Science de la vie et de la Terre / Mr MARY

A. ETAPE 1: TRANSCRIPTION. L’ADN est d’abord transcrit en ARN messager (ARNm) dans le noyau [Activité 2]

La transcription est l’étape ou l’ADN est transcrit en ARN. Dans le noyau, l’ADN est « converti » en acide ribonucléique messager, ou ARNm : c’est la transcription.  La transcription de l’ADN s’effectue grâce à une enzyme, l’ARNpolymérase.

Les molécules d’ARNm sortent du noyau et atteignent le cytoplasme, lieu de la synthèse des protéines.

B. ETAPE 2: TRADUCTION: L’ARN messager est traduit en polypeptide dans le cytoplasme [Activité 3]

La traduction représente l’étape ou l’ARN est traduit en protéines. Elle se réalise dans le cytoplasme au niveau de particules appelées ribosomes.

Les ribosomes se fixent au début de la séquence des ARN à traduire. En se déplaçant le long de la molécule d’ARNm, les ribosomes permettent la synthèse progressive des protéines par addition successive d’acides aminés. Ces derniers sont mis en place progressivement en respectant la correspondance entre les acides aminés et les codons définie dans le code génétique.

A) L’Acide Ribonucléique messager (ARNm) [TP5]

Alors que l’information génétique se trouve dans le noyau, la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme de la cellule. Il existe donc un intermédiaire entre l’ADN et le cytoplasme.

Comme l’ADN, l’ARNmessager, est un support d’information produit dans le noyau mais il peut migrer dans le cytoplasme en passant à travers l’enveloppe nucléaire.

L’ARNmessager présente en cinq particularités :
               – il est formé d’un brin unique de nucléotides ;
               – il ne dépasse pas quelques milliers de nucléotides car il ne correspond qu’à un seul gène ;
               – le glucide des nucléotides est du ribose (ribonucléotides) ;
               – l’uracile (U) remplace la thymine (T) ;
               – sa durée de « vie » est courte (quelques heures en général).

B. L’ARN messager est porteur d’un code génétique [TP6]

Le code génétique fait correspondre un acide aminé à trois bases successives de l’ARNm qui forment un codon. Il a quatre particularités :
               – il est non ambigu: à un codon correspond un seul acide aminé ;
               – il est redondant: plusieurs codons correspondent au même acide aminé ;
               – il est non chevauchant: un nucléotide n’appartient qu’à un seul codon ;
               – il est universel: c’est le même pour tous les êtres vivants (les exceptions sont très rares).

A) L’augmentation du dioxygène [Activité 3]

Le dioxygène (O2​) s’est d’abord accumulé dans les océans. Les preuves de cette accumulation sont l’oxydation du fer océanique, formant les dépôts de fer rubané dans les océans.

Le dioxygène s’est ensuite diffusé dans l’atmosphère, lorsque les océans ont été́ saturés.

Les premières traces de vie retrouvées sur Terre sont des stromatolites : des traces fossiles de cyanobactéries datés de 3,5 Ga.

Ce sont ces organismes qui ont contribué, par photosynthèse, à faire augmenter la quantité́ de dioxygène dans l’atmosphère il y a 2,4 Ga.

B) Cycle de l’oxygène [Activité 4]

Le dioxygène s’est progressivement accumulé dans l’atmosphère jusqu’à atteindre sa concentration atmosphérique actuelle il y a 500 Ma.

La photosynthèse est la principale source de dioxygène atmosphérique tandis que la respiration et les combustions sont les principaux puits de dioxygène.

C) L’ozone: un élément essentiel aux êtres vivants [Activité 5]

Sous l’effet des rayonnements ultraviolets provenant du rayonnement solaire, de l’ozone (O3​) stratosphérique se forme par dissociation de molécules de dioxygène (O2​).

La couche d’ozone ainsi formée, qui présente une concentration maximale à environ 30 km d’altitude, protège les êtres vivants du rayonnement solaire et donc des effets mutagènes des UV sur l’ADN.

On parle de « trou » dans la couche d’ozone lorsque la quantité d’ozone diminue en dessous d’une valeur seuil. Aujourd’hui, il existe un trou dans la couche d’ozone au dessus de l’Antarctique. Ce trou est provoqué par les activités humaines.

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A) De l’invention du microscope à la théorie cellulaire  [Activité 2]

Grâce au microscope, la première observation de cellules est attribuée à l’anglais Robert Hooke au XVIIe siècle.

Schleiden et Schwann ont remarqué au XIX^e siècle (soit deux siècles plus tard) que tous les êtres vivants étaient constitués de cellules, posant le premier principe de la théorie cellulaire

D’autre scientifiques comme Virchow et Pasteur ont démontré que la vie n’apparaît pas spontanément mais qu’une cellule provient nécessairement d’une cellule préexistante.

B) Les axiomes de la théorie cellulaire

La théorie cellulaire a ainsi pu émerger par une collaboration entre scientifiques. Elle postule que :

•tous les êtres vivants sont constitués d’une (ou plusieurs) cellule(s) ;

•la cellule est la plus petite unité structurale du vivant ;

•toute cellule provient d’une autre cellule.

C) Aux limites de la théorie cellulaires [Activité 3]

Le développement de microscopes de plus en plus performants a permis d’explorer en détail la cellule et son fonctionnement.

Dès les années 1940, la résolution des microscopes électroniques a révélé l’existence de virus, des particules de l’ordre de la dizaine de nanomètre, aux limites de la théorie.

A. Qu’est ce qu’un chromosome ? Qu’est ce qu’un gène ? [Rappel de troisième]

A l’intérieur du noyau des cellules se trouve les chromosomes. Les chromosomes sont composés de filaments d’ADN.
Un gène est une portion de chromosome.

B. Comment l’ADN contient-il l’information génétique ? [Activité3]

La molécule d’ADN possède une structure en double hélice. Chaque chaine (ou brin d’ADN) est composé de nucléotides.

   Il existe 4 nucléotides différents en fonction de leur base azotée : adénine, thymine, guanine, cytosine. Les nucléotides sont toujours associés par paire : L’ adénine se lie à la thymine ; la guanine se lie à la cytosine. On dit alors que les deux brins sont complémentaires.

C’est dans la séquence de nucléotide que se trouve l’information génétique.

C) Comment les cellules peuvent-elles être toutes différentes alors qu’elles ont le même ADN? [Activité 4]

Toutes les cellules d’un organisme possèdent les mêmes gènes et les mêmes chromosomes : on dit qu’elles possèdent la même information génétique.

 
Les cellules spécialisées n’expriment qu’une partie de l’information génétique: seul certains gènes vont êtres « activés » dans certaines cellules.

L’information génétique exprimée (activée) par les cellules leur donne des caractéristiques particulières, en lien avec leur fonction.

A. Le mécanisme de réplication est semi-conservatif. [TP4]

La réplication ou duplication de l’ADN consiste en la synthèse de deux molécules d’ADN à partir d’une molécule d’ADN parentale. Chaque brin de la molécule d’ADN initiale sert de modèle pour la fabrication d’un nouveau brin. Une molécule d’ADN donne ainsi naissance à 2 molécules d’ADN filles constituées d’un brin « nouveau », le brin néoformé, et d’un brin « ancien », le brin parental. Comme la moitié de la molécule initiale est conservée, le mécanisme de réplication est dit semi-conservatif.

Cette synthèse se réalise pendant la phase S (synthèse) de l’interphase.

B. La réplication est effectuée par l’ADN polymerase . [Activité 3]

La réplication nécessite l’intervention d’une enzyme, l’ADN polymérase.

Au début de la réplication, les deux brins de la molécule d’ADN se séparent et forment un œil de réplication.

Puis, l’ADN Polymérase assure la mise en place progressive et ordonnée des nucléotides sur chaque nouveau brin d’ADN (ou brin néoformé) en respectant la complémentarité entre les nucléotides du brin parental et du nouveau brin d’ADN.

Une théorie est un modèle explicatif, une construction intellectuelle et modifiable qui est née à partir de faits (observations, expérimentation, calculs).

Elle s’appuie sur des faits observables et construits.

Elle est potentiellement réfutable par la communauté scientifique. Elle est construite et évaluée par plusieurs personnes.

A. La mitose, une division cellulaire conforme [TP2]

La mitose est la phase de division et de répartition homogène des chromosomes dans les deux cellules filles. Elle s’effectue après une interphase et est indispensable pour la bonne répartition du matériel génétique.

La mitose se réalise en 4 étapes, consécutives et inséparables :

– la prophase : phase marquée par la condensation de l’ADN et donc l’apparition des chromosomes, tous constitués de deux chromatides.

– la métaphase : phase marquée par le positionnement des chromosomes dans le plan équatorial de la cellule.

– l’anaphase : phase marquée par la séparation des chromatides sœurs qui se déplacent guidées par les filaments constituant le fuseau mitotique.

– la télophase : phase marquée par le regroupement de deux lots de chromosomes (à 1 chromatide) aux deux pôles de la cellule. Les deux cellules filles se séparent définitivement.

A l’issue d’une mitose, les deux cellules filles conservent donc leur caractéristique chromosomique (chez l’Homme, cellules diploïdes à 2n=46 chromosomes).

B. La méiose, une division non conforme à l’origine des gamètes. [TP3]

La méiose est une double division cellulaire qui permet la formation des gamètes. Seule la 1ère division de méiose est précédée d’une réplication de l’ADN.

– 1ère division de méiose : constituée des 4 étapes (prophase, métaphase, anaphase et télophase), elle est marquée par la séparation des deux chromosomes de chaque paire. Elle aboutit à deux cellules haploïdes (un seul exemplaire de chaque chromosome).

– 2de division de méiose: également constituée de 4 étapes, elle se caractérise par la séparation des deux chromatides de chaque chromosome (comme au cours de la mitose).

La méiose aboutit donc à la formation de 4 cellules haploïdes possédant chez l’Homme, 23 chromosomes à 1 chromatide.

A) L’origine de l’atmosphère terrestre [Activité 1]

L’Atmosphère terrestre s’est formée par dégazage, grâce au volcanisme.

Lors de sa formation il y a 4,6 Ga (milliards d’années), l’atmosphère était principalement composée de vapeur d’eau (H₂​O), de diazote (N₂​) et de dioxyde de carbone (CO₂​).

Cette atmosphère primitive a évolué : sa composition actuelle est de 78 % de diazote (N₂​) et de 21 % de dioxygène (O₂​). On y trouve également de l’eau (H_2​O), du dioxyde de carbone (CO₂​), du méthane (CH₄​), du protoxyde d’azote (N₂​O) et d’autres gaz comme l’argon (Ar).

B) La formation des océans [Activité 2]

L’eau terrestre a une double origine :

-cosmique (apport d’eau par les météorites et les comètes)

-dégazage par le manteau terrestre primitif de la vapeur d’eau .

Cette vapeur d’eau s’est ensuite condensée à cause du refroidissement de la Terre et de l’atmosphère, formant des l’hydrosphère : ensemble de l’eau liquide presente sur une planete.

Les conditions de température et de pression sur Terre font que l’eau y est présente sous trois états : solide, liquide et gazeux.

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