Fiche de révision : Biologie générale et cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Propriétés fondamentales du vivant
2. Systèmes thermodynamiques
3. Croissance et reproduction
4. Homéostasie et glycémie
5. Évolution et sélection naturelle
6. Niveaux d’organisation du vivant
7. Espèces et classification du vivant
8. Éléments et structure atomique
9. Éléments essentiels et iode
10. Liaisons chimiques et polarité
11. Propriétés biologiques de l’eau
12. Macromolécules et protéines
13. Structure et fonctions des protéines
14. Membrane et transports cellulaires
15. Organites, trafic et communication

📖 1. Propriétés fondamentales du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité fondamentale du vivant, et tous les êtres vivants sont constitués d’une ou de plusieurs cellules.
• Sensibilité : Capacité d’un être vivant à percevoir son environnement et à réagir à ses changements.

📝 Points essentiels

• La cellule échange de la matière et de l’énergie avec son environnement, peut se reproduire et peut répondre aux changements de son milieu.

• Quand le corps a froid, des contractions musculaires produisent des frissons ou des grelottements qui génèrent de la chaleur et contribuent à le réchauffer.

• Les êtres vivants sont des systèmes complexes et organisés dont les éléments interagissent de manière précise, des atomes aux écosystèmes.

📖 2. Systèmes thermodynamiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Système isolé : Système qui n’échange ni matière ni énergie avec son environnement.
• Système fermé : Système qui n’échange pas de matière avec son environnement, mais peut échanger de l’énergie.
• Système ouvert : Système qui échange à la fois de la matière et de l’énergie avec son environnement, comme le font les êtres vivants.
• Thermodynamique : Étude notamment des échanges de matière et d’énergie entre un système et son environnement.

📝 Points essentiels

• Un thermos de café illustre approximativement un système fermé : le café reste à l’intérieur, tandis que de l’énergie thermique peut être échangée avec l’environnement.

💡 Astuce mémo

Isolé : rien ; fermé : énergie seule ; ouvert : matière et énergie.

📖 3. Croissance et reproduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Croissance : Augmentation du nombre et/ou de la taille des cellules.
• Reproduction : Production d’une descendance qui permet de perpétuer le génome.

★ À maîtriser

• Au cours du développement, un nombre initialement limité de cellules se multiplie, se différencie et s’organise pour former un organisme complexe.

📌 La reproduction sexuée implique généralement la fusion de gamètes et produit une descendance génétiquement différente des parents, tandis que la reproduction asexuée ne nécessite pas de fusion de gamètes et produit généralement des descendants très proches du parent.

Compléments

• Le plan de développement d’un organisme est inscrit dans ses gènes.

• Chez les mammifères, les gènes HOX participent à déterminer l’identité et la position de structures du corps pendant le développement embryonnaire.

📖 4. Homéostasie et glycémie

🔑 Notions clés & Définitions

• Homéostasie : Capacité d’un organisme à maintenir relativement stables certaines caractéristiques internes malgré les variations de l’environnement, dans une plage autour d’une valeur de référence.
• Glycémie : Concentration de glucose dans le sang, qui vaut en moyenne environ 0,9 g/L chez l’être humain.

★ À maîtriser

📌 L’insuline favorise l’entrée ou le stockage du glucose et fait diminuer la glycémie, tandis que le glucagon favorise la libération de glucose dans le sang et fait augmenter la glycémie.

Compléments

• Le pancréas comprend environ 98 % de tissu exocrine et 2 % de tissu endocrine.

• La partie exocrine du pancréas produit un suc contenant notamment des enzymes digestives et des substances contribuant à neutraliser l’acidité du contenu provenant de l’estomac.

• La sédentarité, certains modes d’alimentation et des facteurs génétiques peuvent contribuer au diabète de type 2, dont la prévalence augmente dans de nombreux pays développés.

💡 Astuce mémo

Insuline fait baisser la glycémie, glucagon la fait augmenter.

📖 5. Évolution et sélection naturelle

★ À maîtriser

📌 La sélection naturelle peut faire évoluer une population si elle présente une diversité génétique et si l’environnement varie ou exerce des pressions de sélection.

• Sous la pression d’un antibiotique, les bactéries sensibles sont éliminées plus facilement, tandis que les résistantes peuvent survivre et se multiplier, augmentant leur proportion dans la population.

Compléments

• En moyenne, environ 0,1 % du génome humain varie entre deux individus.

• Avant la révolution industrielle, la forme sombre de la phalène du bouleau représentait par exemple environ 5 % de certaines populations, puis elle a pu atteindre environ 95 % après l’assombrissement des troncs par la pollution au charbon.

• Lorsque les troncs s’assombrissent, les phalènes sombres sont mieux camouflées et les claires plus visibles, ce qui peut inverser la fréquence des deux phénotypes sous l’effet de la prédation.

💡 Astuce mémo

Environnement modifié → survie différentielle → fréquence des caractères modifiée.

📖 6. Niveaux d’organisation du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Unité de matière constituée d’un noyau contenant des protons et des neutrons, entouré d’électrons.
• Organite : Structure spécialisée présente à l’intérieur des cellules, particulièrement dans les cellules eucaryotes.
• Tissu : Ensemble de cellules généralement similaires, issues d’une même lignée ou ayant une organisation et une fonction communes.
• Organe : Un organe est constitué de plusieurs tissus qui travaillent ensemble pour assurer une ou plusieurs fonctions.
• Population : Ensemble d’individus d’une même espèce vivant dans une zone donnée à un moment donné.
• Macromolécule : Molécule particulièrement grande et complexe.

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → organite → cellule → tissu → organe → système → organisme → population → communauté → écosystème.

📖 7. Espèces et classification du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce : Ensemble d’organismes capables de se reproduire entre eux et de produire une descendance fertile.
• Écosystème : Ensemble comprenant les organismes vivants d’un milieu, ses caractéristiques physico-chimiques et les interactions entre les organismes et leur environnement.
• Communauté : Ensemble des espèces vivant dans un même milieu et pouvant interagir entre elles.
• LUCA : Organisme hypothétique représentant le dernier ancêtre commun à l’ensemble des êtres vivants actuels, sans être nécessairement le premier organisme ayant existé.

★ À maîtriser

📌 Les bactéries et les archées sont des procaryotes sans noyau délimité par une membrane, tandis que les eucaryotes possèdent notamment un noyau et différents organites.

Compléments

• Le cheval et l’âne peuvent produire une mule généralement stérile et sont donc considérés comme deux espèces différentes selon le concept biologique de l’espèce.

• Le concept biologique de l’espèce fonctionne mal pour les organismes qui se reproduisent de manière asexuée et pour certaines situations particulières.

• Un écosystème n’a pas de taille fixe : une rivière entière ou une partie beaucoup plus petite peut être considérée comme un écosystème.

• Les plantes réalisent notamment la photosynthèse, les animaux et les champignons sont hétérotrophes, et les champignons digèrent la matière organique à l’extérieur de leur organisme avant d’en absorber les molécules.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau membranaire ; eucaryote avec noyau.

📖 8. Éléments et structure atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Élément chimique : Ensemble d’atomes possédant le même nombre de protons.
• Numéro atomique : Nombre de protons présents dans le noyau, qui permet d’identifier l’élément.
• Isotopes : Atomes d’un même élément ayant le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents, et donc des masses différentes.

★ À maîtriser

• Le carbone, l’oxygène, l’hydrogène et l’azote représentent ensemble environ 96 % de la matière vivante.

Compléments

• Il existe 92 éléments chimiques naturels, de l’hydrogène à l’uranium, et environ 25 sont considérés comme essentiels à la vie.

• Dans un atome électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.

📖 9. Éléments essentiels et iode

🔑 Notions clés & Définitions

• Éléments traces : Éléments présents en très petites quantités, dont certains sont indispensables au fonctionnement de l’organisme.

★ À maîtriser

• Les hormones thyroïdiennes influencent notamment :

  • le métabolisme
  • le développement
  • le système nerveux central
  • la croissance
  • la régulation de la température corporelle

• L’hypothalamus produit la TRH, qui stimule l’adénohypophyse à produire la TSH ; la TSH stimule la thyroïde, qui produit notamment T3 et T4.

Compléments

• Une carence sévère en iode peut entraîner un développement anormal de la thyroïde appelé goitre.

• T3 et T4 exercent un rétrocontrôle sur l’adénohypophyse, et T4 exerce notamment un rétrocontrôle sur l’hypothalamus.

• Les comprimés d’iode stable peuvent saturer la thyroïde lors d’une contamination radioactive à l’iode et diminuer la quantité d’iode radioactif qu’elle capte.

💡 Astuce mémo

Hypothalamus → TRH → adénohypophyse → TSH → thyroïde → T3 et T4.

📖 10. Liaisons chimiques et polarité

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrons de valence : Électrons présents sur la couche électronique externe d’un atome, qui jouent un rôle essentiel dans les liaisons chimiques.
• Liaison covalente : Liaison formée lorsque deux atomes mettent en commun un ou plusieurs électrons.
• Électronégativité : Tendance d’un atome à attirer vers lui les électrons d’une liaison covalente.
• Liaison ionique : Interaction impliquant le transfert d’électrons entre atomes ; l’atome qui perd des électrons devient un cation, celui qui en gagne devient un anion, et leurs charges opposées s’attirent.
• Liaison hydrogène : Interaction relativement faible qui se produit notamment lorsqu’un hydrogène lié de manière covalente à un atome électronégatif interagit avec un autre atome électronégatif.

📝 Points essentiels

• Selon l’échelle présentée, une différence d’électronégativité inférieure à 0,4 correspond à une liaison apolaire, une différence de 0,4 à 1,7 à une liaison polaire, et une différence très importante à un caractère fortement ionique.

• L’électronégativité augmente généralement de gauche à droite sur une période et diminue généralement de haut en bas dans une colonne du tableau périodique.

• Les forces de Van der Waals naissent notamment lorsqu’un dipôle instantané induit un dipôle chez une molécule voisine, et leurs effets peuvent devenir importants quand elles s’additionnent en grand nombre.

💡 Astuce mémo

Covalente : électrons partagés ; ionique : électrons transférés.

📖 11. Propriétés biologiques de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Tension superficielle : Difficulté à étirer ou à rompre la surface d’un liquide, notamment en raison de l’attraction entre molécules d’eau.
• Solvant : Substance capable de dissoudre un soluté.

★ À maîtriser

• La glace est environ 10 % moins dense que l’eau liquide parce que les molécules d’eau sont plus éloignées dans la structure ordonnée de la glace.

• L’eau polaire dissout particulièrement bien les substances ioniques et de nombreuses molécules polaires, et la plupart des réactions biochimiques se déroulent en milieu aqueux.

Compléments

• La glace se forme à la surface et limite les échanges thermiques avec l’air froid, ce qui permet à l’eau située en dessous de rester liquide et aux organismes aquatiques de survivre.

💡 Astuce mémo

Liaisons hydrogène → cohésion, tension superficielle et glace moins dense.

📖 12. Macromolécules et protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Polymère : Grande molécule formée de monomères reliés entre eux.
• Acide aminé : Un acide aminé possède un carbone central relié à un groupement amine, un groupement acide carboxylique, un hydrogène et une chaîne latérale variable.

★ À maîtriser

• Les quatre classes principales sont :
  • les protéines
  • les glucides
  • les acides nucléiques
  • les lipides

📌 La condensation construit une liaison covalente en retirant une molécule d’eau, tandis que l’hydrolyse casse une liaison covalente en ajoutant une molécule d’eau.

Compléments

• La cellule utilise 20 acides aminés, auxquels peuvent s’ajouter la sélénocystéine et la pyrrolysine ; chez l’humain, 9 acides aminés sont essentiels et doivent être apportés par l’alimentation.

• Une liaison peptidique, réalisée par les ribosomes, relie le groupement carboxyle d’un acide aminé au groupement amine du suivant en éliminant une molécule d’eau.

💡 Astuce mémo

Condensation retire de l’eau pour construire ; hydrolyse en ajoute pour dégrader.

📖 13. Structure et fonctions des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Chaîne non ramifiée d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, avec une extrémité N-terminale du côté amine et une extrémité C-terminale du côté carboxyle.
• Structure quaternaire : La structure quaternaire est l’assemblage de plusieurs sous-unités protéiques, et certaines protéines ne fonctionnent que sous cette forme.

★ À maîtriser

📌 La structure primaire est la séquence linéaire des acides aminés, tandis que la structure secondaire correspond à leur organisation locale, notamment en hélice α ou en feuillet β stabilisés par des ponts hydrogène.

• La structure tertiaire est le repliement global d’une protéine, stabilisé par différents types d’interactions.

• La dénaturation fait perdre à une protéine sa structure tertiaire et secondaire et entraîne la perte de son activité ; le retour à l’état fonctionnel est surtout envisageable pour de petites protéines.

Compléments

• Les ponts disulfure sont des liaisons covalentes entre deux cystéines proches dans l’espace, pas nécessairement voisines dans la séquence, et modulent l’activité de la protéine.

• Les grandes fonctions des protéines sont :

  • enzymatiques
  • structurales
  • de stockage
  • de transport
  • hormonales
  • réceptrices
  • contractiles et motrices
  • de défense

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire.

📖 14. Membrane et transports cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Catalyse une réaction en accélérant sa vitesse sans être altérée par la réaction et présente une spécificité pour la réaction et le substrat.
• Transport actif primaire : Le transport actif primaire utilise directement une source d’énergie, souvent l’hydrolyse de l’ATP, pour déplacer des substances à travers une membrane.
• Transport actif secondaire : Transport membranaire utilisant l’énergie d’un gradient électrochimique ionique, généralement créé par un transport actif primaire, pour déplacer une autre substance contre son gradient.

★ À maîtriser

📌 En inhibition compétitive, l’inhibiteur concurrence le substrat pour le site actif, tandis qu’en inhibition non compétitive il se fixe sur un site allostérique et déforme l’enzyme.

• Par ATP hydrolysé, la pompe sodium-potassium expulse trois ions Na⁺ et fait entrer deux ions K⁺ contre leurs gradients.

• L’endocytose fait entrer du matériel par invagination puis fermeture d’une portion de membrane pour former une vésicule, tandis que l’exocytose fait fusionner une vésicule avec la membrane pour libérer son contenu à l’extérieur.

Compléments

• Le site actif est la région de l’enzyme où se déroule la réaction, et des cofacteurs ou coenzymes peuvent être nécessaires à son activité.

• La sucrase catalyse l’hydrolyse du saccharose en glucose et fructose.

• En inhibition compétitive, augmenter la quantité de substrat peut permettre au substrat de l’emporter sur l’inhibiteur et de restaurer l’activité enzymatique.

• La pompe sodium-potassium contribue au potentiel de membrane en faisant sortir davantage de charges positives qu’elle n’en fait entrer, mais elle ne produit pas à elle seule l’ensemble de ce potentiel.

📌 Un uniport transporte une seule substance, un symport transporte deux substances dans le même sens et un antiport les transporte dans des sens opposés.

• Les mécanismes d’endocytose comprennent : la phagocytose de grosses particules, la pinocytose de liquide et de substances dissoutes, l’endocytose médiée par récepteur pour une capture sélective

💡 Astuce mémo

Actif primaire : énergie directe ; actif secondaire : énergie d’un gradient ionique.

📖 15. Organites, trafic et communication

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome : Compartiment contenant des enzymes digestives actives en milieu acide, qui dégradent les molécules et structures cellulaires qui lui sont acheminées.
• Autophagie : L’autophagie permet à la cellule de dégrader et de recycler une partie de ses propres composants, par exemple une mitochondrie endommagée.

★ À maîtriser

📌 Le RER porte des ribosomes et participe à la synthèse et à la première maturation de certaines protéines, tandis que le REL n’en porte pas et participe notamment à la synthèse des lipides, à la détoxification et, dans certaines cellules, au stockage du calcium.

• L’appareil de Golgi reçoit des vésicules du réticulum endoplasmique par sa face cis, modifie et trie leur contenu, puis expédie les molécules par sa face trans vers leur destination.

• Les principales jonctions cellulaires se distinguent ainsi : les jonctions serrées limitent le passage entre cellules, les desmosomes renforcent la cohésion mécanique, les jonctions communicantes laissent passer de petites molécules et des ions, les plasmodesmes relient les cytoplasmes de cellules végétales voisines

Compléments

📌 En macroautophagie, une vésicule entoure le matériel à dégrader, tandis qu’en microautophagie le matériel est capté directement par invagination de la membrane d’un compartiment digestif.

• Le transport rétrograde renvoie des composants vers des compartiments précédents, récupère des molécules et contribue au maintien de la composition des membranes.

• La vacuole peut assurer : la digestion, le stockage de molécules, l’accumulation d’ions et de molécules organiques, la régulation osmotique et le stockage d’eau, la contribution à la turgescence dans les cellules végétales

💡 Astuce mémo

RER → vésicules → Golgi (cis vers trans) → destination.

📊 Tableaux de synthèse

Échanges des systèmes thermodynamiques

Principales jonctions cellulaires