Origine de la vie

Laboratoire d’Enseignement de la Biologie

Biologie Cellulaire, Animale et
Végétale
1er Bachelier Faculté de Médecine
BIME1-DENT1-VETE1
Année académique 2009-2010

Prof. Laurence Ladrière – ULB

Coordonnées :
-e-mail : laurence.ladriere@ulb.ac.be
-Service de Biologie : Bâtiment GE – partie G2 – Niv 3
-Téléphone : 02/5556787 – 6788

• -Site Web : université virtuelle ULB – cours en ligne :
• http://uv.ulb.ac.be

Login : …(initiales nom prénom numéro de matricule)

Mot de passe : … (numéro de matricule)

-Cours théoriques :
-Cours à l’Auditoire Bremer – le lundi et vendredi matin
de 8h à 10h
-Séance d’exercices de génétique : petit auditoire à préciser, bât F

-Séminaires : exposés en auditoire (Bremer ou autre)

-Cours pratiques :
Microscopie, dissection, démonstrations : salle de travaux pratiques de biologie
– Bâtiment GE – Niv 3 (power point, syllabus, synopsis)

Par groupe de 50 étudiants
Tous les jours de la semaine (horaire aux valves) : A, B (Bime, Dent), V (Vete)

-Guidances : Lundi 12h à 14h (petit auditoire à préciser, bât F)

-Tutorat : à préciser (soirée)

Présentation du staff de biologie :

Dr Laurence Ladrière,
Titulaire du Cours de Biologie
BIME1-DENT1-VETE1

GUIDANCE : SECRETARIAT/LOGISTIQUE :

Mme Martine Dr Aouatif Laghmich, Mr Zoheir Rachidi, Mme Alexandra
Willekens, Geeurrickx,
Chargée d’Exercices; Chef Technicien;
Chargée d’Exercices; responsable de guidance responsable technique Secrétaire
responsable de guidance de la salle de TP

ASSISTANTS :

Dr Marie-Claire Tricot, Mr Geoffrey Gosset,
Chef de Travaux Assistant
Temps plein Temps plein

Mme Ielham Hadad, Dr Anne Lambert, Mr Christian Dr Yves Scailteur,
Aimé Kayath,
Assistante Mi-temps Assistante Assistant Chargé
Chargée Assistant Chargé d’exercices 20%
d’exercices 40% d’exercices 40%

Objectifs du cours :
-Introduction générale aux concepts fondamentaux de la
biologie : Compréhension de ce qu’est une cellule, de sa
structure et de son fonctionnement –assise scientifique !

Vous devrez être capable :
-d’étendre les notions acquises sur des structures biologiques
simples à des organismes plus complexes,
-de dégager et de maîtriser les notions essentielles de biologie
générale qui seront utiles pour aborder des cours plus
spécialisés et dans le monde professionnel où vous serez
confronté à la recherche ou au traitement de l’organisme
humain ou animal
-dans un futur proche, de mieux comprendre les mécanismes
des maladies (pathologiques), à partir notamment des
connaissances de base acquises en biologie.

Pré-requis :

Notions de biologie de base enseignées dans le secondaire.

Méthodes d’enseignement et d’apprentissage :

-Cours Ex Cathedra avec présentation Power Point et
représentations au tableau
-Cours en ligne site UV (ULB)
-Cours complet format papier (avec diapositives projetées).
-Apprentissage également de la prise de notes (compléments
d’informations donnés lors du cours afin d’annoter
certaines diapositives).

Travail personnel requis :

Etude des notes distribuées, des notes prises au cours et
documents/illustrations projetés. Complément d’informations
dans la bibliographie suggérée

Evaluation :

Examen écrit (questions ouvertes et/ou à choix multiples) et/ou
oral (questions à développement et questions rapides sur
l’ensemble du cours).

Lectures conseillées :

-Dico de Bio
Romaric Foret, Editions De Boeck Université

-Biologie
Raven, Editions De Boeck Université

-Biologie
Campbell, Editions De Boeck Université

-Biologie générale – Van Gansen P, Alexandra P – 4è édition Dunod

-Biologie cellulaire et moléculaire
Karp, 2ème édition en français (traduit de la 3ème édition), 2007; Editions De Boeck
Université

Matières abordées au cours de Biologie :

Partie I – Unicité du monde vivant - Origine de la vie

Partie II – La Biologie cellulaire
II. A. – Les Procaryotes
II. B. – Introduction aux Virus
II. C. – La cellule Eucaryote : les organites cellulaires et
fonctions cellulaires

Partie III - La Génétique mendélienne et
Biotechnologie

Partie IV – Evolution
IV. A. – Introduction au Darwinisme et La Génétique
évolutive/des populations
IV. B. – Preuves de l’évolution
IV. C. – L’origine des espèces


Partie V – Diversité de la vie terrestre
V. A. Virus et Procaryotes
V. B. – Eléments de Biologie végétale et Botanique
V. C. – Les Fungi ou champignons
V. D. – Les Protistes
V. E. – Les Invertébrés
V. F. - Embryologie des Cordés
V. G. - Phylum des Cordés

Partie VI – Anatomo-physiologie comparée


Partie I – Unicité du monde vivant - Origine de la vie

• 1. Introduction générale au cours de biologie ; notion de cellule et
hiérarchisation ; introduction sur les molécules et macromolécules de base
(présentées plus en détail dans les différents chapitres ci-dessous en
fonction des thèmes concernés)
• 2. Origine de la vie et évolution
-Evolution prébiotique : biomonomères, biopolymères, protobiontes,
hypothèses d’Oparin, information sur Darwin ; expérience de Miller et
Urey
-Evolution biologique : apparition de l’information génétique et de la
photosynthèse
• 3. Classification des organismes vivants
-La notion d’espèce
-La nomenclature binomiale
-La hiérarchie de la classification
-La phylogénie/la systématique biologique

Partie II – La Biologie cellulaire

II. A. – Les Procaryotes

• 1. Introduction
• 2. Classification des Procaryotes
• 3. Types de bactéries et utilisation
• 4. Structure d’une bactérie : description des différentes parties et
fonctions : paroi, capsule, membrane cytoplasmique, ribosome, ADN
bactérien, hyaloplasme, flagelles, pili, plasmides

• 5. Synthèse des protéines chez les Procaryotes :

• Présentation générale : caractéristiques et fonctions
• Structures des protéines : notion d’acide aminé, de lien peptidique, de
structures primaires à quaternaires
• Fonctions cellulaires :
– transformation bactérienne
– les différentes étapes de la transcription
– application : antibiotiques inhibiteurs de la transcription
– notion de code ou dictionnaire génétique
– les différentes étapes de la traduction : notion d’ARNm, de ribosome et
d’ARNt
– application : antibiotiques inhibiteurs de la traduction

• 6. Génétique des procaryotes :

• Réplication de l’ADN : caractéristiques et principe
• Les mutations :
– définition, causes
– les différents types de mutations
– application : maladies typiques découlant des différents types de mutations
– division et caractéristiques de la croissance d’une bactérie
• La culture bactérienne : notions générales et composition des milieux
• L’analyse génétique :
– définition
– notion de marqueur génétique
– notion de recombinaison génétique : transformation, conjugaison,
transduction; notion de complémentation et cistron
• La régulation de la synthèse des protéines – adaptation
enzymatique :
– la régulation de l’opéron LAC
– la régulation du gène tryptophane, …

II. B. – Introduction aux Virus
• structure (acide nucléique, capside, enveloppe) et particularités
• classification
• multiplication virale
• présentation de quelques virus responsables de maladies
humaines
• prévention et traitement ; moyens de défense
• application en recherche médicale

• II. C. – La cellule Eucaryote : les organites cellulaires
et fonctions cellulaires

• 1. Introduction générale
• 2. La membrane cytoplasmique
Composition, différents types de transports transmembranaires, endocytose
(phagocytose, pinocytose), exocytose, microvillosités, glycocalyx, matrice
extracellulaire, différents types de jonctions cellulaires (desmosomes, jonctions
adhérentes, tight Junction, gap Junction, plasmodesmes)
• 3. Les lysosomes
-généralités
-aspects pathologiques
• 4. Le réticulum endoplasmique
-le REG
-la traduction
-le REL
• 5. L’appareil de Golgi : structure et fonctions

• 6. Les mitochondries
Structure; respiration cellulaire : glycolyse, cycle de Krebs, phosphorylation
oxydative; application : inhibiteurs du fonctionnement des mitochondries
• 7. Les chloroplastes
Structure; photosynthèse : phase claire, phase sombre (cycle de Calvin)
• 8. Le cytosquelette et motilité cellulaire
Microtubules (centrioles, cils, flagelles); Microfilaments (actine, myosine,
filaments intermédiaires); Application : inhibiteurs du cytosquelette
• 9. Le noyau en intercinèse
Description : enveloppe nucléaire, chromatine, ADN répétitif, nucléole;
Description d’un chromosome; Transcription; Caryotype; amniocentèse
• 10. La régulation de l’expression des gènes
-au niveau de l’ADN : méthylation, acétylation, micro ARN
-au niveau de la transcription
-au niveau de la traduction

• 11. La mitose
-description des différentes étapes
-mitose dans les cellules végétales
• 12. Le cycle cellulaire
-description des phases de l’intercinèse
-rôle des cyclines
-notion de télomère et télomérase
-protéine P53 et mutation de cette protéine
• 13. La méiose
• 14. Interactions et communications cellulaires

Partie III - La Génétique mendélienne et
biotechnologie

III. A. La Génétique mendélienne
• 1. Définitions
• 2. Transmission de gènes non liés
• 3. Transmission de gènes liés
• 4. Les mutations chromosomiques
• 5. Les mutations génomiques
• 6. La notion d’allèles multiples
• 7. Les gènes pléiotropes
• 8. Les gènes quantitatifs ou polygéniques
• 9. L’hérédité liée au sexe

III. B. – Le Génie génétique/Biotechnologie
• 1. Les instruments
• 2. Les applications médicales et autres

Partie IV – Evolution

IV. A. – Introduction au Darwinisme et La
Génétique évolutive/des populations

• 1. Définitions et Modèle de Hardy/Weinberg : définitions,
application, validité, limites
• 2. Influence de la sélection sur le coefficient de survie de
quelques populations naturelles : cas de la phalène du bouleau,
Drosophile, Drépanocytose et Paludisme

IV. B. – Preuves de l’évolution

IV. C. – L’origine des espèces

Partie V – Diversité de la vie terrestre

V. A. Virus et Procaryotes : voir partie II – Biologie
cellulaire

V. B. – Eléments de Biologie végétale et Botanique :

• 1. Eléments de Biologie végétale : structures et transport de la sève
• 2. Classification des Organismes vivants : rappel sur la notion
d’Espèce, de Genre
• 3. Eléments de botanique :
-Algues
-Plantes inférieures : Bryophytes (Mousses) et Ptéridophytes
-Plantes vasculaires (Ptéridophytes, Gymnospermes, Angiospermes)
-Importance économique et humaine

V. C. – Les Fungi ou champignons

V. D. – Les Protistes

• 1. Phylum des Mastigophores (Phyto- et Zooflagellés)
• 2. Phylum des Rhizopodes
• 3. Phylum des Ciliés
• 4. Phylum des Sporozoaires
• 5. Phylum des Acrasiales

V. E. – Les Invertébrés

• 1. Les Diploblastiques (Acoelomates)
• 2. Phylum des Plathelminthes
• 3. Phylum des Nématodes (Pseudocoelomates)
• 4. Phylum des Annélides (Coelomates)
• 5. Phylum des Arthropodes

V. F. - Embryologie des Cordés

• 1. La Gamétogenèse
• 2. La Fécondation
• 3. L’Embryologie des Amphibiens (segmentation, gastrulation,
neurulation)
• 4. L’Embryologie expérimentale
• 5. Annexes embryonnaires des Vertébrés (Anamniotes, Amniotes,
type Mammifères)

V. G. - Phylum des Cordés

• 1. Les Procordés (Céphalo- et Urocordés)
• 2. Les Vertébrés
– Classe des Agnathes
– Classe des Placodermes
– Classe des Chondrichtyens
– Classe des Ostéichtyens
– Classe des Amphibiens
– Classe des Reptiles
– Classe des Oiseaux
– Classe des Mammifères (Evolution squelette crânial, mâchoires et
ceintures)

Partie VI Anatomo-physiologie comparée

Laboratoire d’Enseignement de la Biologie

Partie I – Unicité du monde
vivant - Origine de la vie
1er Bachelier Faculté de Médecine
BIME1-DENT1-VETE1
Année académique 2009-2010

Prof. Laurence Ladrière – ULB

Partie I – Unicité du monde vivant -
Origine de la vie
• 1.1. Introduction générale :
1.1.a. Introduction à la biologie
1.1.b. Notion de cellule et hiérarchisation

• 1.2. Origine de la vie - Evolution

Partie I – Unicité du monde vivant -
Origine de la vie

Pourquoi vous donner
des cours fondamentaux
en Faculté de Médecine
???

Cours
spécialisés

Cours de BA1

Pourquoi vous enseigner la
Biologie
en Faculté de Médecine ???

La Biologie
-fait partie de la vie de tout un
chacun; culture générale

-tout ce qui nous entoure soulève
des questions !!!

Comment cette maladie a-t’elle pu se développer ?

Comment se fait-il que j’ai des cheveux blonds et que
mes parents ont les cheveux châtains ?

Comment se forme une plaque dentaire ? Qu’est-ce
qu’une inflammation de la gencive ?

Comment maîtriser des maladies animales
transmissibles à l’homme ? Qu’est-ce que la rage, la
tuberculose, … ?

Quels sont les produits animaux qui interviennent
dans notre alimentation et comment contrôler ces
produits ?

Comment se fait-il que des bactéries deviennent
résistantes à un antibiotique ?

⇒ Interaction entre tous ces métiers

Seul but : santé humaine

Biologie

Bios Logos
Vie Etude

Mais qu’est-
ce que la vie
???

Qu’est-ce que la vie ???
Croissance Reproduction

Organisme
vivant

⇓
Energie
Energie produite par :
Nutrition, digestion, excrétion, respiration, circulation

Nutrition, digestion, excrétion, respiration, circulation

Métabolisme
Anabolisme
Synthèse
(anabolê =
Catabolisme
ascension) Dégradation
(kata = en arrière)

⇓
La Vie
« propriété propre aux êtres vivants de pouvoir
accomplir les fonctions physiologiques nécessaires
à leur bon fonctionnement »

La Biologie
« science qui étudie ces organismes vivants et
comment ils interagissent entre eux et avec leur
environnement »

Partie I – Unicité du monde vivant - Origine
de la vie

Organismes trop complexes
pour être étudiés dans leur
globalité

↓
Assemblage de petites unités
appelées
Cellules

Cellules
↓
Caractéristiques de la vie
(fonctionnement)

↓
Fonctionnement du reste du
vivant

L’organisation de ce monde vivant
est hiérarchisée :

Cellule, unité de base de la vie
(atome, molécules, organites)
↓
Organe
↓
Système
↓
Organisme
↓
Biosphère

Hiérarchisation du monde vivant :

Exemple : le monde animal


The biosphere

Cells
Organs and 10 µm
organ systems Cell
Ecosystems
Organelles
Communities
1 µm
Atoms
Tissues 50 µm
Populations Molecules
Organisms

Exemple : le monde végétal

Hiérarchisation du monde vivant : niveau molécules (1) :
-Les acides aminés : briques de
construction des protéines

Caillot de sang :
Kératine fibrine

Boyau pour cordage :
collagène

Toile araignée : soie Kératine


-Les acides nucléiques : molécules de
l’information génétique

Structure d’un nucléotide

Structure de l’ADN


-Les lipides : molécules participant à la formation
de membranes et au stockage d’énergie

Formation des membranes : les phospholipides

-Les glucides : molécules de
transport, de réserve et de structure

Les Monosaccharides ou sucres simples

Les Polysaccharides : l’amidon (sucre de réserve des plantes,
la cellulose (constituant de la paroi des cellules végétales)

Hiérarchisation du monde vivant : niveau organites :

Quelques exemples :

La mitochondrie …

Le noyau et le REG

L’appareil de Golgi

Origine de la
vie ?
Origine de
l’homme ?

Partie I – Unicité du monde vivant - Origine
de la vie

• 1.2. Origine de la vie - Evolution

1.2. Origine de la vie - Evolution

I. Introduction à l’origine de la vie
II. Evolution prébiotique
II.1. Introduction
II.2. Oparin 1924, Haldane 1929 : 1ère hypothèse
d’Oparin : les biomonomères
II.3. Preuve expérimentale : expérience de
Stanley Miller et Harold Urey, 1953
II.4. Les biopolymères : la copolymérisation :
expérience de Sidney Fox
II.5. 2ème hypothèse d’Oparin : les protobiontes

III. Evolution biologique
III.1. Apparition de l’information génétique
III.2. Apparition de la photosynthèse

IV. Classification des organismes vivants
IV.1. La notion d’espèce
IV.2. La nomenclature binomiale
IV.3. La hiérarchie de la classification
IV.4. La phylogénie/la systématique biologique



Origine de la vie ?

Quelle est l’origine
de l’homme ?

Hypothèses concernant l’origine de la vie :
1) Hypothèse la plus ancienne : Créateur spécial (Dieu) …

2) Origine extraterrestre : PANSPERMIE = apport de molécules
organiques sur terre par des météores ou poussières cosmiques,
amorces de l’évolution de la vie …

3) Origine spontanée : associations spontanées de plus en plus
complexes de molécules. Moteur de ces associations : la SELECTION
(amélioration de la longévité, …)

⇒ Hypothèses 2 et 3 : sur base de données scientifiques;
hypothèses pouvant être testées afin d’être validées ou exclues !


II.1. Introduction

Progression dans la connaissance de l’histoire primitive de la vie :

Condensation d’un nuage cosmique en étoile :
Le SOLEIL 5.109 années

Explosions

Formation de la terre
(eau liquide, atmosphère gazeuse)
4,6.109 années

Phase intermédiaire :
EVOLUTION
PREBIOTIQUE ?
Apparition de la vie 3,8.109 années
(microfossiles)

EVOLUTION PREBIOTIQUE

= Evolution physico-chimique de structuration et de
complexification :

Particules élémentaires → atomes → molécules → monomères →
polymères → protobiontes

(Déjà envisagé en 1871; Voir hypothèse de Darwin)
---------------------------------------------

Vu l’absence de fossiles et modifications environnement
↓
Analyse de molécules, examen de météorites et molécules de
l’espace (témoins privilégiés), simulations expérimentales, …


II.1. Introduction

Hypothèse d’Oparin (russe, 1924) et Haldane (anglais, 1929)

Composition de l’atmosphère primitive (dégazéification du
noyau terrestre) :
H2
H2O
(vapeur d’eau) H2S

CH4 (méthane)
CO

CO2
Pas d’O2 (ou très peu) :
O2 = oxydant →
décomposition spontanée des
acides aminés, sucres → pas
de molécules complexes

Pas d’ozone
⇒ Atmosphère réductrice : riche en H et électrons; très peu d’énergie
nécessaire pour former molécules carbonées à l’origine de la naissance de la
vie !

Atmosphère primitive

Bombardement par rayonnement du soleil
(pas d’écran d’ozone)

Formation d’un grand nombre
de molécules organiques simples
Aldéhyde Cyanure d’hydrogène

H2O

Formation de molécules plus complexes :
Protéines (Acides aminés), sucres, nucléotides, lipides (acides gras)
= Molécules organiques essentielles, fabriquées
exclusivement par les êtres vivants !
En l’absence d’O2 et en dehors d’êtres vivants !


II.1. Introduction
II.3. Preuve expérimentale : expérience de
Stanley Miller et Harold Urey, 1953

Expérience de Stanley Miller et Harold Urey, 1953 (1ère étape)

Ballon de labo : mélange
gazeux (atmosphère
primitive riche en H)

Electrodes :
décharges électriques
(orage, foudre)

Tube réfrigérant :
Ballon de labo : eau condensation de
chauffée 99°C l’atmosphère (pluie
(mer primitive)
ramenant des composés
↓
Echantillons = dissouts sur terre)

Formation de composés carbonés : urée, sucres, acides aminés, …
= Biomonomères = éléments constitutifs majeurs de
macromolécules biologiques (ADN) !


II.1. Introduction
II.3. Preuve expérimentale : expérience de Stanley
Miller et Harold Urey, 1953

Expérience de Sidney Fox (2ème étape)

Monomères organiques

Copolymérisation grâce à
-chaleur
-radiations énergétiques
-favorisée par l’absorption sur argile, lave

Proténoïdes
(formé d’une centaine d’acides aminés)
~ protéines
= BIOPOLYMERES

Evaporation de l’eau sous l’effet de la
planet-terre.ens-lyon.fr
chaleur → stabilité des biopolymères


II.1. Introduction
II.3. Preuve expérimentale : expérience de Stanley
Miller et Harold Urey, 1953
II.5. 2ème hypothèse d’Oparin : les protobiontes

2ème hypothèse d’Oparin : les protobiontes (3ème étape) :
Théorie de l’abiogenèse originelle : formation de la 1ère cellule en s’isolant de son
environnement par une membrane cellulaire et concentrant des molécules !

Biopolymères
Agrégation dans l’eau

Microgouttelettes =
protobiontes ou
coacervats (micelles de lipides)

Hypothèse :
Microsphère à enveloppe lipidique contenant un ARN
(à activité enzymatique)
↓

III. Evolution biologique
III.1. Apparition de l’information génétique
III.2. Apparition de la photosynthèse

Apparition de l’information génétique

Agrégats moléculaires organisés ou microgouttelettes
(~ cellule ‘mère’ vivante)
Croissance,
bourgeonnement,
division

Et transmission de
~ Cellules l’information génétique
filles (transmission de
propriétés)
-reproduction
-ayant reçu un assortiment de l’information génétique
-similitude fonctionnelle
-similitude métabolique

⇒ Début de l’hérédité et de la vie

Apparition de la photosynthèse

1ers protobiontes ~ type bactérie
Hétérotrophe
(consommateur de matière organique du
milieu; produite par décharges et UV)
Formes filamenteuses fossiles ~
cyanobactéries (algues bleues)

-milieu appauvri en matière organique
-rejet de CO2

Traces de voiles bactériens
AVANTAGE SELECTIF
DES 1ers ORGANISMES PHOTOSYNTHETIQUES
= autotrophes

1ers ORGANISMES PHOTOSYNTHETIQUES
Utilisation de CO2 et de H2O;
Formation de molécules organiques et libération et accumulation
d’O2 dans l’atmosphère

Modification de la composition de l’atmosphère → atmosphère
oxydante → il n’est plus possible de former des molécules
organiques en dehors d’êtres vivants !

Formation d’une couche d’ozone (O3) dans haute atmosphère →
protection contre UV

Développement de la vie sur terre
Conquête du milieu terrestre (autres hétérotrophes aérobiques
(mitochondries), pluricellulaires, …)

IV.4. La phylogénie/la systématique biologique

Que signifie la notion d’espèce ?

= Groupe d’organismes vivants capables de se
reproduire entre eux et de donner naissance à une
descendance elle-même capable de se reproduire

-Individus à traits morphologiques semblables, mais non
identiques
-Variabilité intra-spécifique (morphologie, physiologie)

Système de classification des espèces :
La nomenclature binomiale

Carl Von Linné (XVIIIè siècle) :

Attribution à chaque espèce de deux noms
(nom du genre, suivi du nom de l’espèce)
genre ce

Homo sapiens : l’homme (homme savant)
Canis canis : le chien
Quercus ruber : le chêne

La hiérarchie de la classification :
exemple : la classification de l’homme :

Règne animal
phylum vertébrés
classe mammifères
ordre primates
famille hominidae
genre homo
espèce sapiens
⇒ 6 règnes :
Archéobactéries, Eubactéries, Protistes, Fungi, Plantes, Animaux

La phylogénie/la systématique biologique :
la méthode cladistique
Cladogramme ou arbre phylogénétique :
établissement d’une arborescence avec caractères dérivés et
communs à partir d’un ancêtre commun

Principe de parcimonie :
Phylogénie la plus
probable =
le plus petit nombre de
changement évolutif

La diversité du
monde vivant :

3 DOMAINES :
-Procaryotes (Bactéries,
Archéobactéries) : unicellulaires
ries
-Eucaryotes (unicellulaires
complexes et pluricellulaires)

Domaine des
Eucaryotes : 4
REGNES :
-Protistes
(unicellulaires
eucaryotes, algues
pluricellulaires),
-Plantes,
-Champignons
(fungi),
-Animaux

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