Fiche de révision : Bases de psychophysiologie et biologie cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la psychophysiologie et du vivant
2. Atomes, molécules et biomolécules
3. Glucides, lipides et énergie cellulaire
4. Protides, enzymes et acides nucléiques
5. Organisation et spécialisation cellulaires
6. Membrane plasmique et transports
7. Cytoplasme, organites et devenir cellulaire
8. Expression des gènes et protéines
9. Constituants chimiques du vivant
10. Organisation et fonctions cellulaires
11. Cycle cellulaire et mitose
12. Méiose et formation des gamètes
13. Ploïdie et principes de la méiose
14. Étapes et diversité des gamètes
15. Anomalies chromosomiques de la méiose
16. Gènes, allèles et génotypes
17. Lois de transmission héréditaire

📖 1. Fondements de la psychophysiologie et du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Psychophysiologie : Science au carrefour de la physiologie, qui étudie les mécanismes biologiques du vivant, et de la psychologie, qui étudie le comportement et les activités de l’individu.
• Atome : Unité fondamentale de la matière, composée d’un noyau contenant des protons positifs et des neutrons neutres, autour duquel circulent des électrons négatifs.

📝 Points essentiels

📌 La psychophysiologie cherche à décrire les mécanismes physiologiques qui déclenchent et contrôlent les comportements humains.

💡 Astuce mémo

Avancées technologiques → compréhension des bases biologiques du comportement

📖 2. Atomes, molécules et biomolécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule : Ensemble d’au moins deux atomes reliés par des liaisons chimiques.

📝 Points essentiels

📌 Les isotopes possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, comme le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14.

• L’eau représente environ 65 % de la masse corporelle et intervient comme solvant, dans les réactions chimiques et dans la régulation thermique par la sudation.

📌 Les molécules organiques contiennent toujours du carbone, souvent associé à l’hydrogène, à l’oxygène et à l’azote, tandis que les molécules inorganiques n’en contiennent généralement pas, à l’exception notamment du dioxyde de carbone.

• Les quatre grandes catégories de molécules organiques sont:
  • les glucides
  • les lipides
  • les protides
  • les acides nucléiques

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → biomolécule → cellule

📖 3. Glucides, lipides et énergie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Constitués de carbone, d’hydrogène et d’oxygène selon un ratio 1:2:1 et constituant une source importante d’énergie cellulaire.
• Phospholipide : Molécule amphiphile possédant une tête hydrophile et deux queues hydrophobes, dont l’organisation forme la bicouche membranaire.

📝 Points essentiels

• Les pentoses ont cinq carbones et la formule C5H10O5, tandis que les hexoses ont six carbones et la formule C6H12O6.

• Les principaux disaccharides sont: le saccharose, formé de glucose et de fructose, le lactose, formé de glucose et de galactose, le maltose, formé de deux molécules de glucose

📌 Le glycogène est la forme de stockage du glucose chez les animaux, principalement dans le foie, tandis que l’amidon est une forme de stockage du glucose chez les plantes.

• La glycolyse dégrade le glucose afin de produire de l’ATP, tandis que la glycogénolyse libère du glucose à partir du glycogène lorsque la glycémie est basse.

📌 Les triglycérides sont principalement des réserves énergétiques, tandis que les phospholipides forment la bicouche des membranes cellulaires.

• Un triglycéride est composé d’un glycérol et de trois acides gras et assure une réserve énergétique, une isolation thermique et une protection mécanique.

• Le cholestérol stabilise les membranes cellulaires et constitue un précurseur de la vitamine D et des hormones stéroïdiennes.

💡 Astuce mémo

Glycogène animal versus amidon végétal

📖 4. Protides, enzymes et acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Chaîne de plus de 50 acides aminés dont la fonction dépend de la séquence de ces acides aminés.
• Enzyme : Protéine qui agit comme catalyseur biologique en accélérant de manière significative une réaction chimique spécifique.
• ATP : Ou adénosine triphosphate, constituée d’adénine, de ribose et de trois groupements phosphate et constituant une source d’énergie universelle pour les cellules.

📝 Points essentiels

• Les protides représentent environ 10 à 30 % de la masse cellulaire et assurent notamment des fonctions de structure, de transport, de contraction et de catalyse.

• Les quatre niveaux de structure protéique sont:

  • la structure primaire, séquence linéaire des acides aminés
  • la structure secondaire, repliement en hélice ou en feuillet
  • la structure tertiaire, repliement tridimensionnel global
  • la structure quaternaire, association de plusieurs chaînes polypeptidiques

• Une enzyme reconnaît spécifiquement un substrat, le transforme en produit, puis libère ce produit avant de pouvoir catalyser une nouvelle réaction.

📌 L’ADN est généralement une double hélice constituée de désoxyribose et des bases A, T, C et G, tandis que l’ARN est généralement simple brin, contient du ribose et utilise U à la place de T.

• Un nucléotide comprend un groupement phosphate, un sucre et une base azotée.

📌 La complémentarité des bases associe A à T dans l’ADN, A à U dans l’ARN, et G à C dans les deux types d’acides nucléiques.

• Chez l’humain, l’ADN est le support de l’information génétique et de l’hérédité, et les cellules possèdent 46 chromosomes.

• L’ARN messager copie des segments d’ADN, l’ARN de transfert transporte des acides aminés et l’ARN ribosomique constitue les ribosomes et participe à la synthèse protéique.

💡 Astuce mémo

Acide aminé → peptide → protéine → enzyme

📖 5. Organisation et spécialisation cellulaires

📝 Points essentiels

• Toutes les cellules contiennent de l’ADN, nécessitent de l’énergie stockée sous forme d’ATP, peuvent se reproduire par mitose et s’adaptent aux changements de leur environnement.

• Parmi les types cellulaires humains figurent:

  • les adipocytes
  • les myocytes
  • les neurones
  • les cellules osseuses
  • les hépatocytes
  • les spermatozoïdes

📌 Les cellules eucaryotes possèdent un noyau contenant l’ADN, tandis que les cellules procaryotes, comme les bactéries, ne possèdent pas de noyau.

• Une cellule eucaryote comprend principalement une membrane plasmique, un noyau et un cytoplasme contenant des organites.

• Toutes les cellules possèdent le même ADN, mais leur diversité de fonctions et de morphologies résulte de l’expression différentielle des gènes.

💡 Astuce mémo

Eucaryote avec noyau versus procaryote sans noyau

📖 6. Membrane plasmique et transports

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Bicouche fluide de phospholipides qui sépare les milieux intracellulaire et extracellulaire et contrôle les échanges entre eux.

📝 Points essentiels

• Les têtes hydrophiles des phospholipides sont orientées vers les milieux aqueux, tandis que leurs queues hydrophobes se font face au centre de la bicouche.

• La membrane contient des phospholipides, du cholestérol, des protéines, des glycolipides et des glycoprotéines, mais ne contient pas de glycogène, d’ADN ou d’ARN de transfert.

📌 Les petites molécules non polaires et certains stéroïdes traversent librement la bicouche, tandis que les sucres, les acides aminés, les protéines et les ions nécessitent des protéines de transport.

📌 Le transport passif suit le gradient électrochimique sans consommer d’ATP, tandis que le transport actif se fait contre le gradient et consomme de l’ATP.

• La pompe Na+/K+-ATPase expulse trois ions Na+ et fait entrer deux ions K+ en utilisant de l’ATP.

• L’endocytose fait entrer du matériel par invagination de la membrane, tandis que l’exocytose libère du matériel par fusion d’une vésicule avec la membrane plasmique.

📌 En milieu hypertonique, une cellule perd de l’eau et se déshydrate, tandis qu’en milieu hypotonique elle gagne de l’eau et risque d’éclater.

💡 Astuce mémo

Transport passif avec le gradient versus transport actif contre le gradient

📖 7. Cytoplasme, organites et devenir cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Réseau de fibres protéiques qui donne sa forme à la cellule, ancre les organites et permet le transport intracellulaire.
• Apoptose : Mort cellulaire programmée et contrôlée qui élimine les cellules défectueuses ou vieillissantes afin de préserver l’intégrité de l’organisme.

📝 Points essentiels

• Le cytosquelette comprend des microfilaments d’environ 7 nm associés à la myosine, des filaments intermédiaires d’environ 10 nm et des microtubules d’environ 25 nm associés à la kinésine et à la dynéine.

• La mitochondrie produit l’essentiel de l’ATP, possède une double membrane et contient un ADN mitochondrial de 37 gènes hérité exclusivement de la mère.

• Les ribosomes synthétisent les protéines, le réticulum endoplasmique rugueux synthétise les protéines ciblées, le réticulum endoplasmique lisse synthétise des lipides et l’appareil de Golgi trie et mature les protéines.

• Le noyau contient l’ADN sous forme de chromatine, le nucléole produit les ribosomes et la chromatine se condense en chromosomes lors de la division cellulaire.

📌 Le catabolisme dégrade des molécules, tandis que l’anabolisme les synthétise pour renouveler les composants cellulaires.

💡 Astuce mémo

Nourrir → métaboliser → communiquer → réparer → apoptose

📖 8. Expression des gènes et protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Expression des gènes : Utilise une portion d’ADN pour fabriquer la protéine qu’il code.

📝 Points essentiels

• La synthèse protéique se déroule en deux étapes : la transcription dans le noyau, puis la traduction de l’ARNm dans le cytoplasme.

• La transcription comprend l’initiation au promoteur, l’élongation par complémentarité des bases et la terminaison avec détachement de l’ARN polymérase.

• 🔄 La maturation de l’ARNm comprend:

  1. Ajout d’une coiffe 5’
  2. Ajout d’une queue poly-A
  3. Retrait des introns
  4. Liaison des exons
  5. Export par les pores nucléaires

• Le code génétique est lu par triplets de bases appelés codons ; il comprend 64 codons, code 20 acides aminés, est redondant et est commun à quasiment toutes les espèces vivantes.

📌 Le codon AUG initie la traduction et code la méthionine, tandis que les codons UAA, UAG et UGA terminent la traduction.

💡 Astuce mémo

ADN → transcription → ARNm → traduction → protéine

📖 9. Constituants chimiques du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Unité fondamentale de la matière ; son noyau contient 99,9 % de sa masse et il possède autant de protons que d’électrons, ce qui le rend électriquement neutre.

📝 Points essentiels

📌 Les molécules inorganiques ne possèdent pas de carbone, sauf le dioxyde de carbone CO₂, tandis que les molécules organiques possèdent du carbone et de l’hydrogène.

📌 Les phospholipides sont amphiphiles, avec une tête hydrophile et une queue hydrophobe, ce qui leur permet de former la bicouche membranaire.

• Les protides représentent 10 à 30 % de la masse cellulaire et sont des polymères d’acides aminés impliqués notamment dans la structure, les enzymes et la contraction musculaire.

📌 L’ADN est constitué de deux brins contenant du désoxyribose et de la thymine, tandis que l’ARN est généralement constitué d’un seul brin contenant du ribose et de l’uracile.

💡 Astuce mémo

Organique = carbone ; inorganique = absence de carbone, sauf CO₂

📖 10. Organisation et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Délimite les compartiments intracellulaire et extracellulaire et est formée d’une bicouche de phospholipides contenant des protéines et du cholestérol.

📝 Points essentiels

📌 Le transport passif ne consomme pas d’ATP et déplace les molécules du compartiment le plus concentré vers le moins concentré.

• La pompe Na/K ATPase consomme de l’ATP pour faire sortir 3 Na+ et entrer 2 K+.

• Le cytosquelette comprend trois réseaux:

  • Microtubules
  • Microfilaments
  • Filaments intermédiaires

• Les mitochondries produisent la plupart de l’ATP, possèdent leur propre ADN comprenant 37 gènes et sont entourées d’une double membrane.

• Le réticulum endoplasmique rugueux, couvert de ribosomes, synthétise les protéines sécrétées et les protéines membranaires, tandis que le réticulum endoplasmique lisse participe au métabolisme lipidique et aux hormones stéroïdes.

💡 Astuce mémo

Une cellule comme une usine : membrane-filtre, cytoplasme-atelier, noyau-centre de commande

📖 11. Cycle cellulaire et mitose

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Série d’événements que subit une cellule depuis sa formation jusqu’à sa division.

📝 Points essentiels

• L’interphase comprend les phases G1, S et G2 ; la réplication de l’ADN a lieu uniquement pendant la phase S.

• La réplication de l’ADN est semi-conservative : chaque molécule fille contient un ancien brin et un nouveau brin.

• 🔄 La réplication comprend trois phases:

  1. Initiation et séparation des brins
  2. Élongation par l’ADN polymérase
  3. Terminaison, remplacement des amorces et liaison des fragments

• 🔄 La mitose comprend quatre étapes:

  1. Prophase
  2. Métaphase
  3. Anaphase
  4. Télophase

• Les points de contrôle vérifient notamment la croissance en G1, la réplication correcte de l’ADN en G2 et l’assemblage du fuseau en M ; la protéine p53 peut bloquer la division cellulaire.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 12. Méiose et formation des gamètes

📝 Points essentiels

• La méiose forme les gamètes dans les gonades en réalisant deux divisions successives qui transforment une cellule diploïde en quatre cellules haploïdes.

💡 Astuce mémo

Mitose : 2 cellules identiques ; méiose : 4 cellules haploïdes

📖 13. Ploïdie et principes de la méiose

🔑 Notions clés & Définitions

• Méiose : Division nucléaire spécifique des gonades qui transforme une cellule diploïde en quatre cellules filles haploïdes par deux divisions successives.

📝 Points essentiels

📌 La majorité des cellules humaines sont diploïdes, avec 46 chromosomes répartis en 23 paires homologues, dont 22 paires d’autosomes et une paire de chromosomes sexuels, tandis que les gamètes sont haploïdes et possèdent 23 chromosomes.

• La fécondation fusionne deux gamètes haploïdes et forme une cellule œuf diploïde.

💡 Astuce mémo

Diploïde 2n pour les cellules somatiques, haploïde n pour les gamètes

📖 14. Étapes et diversité des gamètes

📝 Points essentiels

📌 La méiose I est une division réductionnelle qui fait passer de 2n chromosomes à n chromosomes à deux chromatides, tandis que la méiose II est une division équationnelle qui sépare les chromatides et conserve n chromosomes à une chromatide.

• Le crossing-over de la prophase I réalise un brassage intrachromosomique entre chromosomes homologues.

• La répartition aléatoire des chromosomes homologues permet $2^n$ combinaisons, soit $2^{23}$ combinaisons chez l’être humain, environ 8 millions.

📌 La spermatogenèse produit quatre spermatozoïdes à partir d’une cellule germinale, tandis que l’ovogenèse produit un ovule et des globules polaires après une division cellulaire inégale.

💡 Astuce mémo

Méiose I : réduire ; Méiose II : séparer ; gamétogenèse : maturer

📖 15. Anomalies chromosomiques de la méiose

📝 Points essentiels

📌 Une mauvaise répartition des chromosomes pendant l’anaphase I ou des chromatides pendant l’anaphase II peut produire des gamètes anormaux et entraîner une monosomie ou une trisomie.

• La trisomie 21, ou syndrome de Down, correspond à la présence de trois chromosomes dans la paire 21 et peut s’accompagner d’un retard mental variable, de malformations et de troubles de la coordination motrice.

💡 Astuce mémo

Mauvaise séparation chromosomique → monosomie ou trisomie

📖 16. Gènes, allèles et génotypes

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène : Segment d’ADN qui détermine un caractère et dont l’expression permet la synthèse d’une protéine.
• Allèle : Version d’un gène ; un allèle dominant s’exprime dès qu’il est présent, tandis qu’un allèle récessif ne s’exprime que lorsqu’il est présent sur les deux chromosomes homologues.

📝 Points essentiels

📌 Un individu homozygote possède deux allèles identiques d’un gène, tandis qu’un individu hétérozygote possède deux allèles différents.

📌 Le génotype est l’ensemble des allèles d’un individu, tandis que le phénotype est l’ensemble de ses caractères visibles et dépend de la dominance entre les allèles.

💡 Astuce mémo

Génotype invisible des allèles, phénotype visible des caractères

📖 17. Lois de transmission héréditaire

📝 Points essentiels

📌 La loi de dominance de Mendel indique que le croisement de deux individus homozygotes différant pour un couple allélique donne des descendants exprimant le phénotype de l’allèle dominant.

📌 La loi de ségrégation indique que les deux allèles d’un même gène se séparent lors de la formation des gamètes, de sorte que chaque gamète ne reçoit qu’un seul allèle.

• Le croisement de deux lignées homozygotes donne 100 % d’individus F1 exprimant le caractère dominant, tandis que le croisement de deux individus F1 hétérozygotes donne 75 % d’individus F2 dominants et 25 % récessifs.

• Lorsqu’un caractère est porté par le chromosome X, sa transmission est privilégiée entre les mères et leurs fils, car le chromosome X possède des gènes absents du chromosome Y.

• Une maladie autosomique dominante s’exprime si l’allèle est présent, apparaît généralement à chaque génération et touche les deux sexes, tandis qu’une maladie autosomique récessive ne s’exprime que chez les homozygotes et peut sauter des générations.

• Pour un allèle récessif porté par le chromosome X, une mère hétérozygote saine transmet l’allèle à ses fils avec un risque de 50 % qu’ils soient malades, tandis que l’expression chez ses filles dépend de l’allèle paternel.

💡 Astuce mémo

Dominance, ségrégation, assortiment indépendant

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des transports membranaires

Comparaison des acides nucléiques