La phagocytose et la fièvre

Max : « Bonjour à tous ! Enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. »

Samuel et Léo : « Bonjour monsieur Max ! »

Max : « Léo, le petit rappel s’il te plaît. »

Léo : « Oui monsieur Max. Nous avons vu les signes visibles que le corps réagit à une infection. Il y a la réaction inflammatoire. La zone infectée rougit, gonfle, s’échauffe et devient douloureuse. Et parfois il y a du pus. »

Max : « Très bien Léo. Samuel, peux-tu nous rappeler ce qu’est le pus ? »

Samuel : « Oui monsieur Max. Nous avons observé une goutte de pus au microscope alors je sais ce qu’il y a dans le pus. Le pus est constitué de lymphe, de bactéries ou de cellules infectées par des virus, de leucocytes et de cellules mortes. Les leucocytes sont aussi appelés globules blancs et il y en a de nombreux types. »

Max : « Bravo à tous les deux ! Nous pouvons donc aborder la suite. Le problème est simple. Comment font les leucocytes pour tuer les bactéries ou les cellules infectées ? »

Léo : « Oulala ! Mais ça a l’air compliqué ça ! »

Max : « Non, n’ayez pas peur. Je vais vous donner un petit film pour vous aider. Le voici… »

Léo : « Monsieur Max, j’ai une question mais pas vraiment en rapport avec la phagocytose. »

Max : « Je t’écoute Léo. »

Léo : « Monsieur Max, lors de la réaction inflammatoire la température augmente. Je sais aussi que lorsqu’on est malade on a de la fièvre. A quoi sert cette élévation de température ? »

Max : « Bonne question mon petit Léo. Attendez un instant… Voilà ! J’ai là un graphique qui va vous permettre de trouver vous-mêmes la réponse à ta question Léo. »

Max : « Vous connaissez la méthode. Je vous rappelle qu’il faut regarder les grandeurs et les unités représentées sur les axes ce qui vous permettra de donner un titre au graphique. Ne vous inquiétez pas de l’unité utilisée sur l’axe vertical. Ensuite vous donnez l’évolution de la grandeur verticale en fonction de la grandeur horizontale. Puis vous pourrez conclure. Vous aurez alors la réponse à la question de Léo. Vous me ferez cela pour la prochaine fois. « 

Samuel et Léo : « Au revoir monsieur Max ! »

Séance suivante

La réaction inflammatoire

Max : « Bonjour à tous, enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. »

Samuel et Léo : « Bonjour monsieur Max ! »

Max : « Bonjour, bonjour… Bien, nous allons entamer un nouveau chapitre. »

Léo : « On ne fait pas de petit rappel aujourd’hui ? »

Max : « Pourquoi pas ? Léo, peux-tu me parler de l’infection bactérienne ? »

Léo : « Oui monsieur Max, je peux vous parler DES infections bactériennes. Il y a les infections locales. La bactérie reste sur le lieu de l’infection et se multiplie par mitose. Les nombreuses bactéries utilisent le dioxygène et les nutriments normalement destinés à l’organe infecté et ça dérègle le corps. Il y a aussi les toxémies comme le tétanos. Les bactéries restent également sur place et elles libèrent des toxines qui agissent à distance sur tout le corps. Et puis il y a les septicémies. Là, les bactéries se répandent dans tout l’organisme et l’infection se généralise. C’est très embêtant et ça peut être mortel. »

Max : « Très bien Léo ! Samuel, que peux-tu nous dire des infections virales ? »

Samuel : « Que c’est plus compliqué que les infections bactériennes 🙂 Vous nous avez dit de retenir que les virus sont des parasites cellulaires qui utilisent la cellule qu’ils infectent pour se multiplier. »

Max : « Tu as retenu l’essentiel Samuel. J’ajoute que la cellule se trouve légèrement modifiée. Nous verrons plus tard l’importance de ce détail. Pour le moment revenons à l’infection bactérienne. Imaginez que vous vous blessiez à la patte. »

Léo : « Aïe ! »

Samuel  : « Ouille ! »

Max :  » Mes pauvres petits… »

Léo : « Ça peut s’infecter ! »

Max : « Je vous expliquerai plus tard comment soigner les plaies. Avez vous déjà vu une plaie infectée ? »

Samuel et Léo : « … »

Max : « Voici une photographie d’une petite plaie cutanée infectée. On parle d’abcès cutané. Pourriez-vous identifiez les signes de l’infection ? »

Photographie d’un abcès cutané

Léo : « C’est gonflé et rouge ! »

Samuel : « Il y a du pus ! »

Max : « Bien observé 🙂 Il y a deux autres signes qui ne se voient pas sur la photographie. »

Léo : « Ça fait mal ! »

Samuel : « Et il me semble que c’est un tout petit peu plus chaud qu’autour… »

Max : « Très bien ! Vous venez de donner les signes de la réaction inflammatoire. C’est une réaction rapide du corps à l’infection. C’est ce qu’il se passe à chaque fois que vous avez une infection locale. « 

Léo : « Même pour une angine bactérienne par exemple ? »

Max : « Oui Léo. La gorge gonfle et s’échauffe légèrement. La muqueuse rougit et blanchit si du pus se forme. »

Samuel : « Et ça fait mal ! Surtout quand on avale… »

Léo : « Mais monsieur Max, qu’est ce que le pus ? »

Max : « Bonne question Léo ! Observons une goutte de pus au microscope. Voici une photographie. Faites-en un dessin. Nous verrons pour la légende.. »

Photographie d’une goutte de pus observé au microscope. Phagocytose : leucocytes phagocytant des bactéries. MO, CID, x 200 (format 24 x 36 mm).

Max : « Vos dessins sont très beaux mes charmants petits. Nous pouvons ajouter la légende. Vous avez représenté des bactéries et des leucocytes. »

Léo : « C’est quoi un leucocyte monsieur Max ? »

Max : « Ce sont les globules blancs. Ce mot vient du grec Leucos qui signifie blanc auquel on a ajouté le suffixe –cyte qui indique qu’on parle de cellules. Ce sont des cellules blanches présentes dans le sang et la lymphe. »

Samuel : « Alors si je comprends bien, dans le pus, il y a les cellules ennemis – ici se sont des bactéries – et des cellules qui sont nos défenseurs, les leucocytes. Il ya également de la lymphe. »

Max : « Oui Samuel, tu as bien compris. Le pus est donc un champ de bataille 🙂 Nous étudierons cela plus tard. « 

Samuel : « Monsieur Max, j’ai une question ! »

Max : « Je t’écoute Samuel. »

Samuel : « Jusque là nous avons vu qu’il existe des organes organisés en appareils ou en système quand ils servent à la même fonction biologique. Par exemple il y a tous les organes de la digestion qui forment l’appareil digestif. Est ce qu’il existe un appareil ou un système pour lutter contre les microbes ou est ce qu’il existe que des cellules ? »

Max : « Excellente question Samuel ! Il existe bien un ensemble d’organes qui ont comme fonction de lutter contre les microbes. Ces organes forment le système immunitaire. En voici un schéma. »

Max : « Les organes lymphoïdes primaires sont ceux qui fabriquent les cellules immunitaires c’est à dire tous les leucocytes. Et il y a de nombreux types de leucocytes. Nous en verrons quelques uns seulement. Les organes lymphoïdes primaires sont le thymus et la moelle osseuse située dans les os longs ou plats. Les organes lymphoïdes secondaires stockent ou permettent la circulation des leucocytes. Vous voyez en noir les vaisseaux lymphatiques. Ce sont des vaisseaux qui se trouvent généralement le long des vaisseaux sanguins et dans lesquels circulent la lymphe. La lymphe est un liquide incolore qui contient de l’eau, des sels et des leucocytes. Si vous avez déjà eu des cloques à cause de chaussures mal adaptées ou de brûlures vous avez déjà vu la lymphe 🙂 « 

Léo : « Monsieur Max, est-ce qu’il faut tout retenir le système immunitaire ? »

Max : « J’aimerais bien et vous en êtes capables. Mais retenez surtout qu’il existe. Bien, c’est suffisant pour aujourd’hui. Rangez vos affaires et sortez vous dégourdir les pattes. »

Samuel et Léo : « Au revoir monsieur Max ! »

Max : « Au revoir mes petits. »

Séance suivante

Les barrières naturelles

Max : « Bonjour à tous ! Enlevez vos blousons, asseyez-vous et sortez vos affaires. Vous êtes tous là… Léo, veux-tu faire le petit rappel de début de cours s’il te plaît. »

Léo : « Oui monsieur Max. Nous étudions les microbes. Un microbe est un être vivant de petite taille, invisible à l’œil nu. Pour l’observer il faut utiliser un microscope. Les microbes appartiennent à différents groupes biologiques. Il y a les bactéries, les virus, les protozoaires, les micro-acariens, les micro-champignons… Tous les microbes ne rendent pas malades. Ce sont seulement les microbes pathogènes qui rendent malades. Certains nous sont indispensables comme ceux qui constituent le microbiote intestinal ou le microbiote buccal. Et il y a ceux qui nous permettent de faire des aliments comme le fromage, le yaourt… »

Max : « Très bien Léo. Samuel, veux-tu prendre la suite ? »

Samuel : « Oui monsieur Max. Un être vivant ou un objet qui ne porte aucun microbe est dit stérile. Mais c’est très difficile d’obtenir un objet stérile. Pour un être vivant c’est impossible. C’est à cause de la contamination. La contamination est la transmission de microbes d’un objet ou d’un être vivant à un autre objet ou un autre être vivant. On limite souvent la contamination à la transmission de microbes entre individus mais c’est une imprécision. Les objets sont souvent source de contamination. L’air, l’eau ou même les aliments peuvent nous contaminer. »

Max : « Bravo mes petits, vous connaissez parfaitement vos leçons.

Léo : « Monsieur Max puis-je poser une question ? »

Max : « Bien sûr Léo. »

Léo : « Monsieur Max, comment se fait-il que nous ne soyons pas toujours malades avec tous les microbes qu’il y a dans notre environnement ? D’autant plus que dès que je prête mon crayon à Samuel je le contamine. Et là, je vous contamine en vous parlant. Je suis désolé de vous contaminer monsieur Max. »

Max :  » 🙂 Il ne faut pas être désolé Léo. Je te rends ta contamination en te répondant 🙂 Mes petits, vous avez le don de poser les bonnes questions ! Qu’est ce qui fait que nous ne sommes pas malades plus souvent ? C’est ce que nous allons étudier dans la suite du cours. Commençons pas nos barrières naturelles. »

Samuel : « Il y a la peau monsieur Max ! Elle empêche les microbes d’entrer ! »

Max : « Pas seulement. Vous ai-je déjà schématisé un être vivant ? »

Léo : « Oui monsieur Max 🙂 Vous aviez fait un cercle au tableau. »

Samuel : « Le trait représente la peau. Ce qui est à l’intérieur du cercle est dans l’organisme, alors que ce qui est à l’extérieur du trait est dans l’environnement. »

Max : « Exact Samuel ! Affinons un peu. Je peux ajouter le tube digestif à ce schéma… »

Max : « Voilà ! Nous pourrions ajouter d’autres organes comme les poumons ou la vessie mais cela compliquerait inutilement pour le moment. »

Léo : « Si je me souviens bien, ce qui est dans le tube digestif n’est pas dans le corps. »

Samuel : « Ben oui ! Pour entrer dans le corps il faut traverser le trait noir -la peau- ou le trait rouge… Monsieur Max, le trait rouge, que représente t-il ? »

Max : « Encore une bonne question ! Ce sont les muqueuses digestives. On appelle muqueuses les revêtements des cavités externes de l’organisme. »

Samuel : « Si je comprends bien, au niveau du visage il y a la peau. Puis les lèvres et si on continue dans la bouche on trouve la muqueuse buccale. »

Max : « Oui Samuel. »

Léo : « Ou alors il y a les narines avec la muqueuse nasale. »

Max : « Nous pourrions ajouter les muqueuses œsophagienne, gastrique, intestinale, vaginale… Toutes les muqueuses produisent des sécrétions appelées mucus qui contribuent, entre autres, à empêcher les microbes d’entrer. »

Samuel : « Comme ce qu’on a dans le nez ? »

Max : « Oui Samuel. Excellent exemple puisque la muqueuse nasale produit ce qu’on appelle de la morve. Je sais, ce n’est pas très ragoutant. En latin, mucus signifie morve. »

Léo : « Alors, en résumé, le corps est protégé par la peau et les muqueuses qui produisent des mucus. Grâce à ces barrières naturelles les microbes ne peuvent pas entrer dans l’organisme. »

Samuel : « Mais il peuvent être à la surface de la peau ou dans les cavités naturelles. Ce n’est pas grave puisqu’ils sont toujours à l’extérieur du corps. »

Max : « Vous avez tout compris ! Je vous distribue deux documents pour préciser un peu ce que nous venons de voir puis nous noterons la leçon du jour. »

Léo : « Oulala ! Dix millions de microbes par centimètres carrés dans la paume de la main ! Et les élèves se serrent la main le matin pour se saluer ! »

Samuel : « Ils mélangent tous leurs microbes ! »

Léo : « Et les filles qui se font la bise ! Smack ! Smack ! Et hoplà les microbes plein le visage ! »

Samuel : « Bonjour la contamination ! »

Max : « C’est vrai, mais comme vous le disiez vous mêmes ils sont toujours à l’extérieur du corps… »

Léo : « Ils doivent bien trouver un moyen d’entrer ! »

Max : « Certes, nous verrons cela plus tard. Voici un autre document… »

Samuel : « Monsieur Max, je ne veux pas vous vexer mais ce schéma ressemble quand même un peu plus à un être humain. »

Max : « Tu ne me vexes pas Samuel. Mais mon schéma a le mérite de rendre compte de tous les animaux qui ont un tube digestif allant d’une bouche à un anus 🙂 « 

Léo : « Monsieur Max, qu’est ce que ça veut dire ‘pH’ ? »

Max : « Vous le verrez en chimie… Disons que c’est un indice d’acidité. Un pH neutre est à 7. Tout ce qui a un pH inférieur à 7 est acide. Tout ce qui a un pH supérieur à 7 est basique. Les microbes sont généralement adapté à un pH de 7. »

Léo : « Donc si c’est acide ou basique ils n’aiment pas. Ils sont même peut-être détruits. »

Max : « Oui Léo. »

Samuel : « Il y a donc des barrières mécaniques et chimiques qui nous protègent naturellement contre les microbes. »

Max : « Et nous pouvons noter la leçon. Prenez vos cahiers et notez. »

III. LES BARRIÈRES NATURELLES.

Le corps est protégé des microbes par les barrières naturelles que sont la peau et les muqueuses. Les muqueuses recouvrent les cavités externes de l’organisme. Elles produisent des mucus. Les barrières naturelles offrent donc une protection mécanique mais aussi chimique. Grâce à ces barrières naturelles, les microbes restent à l’extérieur du corps.

Séance suivante

Le caryotype des gamètes

Max : « Bonjour à tous ! Enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. »

Léo : « Monsieur Max, qu’allons nous voir aujourd’hui ? »

Max : « Quelle impatience ! Nous avons vu la transmission de l’information génétique au sein d’un organisme. Nous allons maintenant voir la transmission de l’information génétique d’une génération à l’autre. »

Samuel : « Des parents aux enfants ? »

Max : « Oui Samuel. Mais avant, pouvez-vous me rappeler ce qu’il faut pour faire un nouvel individu ? »

Léo : « Moi monsieur Max ! »

Samuel : « Non, moi ! »

Max : « C’est une vraie torture pour moi d’avoir à choisir entre deux si bons élèves… Commençons par Léo. Ne m’en veux pas Samuel. Tu seras interrogé rapidement. Léo… »

Léo : « Pour faire un nouvel individu il faut une fécondation. »

Max : « Très bien ! Samuel, rappelle nous la définition de la fécondation s’il te plaît. »

Samuel : « La fécondation est la rencontre suivie de la fusion d’un ovule et d’un spermatozoïde. Elle donne naissance à une cellule-œuf à l’origine d’un nouvel individu. »

Max : « Encore une bonne réponse. Léo, peux-tu nous faire le schéma de la fécondation ? »

Léo : « Au tableau monsieur Max ? »

Max : « Oui Léo.

Léo s’exécute…

Max : « Très bien. Je complète un peu… Voilà ! »

Max : « Samuel, combien y a t il de chromosomes dans une cellule-œuf humaine ? « 

Samuel : « Dans une cellule-œuf humaine il y a 46 chromosomes c’est-à-dire 22 paires de chromosomes homologues et deux chromosomes sexuels. S’il sont identiques on les nomme X et X et c’est une cellule-œuf de fille. S’ils sont différents on nomme le grand X et le petit Y et c’est une cellule-œuf de garçon. »

Max : « C’est très bien tout ça ! Voyez-vous le problème qui se pose ? »

Léo : « Heu… »

Samuel : « Ben… »

Max : « Pensez aux gamètes. »

Léo : « Monsieur Max, pourriez-vous rappeler ce qu’est un gamète ? »

Max : « Oui Léo. Le mot gamète est synonyme de cellule reproductrice. Je vous aide encore un peu. Regardez les gamètes et pensez aux chromosomes… »

Léo : « Je vois ! On peut se demander combien de chromosomes possèdent les gamètes ! »

Samuel : « Il me semble logique de penser qu’ils en ont 23 chacun. »

Max : « Oui et oui  🙂 Mais ce que tu dis, Samuel, n’est qu’une hypothèse. Comment pourrions-nous la vérifier ? »

Léo : « Nous avons déjà vu que pour dénombrer les chromosomes d’une cellule il faut faire son caryotype. Nous pourrions faire le caryotype des gamètes monsieur Max. »

Max : « Très bien. Je vous distribue un document. Vous allez l’étudier en silence puis nous mettrons en commun ce que vous en tirez. Il vous faut en décrire les différents éléments et en tirer un nouveau problème scientifique. Voici le document… »

Un peu plus tard…

Max : « Alors ? Vous en sortez vous ? »

Léo : « Je cherche encore le problème monsieur Max. »

Samuel : « Moi aussi. Je pense avoir terminé la description. »

Max : « Alors je t’écoute Samuel. »

Samuel : « Nous voyons que dans les testicules il y a des cellules-souches de spermatozoïdes qui ont 46 chromosomes. Dans les ovaires, il y a des cellules-souches des ovaires qui ont 46 chromosomes également. »

Max : « Très bien ! Léo, la suite s’il te plaît. »

Léo : « Nous voyons que les ovules n’ont que 23 chromosomes. Il n’y a pas de paires mais toujours un seul chromosome. Et le chromosome sexuel est toujours X. Dans les spermatozoïdes il y a aussi seulement 23 chromosomes. Mais le chromosome sexuel peut-être X ou Y. Il y a deux types de spermatozoïdes. »

Max : « C’est une bonne description. Bravo à tous les deux ! Voyez-vous le problème maintenant ? »

Léo : « Toujours pas… »

Samuel : « Moi non plus… »

Max : « Vous êtes-vous demandés ce que sont les cellules-souches ? »

Léo : « Non ! »

Samuel : « Non plus. Mais je sais quand même ! Ce sont les cellules à partir desquelles sont fabriquées les gamètes ! »

Léo : « Oui ! Et je vois le problème maintenant ! Comment peut-on fabriquer des cellules qui n’ont que 23 chromosomes à partir de cellules qui en ont 46 ? Parce que la mitose assure une reproduction conforme des cellules. Ça peut pas être par mitose ! »

Max : « Mes petits 🙂 Vous ai-je déjà dit le plaisir que j’éprouve à être votre professeur ? Bien, nous pouvons noter tout cela. Prenez vos cahiers et notez la leçon. »

LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE D’UNE GÉNÉRATION À L’AUTRE.

Rappel : Pour former un nouvel individu il faut une fécondation c’est-à-dire la rencontre suivie de la fusion d’un ovule et d’un spermatozoïde. Cela donne une cellule-œuf, première forme de l’individu.

Observation : Le noyau de la cellule-œuf contient 46 chromosomes.

Problème : Combien y a t’il de chromosomes dans les gamètes ?

I. LE CARYOTYPE DES GAMÈTES.

Un gamète est une cellule reproductrice. C’est le spermatozoïde chez l’homme et l’ovule chez la femme.

Les gamètes ont 23 chromosomes, un seul de chaque paire. L’ovule possède toujours le chromosome X alors que les spermatozoïdes peuvent avoir un chromosome X ou un chromosome Y.

Les gamètes sont produits dans les gonades à partir de cellules-souches ayant 46 chromosomes. (Les gonades sont les organes où sont produits les gamètes. Ce sont les ovaires ou les testicules.)

Problème : Comment produire des cellules à 23 chromosomes à partir de cellules à 46 chromosomes ?

Max : « Vous avez noté ? Alors rangez vos affaires et allez vous dégourdir les pattes en récréation. Amusez-vous bien 🙂 « 

Samuel et Léo : « Au-revoir monsieur Max ! »

Séance suivante

Modèle de cycle cellulaire

Max : « Bonjour à tous ! Enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. Comment allez-vous mes petits ? »

Léo : »Très bien monsieur Max, et vous-même ? »

Max : « Très bien mon petit Léo. Bon, il est temps de faire le petit rappel habituel. Qui est volontaire ? »

Samuel : « Moi monsieur Max ! »

Max : « Nous t’écoutons ! »

Samuel : « Nous avons vu, grâce à une étude de graphique, que les cellules qui vont se multiplier dupliquent leur A.D.N. Elles fabriquent une copie de leur A.D.N. afin de pouvoir donner un filament complet à chacune de leurs deux cellules-filles. C’est ce qu’on appelle la duplication de l’A.D.N. Notons que la cellule-mère n’existe plus à la fin de la multiplication cellulaire. Pour pouvoir distribuer leurs filaments d’A.D.N. elles les condensent en chromosomes doubles. Ils s’alignent à l’équateur de la cellule puis se coupent en deux et migrent vers les pôles de la cellule. Là, ils se décondensent en filaments simples et la cellule-mère peut se couper en deux cellules-filles identiques. »

Max : « Excellent résumé Samuel ! »

Léo : « Bravo Samuel ! Bravo ! »

Max : « Apparemment tout est compris. Je vais vous donner un petit exercice pour vérifier cela. Voici un document qui montre les étapes du cycle cellulaire schématisées. Il faut les remettre dans l’ordre et les commenter. Au travail ! »

Léo : « Monsieur Max, nous avons terminé ! »

Max : « Déjà ! Quelle efficacité ! Samuel ayant fait un brillant résumé tout à l’heure c’est à toi, Léo, de faire la correction de cet exercice. Montre moi ton travail. Mmmm… Mmmmmm… Excellent ! Au tableau mon petit ! Mais attends un instant. Nous allons nous servir de ton travail comme texte pour la leçon. Je note le titre du paragraphe au tableau. « 

III. MODÈLE DE CYCLE CELLULAIRE.

Le noyau, limité par l’enveloppe nucléaire, contient un filament simple d’A.D.N. coupé en quatre morceaux qui correspondent aux quatre futurs chromosomes.
Nous pouvons voir les deux paires de chromosomes doubles. Il y a donc eu duplication de l’A.D.N. puis le filament double s’est condensé en deux paires de chromosomes doubles.
L’enveloppe nucléaire n’est plus visible et les chromosomes se sont alignés à l’équateur de la cellule. Pour être précis ce sont les centromères des chromosomes qui sont alignés.
Les chromosomes doubles se sont scindés en deux. Chaque chromatide est devenue un chromosome simple. Et les chromosomes simples migrent vers les pôles de la cellule. En réalité il y a deux paires de chromosomes simples qui migrent vers chaque pôle.
A chaque pôle, 4 chromosomes simples se sont décondensés en 4 filaments simples. Une enveloppe nucléaire s’est reformée autour de ces filaments simples. Puis la cellule-mère s’est coupée en deux et nous avons maintenant deux cellules-filles identiques contenant exactement la même quantité d’A.D.N.

Modèle-de-cycle-cellulaire

Max : « Excellent travail mon petit Léo ! Vous êtes vraiment de brillants élèves ! Nous pouvons maintenant conclure ce chapitre. Prenez vos cahier et notez. »

Conclusion :

Le cycle cellulaire est l’ensemble des étapes qui constituent et délimitent la vie d’une cellule. Ce cycle est constitué d’une phase de croissance durant laquelle la cellule grossit, d’une phase lors de laquelle elle recopie son matériel génétique (duplication de l’A.D.N.) et d’une phase où celle-ci se divise (mitose) pour donner naissance à deux cellules filles identiques. Les cellules filles reproduiront ce cycle, et ainsi de suite.

La duplication de l’A.D.N. est une étape indispensable pour assurer la reproduction conforme des cellules.

Max : « Avez-vous des questions ? »

Léo : « Oui monsieur Max. Vous dites que les cellules grandissent au début du cycle cellulaire. Mais il me semble que nous avons vu que cette étape n’existe pas lors du développement embryonnaire. Ai-je bien compris ? »

Max : « Bonne question mon petit Léo. Vous savez qu’en biologie les règles absolues sont rares. En d’autres termes, il existe souvent des exceptions. Le développement embryonnaire est une période un peu particulière de la vie de l’individu. Surtout à son début. Le petit embryon se développe très vite. Peut-être avez-vous remarqué qu’une cellule-oeuf est très grande par rapport aux autres cellules du même individu. Cela vient de la taille de l’ovule. Les scientifiques pensent que cela permet de se dispenser de la phase de croissance cellulaire avant la mitose. Les cellules embryonnaires se multiplient sans phase de croissance de sorte qu’elles sont de plus en plus petites. En fait cela dure jusqu’à ce que les cellules embryonnaires aient une taille plus habituelle pour des cellules. Ensuite, la phase de croissance apparaît. Léo, ai-je répondu à ta question ? »

Léo : « Oui monsieur Max. Merci monsieur Max. »

Max : « Alors allez vous défouler en récréation. Vous avez encore bien travaillé. Au-revoir mes petits. »

Samuel et Léo : « Au-revoir monsieur Max. »

Séance suivante

Les chromosomes lors de la mitose

Max : « Bonjour à tous ! enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. Aujourd’hui c’est toi, Samuel, qui vas nous faire le petit rappel de début de cours. Nous t’écoutons. »

Samuel : « Nous avons vu que le nombre de cellules dans un organisme augmente par multiplications cellulaires ou mitoses. Lors de la mitose, une cellule mère donne deux cellules filles identiques entre elles. Pour se préparer à la multiplication cellulaire, une cellule recopie son A.D.N. : c’est la duplication de l’A.D.N. »

Léo : « Rhoooo ! »

Samuel : « Les chromosomes dansent ! »

Max : « Oui 🙂 On pourrait parler de la danse des chromosomes. Mais ce ne serait pas très scientifique. Avez-vous pu saisir les étapes du phénomènes ? »

Léo : « Pas tout à fait… »

Samuel : « Moi non plus… »

Max : « Peut-être que des images fixes seraient plus faciles à interpréter. En voici. Elles se lisent de haut en bas et de gauche à droite… »

Max : « Alors ? Cela vous facilite t-il l’interprétation ? »

Léo : « Oui monsieur Max. »

Max : « Alors faites, chacun à votre tour, le commentaire d’une de ces images. Léo, à toi de commencer. »

Léo : « La cellule se prépare à sa multiplication. Elle duplique son filament d’A.D.N. A la fin de la duplication elle aura un filament double d’A.D.N. »
Samuel :  » Le filament double commence à se condenser en chromosomes. Dans un chromosome, les deux chromatides sont identiques car l’une a été obtenue par duplication de l’autre. »
Léo : « Les deux filaments d’A.D.N. se sont complètement condensés en chromosomes doubles. »
Samuel : « Les chromosomes doubles s’alignent à l’équateur de la cellule. »
Léo : « Les chromosomes doubles se coupent en deux. Chacune des chromatides devient un chromosome simple. Un lot de 46 chromosomes simple migre vers chaque pôle de la cellule. »
Samuel : « Les 46 chromosomes simples sont arrivés aux pôles de la cellule mère. Ils se décondensent en un filament simple. Puis la cellule va se couper en deux. »

Max : « Bravo ! Voici un autre petit film qui reprend ce que vous venez de décrire si brillamment. »

Max : « Bien, je vais vous faire un schéma qui reprend les différents états de l’A.D.N. au cours d’un cycle cellulaire. Suivez bien, vous noterez après. »

Max : « Si vous n’avez pas de question, je vous laisse ranger vos affaires. Révisez bien mes petits. »

Séance suivante

La mitose

Max : « Bonjour à tous ! Enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. Pendant ce temps je fais l’appel. Léo, Samuel. Bien, vous êtes tous présents. Nous avons terminé la première partie de la génétique. Je vous en rappelle l’essentiel : le phénotype d’un individu dépend de son génotype et de son environnement. Nous allons maintenant étudier la transmission de l’information génétique au sein d’un individu. Mais avant cela voici un document. Que pouvez-vous m’en dire ? »

Samuel : « Moi monsieur Max ! Moi ! »

Max : « Quel enthousiasme Samuel 🙂 Je t’écoute. »

Samuel : « Les quatre photographies montrent les multiplications des cellules au tout début du développement de l’embryon. Nous voyons que la cellule-œuf donne deux cellules embryonnaires. Puis chacune des deux cellules se multiplie, ce qui donne un embryon de quatre cellules, puis huit, puis 16 et ainsi de suite. »

Max : « Très bien Samuel. Léo, as-tu quelque chose à ajouter ? »

Léo : « Oui monsieur Max. Les deux photographies de droite montrent que chez l’adulte il y a de très nombreuses cellules. Et il existe différents types de cellules alors que chez l’embryon toutes les cellules se ressemblent. »

Max : « Très bien Léo. On dit que les cellules se différencient. Mais nous n’étudierons pas la différenciation cellulaire au collège. Pourriez-vous me parler du document situé au centre ? »

Léo : « Oui monsieur Max. On y voit des chromosomes par paires rangées par ordre décroissant de taille. C’est donc un caryotype. Samuel, veux-tu continuer ? »

Samuel : « Oui, merci Léo. Je compte 22 paires de chromosomes homologues et il y a en plus un chromosome X et un chromosome Y. Cela fait 46 chromosomes. J’en déduis que c’est un caryotype humain. La présence d’un chromosome X et d’un chromosome Y me permet d’affirmer que c’est le caryotype d’un homme. A toi Léo 🙂 « 

Léo : « Les flèches qui partent du caryotype et qui vont jusqu’aux différentes photographies indiquent que toutes ces cellules ont le même caryotype. Mais ça, on le savait déjà 🙂 « 

Max : « Bravo mes petits ! »

Léo : « Merci monsieur Max. »

Max : « Vous avez magnifiquement décrit ce document mais voyez-vous le problème qu’il pose ? »

Léo :  » Mmmmm… »

Samuel : « Oui ! Je vois ! Une cellule a la quantité d’A.D.N. qui correspond à 46 chromosomes. Et elle donne deux cellules qui ont toutes les deux 46 chromosomes. Le problème est de savoir comment une cellule qui possède 46 chromosomes peut en donner 92. »

Max : « Élève Samuel vous m’impressionnez ! Bravo ! Bien, notons tout cela. »

LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE AU SEIN DE L’ORGANISME

Observation : Lors de sa conception, un individu est constitué d’une seule cellule. C’est la cellule-œuf. A l’état adulte, ce même individu comportera plus de 38 000 milliards de cellules.

Problème : Comment l’augmentation du nombre de cellule est-elle assurée dans l’organisme ?

I. LA MULTIPLICATION CELLULAIRE OU MITOSE.

Dans l’organisme, le nombre de cellules augmente par multiplication cellulaire ou mitose. Une cellule mère donne naissance à deux cellules filles qui ont le même caryotype et la même information génétique.

Schéma de la mitose

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D’autres exercices…

La polydactylie

La polydactylie se définit par la présence de doigts supplémentaires à la main et au pied. Le cas le plus fréquent est la présence d’un sixième doigt. Il peut être fonctionnel comme sur la photographie ci-dessous.

Radiographie de la main gauche d’un individu atteint de polydactylie.

La polydactylie est un caractère physique codé par le gène GLI situé sur le bras long des chromosomes n°7. Il existe deux versions de ce gène. L’allèle GLI- donne une main ou un pied possédant 5 doigts. L’allèle GLI +, beaucoup plus rare, donne 6 doigts. L’allèle GLI+ est dominant par rapport à l’allèle GLI-.

Dans un tableau, indiquez les combinaisons d’allèles possibles pour un individu à 6 doigts puis pour un individu à 5 doigts.

Individus à 6 doigts :

Paire de chromosomes n°7 n°7
Génotypes GLI+/GLI+ GLI+/GLI-
Phénotype [6 doigts] [6 doigts]

Individus à 5 doigts :

Paires de chromosomes n°7
Génotype GLI-/GLI-
Phénotype [5 doigts]

L’hypertrichose des oreilles

L’hypertrichose des oreilles est un caractère physique un peu particulier. Les individus qui en sont atteints ont une touffe de poils qui leur sort des oreilles. Ce caractère physique est codé par un gène, noté T, porté par le chromosome Y. Il ne touche donc que les mâles. L’allèle T+ donne le phénotype normal c’est-à-dire sans poils sans les oreilles. C’est l’allèle T- qui est responsable de l’hypertrichose des oreilles.

Représentez les combinaison d’allèles possibles pour un individu porteur du caractère puis pour un individu qui n’est pas atteint.

Individus atteints d’hypertrichose des oreilles :

Paire de chromosomes X/Y
Génotype 0/ T-
Phénotype [Hypertrichose]

Individus non-atteints d’hypertrichose des oreilles :

Paires de chromosomes X/Y X/X
Génotypes 0/T+ 0/0
Phénotype [Non atteint] [Non atteint]

Combinons ces caractères

Dans un tableau, représentez les combinaisons d’allèles possibles pour un homme ayant 6 doigts et atteint d’hypertrichose des oreilles.

Paires de chromosomes n°7 X/Y n°7 X/Y
Génotypes GLI+/GLI+ 0/T+ GLI+/GLI- 0/T+
Phénotype [6 doigts ; hypertrichose des oreilles]

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Quelques exercices…

Max : « Bien, nous avons étudié les gènes et les allèles. Je vous ai déjà donné quelques exercices. En voici d’autres. Amusez vous bien 🙂 « 

Le système rhésus…

Le système rhésus est, avec le système ABO, l’un des principaux systèmes de groupes sanguins. Il doit son nom à un singe d’Asie du sud-est, le macaque rhésus (Macaca mulatta, Cercopithécidés), qui servit d’animal d’expérience à la fin des années 1930 dans les recherches sur le sang.

Un macaque rhésus (Source pbs.org)

En simplifiant, on peut dire que le caractère rhésus dépend d’un gène situé sur le bras court des chromosomes n°1. L’allèle Rh+ est responsable de la présence du caractère alors que l’allèle Rh- cause son absence. L’allèle Rh+ est dominant par rapport à l’allèle Rh-.

Donnez les combinaisons d’allèles possibles pour un individu ayant le caractère rhésus positif puis pour un individu ayant le caractère rhésus négatif.

Paire de chromosomes n°1 n°1 n°1
Génotypes Rh+/Rh+ Rh+/Rh- Rh-/Rh-
Phénotypes [Rhésus+] [Rhésus+] [Rhésus-]

Le système ABO

Le système de groupes sanguins ABO a été découvert en 1901 par Karl Lansteiner alors qu’il cherchait à comprendre pourquoi certaines transfusions sanguines permettaient de sauver des individus, alors que d’autres conduisaient à leur mort.

Cliquer ici pour avoir plus d’informations sur les groupes sanguins ABO

Ce système de groupes sanguins est un caractère physique. Il est codé par un gène situé sur le bas du bras long des chromosomes n°9. Il existe trois allèles. L’allèle A est responsable de la formation de molécules de type A à la surface des globules rouges. L’allèle B permet la fabrication de molécules de type B et l’allèle O permet la fabrication d’aucune molécule de surface. Lorsqu’ils sont présents ensemble, les allèles A et B s’expriment tous les deux. On dit qu’ils sont codominants. Les allèles A et B sont dominants par rapport à l’allèle O.

Représentez dans un tableau les chromosomes et les allèles qu’ils portent pour des individus de groupes sanguins A, B, AB et O.

Individus de groupe sanguin A :

Paire de chromosomes n°9 n°9
Génotypes A/A A/O
Phénotypes [Groupe A] [Groupe A]

Individus de groupe sanguin B :

Paires de chromosomes n°9 n°9
Génotypes B/B B/O
Phénotypes [Groupe B] [Groupe B]

Individu de groupe AB :

Paire de chromosomes n°9
Génotype A/B
Phénotype [Groupe AB]

Individu de groupe O :

Paire de chromosomes n°9
Génotype O/O
Phénotype [Groupe O]

Combinons ces deux systèmes de groupes sanguins

Sur cette carte de groupe sanguin nous pouvons voir que Caliste est de groupe O+, c’est-à-dire de groupe O et rhésus positif.

Dans un tableau, représentez les chromosomes et toutes les combinaisons d’allèles possibles pour Caliste.

Donnez ensuite les combinaisons d’allèles possibles pour un individu A+.

Les allèles de Caliste :

Paires de chromosomes n°1 n°9 n°1 n°9
Génotypes Rh+/Rh+ O/O Rh+/Rh- O/O
Phénotype [O+] [O+]

Des individus de groupes A+ :

Paires de chromosomes n°1 n°9 n°1 n°9
Génotypes Rh+/Rh+ A/A Rh+/Rh- A/A
Phénotype [A+] [A+]
Paires de chromosomes n°1 n°9 n°1 n°9
Génotypes Rh+/Rh+ A/0 Rh+/Rh- A/O
Phénotype [A+] [A+]

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Un gène, des allèles

Max : « Bonjour à tous ! Enlevez vos blousons, asseyez vous et sortez vos affaires. Bien, qui veut faire le petit rappel ? Juste le dernier cours… Léo ? »

Léo : « Oui monsieur Max. Nous avons vu que chaque caractère héréditaire est porté par une petite portion de chromosome qui porte l’information génétique le codant. On appelle cette petite information génétique gène. »

Max : « Très bien Léo. »

Samuel : « Monsieur Max, j’ai une question ! »

Max : « Nous t’écoutons Samuel. »

Samuel : « C’est à cause du devoir. Dans le devoir il y avait un exercice sur la forme du lobe de l’oreille. C’est un caractère physique présent dans presque toutes les générations de la famille et il est indépendant de l’environnement. C’est donc un caractère héréditaire. J’en déduis qu’il y a un gène pour la forme de l’oreille quelque part sur un chromosome. Mais le lobe de l’oreille peut avoir deux formes. Il peut être libre ou adhérent. Monsieur Max, les gènes existeraient-ils sous plusieurs versions ? »

Dessins d’un lobe d’oreille libre (à gauche) et d’un lobe d’oreille adhérent (à droite).

Max : « Mon petit Samuel… Quel talent ! J’en suis tout tourneboulé… Un élève si brillant qu’il devine par lui même ce que je dois vous faire découvrir ! Léo, ne sois pas jaloux de ce que je viens de dire au sujet de Samuel. Je sais bien que toi aussi tu te posais cette question ! Quel plaisir de faire ce métier ! »

Samuel : « Monsieur Max, je suis ravi de vous voir si extatique mais pourriez-vous répondre à ma question s’il vous plaît ? »

Max : « Je peux ! Mais il n’y a rien à ajouter. Les gènes peuvent effectivement exister sous plusieurs versions appelées allèles du gène. Pour la forme du lobe de l’oreille il existe un gène localisé sur le bras court du chromosome 22. Ce gène existe sous deux formes. L’allèle noté l+ code pour un lobe libre alors que l’allèle l- code pour le lobe adhérent. Vous suivez ? »

Samuel : « Oui monsieur Max. »

Léo : « Mais… Il y a des paires de chromosomes donc deux chromosomes 22. Alors un individu peut avoir deux allèles, un sur chaque chromosome 22. Sont-ils toujours identiques ? »

Max : « Bonne question mon Léo. Non, les allèles ne sont pas forcément les mêmes. »

Samuel : « Alors un individu peut avoir deux fois l’allèle l+, deux fois l’allèle l- ou alors un allèle l+ et un allèle l-. »

Max : « C’est ça ! »

Léo : « S’il a deux fois l’allèle l+ il aura les lobes libres puisqu’il a deux fois l’allèle qui donne les lobes libres. Avec deux allèles l- il aura les lobes adhérents. Mais avec un allèle l+ et un allèle l- ? Comment seront ses lobes ? »

Max : « J’attends vos hypothèses… »

Léo : « On pourrait supposer qu’il a un lobe libre et un lobe adhérent. Mais si on imagine d’autres caractères… Ça peut pas marcher. Le lobe ne peut être à moitié adhérent et à moitié libre… Alors je suppose que ses lobes seront entièrement libres. Comme si l+ gagnait contre l-. »

Max : « Samuel ? »

Samuel : « Je suis d’accord avec le raisonnement de Léo et avec son hypothèse. »

Max : « Et vous avez raison tous les deux ! Effectivement, l’allèle l+ s’exprime seul quand il est en présence de l’allèle l-. On dit que l+ est dominant par rapport à l-. Je vais vous faire une représentation de tout cela. »

Chromosomes n°22 n°22 n°22
Génotype l+/l+ l+/l- l-/l-
Phénotype [Libre] [Libre] [Adhérent]

Samuel : « Monsieur Max, serons-nous obligés de représenter les chromosomes dans le devoir ? Parce que le tableau est suffisant il me semble. »

Max : « Tout dépendra de la consigne Léo. Il faudra bien lire le sujet. »

Samuel : « D’accord monsieur Max. »

Léo : « Monsieur Max, pourriez-vous définir le génotype et le phénotype s’il vous plaît ? »

Max : « Bien sûr Léo. Nous allons le faire dans le cours. Prenez vos cahiers et notez la leçon. »

II. UN GÈNE, DES ALLÈLES.

Un gène est l’information génétique qui code pour un caractère physique. Mais certains de ces caractères existent sous plusieurs formes. Il existe donc plusieurs formes du gène. Elles sont appelées allèles du gène.

Comme un gène est présent sur les deux chromosomes d’une paire, un individu peut porter soit deux fois le même allèle soit 2 allèles différents. Dans ce cas, soit un seul allèle du gène s’exprime et il est dit dominant par rapport à l’autre, soit les deux s’expriment simultanément et ils sont dit codominants.

On appelle phénotype l’ensemble des caractères physiques d’un individu. Le génotype est l’ensemble de ses allèles.

Le phénotype d’un individu dépend de ses caractères héréditaires et de ses caractères acquis. Or les caractères héréditaires dépendent des allèles qu’il possède. Et les caractères acquis dépendent de son environnement. On peut donc dire que le phénotype d’un individu dépend de son génotype et de son environnement.

Max : « Avez-vous des questions ? »

Samuel : « Monsieur Max, je crois avoir compris mais je ne suis pas sûr de moi. Allons-nous faire d’autres exercices ? »

Max : « Lors de la prochaine séance nous allons étudier les groupes sanguins du système ABO. Et je mettrai quelques exercices à votre disposition dans mon blog. »

Samuel : « Merci monsieur Max. »

Max : « Vous avez bien travaillé. Vous pouvez ranger vos affaires et partir. Et n’oubliez pas de réviser 🙂 « 

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