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Révision examen biologi
anabellecote12
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Transcript
Évolution et diversité du vivant
Révision synthèse: examen final
1. Introduction et concepts fondamentaux en biologie
Les caractéristiques de la vie
Selon Campbell
- Évolution adaptative
- Reproduction
- Besoin d'énergie (autotrophe ou hétérotrophe)
- Croissance et développement
- Réaction aux stimuli de l'environnement
- Ordre (organisation complexe)
Atome
Molécule
Organite
Les niveaux d'organisation du vivant
Cellule (tissu, organe, système)
Organisme
Le concept de l'émergence: de nouvelles propriétés apparaissent chaque fois qu'on atteint un niveau supérieur de l'organisation biologique.
Population
Communauté
Écosystème
+ Info
Biosphère
La classification du vivant(DRECOFGE)
Selon Campbell
EucaryoteAnimalCordéMammifèrePrimateHomnidéHomosapiens
Domaine RègneEmbranchementClasseOrdreFamilleGenreEspèce
Comment nommer scientifiquement un organisme
Nomenclature binomiale en latin:Le premier mot désigne le genreLe deuxième mot désigne l'espèceLe genre prend une majuscule, l'espèce prend une minusculeLorsqu'on l'écrit à la main, on doit souligner le nom d'un traitex.: Escherichia colis
Les domaines du vivant
- Bactérie
- Archéobactérie
- Eucaryote
Les règnes du vivant
- Protiste
- Végétal
- Animal
- Eumycète
- Monère
La démarche scientifique
- Observations
- Question
- Hypothèse
- Expérimentation
- Conclusion
2. La chimie du vivant et la cellule
Les propriétés chimiques des atomes
Carbone: peut former 4 liaisons chimiques Hydrogène: peut former 1 liaison Oxygène: peut former 2 liaisons Azote: peut former 3 liaisons
Les macromolécules du vivant
- Protéines
- Glucides
- Acides nucléiques
- Lipides
Les protéines
Les protéines sont des polymères d'acides aminés reliés ensemble par des liaisons peptidiques. Elles composent 17% du poids du corps 20% de l'énergie produite par le corps sert à la synthèse des protéines Elles ont plusieurs fonctions
Les fonctions des protéines
- Structure et soutien
- Entreposage
- Transport
- Régulation
- Récepteur
- Mouvement
- Immunité
- Catalyseur (enzymes)
La structure des protéines
La structure des protéines(suite)
- Structure primaire (ordre dans lequel sont placés les acides aminés)
- Structure secondaire (petits motifs présents dans certains segments de la chaine polypeptidique, hélice alpha et feuillets beta)
- Structure tertiaire (forme tridimensionnelle de la chaine polypeptidique au complet)
- Structure quaternaire (facultative, présente chez les protéines qui ont plusieurs chaines d'acides aminés dans leurs structures)
La structure des protéines(suite)
La structure 3D d'une protéine détermine sa fonction. Les protéines doivent avoir une structure bien précise pour fonctionner. Le site actif de la protéine est l'endroit qui interagit avec un substrat Si on altère la structure 3D d'une protéine, elle perd sa fonction, elle devient dénaturée (changement de pH, de température, de concentration, etc.)
Les acides nucléiques
- ADN: acide désoxyribonucléique
- ARN: acide ribonucléique
Les nucléotides
La complémentarité des bases azotées
ADN VS ARN
La cellule eucaryote
3. La synthèse des protéines
Vision générale de la synthèse des protéines
ADN
ARNm
ARNm
Protéine
La transcription
ADN
ARNm
- Permet la copie de la séquence d'ADN d'un gène en une molécule d'ARN messager
- A lieu dans le noyau
- Nécessite l'action de l'enzyme ARN polymérase
Les étapes de la transcription
- Initiation : ARN polymérase se fixe au promoteur du gène
- Élongation: l'ARN polymérase lit le brin matrice du gène et fabrique un brin d'ARNm complémentaire
- Terminaison: arrivé au terminateur, l'ARN polymérase arrête l'élongation de l'ARNm
La traduction
ARNm
Protéine
- Se fait dans le cytoplasme
- Nécessite des acides aminés, de l'ARNm, un ribosome et de l'ARNt
ARNt
Molécules d'ARN qui transportent les acides aminés au ribosome où ils seront assemblés en protéines
Les étapes de la traduction
- L'ARNm se lie au ribosome
- L'anticodon portant la méthionine se fixe au codon de l'ARNm
- L'ARNt correspondant au codon suivant se fixe ensuite au ribosome
Les mutations
Modification de l'information génétique (ADN)Une mutation peut être chromosomique ou ponctuelle
Causes des mutations
- Erreurs lors de la réplication de l'ADN
- Erreurs lors de la séparation de l'ADN
- Altération de l'ADN par des agents mutagènes
- Etc.
Substitutions
- Une substitution arrive lorsqu'une paire de nucléotides est remplacée par une autre sur le brin d'ADN
- Mutation silencieuse: aucun effet sur la séquence d'acide aminé
- Mutation faux-sens: la protéine peut complètement changer de forme tridimensionnelle et perdre sa fonction
- Mutation non-sens: entraine la formation d'une protéine non fonctionnelle
Délétions ou insertions
- Délétion = perte d'un ou de plusieurs nucléotides
- Insertion = ajout d'un ou de plusieurs nucléotides
4. Le cycle cellulaire
Comment les cellules se divisent-elles
Réplication de l'ADN
- Hélicase déroule l'ADN aux origines de réplication
- Primase fabrique des amorces d'ARN aux origines de réplication
- ADN polymérase III fabrique le brin d'ADN à partir des amorces d'ARN dans le sens 5' vers 3'
- Primase fabrique d'autres amorces d'ARN
- L'ADN polymérase III fabrique le brin d'ADN à partir des armoces d'ARN dans le sens 5' vers 3'
- ADN polymérase I transofrme les amorces d'ARN en ADN
- Ligase lie tous les brins d'ADN ensemble
Mitose: les 5 étapes du cycle cellulaire
- Interphase (la cellule croit et copie son matériel génétique)
- Prophase (les fibres de chromatine se condensent et deviennent visibles )
- Métaphase (les chromosomes s'allignent sur la plaque équatoriale)
- Anaphase (les deux chromatides soeurs se séparent)
- Télophase (des noyaux se forment autour des chromosomes et le cytoplasme se divise)
Mitose: cancer
Les cellules tumorales échappent à la régulation du cycle cellulaire. Elles se divisent de manière excessive et anarchique. Elles sont insensibles aux stimuli d'arrêt de croissance.Elles sont insensibles à l'inhibition de contact. Elles ne nécessitent pas de facteurs de croissance pour croitre.Elles sont immortelles.
Première étape de la méiose (méiose I)
- Prophase I: condensation des chromosomes et formation des tétrades
- Métaphase I: alignement des tétrades sur la plaque équatoriale
- Anaphase I: séparation des chromosomes homologues
- Télophase I: séparation de la cellule en 2
Deuxième étape de la méiose (méiose II)
- Prophase II: formation d'un nouveau fuseau de division
- Métaphase II: alignement des chromosomes à la plaque équatoriale
- Anaphase II: séparation des chromatides soeurs
- Télophase II: séparation des cellules en 2
Mitose VS Méiose
Comment la méiose crée de la variété?
- Assortiment indépendant des chromosomes
- Fécondation aléatoire
- Enjambement (les chromosomes homologues peuvent s'échanger des bouts d'ADN)
5. La génétique
Règles de la transmission des caractères
- Les chromosomes homologues contiennent les mêmes gènes, mais pas nécessairement la même variété de ces gènes.
- Un caractère récessif s'exprime seulement lorsque les deux allèles récessifs sont présents simultanément.
- Un caractère dominant s'exprime lorsqu'un allèle ou deux allèles dominants sont présents.
- Un individu portant deux allèles identiques est dit homozygote.
- Un individu portant deux allèles différents est dit hétérozygote.
- Tous les enfants héritent de 2 allèles pour chaque caractère, un du père, un de la mère.
Les lois (4) de Mendel
- Il y a plusieurs variétés pour un même gène.
- Tout organisme hérite de 2 allèles pour chaque caractère.
- Dans un être hétérozygote, l'allèle dominant détermine l'apparence de l'organisme.
- Loi mendélienne de la ségrégation: pendant la méiose, il y a ségrégation des 2 allèles dans des gamétes différents.
La règle de la multiplication
Pour un enfant homozygote: Parent 1: FfParent 2: FfGénotype recherché: FF(1/2) X (1/2) = 1/4
La règle de l'addition
Pour un enfant hétérozygote: Parent 1: FfParent 2: FfGénotype recherché: Ff((1/2) X (1/2)) + ((1/2) X (1/2)) = 1/2
6. La génétique 2
Les chromosomes sexuels
Les chromosomes X et Y ne contiennent pas uniquement des gènes impliqués dans la détermination du sexe. Le fait que les garçons n'aient qu'un seul allèle sur les chromosomes sexuels au lieu de deux chez les filles les rend plus vulnérables aux maladies génétiques liées au sexe (ex. daltonisme).
Fréquence de recombinaison
La distance entre les deux génes sur un chromosome est mesurée en centimorgan (cM). 1 cM = 1% de probabilité que les deux gènes soient séparés par enjambement lors de la méiose. Pour déterminer la distance en cM entre deux gènes, on doit calculer la fréquence de recombinaison.
R/D X 100= fréquence de recombinaisonoù R = nombre de recombinantset D = nombre de descendants
7. L'évolution
Carl Von Linné
Père de la taxinomie (DRECOFGE)
Georges Cuvier
Père de la paléonthologie
James Hutton
Initiateur du gradualisme (sous-entend une origine ancienne de la Terre)
Jean-Baptiste de Monet, chevalier de Lamarck
Propose une des premières théories de l'évolution:Loi de l'usage et du non-usage (l'usage d'un organe permet son développement et le non-usage d'un organe entraine son atrophie)Hérédité des caractères (les caractéristiques acquises par l'usage ou le non-usage se transmettent aux descendants)Ces lois sont fausses.
Charles Darwin: observations
- Les espèces sont adaptées à leur environnement
- Les espèces retrouvées dans un milieu particulier ressemblent plus aux espèces d'autres régions du même territoire qu'aux espèces trouvées dans de milieux similaires sur des régions différentes (biogéographie)
- Il y a des ressemblances entre les individus fossilisés et contemporains (paléontologie)
1859
- Publication de l'origine des espèces par sélection naturelle
La théorie de Darwin
- À chaque génération, les descendants varient entre eux et avec leurs parents (à cause de la méiose, de la fécondation aléatoire et des mutations)
- Sans limitation, une population s'accroirait de façon exponentielle
- Il y a des facteurs limitants qui empêchent l'accroissement exponentiel des populations (prédateurs, froid, sécheresse, etc.)
- Les individus qui possèdent les variations les plus avantageuses ont plus de chances de survivre aux facteurs qui limitent la population et donc plus de chances de se reproduire et de transmetre cette variation à leur descendance
- Ceux qui ne sont pas adaptés meurent
- Au fil des années, les variations avantageuses s'accumulent pendant que les variations désavantageuses disparaissent
Les preuves de l'évolution
- Preuves biogéographiques
- Preuves paléontologiques
- Preuves fournies par l'anatomie comparée (homologie)
- Preuve embryologiques
- Preuves fournies par la présence d'organes vestigiaux
- Preuves fournies par la biologie moléculaire
- Preuves expérimentales
8. L'évolution des populations
Néodarwinisme
Après Darwin, on étudie l'évolution en analysant la génétique des populations
Microévolution
- Évolution à l'échelle moléculaire (ADN)
- Changement de la fréquence des allèles dans une population
Loi de Hardy-Weinberg
- Si la loi est respectée, la population étudiée n'évolue pas.
- Si la loi n'est pas respectée, la population étudiée évolue.
Loi de Hardy-Weinberg
p + q = 1 où p = fréquence de l'allèle dominant d'un gène où q = fréquence de l'allèle récessif d'un même gène p2 + 2pq + q2 = 1 où p2 = fréquence d'individus homozygotes dominants où 2pq = fréquence d'individus hétérozygotes où q2 = fréquence d'individus homozygotes récessifs
Causes de la microévolution
- Dérive génétique (effet d'étranglement après une catastrophe, effet fondateur lorsqu'une petite population colonise un nouveau milieu)
- Flux génétique (migration d'individus féconds ou échange de gamètes entre des populations différentes)
- Mutations
- Accouplements non-aléatoires (sélection sexuelle)
- Sélection naturelle
La variation génétique
Ce qui la maintient:
- Mutations (de nouveaux allèles sont créés)
- Diploidie (maintenir les allèles récessifs par le biais des hétérozygotes)
- L'avantage de l'hétérozygote (dans certains cas, l'hétérozygote a plus de chances de survivre)
- Les variations neutres (ex. appendice)
Ce qui la diminue:
- La dérive génétique (effet d'étranglement, effet fondateur)
- Sélection naturelle
9. L'origine de la vie et des espèces
Comment la vie est-elle apparue sur Terre?
- Synthèse de molécules organiques (expérience de Miller et Urey)
- Fusion des monomères en polymères (peut se faire par la chaleur, l'argile et la pyrite)
- Formation de protocellules (agrégats de molécules entourés d'une membrane possédant des caractéristiques des cellules: entourés d'une membrane lipidique, milieu interne différent du milieu externe, perméabilité sélective, croissance, reproduction, métabolisme si présence d'enzymes)
- Apparition de molécules capables d'autoréplication (le premier matériel héréditaire serait de l'ARN)
Expérience de Miller et Urey
Cette expérience démontre que des molécules organiques peuvent apparaitre dans les conditions de la Terre primitive.
L'histoire de la vie
- 15 milliards d'années: Big Bang
- 4,6 milliards d'années: formation de la Terre
- 3,5-4 milliards d'années: apparition de la vie sur terre (premiers procaryotes) bactéries, archéobactéries. Ce sont des autotrophes.
- 2,7 milliards d'années: apparition des premières bactéries qui font de la photosynthèse (apparition de l'oxygène dans l'air, création d'une couche d'ozone qui rend la vie possible en dehors de l'eau, rend la respiration cellulaire possible, donc apparition des hétérotrophes)
- 2,1 milliards d'années: apparition des eucaryotes unicellulaires. Ils seraient apparus suite à l'ingestion de procaryotes qui vivent en symbiose (endosymbiose)
- 1,5 milliards d'années: apparition des pluricellulaires
- 500 millions d'années: apparition des animaux, colonisation terrestre, apparition des végétaux
- 50 millions d'années: apparition des mammifères
- 5 millions d'années: apparition de l'homme
Datation des fossiles
- Chimiquement, les isotopes se comportent de la même façon. Donc, les organismes vivants intègrent du carbone 12, du carbone 13 et du carbone 14 au cours de leur vie dans les molécules qui les composent.
- À la mort de l'organisme vivant, le carbone 14 intégré pendant la vie de l'organisme se désintègre en azote 14.
- On peut utiliser différents radioisotopes selon l'âge estimé de la structure à dater.
Différents isotopes et leurs demie-vie
Demie-vie: nombre d'années pour que la quantité de radioisotope diminue de moitié
Qu'est-ce qu'une espèce?
- Concept biologique: groupe d'individus capables de se reproduire entre eux et de donner des descendants viables et féconds
- Concept écologique: décrit les espèces selon leur niche écologique
- Concept morphologique: décrit les espèces selon leur apparence
- Concept phylogénétique: décrit les espèces selon leur similitude génétique (ADN)
Limites du concept biologique
- Dépend de l'isolement reproductif (barrières prézygotiques et postzygotiques)
- Ne s'applique pas aux organismes à reproduction asexuée, aux fossiles et aux populations géographiquement séparées
Barrières prézygotiques
- Isolement écologique (vivent dans des habitats différents)
- Isolement éthologique (pas les mêmes comportements nuptiaux)
- Isolement temporel (se reproduisent à des moments différents)
- Isolement mécanique (incompatibilité anatomiques qui empêche la copulation)
- Isolement gamétique (les gamètes ne se rencontrent pas)
Barrières postzygotiques
- Viabilité réduite des hybrides (les zygotes hybrides meurent ou n'atteignent pas la maturité sexuelle)
- Fécondité réduite des hybrides (les hybrides ne produisent pas de gamètes)
- Déchéance des hybrides (la descendance des hybrides est fragile et devient stérile)
La spéciation
Apparition de nouvelles espèces à partir d'une espèce mère qui se différencie graduellement dans le temps sous l'effet des agents de l'évolution:
- Anagénèse (accumulation de changements qui transforme une espèce en une autre)
- Cladogénèse (formation d'une ou de plusieurs espèces à partir d'une espèce mère. Entraine de la diversification)
Les modes de spéciation
Spéciation sympatrique:
- Des facteurs biologiques réduisent le flux génétique entre deux populations d'un même territoire (isolement temporel, éthologique, écologique, etc.)
- Elle entraine un isolement reproductif et mène à la formation de nouvelles espèces sur le même territoire
Spéciation allopatrique:
- Barrière géographique (empêche la migration entre deux populations)
- Entraine un isolement reproductif
- Chaque population isolée évoluera séparément (sélection naturelle, mutations, dérive génétique, etc.) et mènera à la formation de nouvelles espèces.
10. Introduction à l'écologie et écologie des populations
Milieu des organismes
Le milieu des organismes est composé de 2 facteurs:
- Facteurs abiotiques
- Facteurs biotiques
Facteurs abiotiques
Composantes physicochimiques du milieu (température, pression, nutriments, pH, vent, lumière, etc. Non-vivant.
Facteurs biotiques
Interactions entre les organismes (prédation, parasitisme, compétition, etc.) Vivant.
Le climat
Le climat dépend de...
- L'intensité lumineuse: varie selon la latitude, plus importante à l'équateur qu'aux pôles et varie selon la saison (à cause de l'inclinaion de la Terre)
- La circulation des masses d'air: l'eau sévapore à l'équateur, monte en latitude, gagne en densité et retombe sous forme de pluie. Les masses d'air se dirigent vers les pôles, se refroidissent et redescendent vers les tropiques. L'air sec redescendu absorbe l'humidité au sol et crée les déserts
- Les courants marins: ils réchauffent ou refroidissent les masses d'air
- Les montagnes: la température diminue de 6 degrés à chaque 1000m. Lorsque l'air chaud s'approche d'une montagne, il gagne en altitude, se refroidit et entraine des précipitations sur un versant de la montagne. Le vent sec redescend sur l'autre versant et absorbe l'humidité au sol.
- La température et le taux de précipitation
La distribution des organismes
Est influencée par ...
- L'expansion (dispersions): capacité des individus à s'éloigner de leur lieu de naissance
- Comportement: les organismes peuvent sélectionner un habitat ou le fuir
- Facteurs biotiques
- Facteurs abiotiques
La taille des populations
b = B/Noù b = taux de natalitéoù B = nombre de naissancesoù N = nombre d'individus
r = b - m ou r = I/Noù r = taux de croissanceoù b = taux de natalitéoù m = taux de mortalitéouoù = nombre d'individus de + ou de -où N = nombre d'individus
m = M/Noù m = taux de mortalitéoù B = nombre de mortsoù N = nombre d'individus
deltaN = Bt - Mt = r X Ntoù deltaN = variation de la taille d'une population entre deux annéesoù Bt = nombre de naissances dans l'annéeoù Mt = nombre de morts dans l'annéeoù r = taux de croissanceoù Nt = nombre d'individus dans la population
Les modèles d'accroissement démographique
Il existe 2 modèles pour illustrer l'accroissement démographique
- Le modéle exponentiel (ne peut exister continuellement dans la nature)
- Le modèle logistique (le nombre maximal d'individus qui peuvent vivre dans une population est la capacité limite K)
Courbes de survie
Courbe 1: stratège K (faible taux de natalité mais haut taux de survie)Courbe 2: taux de mortalité constantCourbe 3: stratèges r (haut taux de natalité, mais haut taux de mortalité)
11. Écologie des communautés
Communauté
Ensemble de populations qui occupent un même territoire et qui interagissent
Interactions interspécifiques
Compétition interspécifique
Si deux espèces occupent la même niche écologique, cela entraine à plus ou moins long terme:
- Exclusion compétitive (peut entrainer la disparition d'une des deux espèces)
- Partage des ressources (occupation de niches écologiques différentes)
- Déplacement du phénotype (entraine la variation des caratères suite à l'action de la sélection naturelle)
Adaptations
- Adaptations des prédateurs (organes de sens développés, développement d'armes)
- Adaptations des prédateurs herbivores (distonction des plantes nutritives ou toxiques, dentition, système digestif adaptés)
- Adaptation des végétaux (toxines chimiques, défenses mécaniques, goût désagréable, etc)
- Adaptations des animaux (defenses actives comme la fuite ou le combat, défenses passives comme le camouflage, les défenses mécaniques, le mimétiste mullérien, le mimétisme bastésien et toxines chimiques)
Défenses passives
- Camouflage (homochromie):
- Défenses mécaniques
- Toxines chimiques passives ou actives
- Mimétisme mullérien (espèces dotées de défenses chimiques efficaces adoptent des couleurs et des motifs semblables)
- Mimétisme bastésien (ex. Vice-Roi et monarque)
Succession écologique
- Succession écologique primaire: débute dans un territoire stérile dépourvu de sol, se produit sur une période longue.
- Succession écologique secondaire: débute après une perturbation qui détruit la végétation, mais qui laisse le sol intact (ex. feu de foret), se produit sur une période courte.
12. Écologie des écosystèmes
Écosystèmes
Ensemble formé des organismes d'une communauté et des facteurs abiotiques avec lesquels ils interagissent. L'écologie des écosystèmes étudie le flux de l'énergie et les cycles biogéochimiques
Les niveaux trophiques
- Producteurs: convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique (autotrophes)
- Consommateurs: convertissent l'énergie chimique provenant des proies (hétérotrophes)
- Détritivores (décomposeurs): convertissent l'énergie chimique des cadavres (hétérotrophes)
Le réseau trophique
On retrouve habituellement 4 ou 5 niveaux trophiques (producteurs, consommateur primaire, secondaire et tertiaire)
Les producteurs
Transforment la matière inorganique en matière organique, généralement par la photosynthèse:6 CO2 + 6 H2O + Énergie lumineuse -- C6H12O6 + 6 O2
Les consommateurs
Se nourrissent de la matière organique pour y tirer leur énergie. Produisent de la matière inorganique à partir de la matière organique par respiration cellulaire ou fermentation C6H12O6 + 6 O2 ----- 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
Les décomposeurs
Consomment la matière organique morte et la transforment en matière inorganique par la respiration cellulaire.
Le flux d'énergie
- 1% de la lumière du Soleil est converti en énergie chimique par la photosynthèse
- La productivité primaire brute (PPB): quantité de matière organique/énergie issue de la converstion de l'énergie lumineuse en énergie chimique au cours de la photosynthèse
- Productivité primaire nette (PPN): ce qui reste comme composés organiques/énergie après que la plante ait utilisé ce qu'elle avait besoin pour faire de la respiration cellulaire (50% à 90% de la PPB)
- Productivité secondaire nette (PSN): augmentation de la biomasse/énergie accumulée des consommateurs pour une période et une surface donnée.
Pertes d'énergie lors du transfert au niveau trophique supérieur
- Le consommateur ne mange pas toutes les parties du producteur primaire
- Une partie de l'énergie ingérée n'est pas assimilée et est excrétée
- L consommateur utilise une partie de l'énergie assimiliée pour faire de la respiration cellulaire
Efficacité trophique (rendement écologique)
(Productivité au niveau n + 1/ productivité au niveau n) X 100 ex. PSN/PPN X 100
Cycle du carbone
Matière organique: contient du carbone (sauf CO2 et CO3) Matière inorganique (contient pas de carbone) Disponible: directement assimilable Non disponible: non directement assimilable
Cycle de l'azote
Les végétaux ne peuvent utiliser que du NH3/NH4, mais surtout du NO3
- Fixation de l'azote: transformation N2 en NO3 (ou NH3/NH4)
- Nitrification: Transformation NH3/NH4 en NO3
- Dénitrification: Transormation NO3 en N2
- Ammonification: Transformation de l'azote organique en NH3/NH4
Impacts des humains sur les écosystèmes
- Effet de serre
- Disparition d'habitats
- Surexploitation
- Pollution par l'agriculture
- Accélération de l'eutrophisation des lacs
- Accumulation biologique des toxines dans l'environnement
- Introduction d'espèces exotiques
- Destruction de la couche d'ozone
Bon succès!