Spécialité SVT

1. Comparaison entre mitose et méiose

2. Variabilité génétique et stabilité du caryotype

• Ploïdie : nombre de jeux de chromosomes dans une cellule.
  • Mitose : la ploïdie est stable (2n → 2n).
  • Méiose : la ploïdie est réduite de moitié (2n → n).
• Répartition du matériel génétique :
  • Mitose : répartition identique des chromosomes.
  • Méiose : brassage génétique par crossing-over et ségrégation indépendante.

3. Rôles des divisions cellulaires

• Mitose : assure la croissance, la réparation des tissus et le renouvellement cellulaire.
• Méiose : produit des cellules reproductrices (gamètes) avec moitié moins de chromosomes, garantissant la diversité génétique.

4. Notion d’allèles

• Deux individus d’une même espèce ont les mêmes gènes mais peuvent avoir des allèles différents.
• Exemple chez les plantes à fleurs :
  • Plantes à fleurs rouges, blanches ou roses résultent de combinaisons différentes d’allèles pour la couleur des fleurs.

À retenir : La mitose produit des cellules génétiquement identiques, tandis que la méiose génère des cellules génétiquement différentes avec une réduction du nombre de chromosomes, essentielle à la reproduction sexuée.

1. Allèles et diversité génétique

• Un allèle est une version différente d’un même gène, située au même locus sur un chromosome.
• Un individu possède deux allèles pour chaque gène (un sur chaque chromosome homologue).
• Les allèles peuvent être identiques (homozygote) ou différents (hétérozygote).

2. Phénotype et génotype

• Le génotype correspond à la composition allélique d’un individu pour un gène donné.
• Le phénotype est l’expression observable du génotype, influencée par l’environnement.
• L’expression d’un gène dépend de son activation (expression génique) dans la cellule.

3. Codominance

• En cas de codominance, aucun allèle ne domine l’autre.
• Les deux allèles s’expriment simultanément dans le phénotype.
• Exemple : chez une plante, allèle rouge [R] et allèle blanc [B] → fleur rose [RB] à l’état hétérozygote.

4. Mutations et biodiversité

• Une mutation est une modification de la séquence d’ADN.
• Types de mutations :
  • Substitution : remplacement d’une base par une autre.
  • Délétion : perte d’une ou plusieurs bases.
  • Insertion : ajout d’une ou plusieurs bases.
• Effets possibles sur la protéine :
  • Mutation silencieuse : pas de changement de la protéine.
  • Mutation faux-sens : modification d’un acide aminé.
  • Mutation non-sens : apparition d’un codon stop prématuré.

L’expression d’un gène est essentielle pour que la protéine correspondante soit fabriquée, ce qui influence le phénotype.

1. Expression des gènes

• Protéine : macromolécule formée par l’enchaînement d’acides aminés.

• Synthèse des protéines : réalisée en deux étapes principales :

  1. Transcription : copie de l’ADN en ARN messager (ARNm).
  2. Traduction : lecture de l’ARNm pour assembler les acides aminés dans l’ordre.

• Après synthèse, la protéine se replie pour adopter sa forme fonctionnelle.

2. Mutations et conséquences sur la protéine

• Mutation : modification de la séquence nucléotidique d’un gène.
• Substitution : remplacement d’une base par une autre (exemple : cytosine remplacée par adénine en position 68).
• Mutation faux sens : substitution entraînant le changement d’un acide aminé dans la protéine (exemple : codon CAC codant pour l’histidine remplace CCC codant pour la proline à la 23ᵉ position).

3. Impact des mutations sur la fonction des protéines

La mutation d’un gène peut modifier la protéine codée, entraînant des dysfonctionnements cellulaires et des troubles physiologiques.

1. Rôle des protéines

Les protéines remplissent des fonctions variées essentielles à la vie. Voici les principales fonctions associées à des exemples concrets :

2. Complémentarité de forme

La fonction des protéines dépend de leur structure tridimensionnelle qui doit être complémentaire à leur partenaire d'interaction :

• Enzyme / substrat : la forme de l'enzyme est adaptée pour reconnaître et transformer un substrat spécifique.
• Anticorps / antigène : l'anticorps possède une forme complémentaire à l'antigène pour le reconnaître précisément.
• Hormone / récepteur : l'hormone se lie spécifiquement à son récepteur grâce à une complémentarité de forme.

La complémentarité de forme est indispensable pour assurer la spécificité et l'efficacité des interactions protéiques.

1. Mutation génétique

• Mutation : modification aléatoire de la séquence d'ADN d'un gène.
• Effet des mutations : peuvent être neutres, délétères ou avantageuses selon l'environnement.
• Origine : surviennent par hasard, sans influence de l'organisme.

2. Sélection naturelle

• Définition : mécanisme qui favorise l'augmentation de la fréquence des allèles avantageux dans une population.
• Principe : les individus porteurs d'allèles avantageux ont plus de chances de survivre et de se reproduire.
• Conséquence : adaptation progressive des populations aux conditions environnementales.

3. Dérive génétique

• Définition : mécanisme aléatoire qui fait varier la fréquence des allèles dans une population.
• Caractéristique : effet plus marqué dans les petites populations.
• Impact : peut entraîner la fixation ou la disparition d'allèles indépendamment de leur avantage sélectif.

4. Évolution des populations

• Évolution : transformation génétique des populations au cours du temps.
• Facteurs : mutation, sélection naturelle, dérive génétique, migration.
• Résultat : variation des fréquences alléliques et adaptation.

5. Spéciation

• Définition : processus par lequel une population se divise en deux ou plusieurs populations distinctes, conduisant à la formation de nouvelles espèces.
• Mécanismes : isolement géographique, isolement reproductif, accumulation de différences génétiques.

À retenir : L'évolution des populations résulte de la variation des fréquences alléliques sous l'effet combiné de la sélection naturelle, de la dérive génétique et des mutations, conduisant parfois à la spéciation.

1. Types de roches

Les roches se classent selon leur origine et leur mode de formation :

2. Roches du manteau et croûte

• Péridotite : roche du manteau supérieur.
• Éclogite, Métagabbro à hornblende ou glaucophane : roches métamorphiques issues de transformations de roches basiques.

3. Structure de la lithosphère

• Croûte terrestre : couche superficielle du globe, séparée du manteau par la discontinuité de Mohorovicic (Moho), caractérisée par une différence chimique nette.
• Lithosphère : couche rigide comprenant la croûte entière + partie supérieure du manteau supérieur, limitée en profondeur par la zone où la température atteint environ 1300°C (limite avec la LVZ - Low Velocity Zone).

4. Frontières de plaques tectoniques et contextes géodynamiques

À retenir : La lithosphère est rigide et comprend la croûte plus la partie supérieure du manteau, tandis que la croûte est définie par la discontinuité de Mohorovicic. Les mouvements aux frontières des plaques (convergence, divergence) déterminent les contextes géodynamiques (collision, dorsale, subduction).

1. Lithosphère océanique et continentale : caractéristiques principales

• Dorsale océanique : zone de divergence où se forme la lithosphère océanique par refroidissement et solidification du magma.
• Zone de subduction : zone de convergence où la lithosphère continentale se forme et où une plaque océanique plonge sous une plaque continentale.

2. Séismes et magmatisme

• Les séismes dans la lithosphère continentale sont généralement assez profonds.
• Dans la lithosphère océanique, les séismes sont peu profonds.
• Le magmatisme est présent au niveau des dorsales (lithosphère océanique) et des arcs volcaniques (zones de subduction), mais absent dans la lithosphère continentale stable.

3. Plan de Wadati-Benioff

• Zone où se produisent des séismes le long de la plaque plongeante dans une subduction.
• Permet de localiser la plaque océanique qui s'enfonce sous la plaque continentale.

4. Datation par radioéléments (exemple)

• La datation repose sur la mesure des isotopes radioactifs et de leurs descendants.
• Exemple : la demi-vie d’un isotope permet de calculer l’âge d’un échantillon.
• Un échantillon avec 0,75 g d’iode radioactif restant après 32 jours correspond à 4 demi-vies (car $0,75 = \frac{12}{2^4}$).
• Les minéraux et roches alignés sur une droite isochrone ont le même âge.

La lithosphère océanique se forme au niveau des dorsales par divergence, tandis que la lithosphère continentale se forme dans les zones de convergence, notamment les zones de subduction.

1. Datation radiométrique : principes et applications

La datation radiométrique permet de déterminer l'âge absolu d'un échantillon rocheux en mesurant la quantité d'isotopes radioactifs et de leurs produits de désintégration.

2. Isotopes radioactifs et désintégration

• Un isotope radioactif est un noyau instable qui se transforme spontanément en un autre noyau (stable ou radioactif) en émettant des particules.
• La désintégration suit une loi exponentielle caractérisée par la demi-vie ($t_{1/2}$) : durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initiaux se soit désintégrée.

3. Formule de datation

Si $N_0$ est le nombre initial de noyaux radioactifs et $N$ le nombre restant après un temps $t$, alors :

$$N = N_0 \times \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{t_{1/2}}}$$

On peut isoler l'âge $t$ :

$$t = t_{1/2} \times \frac{\log\left(\frac{N_0}{N}\right)}{\log 2}$$

4. Application aux roches

• Les roches contiennent des isotopes parents (radioactifs) et des isotopes fils (produits de désintégration).
• En mesurant le rapport isotopique parent/fils dans un échantillon, on calcule l'âge de la roche.
• Exemple : le couple $^{238}$U/$^{206}$Pb avec une demi-vie de 4,5 milliards d'années est utilisé pour dater les roches très anciennes.

5. Interprétation des résultats

• Une pente plus forte dans un diagramme isochrone indique un âge plus élevé.
• Par exemple, si le granite A a une pente plus forte que le granite B, alors le granite A est plus ancien que le granite B.

La datation radiométrique repose sur la mesure du rapport isotopique parent/fils et la connaissance de la demi-vie pour calculer l'âge absolu d'une roche.

1. Le système nerveux : organisation et rôle

Le système nerveux coordonne les fonctions de l'organisme et permet la perception de l'environnement. Il est constitué de neurones qui transmettent des messages nerveux sous forme de signaux électriques.

• Neurone : cellule spécialisée dans la transmission de l'influx nerveux.
• Message nerveux : signal électrique véhiculé par un neurone.
• Synapse : zone de communication entre deux neurones.

2. La perception : du stimulus à la sensation

La perception résulte de la transformation d'un stimulus extérieur en un message nerveux, puis en une sensation consciente.

1. Réception du stimulus par un organe sensoriel (ex : œil, oreille).
2. Transduction : conversion du stimulus en message nerveux.
3. Transmission du message nerveux au cerveau via les nerfs.
4. Interprétation du message nerveux par le cerveau, qui génère la sensation.

3. Les organes sensoriels et leurs stimuli

4. Fonctionnement du message nerveux

• Le message nerveux est une dépolarisation électrique qui se propage le long de l'axone du neurone.
• À la synapse, le message est transmis par des neurotransmetteurs chimiques.
• La vitesse de transmission dépend du diamètre de l'axone et de la présence de gaine de myéline.

5. Rôle du système nerveux dans la perception

• Le système nerveux central (cerveau et moelle épinière) traite les informations reçues.
• La perception est une construction cérébrale qui dépend de l'intégration des messages nerveux.
• Les sensations peuvent être modifiées par l'attention, l'expérience et les émotions.

À retenir : La perception est le résultat de la transformation d’un stimulus en message nerveux, puis de son interprétation par le cerveau.

1. Métabolisme énergétique : respiration et photosynthèse

a) Définitions clés

• Métabolisme énergétique : ensemble des réactions biochimiques permettant aux cellules de produire, stocker et utiliser de l'énergie.
• Respiration cellulaire : processus par lequel les cellules dégradent des molécules organiques (glucose) en présence d'oxygène pour produire de l'énergie sous forme d'ATP.
• Photosynthèse : processus par lequel les organismes autotrophes (plantes, algues) utilisent l'énergie lumineuse pour synthétiser des molécules organiques à partir de dioxyde de carbone et d'eau.

b) Respiration cellulaire

• But : libérer de l'énergie stockée dans le glucose.
• Formule globale :

$$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2 \rightarrow 6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} + \text{énergie (ATP)}$$

• L'énergie libérée est stockée dans l'ATP, utilisée pour les fonctions cellulaires.
• Se déroule dans les mitochondries.

c) Photosynthèse

• But : fabriquer des molécules organiques (glucose) à partir de CO₂ et H₂O en utilisant l'énergie lumineuse.
• Formule globale :

$$6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} + \text{lumière} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2$$

• Se déroule dans les chloroplastes.
• Produit de l'oxygène comme sous-produit.

d) Comparaison respiration / photosynthèse

e) Albedo et métabolisme énergétique terrestre

• Albedo : rapport entre la puissance du rayonnement réfléchi et la puissance du rayonnement incident.
• Un albedo faible (ex : 10 % pour l'océan) signifie une forte absorption du rayonnement solaire, favorisant le stockage de chaleur.
• Un albedo élevé (ex : 95 % pour la glace) signifie une faible absorption, donc peu de stockage de chaleur.
• Le sol lunaire a un albedo environ 3 fois plus faible que celui de la Terre, ce qui entraîne une absorption de rayonnement 3 fois plus importante.
• L'absence d'atmosphère sur la Lune provoque de fortes fluctuations de température, car la chaleur n'est pas retenue.

L’albédo influence directement la quantité d’énergie solaire absorbée et donc la température d’un milieu.

1. Bilan énergétique terrestre et effet de serre

• Absorption du rayonnement solaire : La surface terrestre absorbe une grande partie du rayonnement solaire, ce qui provoque son échauffement.

• Cas de la Lune (sans atmosphère) :

  • Le sol lunaire s’échauffe rapidement, atteignant jusqu’à 130°C en journée.
  • Absence d’atmosphère = absence de gaz à effet de serre → pas de réabsorption des infrarouges émis.
  • La nuit, toute la chaleur réémise s’échappe dans l’espace, provoquant des températures très basses (jusqu’à -170°C).
  • La chaleur n’est pas retenue, d’où une amplitude thermique très importante.

• Cas de la Terre (avec atmosphère) :

  • L’atmosphère contient des gaz à effet de serre (principalement la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone, CO₂).
  • Ces gaz absorbent les rayonnements infrarouges émis par le sol.
  • Ils réémettent une partie de cette énergie vers la surface, ce qui réchauffe davantage la Terre.
  • Ce phénomène explique pourquoi la Terre est en moyenne plus chaude que la Lune.

L’effet de serre est essentiel pour maintenir une température moyenne compatible avec la vie sur Terre.

1. De l’énergie solaire à l’énergie fossile

• Photosynthèse : processus qui transforme l’énergie lumineuse du soleil en énergie chimique stockée dans la matière organique (biomasse).
• La biomasse correspond à la matière organique contenue dans les végétaux et les êtres vivants des chaînes alimentaires.
• Une partie de cette biomasse, surtout en milieu anoxique (sans oxygène), n’est pas décomposée après la mort des organismes.
• Cette matière organique non décomposée est recouverte par des sédiments : c’est l’enfouissement.
• Sous l’effet de la température et de la pression croissantes, les molécules organiques subissent un craquage chimique.
• Ce processus forme des combustibles fossiles : pétrole, gaz naturel ou charbon, selon les conditions initiales.
• Ces combustibles fossiles sont des sources d’énergie utilisées par l’Homme.

2. Le cycle du carbone

• Le carbone circule entre l’atmosphère, la biosphère, la lithosphère et les océans.
• La photosynthèse prélève le CO₂ atmosphérique pour fabriquer de la matière organique.
• La respiration et la décomposition restituent du CO₂ dans l’atmosphère.
• L’enfouissement de matière organique dans des conditions anoxiques et son évolution en combustibles fossiles constituent un stock de carbone à long terme.
• La combustion des combustibles fossiles libère ce carbone sous forme de CO₂, contribuant à l’effet de serre.

À retenir : L’énergie fossile provient de l’énergie solaire stockée dans la biomasse, transformée et enfouie sur des millions d’années en pétrole, gaz ou charbon.