis par des lois thermodynamiques (gradients chimiques ou électrochimiques, sens de transfert).
Des modèles de mécanismes moléculaires permettent de rendre compte de ces différents types de flux. Ces échanges ont des fonctions diverses en liaison entre autres, avec la nutrition des cellules, leur métabolisme mais aussi avec des fonctions informationnelles à l'échelle de la cellule ou de l'organisme.
Plus précisément :
- la cinétique des flux transmembranaires peut être linéaire (diffusion simple au travers de la phase lipidique), ou hyperbolique (la diffusion facilitée par les transporteurs ou les canaux la cinétique de ces derniers étant cependant linéaires dans les conditions cellulaires) ;
- un gradient transmembranaire (chimique ou électrochimique) est une forme d'énergie que l'on peut évaluer sous forme d'une variation molaire d'enthalpie libre.
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- définir un compartiment ;
- présenter un exemple de formation d'une vésicule d'endocytose et de fusion d'une vésicule d'exocytose ;
- présenter de façon cohérente les différentes grilles d'analyse des flux transmembranaires en reliant les aspects dynamiques, thermodynamiques aux modèles moléculaires associés ;
- présenter ces échanges dans la perspective de leurs fonctions biologiques ;
- évaluer la liposolubilité d'une espèce chimique par son coefficient de partition huile/eau ;
- relier une cinétique de passage à une modalité de passage ;
- évaluer une différence de potentiel électrochimique ;
- exprimer une différence de potentiel électrochimique sous forme d'une tension transmembranaire (« force ion-motrice») ;
- relier l'existence d'un gradient aux aspects énergétiques des transferts ;
- relier les caractéristiques des protéines, leur localisation et leur fonction dans les échanges ;
Liens :
§ I-A ; § I-C |
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I-B-4 Membrane et différence de potentiel
électrique : potentiel de repos, d'action et transmission synaptique |
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I-C Métabolisme cellulaire (1e année) |
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I-D Synthèse sur l'organisation fonctionnelle de la cellule (1e année - 2 h) |
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Travaux pratiques (1e année, 6 séances) |
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II – L'organisme : un système en interaction avec son environnement |
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III – Populations, écosystèmes, biosphère |
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IV – La biodiversité et sa dynamique |
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