Fiche de révision : Biologie et physiologie animale

📋 Plan du Cours

1. Cellule et théorie du vivant
2. Critères et limites du vivant
3. Nomenclature et espèces
4. Mécanismes de l’évolution
5. Classer et représenter le vivant
6. Organismes modèles en recherche
7. Animaux et grandes fonctions
8. Tissus animaux et fonctions
9. Histologie et organisation des organes
10. Animaux holobiontes et microbiote
11. Compartiments et homéostasie
12. Échanges, osmose et transports

📖 1. Cellule et théorie du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Espace clos délimité par une membrane plasmique, contenant des protéines fonctionnelles et une information génétique.

★ À maîtriser

📌 La théorie cellulaire affirme que tout organisme est composé d’au moins une cellule et que toute cellule provient d’une autre cellule.

📌 Les procaryotes, comme les bactéries et les archées, sont dépourvus de noyau, tandis que les eucaryotes, comme les animaux, les végétaux et les fungi, sont compartimentés et possèdent notamment un noyau.

Compléments

• Au XVIIe siècle, Robert Hooke décrit dans Micrographia des structures rappelant des chambres de moines et les nomme cellules.

💡 Astuce mémo

Organisme → cellule → membrane, protéines, information génétique

📖 2. Critères et limites du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Capacité d’une cellule à produire sa propre matière et sa propre énergie grâce à des réactions biochimiques.
• Homéostasie : Capacité d’une cellule à maintenir son milieu intérieur dans un état stable.

📝 Points essentiels

• La reproduction cellulaire transmet l’information génétique aux descendantes, mais les mutations et le mélange des informations parentales produisent une descendance avec modification.

📌 Les virus sont des entités réplicatives non cellulaires qui possèdent interaction, reproduction et évolution, mais qui manquent de métabolisme et d’homéostasie et dépendent d’une cellule hôte.

💡 Astuce mémo

M-I-H-R-E : métabolisme, interactions, homéostasie, reproduction, évolution

📖 3. Nomenclature et espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Nomenclature binomiale : Désignation de chaque espèce par un nom composé du genre et de l’espèce, comme Homo sapiens.
• Concept biologique d’espèce : Regroupe les organismes capables de se reproduire entre eux et de produire naturellement une descendance elle-même interfertile.

📝 Points essentiels

📌 Le concept morphologique regroupe des organismes partageant des caractéristiques anatomiques déterminées, tandis que le concept écologique les regroupe selon leur niche écologique.

• Environ 2 millions d’espèces vivantes sont décrites, mais leur nombre pourrait être dix fois plus élevé.

💡 Astuce mémo

Genre → espèce → famille → ordre → classe → embranchement → règne → domaine

📖 4. Mécanismes de l’évolution

★ À maîtriser

• À chaque cycle reproductif, les mutations et la reproduction sexuée ou asexuée produisent une descendance avec modification et génèrent une diversité intraspécifique.

• La mutation fait apparaître aléatoirement de nouvelles caractéristiques, la sélection naturelle augmente les caractéristiques avantageuses dans une population et la dérive génétique transmet aléatoirement des caractéristiques.

📌 L’anagénèse transforme progressivement une espèce en une autre, tandis que la cladogénèse sépare une population en deux lignées évoluant vers deux espèces.

Compléments

• Chez les bactéries et probablement chez LUCA, les transferts horizontaux de gènes peuvent mélanger les branches évolutives.

💡 Astuce mémo

Mutation et reproduction → diversité → sélection ou dérive → spéciation

📖 5. Classer et représenter le vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Groupe monophylétique : Rassemble un ancêtre commun et tous les organismes ayant hérité de lui une innovation évolutive appelée synapomorphie.

★ À maîtriser

📌 La classification traditionnelle utilise des critères observables souvent arbitraires, tandis que la classification phylogénétique fonde les groupes sur des caractères dérivés hérités d’un ancêtre commun.

• Tous les organismes possèdent une organisation cellulaire, une information génétique sous forme d’ADN utilisant un même langage et un fonctionnement global commun, ce qui indique un ancêtre commun appelé LUCA.

Compléments

📌 Le langage finaliste doit être évité en évolution : il faut dire que les oiseaux peuvent voler grâce à leurs ailes plutôt qu’ils ont des ailes pour voler.

💡 Astuce mémo

Classification traditionnelle arbitraire ≠ classification phylogénétique fondée sur les synapomorphies

📖 6. Organismes modèles en recherche

🔑 Notions clés & Définitions

• Organisme modèle : Organisme facile à étudier en profondeur dont les résultats peuvent être transposés à des organismes plus complexes ou plus difficiles à étudier.

★ À maîtriser

📌 Un organisme modèle possède généralement un cycle de vie court, un entretien facile, un fonctionnement bien connu et un génome de petite taille ou bien caractérisé.

• La règle des 3 R impose :
  • Remplacer les animaux lorsque des alternatives existent
  • Réduire leur nombre lorsque leur utilisation est indispensable
  • Raffiner les procédures afin de limiter le stress et la douleur

Compléments

• Escherichia coli double sa population en 20 minutes dans des conditions optimales.

• En France en 2022, la souris Mus musculus était de très loin l’organisme animal modèle le plus utilisé, tandis que les chats, les chiens et les primates représentaient 0,5 % des animaux utilisés. - Direction générale de la recherche et de l’innovation

💡 Astuce mémo

Remplacer → réduire → raffiner

📖 7. Animaux et grandes fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Métazoaires : Organismes pluricellulaires dont les cellules spécialisées forment des tissus liés par une matrice extracellulaire contenant du collagène, qui sont hétérotrophes et dont la méiose produit des gamètes haploïdes.

★ À maîtriser

• Les bilatériens possèdent une symétrie bilatérale, une cavité digestive tubulaire avec une bouche et un anus, une céphalisation et des organes regroupés en systèmes.

• Chez les animaux, les principales fonctions sont :

  • La respiration
  • La digestion
  • L’excrétion
  • La circulation
  • La locomotion
  • La reproduction
  • La défense
  • La communication

Compléments

📌 Les spongiaires ou porifères et les eumétazoaires constituent deux grands groupes monophylétiques des métazoaires, les eumétazoaires correspondant aux animaux au sens strict.

💡 Astuce mémo

Cellules spécialisées → tissus → organes → systèmes → fonctions

📖 8. Tissus animaux et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Tissu épithélial : Tissu formé d’une ou plusieurs couches de cellules reposant sur une lame basale et assurant notamment la protection, les échanges, l’imperméabilisation ou la sécrétion.
• Tissu conjonctif : Assure la cohésion, le soutien structural et le soutien métabolique des autres tissus grâce à une matrice extracellulaire abondante contenant des fibres et quelques cellules spécialisées.
• Tissu nerveux : Composé de neurones spécialisés dans la réception et la transmission de l’information et de cellules gliales assurant le soutien, la protection, la nutrition et l’aide à la transmission.

📝 Points essentiels

📌 Le tissu musculaire squelettique possède des sarcomères et se contracte grâce au coulissement de l’actine sur la myosine, tandis que le muscle lisse ne possède pas de sarcomères.

• La contraction musculaire nécessite l’entrée de calcium et de l’ATP, puis les têtes de myosine se lient à l’actine et provoquent le coulissement des filaments.

💡 Astuce mémo

É-C-M-N : épithélial, conjonctif, musculaire, nerveux

📖 9. Histologie et organisation des organes

★ À maîtriser

• 🔄 L’étude histologique suit plusieurs étapes :
  1. Prélever l’organe ou l’échantillon
  2. Fixer l’échantillon
  3. Inclure l’échantillon dans un bloc solide
  4. Réaliser une coupe ultrafine
  5. Colorer éventuellement l’échantillon

Compléments

📌 Le microtome réalise une coupe à température ambiante dans la paraffine, tandis que le cryostat réalise une coupe à -20 °C dans la gélatine.

• Dans la coloration H&E, l’hématoxyline colore les composants acides en bleu violacé et l’éosine colore le cytoplasme et les fibres extracellulaires en rose ou rougeâtre.

• Une artère possède trois couches :

  • Une intima comprenant un endothélium et du tissu conjonctif lâche
  • Une média comprenant du muscle lisse et des tissus élastiques
  • Une adventice comprenant du tissu conjonctif lâche

💡 Astuce mémo

Prélever → fixer → inclure → couper → colorer

📖 10. Animaux holobiontes et microbiote

🔑 Notions clés & Définitions

• Microbiote : Ensemble des microorganismes symbiotiques vivant chez un organisme hôte, notamment sur la peau, dans le tractus digestif et dans les voies génitales.

★ À maîtriser

• Le microbiote intestinal participe à la digestion de certaines substances, fournit de nouveaux nutriments et aide à leur absorption, tandis que le microbiote cutané occupe la niche des pathogènes et produit des substances antimicrobiennes.

Compléments

• Chez le termite, des protozoaires intestinaux digèrent la cellulose du bois et libèrent des acides gras volatils absorbables par l’animal.

💡 Astuce mémo

Microbiote intestinal → digestion et nutriments ; microbiote cutané → défense

📖 11. Compartiments et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Homéostasie : Processus par lequel un paramètre interne conserve une valeur de référence, comme la température, la glycémie, l’osmolarité ou les concentrations en Na+ et K+.

📝 Points essentiels

• Le milieu intérieur comprend :
  • Le compartiment intracellulaire
  • Le liquide interstitiel
  • La lymphe endiguée
  • Le plasma

📌 Le liquide intracellulaire est pauvre en Na+, Cl- et HCO3- et riche en K+, Mg2+, phosphate et protéines, tandis que le liquide extracellulaire présente la répartition inverse.

📌 Un animal tolérant laisse varier son milieu intérieur avec les paramètres environnementaux, tandis qu’un animal régulateur maintient son milieu intérieur dans une gamme de valeurs grâce à des mécanismes physiologiques.

💡 Astuce mémo

LIC riche en K+ ≠ LEC riche en Na+

📖 12. Échanges, osmose et transports

🔑 Notions clés & Définitions

• Surface d’échange : Une surface d’échange est une frontière entre deux compartiments permettant des échanges régulés, comme l’épithélium intestinal, le tégument, l’endothélium capillaire ou la membrane plasmique.
• Osmose : Mouvement de l’eau à travers une membrane, de la solution hypoosmotique vers la solution hyperosmotique, grâce notamment aux aquaporines.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’efficacité des échanges augmente lorsque le rapport surface sur épaisseur augmente, soit $\frac{S}{e}$ avec S correspondant à la surface et e à l’épaisseur.

📌 Le transport passif fait passer une particule selon son gradient sans utiliser d’énergie, tandis que le transport actif utilise de l’ATP pour la déplacer contre son gradient.

Compléments

• L’osmolarité peut être approximée par la somme, pour chaque substance dissoute, de sa concentration multipliée par le nombre d’espèces dissoutes produites.

💡 Astuce mémo

Surface d’échange → perméabilité sélective → flux passif ou actif

📊 Tableaux de synthèse

Types de tissus animaux

Modes de régulation du milieu intérieur