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.
I-A Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (1e année)
I-B Membrane et échanges membranaires (1e année)
I-B-1 Organisation et propriétés des membranes cellulaires
I-B-2 Membranes et interrelations structurales
I-B-3 Membranes et échanges
I-B-4 Membrane et différence de potentiel électrique : potentiel de repos, d'action et transmission synaptique
Connaissances clés à construire : Commentaires, capacités exigibles :
Potentiel de membrane – potentiel d'action
Les membranes établissent et entretiennent des gradients chimiques et électriques. Les flux ioniques transmembranaires instaurent un potentiel électrique appelé potentiel de membrane.
Le potentiel d'équilibre d'un ion est le potentiel de membrane pour lequel le flux net de l'ion est nul.
La présence de canaux ioniques sensibles à la tension électrique rend certaines cellules excitables. Le potentiel d'action neuronal s'explique par les variations de conductance de ces canaux.

Dans les neurones, le potentiel d'action se propage de façon régénérative le long de l'axone.
Le diamètre des fibres affecte leur conductivité et donc la vitesse de propagation des potentiels d'action, de même que la gaine de myéline.


La synapse permet la transmission d'information d'une cellule excitable à une autre en provoquant une variation de potentiel transmembranaire.











- définir la notion de potentiel électrochimique d'un ion et expliciter le calcul de son potentiel d'équilibre (loi de Nernst) ;
- relier la variation du potentiel membranaire aux modifications de conductances ;
- analyser des enregistrements de patch-clamp pour argumenter un modèle moléculaire de fonctionnement d'un canal voltage-dépendant ;




- expliquer la propagation axonique par régénération d'un potentiel d'action ;
L'explication des montages permettant de mesurer les courants ioniques transmembranaires n'est pas exigible.


- expliquer, dans un fonctionnement synaptique, le trajet de l'information supportée par les signaux successifs : nature du signal, nature du codage, extinction du signal ;
- relier ces étapes aux modèles de mécanismes moléculaires qui les sous-tendent ;
- relier sur un exemple le fonctionnement des récepteurs ligands-dépendants aux caractéristiques fonctionnelles des protéines (site, allostérie, hydropathie et localisation...) ;

On se limite à un exemple qui peut être celui de la synapse neuromusculaire ou d'une synapse neuro-neuronique. On limite les précisions sur les mécanismes moléculaires à ce qui est strictement nécessaire à la compréhension du modèle.
I-C Métabolisme cellulaire (1e année)
I-D Synthèse sur l'organisation fonctionnelle de la cellule (1e année - 2 h)
Travaux pratiques (1e année, 6 séances)
II – L'organisme : un système en interaction avec son environnement
III – Populations, écosystèmes, biosphère
IV – La biodiversité et sa dynamique




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