Biologie

Cours de biologie

Notre planète Terre est un immense et un incroyable écosystème ! Elle regorge de diverses formes de vie, des plus petits micro-organismes aux plantes et aux grands animaux. Ces formes de vie interagissent les unes avec les autres. Elles se déplacent, se reproduisent et vivent dans les océans, les herbes, les villes, les villages, etc. Imagine que tu te trouves au sommet d'une montagne et que tu contemples toute cette diversité. Tout cela est inclus dans l'étude de la vie, c'est-à-dire la biologie. Impressionnant, n'est-ce pas ?

Thèmes et objectifs d'apprentissage en biologie

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• le corps humain et la santé ;

• la biodiversité ;

• les enjeux contemporains de la planète ;

• la terre, la vie et l'organisation du vivant.

Tu trouveras ceux-là sur StudySmarter, mais nous te proposons également ces sujets (et bien d'autres encore !) :

• les molécules biologiques ;

• les cellules ;

• l'échange de substances ;

• l'information génétique ;

• les transferts d'énergie ;

• réagir au changement ;

• génétique, populations, évolution et écosystèmes ;

• contrôle de l'expression des gènes.

Et maintenant, présentons tous les sujets et définitions de nos cours de biologie.

Biologie moléculaire

Les molécules biologiques servent de composants structurels des macromolécules et des cellules, comme les glucides simples dans les bases de l'ADN et de l'ARN, et la cellulose, glucide complexe, dans les parois végétales. De plus, des molécules biologiques appelées lipides qui composent les membranes cellulaires, formant une bicouche lipidique.

Certaines molécules biologiques, comme les protéines, jouent le rôle d'enzymes, de messagers et d'hormones, remplissant ainsi des fonctions métaboliques. Les acides nucléiques, l'ADN et l'ARN, portent l'information génétique de tous les êtres vivants et des virus. Les deux autres biomolécules essentielles sont l'ATP (adénosine triphosphate) et l'eau, nécessaires aux processus cellulaires.

Fig. 2 - Diagramme d'une molécule.

Biologie : les cellules

Les cellules sont les plus petites unités de la vie. L'étude des cellules est l'une des plus importantes de la biologie. Celles-ci contiennent du matériel génétique et se divisent pour créer de nouvelles cellules. Les cellules peuvent être soit procaryotes soit eucaryotes. Dans le cas des cellules eucaryotes, le matériel génétique se trouve dans le noyau et les cellules se divisent par des processus appelés mitose et méiose. Par contre, les cellules procaryotes n'ont pas de noyau, le matériel génétique se trouve dans une zone appelée nucléoïde et les cellules se divisent par fission binaire.

Les cellules varient par leur nombre et leur type d'organites. Ceux-ci sont des composants spécialisés présents à l'intérieur de toutes les cellules. L'un des éléments structurels essentiels de la cellule est la frontière de la cellule, ou membrane plasmique. Elle sert de couche protectrice et est le principal acteur du transport des substances vitales vers l'intérieur et l'extérieur des cellules. Les cellules spécialisées appelées lymphocytes T et lymphocytes B sont cruciaux pour notre système immunitaire. Ces cellules aident à lutter contre les maladies.

Fig. 3 - Les cellules eucaryotes : une cellule animale et une cellule végétale. Source : Freepik.com par brgfx

Biologie : l'échange de substances

C'est ainsi que les organismes obtiennent de l'oxygène et des nutriments de l'extérieur et se débarrassent des déchets métaboliques. Les organismes multicellulaires ont besoin d'organes spécialisés pour l'échange de substances, car leur rapport surface/volume est trop faible pour que les membranes cellulaires puissent servir de surface d'échange.

Dans le cas des plantes, l'échange de substances se fait par le transport de la sève à travers le xylème et le phloème.

Chez les animaux, les échanges de substances se font dans différents systèmes organiques, dont le système digestif, le système respiratoire et le système circulatoire. La digestion et l'absorption des nutriments se font dans le système digestif, tandis que les échanges gazeux ont lieu dans le système respiratoire. Le système circulatoire pompe et fait circuler le sang qui transporte les nutriments et l'oxygène. Ce rôle du système circulatoire est crucial pour assurer une activité métabolique élevée des cellules afin que tous les systèmes organiques du corps fonctionnent correctement.

Fig. 4 - Diagramme du cœur humain.

Biologie : l'information génétique

L'ADN est une molécule remarquable qui contient notre matériel génétique. Le matériel génétique est impliqué dans tous les aspects de la biologie, ce qui fait de l'ADN une molécule essentielle à la poursuite de la vie. L'ADN, présente dans le noyau, est organisé en gènes constitués de nucléotides, qui se trouvent sur les chromosomes.

Parfois, l'ordre de ces nucléotides se dérègle et des mutations se produisent. Les mutations ont des effets différents sur l'organisme, mais l'un des effets bénéfiques est l'introduction de la diversité génétique dans une espèce. La diversité génétique est également obtenue au cours de la méiose (un type de division cellulaire), qui permet de permuter l'ADN afin que les cellules sexuelles (également appelées gamètes) présentent une combinaison différente d'ADN.

En raison de cette grande diversité génétique des organismes, des millions d'espèces existent et il est nécessaire de les organiser et les classer. C'est l'étude de la taxonomie. La biodiversité que nous observons dans les communautés est complémentaire de la diversité génétique. Nous pouvons quantifier ce niveau de diversité à l'aide de mesures telles que l'indice de biodiversité et la richesse des espèces.

Fig. 5 - ADN et ARN.

Biologie : les transferts d'énergie

Toute la vie a besoin d'énergie, qui provient généralement du soleil. Le transfert de cette énergie entre différents organismes leur permet d'entretenir leurs environnements et leurs communautés fortement ordonnées.

En ce qui concerne la façon dont l'énergie est transférée, il existe deux types d'organismes : les autotrophes, dont les plantes, les lichens ou les algues, et les hétérotrophes, dont les animaux et les humains. La plupart des autotrophes tirent leur énergie du soleil par le biais de la photosynthèse. Ce processus implique que les autotrophes utilisent l'énergie lumineuse pour transformer le dioxyde de carbone et l'eau en glucose et en oxygène.

Les hétérotrophes ne peuvent pas synthétiser leur propre énergie et doivent l'acquérir en consommant d'autres organismes. Ils effectuent un processus inverse de la photosynthèse : ils prennent du glucose et de l'oxygène et les transforment en dioxyde de carbone et en eau. Ce transfert d'énergie est appelé respiration.

Fig. 6 - Les plantes utilisent l'énergie du soleil pour la photosynthèse.

Biologie : réagir au changement

Les organismes réagissent à un changement dans leur environnement interne et externe. Le changement se présente sous la forme d'un stimulus. Les stimuli (stimulus singulier) peuvent être un changement physique ou chimique et sont reconnus par des cellules spécialisées appelées récepteurs. La réponse aux stimuli est cruciale pour la survie des espèces. Les neurones ou cellules nerveuses sont des cellules spécialisées dans le transport des impulsions nerveuses. Les mammifères comptent des millions de neurones, qui constituent le système nerveux, à la fois complexe et fascinant.

Les muscles sont parmi les organes coordonnés par le système nerveux. La contraction des muscles squelettiques commence par un potentiel d'action qui atteint et pénètre profondément dans les fibres musculaires, déclenchant finalement le mécanisme des filaments coulissants. Toutes ces réponses aux changements sont nécessaires pour que le corps maintienne un environnement interne constant. C'est ce qu'on appelle l'homéostasie. Les organismes vivants ont besoin d'une température, d'un pH et d'un équilibre chimique global constants pour fonctionner.

Fig. 7 - Diagramme d'une synapse et de la transmission de l'influx nerveux.

Biologie : écologie

Les individus d'une même espèce possèdent le même ensemble de gènes mais peuvent varier dans les combinaisons d'allèles. Les allèles sont des formes différentes d'un gène responsables de la diversité génétique des espèces. Plus il y a d'allèles dans le génome d'une espèce, plus la diversité génétique est grande. Lorsque les membres d'une même espèce vivent ensemble dans un habitat, ils forment des populations. Celles-ci forment à leur tour des communautés où diverses espèces cohabitent et interagissent les unes avec les autres.

La taille de la population peut varier et est affectée par des facteurs biotiques (vivants) et abiotiques (non vivants). Par exemple, la concurrence et la prédation au sein d'une même espèce ou entre différentes espèces sont des facteurs biotiques, tandis que le pH et la température de l'habitat de l'espèce sont des facteurs abiotiques.

Les communautés et l'environnement qu'elles habitent constituent les écosystèmes. Un écosystème est un système dynamique et autonome qui comprend tous les organismes vivants (partie biotique de l'écosystème) et l'environnement physique (composants abiotiques). L'étude de ces écosystèmes se nomme l'écologie.

Fig. 8 - Un écosystème varié avec des animaux, des plantes et leur habitat. Source : Freepik.com par macrovector

Biologie : le contrôle de l'expression des gènes

Une partie de l'ADN de nos cellules peut contenir des mutations. Si l'on considère que toutes les cellules partent du même génome, comment peuvent-elles avoir des fonctions et des caractéristiques différentes, c'est-à-dire des mutations ? C'est à cause des différents niveaux d'expression des gènes. Certains gènes du génome sont activés, ce qui signifie qu'ils sont exprimés et que les protéines qu'ils codent sont fabriquées, tandis que d'autres gènes sont désactivés, ce qui signifie que la protéine correspondante n'est pas synthétisée.

Les mutations peuvent affecter le niveau d'expression, mais l'épigénétique joue également un rôle important. L'épigénétique étudie les modifications apportées à l'ADN et aux protéines qui lui sont associées et la manière dont elles affectent le niveau d'expression des gènes. Parmi les autres facteurs d'influence figurent les processus qui se déroulent avant la transcription et avant et après la traduction.

Ces recherches sur l'ADN et les gènes nécessitent des technologies génétiques remarquables, qui ont été utilisées pour développer des techniques médicales avancées telles que la thérapie génique et des technologies médico-légales telles que les empreintes génétiques.

Fig. 9 - Scientifique étudiant l'ADN et les gènes.

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