Fiche de révision : Biologie et physiologie des mammifères

📋 Plan du Cours

1. Organisation et fonctions du mammifère
2. Milieu intérieur et homéostasie
3. Surfaces d’échanges nutritionnels
4. Organisation et activités digestives
5. Digestion et absorption intestinales
6. Métabolisme hétérotrophe du mammifère
7. Digestion et métabolisme hétérotrophe
8. Appareil digestif et rumination bovine
9. Holobionte et fonctions du microbiote
10. Contrôle de la fonction digestive
11. Hormones pancréatiques et glycémie
12. Potentiels et propagation nerveuse
13. Réception des stimuli sensoriels
14. Intégration et transmission synaptique
15. Jonction neuromusculaire et unité motrice
16. Unités motrices et mouvement
17. Jonction neuromusculaire
18. Organisation de la fibre musculaire

📖 1. Organisation et fonctions du mammifère

🔑 Notions clés & Définitions

• Être vivant : Constitué d’au moins une cellule, compartiment aqueux délimité par une membrane et contenant de l’ADN, dont l’organisation complexe mobilise matière et énergie et qui peut se reproduire.

📝 Points essentiels

• Les niveaux d’organisation du vivant vont des atomes aux molécules, aux cellules, aux tissus, aux organes et à l’organisme, et chaque niveau peut présenter des propriétés émergentes absentes du niveau inférieur.

📌 Les fonctions de nutrition, assurées notamment par les systèmes digestif, respiratoire, circulatoire et excréteur, permettent la croissance et le maintien de l’individu, tandis que la fonction de relation met l’individu en rapport avec son environnement et intègre ses fonctions.

• La fonction de reproduction contribue à la pérennité de l’espèce, mais elle n’est pas vitale à l’échelle de l’individu.

• Les mammifères tirent matière et énergie de composés organiques, utilisent notamment amidon, glycogène et cellulose pour synthétiser leur matière organique et produire de l’ATP, et consomment du dioxygène en rejetant du dioxyde de carbone lors de la respiration aérobie.

📌 Le vivant ne crée pas d’énergie, mais transforme l’énergie prélevée dans son environnement pour maintenir son organisation et assurer ses fonctions.

📖 2. Milieu intérieur et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Milieu intérieur : Le milieu intérieur du mammifère correspond aux liquides corporels, notamment au sang, à la lymphe, à la lymphe interstitielle, au liquide céphalo-rachidien, aux humeurs de l’œil et au liquide des articulations.
• Homéostasie : L’homéostasie est le maintien relativement stable des variables physiques et chimiques du milieu intérieur par l’action coordonnée des systèmes et appareils de l’organisme, avec des valeurs qui varient autour de points de consigne en équilibre dynamique.

★ À maîtriser

• Chez un organisme pluricellulaire, le compartiment extracellulaire comprend les liquides corporels, tandis que le compartiment intracellulaire correspond au cytoplasme des cellules.

📌 La rétro-inhibition déclenche une réponse qui s’oppose à la variation initiale, tandis que la rétroactivation amplifie cette variation et reste plus rare.

Compléments

• Claude Bernard a établi le concept de milieu intérieur, qui s’interpose entre les cellules et l’environnement et atténue les effets des variations extérieures.

• Le milieu intérieur liquide permet aux cellules de vivre dans un environnement stabilisé et rend l’organisme moins sensible aux variations parfois défavorables du milieu extérieur.

💡 Astuce mémo

Milieu extérieur variable, milieu intérieur stabilisé

📖 3. Surfaces d’échanges nutritionnels

🔑 Notions clés & Définitions

• Surface d’échange nutritionnelle : Interface entre l’organisme et son milieu où s’effectuent les échanges de substances, notamment par diffusion.

★ À maîtriser

• Les surfaces d’échange nutritionnelles présentent trois caractéristiques :

  • une grande surface
  • une faible épaisseur
  • une vascularisation

• Selon la première loi de Fick, le flux de diffusion est proportionnel au gradient de concentration, et la substance diffuse du milieu le plus concentré vers le moins concentré. - Adolph FICK

Compléments

• Les surfaces en contact avec le milieu extérieur proviennent de tissus épithéliaux et peuvent être visibles à la surface du corps ou internalisées.

• Les surfaces en contact avec le milieu extérieur participent aux fonctions de relation, de nutrition et de reproduction, notamment par la perception, la protection, les échanges gazeux, l’absorption et l’excrétion.

📖 4. Organisation et activités digestives

★ À maîtriser

• Dans la bouche, la mastication et l’insalivation forment un bol alimentaire, tandis que l’amylase salivaire commence la digestion des glucides et peut agir environ une heure avant d’être inactivée par l’acidité gastrique.

• Dans l’estomac, le brassage péristaltique transforme le bol alimentaire en chyme, qui est évacué par petits jets après un séjour de 2 à 4 heures.

Compléments

• Le tube digestif, de l’œsophage à l’anus, partage une organisation générale en quatre tuniques.

• Dans l’œsophage, le mucus lubrifie le bol alimentaire et le péristaltisme le propulse vers l’estomac.

• La salive contient 99,5 % d’eau et 0,5 % de solutés, dont du mucus, l’amylase salivaire, la lipase linguale et le lysozyme.

• L’estomac sécrète notamment du mucus, du bicarbonate, de l’acide chlorhydrique, du pepsinogène, de la lipase et de la gastrine, et réalise surtout la digestion des protéines ainsi qu’une digestion limitée des lipides.

💡 Astuce mémo

Aliments → bol alimentaire → chyme → nutriments → fèces

📖 5. Digestion et absorption intestinales

★ À maîtriser

• Dans l’intestin grêle, plis et villosités augmentent la surface épithéliale d’absorption, jusqu’à environ 200 m² selon le cours.

• Environ 90 % de l’absorption des nutriments a lieu dans l’intestin grêle.

• Dans l’intestin grêle, les enzymes dégradent protéines, glucides, lipides et acides nucléiques en molécules absorbables, tandis que la bile émulsionne les lipides et que ses bicarbonates contribuent à neutraliser le chyme acide.

• L’intestin grêle absorbe notamment peptides, acides aminés, oses, lipides, eau, ions, vitamines et minéraux par différents mécanismes, dont transport actif, diffusion facilitée, diffusion simple et osmose.

Compléments

• Le suc pancréatique, la bile et le suc intestinal représentent ensemble environ 4 L par jour chez l’humain et contribuent à la digestion et à l’absorption dans le duodénum.

• Dans le côlon, le microbiote dégrade notamment la cellulose, produit des vitamines B et K ainsi que des gaz, et contribue à la décomposition des matières résiduelles.

📖 6. Métabolisme hétérotrophe du mammifère

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme hétérotrophe : Le métabolisme hétérotrophe utilise des molécules organiques comme source de matière, et le métabolisme chimio-hétérotrophe tire aussi son énergie de réactions chimiques.

📖 7. Digestion et métabolisme hétérotrophe

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme chimio-organo-hétérotrophe : Utilisation de molécules organiques comme sources d’énergie et de matière.

★ À maîtriser

• Chez de nombreux Métazoaires, le système digestif transforme les aliments en nutriments qui sont absorbés par l’épithélium intestinal puis distribués aux cellules par la circulation sanguine.

Compléments

• Les cellules animales prélèvent dans leur milieu des molécules organiques provenant d’autres êtres vivants, contrairement aux cellules végétales qui les fabriquent ou les reçoivent.

• Les molécules organiques absorbées par une cellule hétérotrophe contribuent à la production d’énergie par catabolisme oxydatif, fournissent des précurseurs de biosynthèse contenant notamment du carbone, de l’azote et de l’oxygène, ou sont mises en réserve.

• Les nutriments entrent dans les cellules hétérotrophes à travers la membrane plasmique par endocytose ou par transport transmembranaire.

💡 Astuce mémo

Aliments → nutriments → absorption → cellules

📖 8. Appareil digestif et rumination bovine

★ À maîtriser

• L’estomac du bovin comprend quatre poches :

  • la panse ou rumen
  • le bonnet ou réticulum
  • le feuillet ou omasum
  • la caillette ou abomasum

• La panse du bovin peut contenir 200 litres, le bonnet 15 litres, le feuillet 20 litres et la caillette 20 litres.

📌 Chez le bovin, la panse est le lieu de la digestion cellulolytique, le bonnet assure le tri, le feuillet absorbe l’eau et la caillette réalise la digestion enzymatique et l’absorption.

• La population de la panse comprend :
  • des ciliés
  • des Eumycètes
  • des Eubactéries
  • des Archées

Compléments

• Le bonnet du bovin filtre le contenu digestif et peut laisser repasser dans le rumen les éléments grossiers.

💡 Astuce mémo

Panse → bonnet → feuillet → caillette

📖 9. Holobionte et fonctions du microbiote

🔑 Notions clés & Définitions

• Holobionte : Assemblage d’espèces hôtes et d’autres espèces vivant à l’intérieur de l’hôte, sur son enveloppe ou à proximité.

★ À maîtriser

• Le Mammifère est un holobionte dont la flore microbienne est composée de symbiotes.

• Dans le côlon, les bactéries dégradent et fermentent les polyosides complexes qui ont échappé à la digestion dans le petit intestin proximal, puis l’hôte absorbe les acides gras à courtes chaînes produits.

Compléments

• L’holobionte peut présenter des propriétés émergentes par rapport à celles de l’organisme hôte seul.

• La composition du microbiote intestinal dépend fortement de facteurs environnementaux, notamment l’alimentation et l’hygiène liée à l’accès à l’eau.

• L’absence de flore intestinale diminue fortement le nombre de cellules immunitaires dans la muqueuse intestinale. - Macpherson et al, Nat Rev Immunol, 2004

• L’obésité est associée à une augmentation du pourcentage de Firmicutes et à une baisse du pourcentage de Bacteroidetes dans le microbiote intestinal. - Ley et al, Nature, 2006

💡 Astuce mémo

Microbiote présent → fermentation des polyosides complexes dans le côlon

📖 10. Contrôle de la fonction digestive

★ À maîtriser

• Les stimuli déclencheurs de la digestion sont : les stimuli mécaniques, comme l’étirement, les stimuli chimiques, liés à des molécules, les stimuli osmotiques, liés à la concentration

• Les stimuli digestifs déclenchent des réflexes courts dans la paroi intestinale et des réflexes longs passant par le système nerveux central, qui modifient les sécrétions glandulaires et les contractions des muscles lisses du tube digestif.

📌 Les réflexes courts digestifs sont intégrés dans la paroi du tube digestif, tandis que les réflexes longs impliquent le système nerveux central et le système nerveux autonome.

• L’entérokinase de l’épithélium intestinal transforme le trypsinogène en trypsine, qui convertit ensuite les autres zymogènes en enzymes actives.

Compléments

• Les stimuli externes liés à la vue, à l’odeur, au goût ou à l’idée de nourriture, ainsi que les émotions, peuvent déclencher des voies réflexes nerveuses digestives.

• Les cellules acineuses sécrètent normalement un inhibiteur spécifique de la trypsine, qui protège le pancréas contre l’autolyse si la trypsine est activée à l’intérieur des cellules.

💡 Astuce mémo

Réflexes courts dans la paroi ; réflexes longs via le système nerveux central

📖 11. Hormones pancréatiques et glycémie

★ À maîtriser

• Le pancréas est une glande mixte : sa partie exocrine représente 99 % de sa masse et déverse le suc pancréatique dans le duodénum, tandis que sa partie endocrine représente 1 % et comprend les îlots de Langerhans.

📌 Les cellules alpha représentent environ 30 % des cellules endocrines et sécrètent le glucagon, tandis que les cellules bêta en représentent 70 % et sécrètent l’insuline.

• L’insuline abaisse la glycémie en favorisant la glycogénogenèse hépatique et musculaire ainsi que la mise en réserve des lipides dans les adipocytes par lipogenèse.

• Le glucagon augmente la glycémie en activant la glycogénolyse hépatique, qui libère du glucose dans le sang; cet effet est absent lorsque les réserves hépatiques de glycogène sont épuisées.

Compléments

• La glande pancréatique contient environ un million d’îlots de Langerhans, chacun renfermant environ 3 000 cellules.

📌 Après un repas riche en glucides, l’insulinémie augmente et le glucagonémie diminue; ces hormones antagonistes ont des effets complémentaires qui ramènent la glycémie vers sa valeur de consigne.

💡 Astuce mémo

Insuline stocke, glucagon libère

📖 12. Potentiels et propagation nerveuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Potentiel : Mesure de la différence de charges entre deux points; au niveau cellulaire, ces charges dépendent de la présence d’anions et de cations.

📝 Points essentiels

• Le potentiel de membrane correspond à la différence de charge électrique entre les feuillets externe et interne de la membrane plasmique.

• La pompe Na⁺/K⁺-ATPase expulse 3 Na⁺ contre leur gradient et fait entrer 2 K⁺ contre leur gradient en consommant de l’ATP.

• Les potentiels gradués varient en amplitude selon l’intensité du stimulus; lorsqu’ils atteignent le seuil d’excitation, ils déclenchent un potentiel d’action.

• Le potentiel d’action se propage sans atténuation et dans une seule direction, car les canaux en période réfractaire empêchent le déclenchement immédiat d’un nouveau potentiel en amont.

💡 Astuce mémo

PG gradué, PA tout ou rien

📖 13. Réception des stimuli sensoriels

🔑 Notions clés & Définitions

• Proprioception : Sensibilité profonde permettant de percevoir, consciemment ou non, la position des différentes parties du corps.
• Récepteur sensoriel : Terminaison amyélinique d’un neurone sensitif qui produit un potentiel gradué décrémentiel.
• Somesthésie : Sensibilité à la pression, à la chaleur et à la douleur.

★ À maîtriser

📌 Les informations sensorielles proviennent des organes des sens, tandis que les informations sensitives comprennent notamment la somesthésie et la proprioception.

• Les récepteurs sensoriels transforment les stimuli de l’environnement en activité neuronale sous forme de potentiels d’action, qui produisent une perception sensorielle lorsqu’ils atteignent le cerveau.

Compléments

• Le système nerveux distingue les modalités sensorielles parce que les potentiels d’action circulent dans des réseaux neuronaux indépendants appelés voies indexées.

💡 Astuce mémo

Stimulus → récepteur → message afférent

📖 14. Intégration et transmission synaptique

★ À maîtriser

• La moelle épinière relie l’encéphale aux organes connectés par les nerfs périphériques et intègre certains réflexes simples sans intervention de l’encéphale.

• Un potentiel postsynaptique résulte de l’ouverture de canaux sensibles aux neurotransmetteurs et de la modification du potentiel de membrane postsynaptique.

📌 Un PPSE est dépolarisant et excitateur, tandis qu’un PPSI est hyperpolarisant et inhibiteur.

• Les PPSE et les PPSI se somment au niveau du neurone; si la dépolarisation résultante dépasse le seuil d’excitation, un potentiel d’action apparaît, tandis qu’une hyperpolarisation empêche son déclenchement.

Compléments

• Le neurotransmetteur est éliminé par : dégradation enzymatique dans la fente synaptique, recaptage par les cellules gliales, recaptage par le bouton synaptique, diffusion hors de la fente synaptique

💡 Astuce mémo

PPSE dépolarise, PPSI hyperpolarise

📖 15. Jonction neuromusculaire et unité motrice

★ À maîtriser

• Un motoneurone innerve entre 100 et 1 000 fibres musculaires; un motoneurone et l’ensemble des fibres qu’il innerve forment une unité motrice.

Compléments

• Chaque fibre musculaire est innervée par un seul motoneurone, et la finesse du mouvement dépend du nombre d’unités motrices.

📖 16. Unités motrices et mouvement

★ À maîtriser

• Un motoneurone innerve entre 100 et 1 000 fibres musculaires, et l’ensemble formé par ce motoneurone et les fibres qu’il innerve constitue une unité motrice.

Compléments

• La finesse d’un mouvement dépend du nombre d’unités motrices mobilisées.

📖 17. Jonction neuromusculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Jonction neuromusculaire : Synapse qui transmet le message nerveux efférent du motoneurone à la cellule musculaire.

📝 Points essentiels

• L’acétylcholinestérase dégrade l’acétylcholine dans la fente de la jonction neuromusculaire, ce qui arrête la stimulation du myocyte.

💡 Astuce mémo

L’acétylcholinestérase dégrade l’acétylcholine → la stimulation du myocyte s’arrête.

📖 18. Organisation de la fibre musculaire

★ À maîtriser

• Une fibre musculaire, ou myocyte, contient de nombreuses myofibrilles constituées de myofilaments disposés selon une superposition ordonnée.

📌 Les myofilaments épais sont constitués de myosine, tandis que les myofilaments fins sont constitués d’actine associée à d’autres molécules.

• 🔄 Le couplage excitation-contraction suit cette séquence :

  1. Le potentiel d’action axonique entraîne la formation d’un potentiel d’action musculaire.
  2. Le potentiel d’action musculaire se propage.
  3. La concentration calcique du cytosol augmente.

• Les ions calcium se fixent sur la troponine, déplacent la tropomyosine et démasquent les sites de fixation de la myosine sur l’actine.

• Après la fixation des têtes de myosine sur l’actine, les myofilaments fins glissent sur les myofilaments épais, ce qui raccourcit la fibre musculaire et le muscle.

Compléments

• Le muscle est un organe constitué de plusieurs tissus, dont le tissu musculaire est prédominant, et ce tissu contient principalement des myocytes.

• La propagation des potentiels d’action et la transmission synaptique à la jonction neuromusculaire relient le système nerveux central aux muscles effecteurs et permettent la contraction musculaire squelettique à l’origine du mouvement volontaire.

💡 Astuce mémo

Myosine épaisse, actine fine.