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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)  IntroI – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle
I-A Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (1e année)
Cette partie vise à décrire l'activité chimique des cellules par les transformations chimiques qui impliquent les fonctions des petites molécules et des macromolécules.
Cette partie ne prend vraiment son sens que si elle est mise au service de la biologie, c'est-à-dire en particulier, selon les molécules envisagées, en lien avec les § I-B, C & IV-A, B, C.
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I-A-1 L'eau, les petites molécules organiques |
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I-A-2 Les macromolécules |
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Les macromolécules sont des polymères de forte masse molaire (globalement supérieure à 5000 Daltons). Ce sont des glucides, des acides nucléiques, des protéines ou des polyphénols (lignine).
Les macromolécules glucidiques, non réductrices, sont des polymères le plus souvent monotones d'oses. Selon leur taille, leur solubilité, leur activité osmotique ou leur structure tridimensionnelle, ils forment de grands édifices aux fonctions diverses.
Ils peuvent s'associer à d'autres molécules organiques.
Les acides nucléiques sont des polymères séquencés de nucléotides. Vecteurs d'information, ils peuvent interagir avec des
protéines.
Les protéines sont des polymères d'acides aminés. Les propriétés physico-chimiques de la liaison peptidique et des radicaux des acides aminés permettent aux protéines de s'organiser en structures tridimensionnelles secondaires, tertiaires et quaternaires. La fonction des protéines dépend des propriétés chimiques et mécaniques de ses différents domaines fonctionnels.
Les macromolécules protéiques sont des structures dynamiques, dont les radicaux sont en permanente agitation. Leur fonction dépend de leur organisation tridimensionnelle qui repose sur des liaisons de faible énergie qui contribuent à contenir l'agitation thermique des radicaux.
Elles peuvent s'associer de façon spécifique à d'autres molécules au niveau de sites. Les propriétés de ces relations protéines-ligands sont semblables ; les conséquences fonctionnelles qu'entraine la fixation dépendent de la protéine.
Certaines protéines sont glycosylées.
Les lipoprotéines sont des édifices complexes de protéines et de lipides. |
La connaissance de la formule des polyphénols n'est pas au programme.
- montrer, à partir de l'exemple de l'amidon, du glycogène et de la cellulose, comme pour le saccharose, en quoi la polymérisation d'oses cyclisés rend ces macromolécules non réductrices ;
- décrire schématiquement et commenter la structure linéaire ou spiralée de deux polymères d'oses : la cellulose et l'amidon ;
- relier leur constitution, leurs propriétés physicochimiques et leurs fonctions ;
On se limitera aux fonctions de réserve (amidon et glycogène), de structure (cellulose, chitine, glycanes) et d'information (glycanes des matrices extracellulaires).
- représenter schématiquement et commenter les structures de l'ADN et de l'ARN, les relier à leurs propriétés en relation avec les attendus des cours de génétique (§ IV-A) ;
- présenter les niveaux structuraux des protéines ;
- présenter la diversité des relations entre radicaux ;
- interpréter un profil d'hydropathie ;
- présenter un modèle d'interaction spécifique entre une protéine et un ligand ;
- relier les caractéristiques de l'interaction, ses propriétés (spécificité, stabilité…) et ses fonctions ;
On construit l'argumentation sur un exemple de mécanisme de catalyse enzymatique, qui permet entre autres de montrer l'importance du site actif, avec la stabilisation d'une forme de transition a priori instable sans l'enzyme.
Liens :
Construits sur l'exemple d'enzymes, les concepts sont réinvestis à de nombreuses autres occasions (récepteurs, interaction ADN-protéines etc.).
- présenter le principe d'une O-glycosylation sur sérine ;
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I-B Membrane et échanges membranaires (1e année) |
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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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