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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-C Métabolisme cellulaire (1e année) |
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I-C-1 Les réactions chimiques du vivant |
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I-C-2 Biosynthèses caractéristiques |
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Les transformations chimiques cellulaires permettent la réalisation de biosynthèses nécessaires au fonctionnement cellulaire et à la multiplication cellulaire.
Des interconversions sont possibles entre les différentes familles de molécules ; elles aboutissent à la synthèse des principales molécules à rôles structural, métabolique ou informationnel qui permettent le fonctionnement des cellules et leurs interactions avec le milieu.
Ces synthèses, localisées dans les cellules, sont associées à des voies d'acheminement des molécules vers leur localisation fonctionnelle intra ou extracellulaire.
Un exemple de biosynthèse : la biosynthèse des protéines
La synthèse des protéines est un processus de polymérisation d'acides aminés, réversible par hydrolyse. L'ARNr (note : ARN ribosomique) de la grande sous-unité du ribosome assure la catalyse lors de la formation de la liaison peptidique (ribozyme), réaction consommatrice d'énergie.
De plus, cette polymérisation s'accompagne d'un transfert d'information et d'un décodage réalisé grâce à la coopération fonctionnelle de différents ARN au sein des ribosomes.
La protéine synthétisée subit ensuite des modifications de structure et de localisation avant de devenir fonctionnelle. Elle acquiert sa structure tridimensionnelle, processus facilité par l'intervention de protéines chaperonnes. Sa localisation cellulaire est déterminée par la présence d'une information de position.
Le contrôle de la biosynthèse est un des éléments d'ajustement du protéome cellulaire, qui dépend aussi de leur renouvellement et de leur recyclage. |
- commenter les principales biosynthèses cellulaires sur un panorama simplifié ;
- indiquer la localisation cellulaire de la synthèse des principales biomolécules (phospholipides membranaires, protéines, acides nucléiques, constituants fibreux de la matrice extracellulaire ; sans démonstration, ni connaissance des intermédiaires) ;
- commenter les voies d'acheminement de ces molécules vers leur localisation fonctionnelle ;
Il ne s'agit que de poser le cadre des synthèses cellulaires à un niveau obligatoirement très simplifié.
Seules les cellules eucaryotes seront prises comme exemple. On se limite à ce qui est commun aux différentes cellules sans chercher à balayer la diversité des cellules spécialisées.
La biosynthèse est abordée à partir de l'étude de la synthèse des protéines dans la cellule eucaryote, qui constituera le seul exemple exigible. On se limite ici à l'étude de la traduction, de la maturation et de l'adressage des polypeptides.
- décrire la formation et l'hydrolyse de la liaison peptidique ;
- indiquer la nature du couplage énergétique ;
- décrire la relation entre la structure du ribosome et ses fonctions dans la biosynthèse d'une protéine ;
- relier les modalités de cette biosynthèse avec les éléments clé du transfert d'information (phase initiatrice de la traduction et calage du cadre de lecture ; code génétique, élongation, terminaison) ;
- utiliser un tableau du code génétique sans mémoriser les expériences ayant conduit à son élucidation ;
- décrire le fonctionnement du ribosome au cours de la phase d'élongation ;
Les expériences ayant conduit à l'élucidation du code génétique et la terminologie des facteurs protéiques intervenant dans la traduction ne sont pas à mémoriser.
- expliquer le principe de l'assistance au repliement des polypeptides ;
- présenter la notion de séquence signal et son interaction avec le système de traduction ;
- utiliser un modèle concernant les protéines plastidiales ou mitochondriales à codage nucléaire ;
Ce point est simplement mentionné pour participer à la représentation de la dynamique cellulaire. Aucune précision ni développement ne sont au programme.
Liens :
Oses et osides (§ I-A-2)
Structure et fonction des protéines (§ I-A-2)
Expression de l'information génétique (§ IV-A-1.) |
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I-C-3 Aspects énergétiques du métabolisme – liens avec les synthèses |
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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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