1 cours de biologie fondamentale stéphanie lucas [email protected] ifsi 2009-2010 19...
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3
1- Des molécules aux organismes vivantsStéphanie LUCAS
2- Structures cellulairesStéphanie LUCAS
3- Cycle cellulaire/différenciation et mort cellulaires
Stéphanie LUCAS
4- Communications intercellulairesStéphanie LUCAS
5- Cellules musculaires et nerveusesDamien LETERME
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1- Des molécules aux organismes vivantsAtomes, ions, moléculesL’eau et le pH des solutions aqueusesLes composés organiques (lipides, glucides, les nucléotides,
protéines)Des molécules aux organismes vivants
2- Structures cellulairesLa membrane cellulaireLe noyauLe cytoplasmeLes mitochondriesLes membranes intracellulaires (réticulum, appareil de Golgi,
lysosomes)Le cytosquelette
3- Cycle cellulaire/différenciation et mort cellulairesCellules souches (embryonnaires et adultes)Division cellulaireDifférenciation cellulaireMort cellulaire (apoptose/nécrose)
4- Communications intercellulairesTypes de communicationsLes molécules des communications
Les récepteurs cellulairesLes réponses cellulaires
5- Cellules musculaires et nerveusesPotentiel de repos Potentiel d'action, codage de l'information Transmission synaptique Contraction musculaire
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LES DIFFERENTS NIVEAUX DE STRUCTURE DU CORPS
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1- Des molécules aux organismes vivantsAtomes, ions, moléculesL’eau et le pH des solutions aqueusesLes composés organiques (lipides, glucides, les nucléotides,
protéines)Des molécules aux organismes vivants
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26 éléments sont présents dans le corps humain
4 éléments constituent 96% de la masse corporelle
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Atomes, ions, molécules
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26 sont présents dans le corps humain
4 constituent 96% de la masse corporelle
Atomes, ions, molécules
7 éléments autres 4% restants
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9
26 sont présents dans le corps humain
4 constituent 96% de la masse corporelle
7 autres 4% restants
Oligoéléments moins de 0.2%
Atomes, ions, molécules
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Eléments constitués d’atomes, désignés par 1 ou 2 lettres (H, C, Ca…)
Dans un atome, autant d’e- que de protons charge nulle
Atomes constitués de noyaux autour desquels gravitent des électrons.
Atomes, ions, molécules
Ex: calcium Ca2+, car il a perdu 2 e-
Ion est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Il est chargé positivement ou négativement.
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Les atomes peuvent partager des e- : ils s’associent alors en molécules
Atomes, ions, molécules
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Liaisons covalentes : les atomes partagent des électrons
Liaisons covalentes simples : les atomes partagent une paire d’électrons (C-C)
Liaisons covalentes doubles : les atomes partagent 2 paires d’électrons (C=C)
Liaisons covalentes triples : les atomes partagent 3 paires d’électrons (C≡C)
Les atomes peuvent partager des e- : ils s’associent alors en molécules
Atomes, ions, molécules
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Sodium Na+
Chlore Cl-
Chlorure de sodium NaCl
Atomes, ions, molécules
Liaisons ioniques : les atomes ou molécules avec des charges opposées s’associent
des ions
un sel
cation
anion
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Liaisons hydrogène :
les hydrogènes liés à des atomes d’oxygène dans les molécules sont plutôt +
Ils peuvent notamment interagir avec des oxygènes qui sont plutôt chargés -
Liaisons hydrogène sont responsables :
- de l’état liquide de l’eau sur terre- de la forme en double hélice de l’ADN- de la forme des protéines
Atomes, ions, molécules
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Le ionogramme est un examen qui analyse la concentration en ions d’un liquide organique (sang, urines, liquide céphalo-rachidien).
pour dépister les troubles ioniques qui surviennent dans les maladies rénales, hormonales, les troubles de l'hydratation, les troubles gastro-intestinaux (diarrhée, vomissements)...
les anions (négatifs) tels que :le chlorure Cl-
les bicarbonates HCO3
-
les phosphates HPO42
-
les sulfates SO42-
les cations (positifs) tels que :le sodium Na+
le potassium K+
le calcium Ca2+
le magnésium Mg2+
Lien avec la clinique
Atomes, ions, molécules
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Récapitulatif :
4 éléments ou atomes 96% masse corporelle : O, C, H et N(eau et composés organiques)
Molécules : associations d’atomes par des liaisons
Liaisons covalentes : atomes partagent des électrons (H2O)
Liaisons ioniques : des atomes chargés se « rapprochent » (NaCl)
Liaisons hydrogènes : un hydrogène se rapproche d’un oxygène
7 éléments 4% masse corporelle
oligoéléments moins de 0.2% masse corporelle
Atomes, ions, molécules
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1- Des molécules aux organismes vivantsAtomes, ions, moléculesL’eau et le pH des solutions aqueusesLes composés organiques (lipides, glucides, acides nucléiques,
protéines)Des molécules aux organismes vivants
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55 à 60% de la masse corporelle d’un adulte
intérieur des cellulesmilieu extracellulaireliquides corporels (sang, lymphe…)
- véhicule de nombreuses molécules dissoutes
- participe à un grand nombre de réactions chimiques
- absorbe et libère la chaleur très lentement : homéostasie thermique
L’eau
Milieux aqueux
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De nombreux composés inorganiques et organiques sont dissouts dans l’eau
Les acides libèrent des ions H+ (protons, oxonium) dans l’eau ; les bases des ions OH- (hydroxydes) dans l’eau.
Plusieurs sont des acides ou des bases.
Les notions d’acide et base
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Une solution est dite acide si elle contient plus d’ions H + que d’ions OH – : [H+] > [OH-]
Une solution est dite basique (ou alcaline) si elle contient plus d’ions OH - que d’ions H + : [OH-]>[H+]
L’acidité ou l’alcalinité s’exprime par le pH (potentiel Hydrogène), qui va de 0 à 14.
pH = - log [H+]
L’eau et le pH des solutions aqueuses
Une solution est dite neutre si elle contient autant d’ions OH - que d’ions H + : [OH-]=[H+]
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2121
L’acidité ou l’alcalinité s’exprime par le pH (potentiel Hydrogène), qui va de 0 à 14
pH = - log [H+]
L’eau et le pH des solutions aqueuses
Exemples:pH d’une solution avec [H+]=0,0001 moles/L = 10-4 moles/L ?
Concentration en [H+] d’une solution à pH 3 ? [H+] = 10-3 moles/l =0,001 moles/L
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Cellules 7.2 – 7.4
Substances présentes dans le corps humain
L’eau et le pH des solutions aqueuses
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Limites de pH sanguin physiologiques: 7,35 à 7,45
[H+] = 4,47 10-8 à 3,54 x 10-8 mol/l
Lien avec la clinique
3) La respiration : élément important du contrôle de l'équilibre acide/base du sang
L’eau et le pH des solutions aqueuses
Si alcalose: H2CO3 H+ + HCO3-
Si acidose: H+ + HCO3- H2CO3 H2O + CO2
ACIDE CARBONIQUE
DIOXYDE DE CARBONE EAU
ION OXONIUM
ION BICARBONATE
Plusieurs mécanismes permettent de maintenir le sang dans ces limites de pH:
1) des mécanismes permettant une élimination des protons et des acides produits (essentiellement assurée par les systèmes rénaux. Ex: l’urine)
2) des systèmes tampons efficaces : Ex: le système acide carbonique-bicarbonate
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L’eau et le pH des solutions aqueuses
Lien avec la cliniqueDeux grandes origines possibles :
les acidoses et alcaloses gazeuses &les acidoses et alcaloses métaboliques.
diagnostic
Dosage des gaz du sang dans un prélèvement de sang (artériel ou veineux):
En même temps qu'on mesure la pression partielle exercée par l'O2 (PaO2) et le CO2 (PaCO2) dissout dans le sang on mesure aussi l'acidité (pH), la concentration en ions bicarbonate ([HCO3-])
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Les gaz du sang peuvent être dosés dans un prélèvement de sang (artériel ou veineux):Le prélèvement doit être disposé dans de la glace pour éviter la consommation de l'oxygène par les globules rouges et être adressé rapidement au laboratoire d'analyse.
En même temps qu'on mesure la pression partielle exercée par l'O2 (PaO2) et le CO2 (PaCO2) dissout dans le sang on mesure aussi l'acidité (pH), la concentration en ions bicarbonate ([HCO3-])
Lien avec la clinique
Il faut distinguer dans ce cadre les acidoses et alcaloses gazeuses des acidoses et alcaloses métaboliques.
Les premières sont en rapport avec les variations primitives de PCO2 que peuvent induire les modifications de l'activité respiratoire. Les secondes sont, elles, en rapport avec des variations de concentrations en ions H+ et/ou HCO3-
Peut aussi en être un élément perturbateur.
Hyperventilation : de PCO2 et donc de pH sanguin: une alcalose. Hypoventilation : de PCO2 et donc une acidose.
Respiration : élément important du contrôle de l'équilibre acide/base du sang
L’eau et le pH des solutions aqueuses
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L’eau et le pH des solutions aqueuses
Lien avec la clinique
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Récapitulatif :
L’eau représente 55 à 60% de la masse corporelle d’un adulte
- véhicule de nombreuses molécules dissoutes- participe à un grand nombre de réactions chimiques- absorbe et libère la chaleur très lentement : homéostasie thermique
Les acides libèrent des ions H+ dans l’eau ; les bases des ions OH-
Notion de pH
L’eau et le pH des solutions aqueuses
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1- Des molécules aux organismes vivantsAtomes, ions, moléculesL’eau et les composés inorganiquesLes composés organiques (lipides, glucides, les nucléotides,
protéines)Des molécules aux organismes vivants
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Les composés organiques
Composé organique : contient au moins un carbone lié à un hydrogène
Les glucides
Les lipides
Les protéines
Les nucléotides : l’ATP et les acides nucléiques : ADN et ARN
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18 à 25 % de la masse corporelle totale
Carbone et hydrogène, peu d’oxygène : les lipides ne sont pas solubles dans l’eau, ils sont hydrophobes.
Les composés organiques – Les lipides
Triglycérides: les + abondants dans les aliments et dans l’organisme
Surtout dans le tissu adipeux = réserve énergétique des acides grasÉgalement dans le sang (lipoprotéines) = forme de transport des acides gras.
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AG saturés (saturés d’hydrogènes) : viandes rouges, lait entier, fromage, beurre
AG monoinsaturés : huile olive, huile arachide, noix, avocats
AG polyinsaturés : huile de maïs, tournesol, poissons gras
AG essentiels : omega-3 (huiles de poissons et de noix)omega-6 (produits transformés céréales pains)
Les composés organiques – Les lipides
Acides gras:
Sont dégradés par les cellules pour obtenir de l’énergie (dans la mitochondrie).
AGPI omega-6 (6) Acide linoléique
AGPI omega-3 (3) Acide -linolénique
Formation d’acide arachidonique,
Synthèse de prostaglandines
Rôle dans le fonctionnement cérébral et visuel; synthèse de précurseurs anti-inflammatoires
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Les membranes cellulaires (membrane plasmique, membrane des organites) sont composées de phospholipides.
Les composés organiques – Les lipides
Les phospholipides
Glycérol
2 AG
Phosphate
.
Sont amphiphiles:
Une tête phosphate hydrophile
Deux queues lipidiques hydrophobes
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L’assemblage des membranes cellulaires se fait de façon autonome.
Lipides Lipides + phospholipides Phospholipides
Les composés organiques – Les lipides
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Les composés organiques – Les lipides
Les stéroïdes
Cholestérol
Le cholestérol entre aussi dans la composition des membranes cellulaires,
sert à la synthèse des hormones stéroïdiennes,et des sels biliaires.
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2 à 3 % de la masse corporelle totale
Saccharides, Saccharum : sucre
Les composés organiques – Les glucides
principale fonction : source d’énergie rapidement disponible pour les cellules (glucose).
Principalement carbone, hydrogène et oxygène, molécules cycliques
glucose : C6H12O6
Sucre simple : monosaccharide, un « ose »: hexose, pentose…
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Disaccharides : formés de deux monosaccharides
lactose (sucre du lait)
galactose et glucose
saccharose (ou sucrose, sucre commercial)
glucose et fructose
Les composés organiques – Les glucides
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Formés de dizaines voire centaines de molécules de glucose.
glycogène (réserve de glucose dans le foie et les muscles)
amidon (glucide des pates, pommes de terre)
cellulose (glucide des végétaux, non digeste: fibres alimentaires)
Polysaccharides : sucres complexes
Les composés organiques – Les glucides
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Les composés organiques – Les nucléotides
sucreBase
azotée
Phosphate
ATP adénosine triphosphate
ribose adénine
phosphate
phosphate
phosphate
Fournit aux cellules l’énergie nécessaire
aux réactions chimiques.
ADN acide
désoxyribonucléique
ARN acide ribonucléique
Les acides nucléiques
2 chaînes de nucléotides
contient l’information génétique
1 chaîne nucléotides
synthèse des protéines
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Acide DésoxyriboNucléique (ADN) : support de l’information génétique
désoxyribose
Les composés organiques – Les acides nucléiques
désoxyriboseBase
azotée
Phosphate
Des chaînes de désoxyribose s’associent avec 4 bases pour former l’ADN
Adénine Thymine
Guanine Cytosine
Les acides nucléiques
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40
Les désoxyriboses se lient via des groupes phosphates (PO4).
Les composés organiques – Les acides nucléiques
Les acides nucléiques: l’ADN
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41
Les chaînes s’assemblent par des interactions A---T et C---G (liaisons hydrogène).Les associations entre A et T ou C et G sont exclusives.
ADN : 3 milliards de nucléotides
Enchaînement : information génétique
Les composés organiques – Les acides nucléiques
Les acides nucléiques: l’ADN
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42
L’ADN est composée d’une double hélice.
Les composés organiques – Les acides nucléiques
Les acides nucléiques: l’ADN
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43
Adénine Guanine
CytosineUracile
(à la place de la thymine)
Des chaînes de ribose s’associent avec 4 bases pour former les ARN.
Les composés organiques – Les acides nucléiques
Les acides nucléiques:
Acides RiboNucléiques (ARN) : messagers de l’information génétique
riboseBase
azotée
Phosphate
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44
Contrairement à l’ADN, les ARN sont des molécules
à un seul brin.
Les ARN sont plus courts que l’ADN
quelques centaines ou milliers de nucléotides.
Les composés organiques – Les acides nucléiques
Les acides nucléiques: l’ARN
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45
Les ARN résultent de la transcription des parties codantes (gènes) de l’ADN.
Transcription
Gène 1 Gène 2 Gène 3
ARN 1 ARN 2 ARN 3
ADN codant 1.5% de l’ADN
Les acides nucléiques: de l’ADN à l’ARN
Les composés organiques – Les acides nucléiques
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46
Lors de la transcription,
la séquence des nucléotides est conservée
ADN A C G T
ARN A C G U
Les ARN formés vont guider la synthèse de protéines :
ARN messagers (ARNm)
Les composés organiques – Les acides nucléiques
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47
1 gène :
un promoteur (séquence spécifique de fixation d’une enzyme polymérase)
Un site de terminaison(séquence où l’enzyme se décroche de l’ADN)
L’enzyme polymérase :
Fabrique des ARN à partir de l’ADN
Les acides nucléiques: de l’ADN à l’ARN
Les composés organiques – Les acides nucléiques
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Groupement acide
48
12 à 18 % de la masse corporelle totale
Carbone, oxygène, azote, hydrogène, et un peu de soufre
Les composés organiques – Les protéines
constituées d’enchainements d’acides aminés (plusieurs dizaines ou centaines).
Groupement amine
Chaîne latérale
acid
e am
iné
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49
Les composés organiques – Les protéines
20 chaînes latérales possibles =
20 Acides Aminés (AA) différents
8 AA essentiels = Leucine, Isoleucine, Phénylalanine,
Thréonine, Tryptophane, Valine, Méthionine, Lysine.
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50
+
Liaison peptidique
Peptide : petite protéine de moins de 50-100 AA
Protéine : enchaînement de plus de 50-100 AA
Les composés organiques – Les protéines
Les AA s’associent par une liaison peptidique pour former…
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51
- Responsables de la grande majorité des fonctions dans la cellule et l’organisme :
Enzymes : catalysent les réactions chimiques (de la digestion…)
Hormones et autres messagers : communications entre les cellules (insuline…) mais aussi récepteurs aux hormones …
Protéines de transport (hémoglobine….)
Anticorps : défense immunitaire
Les composés organiques – Les protéines
Rôles essentiels des protéines
-rôle structural pour les cellules ( actine…) et les tissus (collagène, kératine...)
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52
Les enzymes catalysent les réactions chimiques
- Accélèrent des réactions lentes
- Permettent de nouvelles réactions
Les enzymes ne sont pas modifiées lors des réactions qu’elles catalysent.
Exemple :
saccharose glucose + fructose
Les composés organiques – Les protéines
Les enzymes permettent:
-des réactions de dégradation de substances qui permettent d’apporter de l’énergie = CATABOLISME
-des réactions de synthèse de nouvelles substances qui consomment de l’énergie= ANABOLISME
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53
Transcription
Gène 1 Gène 2 Gène 3
ARN 1 ARN 2 ARN 3
Traduction
Protéine 1 Protéine 2 Protéine 3
ADN
ARN
protéines
Patrimoine génétique
Fonctions et structures
Les composés organiques – Les protéines
Les protéines résultent de la traduction des ARN messagers.
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ADN A C G T
ARN A C G U
Code génétique1 codon = 1AA
54
La fabrication des protéines (la traduction),
c’est-à-dire, l’enchaînement des 20 AA dépend directement
de l’enchaînement des 4 nucléotides dans l’ARN
Les composés organiques – Les protéines
protéines Thréonine
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55
Gène 1 Gène 2 Gène 3ADN
ARN
protéines
Patrimoine génétique
Fonctions et structures
Séquence des gènes peu variable d’un individu à un autre;
notion d’allèle
Empruntes génétiques : ADN entre les gènes
(spécifique à chaque individu)
Les composés organiques – De l’ADN aux protéines
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Récapitulatif :
Les glucides : C, O et Hpetites molécules cycliques (monosaccharides)très volumineuses molécules (polysaccharides)source d’énergie rapidement disponible
Les lipides : longues chaînes de carbones, hydrophobessource énergétique importanteconstituants des membranes des cellules
Les protéines : constituées d’acides aminés (20 ) dont l’enchaînement dépend de la séquence des ARN et donc de l’ADNresponsables des structures et fonctions.
ADN et ARN : chaînes de (désoxy)riboses liés à 4 basesADN renferme l’information génétique et sert à fabriquer lesARN messagers qui servent à fabriquer les protéines
Les composés organiques – Récapitulatif
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57
1- Des molécules aux organismes vivantsAtomes, ions, moléculesL’eau et les composés inorganiquesLes composés organiques (lipides, glucides, acides nucléiques,
protéines)Des molécules aux organismes vivants
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Des molécules aux organismes vivants
![Page 59: 1 COURS de Biologie Fondamentale Stéphanie LUCAS stephanie.lucas@univ-littoral.fr IFSI 2009-2010 19 heures](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061613/551d9d7d497959293b8b5185/html5/thumbnails/59.jpg)
Des molécules aux organismes vivants
Est vivant :
tout système délimité par une membrane semi-perméable de sa propre fabrication
capable de s'auto-entretenir
capable de se reproduire en fabriquant ses propres constituants.
La cellule est l’unité fondamentale de la vie.
Pour les organismes multicellulaires, la cellule est l’unité structurale et fonctionnelle.
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60
Des molécules aux organismes vivants
Apparition de la vie 3,5 à 3,8 milliards d'années
La terre a environ 5 milliards d’années
LUCA
Bactéries
Archéobactéries
Eucaryotes
plantes champignonsanimaux
![Page 61: 1 COURS de Biologie Fondamentale Stéphanie LUCAS stephanie.lucas@univ-littoral.fr IFSI 2009-2010 19 heures](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061613/551d9d7d497959293b8b5185/html5/thumbnails/61.jpg)
Des molécules aux organismes vivants
Les bactéries sont des cellules procaryotes = sans noyau.
taille moyenne 1-5 µm
organismes unicellulaires
![Page 62: 1 COURS de Biologie Fondamentale Stéphanie LUCAS stephanie.lucas@univ-littoral.fr IFSI 2009-2010 19 heures](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061613/551d9d7d497959293b8b5185/html5/thumbnails/62.jpg)
Des molécules aux organismes vivants
Les virus sont des fragments d’acides nucléiques (ARN ou ADN) protégés par des protéines et/ou des lipides.Ils parasitent les cellules pour se multiplier.
- à ARN (VIH, rotavirus, hépatite A, H1N1…)- à ADN (Herpès, Varicelle,…)Il existe des virus :
Les virus ne sont pas considérés comme organismes vivants .
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63
Des molécules aux organismes vivants
63
Les cellules eucaryotes possèdent un noyau.unicellulaire ou pluricellulaire les cellules végétales, animales et les champignons.
Cellules humaines : taille moyenne 50 µm = 0.050 mm
Une cellule eucaryote et ses organites
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64
2- Structures cellulairesLa membrane cellulaireLe noyau, l’ADN et la transcriptionLe cytoplasme et la traductionLes membranes intracellulaires (réticulum, appareil de Golgi,
lysosomes)Les mitochondriesLe cytosquelette
Au prochain cours