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6.1 : Introduction - Biologie

6.1 : Introduction - Biologie



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Chez les animaux plus avancés, les sens sont constamment à l'œuvre, rendant l'animal conscient des stimuli - tels que la lumière ou le son, ou la présence d'une substance chimique dans l'environnement externe - et surveillant les informations sur l'environnement interne de l'organisme. Tous les animaux à symétrie bilatérale ont un système sensoriel, et le développement du système sensoriel de toute espèce a été guidé par la sélection naturelle ; ainsi, les systèmes sensoriels diffèrent entre les espèces selon les exigences de leurs environnements. Le requin, contrairement à la plupart des poissons prédateurs, est électrosensible, c'est-à-dire sensible aux champs électriques produits par d'autres animaux dans son environnement. Bien qu'elle soit utile à ce prédateur sous-marin, l'électrosensibilité est un sens que l'on ne retrouve pas chez la plupart des animaux terrestres.


6.1 Le génome

La continuité de la vie d'une cellule à l'autre a son fondement dans la reproduction des cellules par le biais du cycle cellulaire. Le cycle cellulaire est une séquence ordonnée d'événements dans la vie d'une cellule, depuis la division d'une seule cellule mère pour produire deux nouvelles cellules filles, jusqu'à la division ultérieure de ces cellules filles. Les mécanismes impliqués dans le cycle cellulaire sont hautement conservés chez les eucaryotes. Des organismes aussi divers que les protistes, les plantes et les animaux utilisent des étapes similaires.

ADN génomique

Avant de discuter des étapes qu'une cellule entreprend de se répliquer, une compréhension plus approfondie de la structure et de la fonction de l'information génétique d'une cellule est nécessaire. Le complément complet d'ADN d'une cellule est appelé son génome. Chez les procaryotes, le génome est composé d'une seule molécule d'ADN double brin sous la forme d'une boucle ou d'un cercle. La région de la cellule contenant ce matériel génétique est appelée nucléoïde. Certains procaryotes ont également de plus petites boucles d'ADN appelées plasmides qui ne sont pas essentielles à une croissance normale.

Chez les eucaryotes, le génome comprend plusieurs molécules d'ADN linéaires double brin (figure 6.2) liées à des protéines pour former des complexes appelés chromosomes. Chaque espèce d'eucaryote possède un nombre caractéristique de chromosomes dans le noyau de ses cellules. Les cellules du corps humain (cellules somatiques) ont 46 chromosomes. Une cellule somatique contient deux ensembles appariés de chromosomes, une configuration connue sous le nom de diploïde. La lettre m est utilisé pour représenter un seul ensemble de chromosomes, donc un organisme diploïde est désigné 2m. Les cellules humaines qui contiennent un ensemble de 23 chromosomes sont appelées gamètes, ou cellules sexuelles, ces ovules et spermatozoïdes sont désignés m, ou haploïde .

Les paires appariées de chromosomes dans un organisme diploïde sont appelées chromosomes homologues. Les chromosomes homologues ont la même longueur et ont des segments nucléotidiques spécifiques appelés gènes exactement au même endroit, ou locus. Les gènes, les unités fonctionnelles des chromosomes, déterminent des caractéristiques spécifiques en codant pour des protéines spécifiques. Les traits sont les différentes formes d'une caractéristique. Par exemple, la forme des lobes d'oreilles est une caractéristique avec des traits libres ou attachés.

Chaque copie de la paire de chromosomes homologues provient d'un parent différent. Par conséquent, les copies de chacun des gènes eux-mêmes peuvent ne pas être identiques. La variation des individus au sein d'une espèce est causée par la combinaison spécifique des gènes hérités des deux parents. Par exemple, il existe trois séquences génétiques possibles sur le chromosome humain qui codent pour le groupe sanguin : la séquence A, la séquence B et la séquence O. Étant donné que toutes les cellules humaines diploïdes ont deux copies du chromosome qui détermine le groupe sanguin, le groupe sanguin (le trait) est déterminé par lequel deux versions du gène marqueur sont héritées. Il est possible d'avoir deux copies de la même séquence génique, une sur chaque chromosome homologue (par exemple, AA, BB ou OO), ou deux séquences différentes, telles que AB.

Des variations mineures dans les traits tels que ceux du groupe sanguin, de la couleur des yeux et de la taille contribuent à la variation naturelle trouvée au sein d'une espèce. Les chromosomes sexuels, X et Y, sont la seule exception à la règle des chromosomes homologues autre qu'une petite quantité d'homologie qui est nécessaire pour produire de manière fiable des gamètes, les gènes trouvés sur les chromosomes X et Y ne sont pas les mêmes.


Introduction

Pratiquement toutes les tâches effectuées par les organismes vivants nécessitent de l'énergie. L'énergie est nécessaire pour effectuer des travaux lourds et faire de l'exercice. Les humains utilisent également beaucoup d'énergie en pensant et même pendant le sommeil. En fait, les cellules vivantes de chaque organisme utilisent constamment de l'énergie. Les nutriments et autres molécules sont importés, métabolisés (décomposés), synthétisés en de nouvelles molécules, modifiés si nécessaire, transportés dans la cellule et, dans certains cas, distribués à l'ensemble de l'organisme. Par exemple, les grosses protéines qui composent les muscles sont activement construites à partir de molécules plus petites. Les glucides complexes sont décomposés en sucres simples que la cellule utilise pour produire de l'énergie. Tout comme l'énergie est nécessaire à la fois pour construire et démolir un bâtiment, l'énergie est nécessaire à la fois pour la synthèse et la décomposition des molécules. De plus, les molécules de signalisation telles que les hormones et les neurotransmetteurs sont activement transportées entre les cellules. Les bactéries et les virus pathogènes sont ingérés et décomposés par les cellules. Les cellules doivent également exporter des déchets et des toxines pour rester en bonne santé. De nombreuses cellules nagent ou déplacent les matériaux environnants via le mouvement de battement d'appendices cellulaires tels que les cils et les flagelles.

Tous les processus cellulaires énumérés ci-dessus nécessitent un approvisionnement constant en énergie. D'où et sous quelle forme vient cette énergie ? Comment les cellules vivantes obtiennent-elles de l'énergie et comment l'utilisent-elles ? Ce chapitre traitera des différentes formes d'énergie et des lois physiques qui régissent le transfert d'énergie.

La manière dont les enzymes réduisent l'énergie d'activation nécessaire pour déclencher une réaction chimique dans le corps sera également abordée dans ce chapitre. Les enzymes sont cruciales pour la vie sans elles, les réactions chimiques nécessaires à la survie ne se produiraient pas assez rapidement pour qu'un organisme survive. Par exemple, chez une personne qui manque de l'une des enzymes nécessaires pour décomposer un type de glucide connu sous le nom de mucopolysaccharide, les déchets s'accumulent dans les cellules et provoquent des lésions cérébrales progressives. Cette maladie génétique mortelle est appelée syndrome de Sanfilippo de type B ou mucopolysaccharidose III. Auparavant incurable, les scientifiques ont maintenant découvert un moyen de remplacer l'enzyme manquante dans le cerveau des souris. En savoir plus sur les recherches des scientifiques ici.

Soutien aux enseignants

Le métabolisme englobe un large éventail d'activités cellulaires, y compris le besoin d'énergie et l'élimination des déchets des cellules, des tissus et des organes.

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    • Auteurs : Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Éditeur/site Web : OpenStax
    • Titre du livre : Biologie pour les cours AP®
    • Date de parution : 8 mars 2018
    • Lieu : Houston, Texas
    • URL du livre : https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • URL de la section : https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/6-introduction

    © 12 janvier 2021 OpenStax. Le contenu des manuels produit par OpenStax est sous licence Creative Commons Attribution License 4.0. Le nom OpenStax, le logo OpenStax, les couvertures de livres OpenStax, le nom OpenStax CNX et le logo OpenStax CNX ne sont pas soumis à la licence Creative Commons et ne peuvent être reproduits sans le consentement écrit préalable et exprès de Rice University.


    Soutien, mouvement et protection

    Certaines fonctions du système squelettique sont plus facilement observables que d'autres. Lorsque vous bougez, vous pouvez sentir comment vos os vous soutiennent, facilitent vos mouvements et protègent les organes mous de votre corps. Tout comme les poutres d'acier d'un bâtiment fournissent un échafaudage pour supporter son poids, les os et les cartilages de votre système squelettique composent l'échafaudage qui soutient le reste de votre corps. Sans le système squelettique, vous seriez une masse molle d'organes, de muscles et de peau. Les os facilitent le mouvement en servant de points d'attache pour vos muscles. Les os protègent également les organes internes des blessures en les recouvrant ou en les entourant. Par exemple, vos côtes protègent vos poumons et votre cœur, les os de votre colonne vertébrale (colonne vertébrale) protègent votre moelle épinière et les os de votre crâne (crâne) protègent votre cerveau (voir Figure 6.1.1).


    6.0 Présentation

    En 1996, la brebis Dolly est devenue le premier mammifère cloné avec succès. Il n'y a eu aucun ajout d'ADN d'un père, aucun « mélange » génétique, juste une copie identique de l'ADN d'une mère. Cet accomplissement signifie beaucoup de choses, y compris le fait que nous avons actuellement la technologie pour produire en masse des centaines d'exemplaires de ce qui semble être le bétail le meilleur et le plus sain.

    Mais la communauté scientifique semble peu intéressée par la mise en place de laboratoires de clonage géants. Au lieu de cela, le sexe est considéré comme souhaitable par rapport à la reproduction asexuée ou au clonage. Mais pourquoi risquer de faire un enfant potentiellement inférieur alors qu'un parent idéal est disponible ? Avec la technologie génétique actuelle, les humains peuvent réécrire le code génétique des moutons. Nous avons les capacités de conférer une résistance aux maladies, d'augmenter la production de viande et bientôt, nous pourrons peut-être éliminer les maladies génétiques. Pourquoi ne pas faire un « super mouton » et le copier des milliers de fois ? Que fait le sexe pour les individus, en particulier pour leur code génétique, qui est trop important pour être remplacé par un laboratoire de clonage vraiment cool ?

    Graphique 6.1 Dolly le mouton


    Les références

    Centres de contrôle et de prévention des maladies (2005). Consommation d'alcool et grossesse. Extrait de http://www.cdc.gov/ncbddd/factsheets/FAS_alcoholuse.pdf

    DeCasper, A.J., & Fifer, W.P. (1980). Du lien humain : les nouveau-nés préfèrent la voix de leur mère. Sciences, 208, 1174–1176

    Duncan, G., & Brooks-Gunn, J. (2000). Pauvreté familiale, réforme de l'aide sociale et développement de l'enfant. Développement de l'enfant, 71 ans(1), 188–196

    Evans, G.W., & English, K. (2002). L'environnement de la pauvreté : exposition à de multiples facteurs de stress, stress psychophysiologique et adaptation socio-émotionnelle. Développement de l'enfant, 73 ans(4), 1238–1248

    Gunnar, M., & Quevedo, K. (2007). La neurobiologie du stress et du développement. Revue annuelle de psychologie, 58, 145–173.

    Haber, M., & Toro, P. (2004). L'itinérance chez les familles, les enfants et les adolescents : une perspective écologique et développementale. Revue clinique de psychologie de l'enfant et de la famille, 7(3), 123–164.

    Mennella, J.A., Jagnow, C.P., & Beauchamp, G.K. (2001). Apprentissage prénatal et postnatal des saveurs chez les nourrissons humains. Pédiatrie, 107(6), e88.

    Moon, C., Cooper, R.P., & Fifer, W.P. (1993). Les enfants de deux jours préfèrent leur langue maternelle. Comportement du nourrisson et développement des amplis, 16 ans, 495–500.

    Moore, K., & Persaud, T. (1993). L'humain en développement : l'embryologie à orientation clinique (5e éd.). Philadelphie, Pennsylvanie : Saunders.

    Niccols, G.A. (1994). Syndrome d'alcoolisme foetal : implications pour les psychologues. Revue de psychologie clinique, 14, 91–111.


    Chapitre 10 : Introduction à la biotechnologie

    Figure 10.1 (a) Un thermocycleur, tel que celui montré ici, est un outil de base utilisé pour étudier l'ADN dans un processus appelé réaction en chaîne par polymérase (PCR). L'enzyme polymérase la plus souvent utilisée avec la PCR provient d'une souche de bactérie qui vit dans (b) les sources chaudes du parc national de Yellowstone. (crédit a : modification de l'œuvre par Magnus Manske crédit b : modification de l'œuvre par Jon Sullivan)

    La seconde moitié du vingtième siècle a commencé avec la découverte de la structure de l'ADN, puis a progressé vers le développement des outils de base utilisés pour étudier et manipuler l'ADN. Ces progrès, ainsi que les progrès de notre compréhension et de notre capacité à manipuler les cellules, ont conduit certains à qualifier le XXIe siècle de siècle de la biotechnologie. Le rythme des découvertes et du développement de nouvelles applications en médecine, en agriculture et en énergie devrait s'accélérer, apportant d'énormes avantages à l'humanité et peut-être aussi des risques importants. Beaucoup de ces développements devraient soulever d'importantes questions éthiques et sociales que les sociétés humaines n'ont pas encore eu à considérer.


    Réactifs de détection primaire et secondaire

    Les marqueurs enzymatiques et macrofluorophores peuvent être couplés directement à des réactifs d'affinité spécifiques à la cible (détection primaire) ou à des réactifs d'affinité plus génériques qui forment des complexes stables avec des réactifs primaires non marqués, généralement sur la base d'une immunoreconnaissance (détection secondaire). Comme indiqué schématiquement dans Figure 6.1.1, la détection secondaire fournit intrinsèquement un certain degré d'amplification du signal, bien que parfois au détriment d'un bruit de fond supplémentaire dû à une liaison non spécifique. Ces concepts de base de détection primaire et secondaire s'appliquent non seulement aux techniques d'amplification du signal abordées dans le présent chapitre, mais également aux réactifs d'affinité marqués par colorant décrits dans Antibodies, Avidines and Lectines—Chapitre 7.

    Réactifs de détection primaires

    Toute molécule facilement détectable qui se lie directement à une cible spécifique est un réactif de détection primaire. De tels réactifs sont détectés par fluorescence, chimiluminescence, absorption ou diffraction électronique conférée par des marqueurs fixés de manière stable. Les chimies de conjugaison et de réticulation utilisées pour créer ces attaches stables sont discutées en détail dans Fluorophores and Their Amine-Reactive Derivatives—Chapitre 1, Thiol-Reactive Probes—Chapitre 2 et Crosslinking and Photoactivatable Reagents—Chapitre 5. En plus de notre fluorophore-labeled les anticorps anti-colorant (Anti-Dye et Anti-Hapten Antibodies—Section 7.4) et les anticorps monoclonaux (www.invitrogen.com/handbook/antibodies), de nombreux produits sélectifs de site Molecular Probes peuvent être considérés comme des réactifs de détection primaires. Ceux-ci incluent nos lectines fluorescentes (Lectines et autres protéines liant les glucides—Section 7.7), les colorants d'acides nucléiques (Détection et analyse des acides nucléiques—Chapitre 8), les colorations de protéines et de glycoprotéines (Détection de protéines sur gels, transferts et puces—Section 9.3, Détection Modifications de protéines—Section 9.4), phallotoxines (Sondes pour l'actine—Section 11.1), sondes membranaires (Sondes pour les lipides et les membranes—Chapitre 13), conjugués d'annexine V pour détecter les cellules apoptotiques (Dosages pour l'apoptose—Section 15.5) et divers médicaments et toxines analogues (Sondes pour récepteurs de neurotransmetteurs—Section 16.2, Sondes pour canaux et porteurs ioniques—Section 16.3). Ces réactifs de détection primaires peuvent généralement être détectés par des méthodes de microscopie à fluorescence, de fluorométrie ou de cytométrie en flux.

    Réactifs de détection secondaires

    Bien que de nombreuses biomolécules, telles que les anticorps et les lectines, se lient sélectivement à une cible biologique, elles doivent généralement être modifiées chimiquement avant de pouvoir être détectées. Souvent, la biomolécule est conjuguée à un colorant fluorescent ou chromophore ou à un complexe d'atomes lourds tel que l'or colloïdal. Cependant, le chercheur peut souhaiter éviter le temps et les dépenses nécessaires pour ces conjugaisons, en choisissant plutôt d'utiliser un réactif de détection secondaire plus générique. Typiquement, les réactifs de détection secondaires reconnaissent une classe particulière de molécules. Par exemple, des anticorps IgG anti-souris de chèvre marqués peuvent être utilisés pour localiser une grande variété d'anticorps monoclonaux de souris spécifiques à une cible. Notre vaste offre d'anticorps secondaires (Immunoréactifs secondaires - Section 7.2) fournit une large sélection de marqueurs, y compris notre série supérieure de colorants Alexa Fluor, les phycobiliprotéines, les fluorophores en tandem colorant Alexa Fluor-phycobiliprotéine, les nanocristaux Qdot, les marqueurs biotine et enzymatique (HRP et phosphatase alcaline). Nous proposons également de nombreuses options en termes d'immunoréactivité, une considération essentielle pour éviter de confondre la réactivité croisée lors de la réalisation d'une immunodétection secondaire simultanée de deux cibles ou plus. Notre portefeuille d'anticorps secondaires marqués contient des anticorps contre les IgG et les IgM de plusieurs espèces de mammifères, y compris divers isotypes d'IgG de souris, ainsi que des anticorps contre les IgY aviaires (poulet). Notre technologie de marquage d'anticorps Zenon (Zenon Technology : Versatile Reagents for Immunolabelling—Section 7.3) utilise des conjugués d'un fragment Fab anti-IgG spécifique de Fc pour le marquage rapide et quantitatif de l'anticorps correspondant de souris, lapin, chèvre ou humain.


    6.1 : Introduction - Biologie

    Figure 1. Expérimentant avec des milliers de petits pois, Mendel a découvert les principes fondamentaux de la génétique. (crédit : modification d'œuvre par Jerry Kirkhart)

    La génétique est l'étude de l'hérédité. Johann Gregor Mendel a posé le cadre de la génétique bien avant que les chromosomes ou les gènes ne soient identifiés, à une époque où la méiose n'était pas bien comprise. Mendel a sélectionné un système biologique simple et a mené des analyses quantitatives méthodiques à l'aide d'échantillons de grande taille. Grâce aux travaux de Mendel, les principes fondamentaux de l'hérédité ont été révélés. Nous savons maintenant que les gènes, portés sur les chromosomes, sont les unités fonctionnelles de base de l'hérédité avec la capacité d'être répliqués, exprimés ou mutés. Aujourd'hui, les postulats avancés par Mendel forment la base de la génétique classique, ou mendélienne. Selon la génétique mendélienne, tous les gènes ne sont pas transmis des parents à la progéniture, mais les expériences de Mendel constituent un excellent point de départ pour réfléchir à l'hérédité.


    6.1 Objectifs du chapitre

    Dans ce chapitre, nous discuterons, de manière générale, de deux types de division cellulaire : la mitose et la méiose. Plus précisément, nous mettrons l'accent sur la méiose et sur la façon dont la méiose est responsable de la génération d'une grande partie de la diversité que nous associons à la reproduction sexuée. Notre objectif principal est que vous compreniez comment la méiose génère une diversité génétique et la façon dont les cellules qui en résultent (sperme et ovule) se combinent pour créer des individus uniques dans la prochaine génération.

    À la fin de votre lecture et de nos discussions en classe, vous devriez être capable de :

    1. Définir les termes suivants
      • Mitose
      • Méiose
      • Gamète
      • Zygote
      • Fertilisation
      • haploïde
      • Diploïde
      • Paire homologue
      • Paire de chromatides
      • Tétrade
      • Traverser
      • Recombinaison
      • Assortiment indépendant
      • Prophase, métaphase, anaphase, télophase, cytokinèse
      • Méiose I et Méiose II
      • Allo croisement
      • Génotype
      • Phénotype
      • Récessif
      • Dominant
      • Mutation
      • Homozygote
      • hétérozygote
      • Place Punnett
      • Hérédité liée au sexe
      • Hérédité monoallélique
    2. Comparer les processus de mitose et de méiose
    3. Décrire les cellules descendantes de la mitose et de la méiose, en particulier par rapport à la cellule d'origine
    4. Décrire comment la méiose génère une diversité génétique via un assortiment indépendant et un croisement
    5. Utilisez les carrés de Punnett pour prédire les probabilités d'hérédité pour les caractères monogéniques, y compris les caractères liés au sexe
    6. Différencier les modes de transmission des allèles récessifs et dominants


    Voir la vidéo: DNA Structure and Replication: Crash Course Biology #10 (Août 2022).