5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 1
Dixième semaine
Chers élèves,
J’espère que vous vous portez tous bien. A priori, vous faites partie des élèves qui ne reprendront pas le chemin de l’école avant septembre. Je vous propose donc continuer les cours en ligne avec le deuxième chapitre du dossier sur le système immunitaire, ci-joint.
Cette nouvelle matière est purement informative et ne fera pas l’objet d’une évaluation. Je souhaite simplement vous aider à garder le rythme et j’espère vous intéresser, en lien avec l’actualité.
Comme pour le chapitre 1, je vous propose des notes non complétées. Essayez de combler les trous à l’aide de recherches personnelles. Je mettrais en ligne un document avec les réponses, dans le courant de la semaine prochaine.
Je reste bien sûr disponible par mail (ou skype ou whatsapp, si c’est plus facile) pour répondre à toutes vos questions et demandes d’informations complémentaires. Il est également tout à fait possible d’organiser ue vidéoconférence pour les élèves intéressés.
Mon adresse mail : laura.thiry@flone.be
Prenez bien soin de vous, Mme Thiry
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 2
Chapitre 2 : les défenses de notre organisme
Dans le chapitre précédent, nous avons vu différents exemples d’organismes pathogènes et de maladies qu’ils entraînent. Le présent chapitre s’intéresse aux différentes lignes de défense de notre organisme.
1. Les barrières naturelles
La meilleure défense contre les pathogènes est d’éviter leur entrée dans l’organisme. Pour ce faire, notre corps possède une série de barrières naturelles. Celles-ci constituent notre première ligne de défense contre les infections.
La peau constitue une barrière efficace. Mais notre corps possède des ouvertures qui sont, elles aussi, bien protégées, comme le montre le document suivant.
Document 1 : les défenses naturelles de l’organisme.
Nous retiendrons :
1. ...
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2. ...
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3. ...
...
4. ...
5. ...
6. ...
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 3 Si cette première ligne de défense est franchie, une deuxième défense se met en place, c’est la réponse immunitaire. Celle-ci est gérée par le système immunitaire qui est constitué de cellules et d'organes qui travaillent ensemble pour protéger le corps et réagir aux infections et aux maladies. Il fait intervenir des cellules bien spécifiques, qui se déplacent dans le corps grâce au sang et à la lymphe.
2. Le système immunitaire
2.1 Composition et rôles du sang
Document 2 : le sang en microscopie optique.
Dans le sang, on retrouve donc trois types cellulaires distincts. Toutes ces cellules ont une origine commune : toutes sont originaires de la moelle osseuse et elles se différencient par la suite pour acquérir leur fonction propre.
Type cellulaire Rôle
Les globules blancs (ou leucocytes) sont les cellules responsables de notre immunité. Ces cellules voyagent dans tout l’organisme grâce au sang et à la lymphe.
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2.2 La lymphe et le système lymphatique
Toutes nos cellules baignent dans un milieu particulier, essentiellement composé d’eau, appellé milieu extracellulaire ou encore liquide interstitiel.
Ce liquide interstitiel est en fait un filtrat du sang : une partie du plasma sanguin traverse la paroi des capillaires sanguins et s’infiltre entre les cellules, leur apportant ainsi les substances (eau, minéraux, glucose, etc.) nécessaires à leur fonctionnement. Les cellules rejettent également une partie de leurs déchets (CO2, etc.) dans ce liquide.
Le liquide interstitiel est ensuite récolté au niveau de capillaires spécifiques appelés capillaires lymphatiques. C’est à ce moment qu’il prend le nom de lymphe.
Document 3 : Lien entre plasma, liquide interstitiel et lymphe.
Les capillaires lymphatiques, de petit diamètre, se regroupent en vaisseaux lymphatiques, dont le trajet suit celui des vaisseaux sanguins. La lymphe rejoint la circulation sanguine (et reprend donc le nom de plasma) au niveau des veines sous-clavières.
Comme on peut le voir sur l’image suivante, les capillaires et vaisseaux lymphatiques forment un vaste réseau ponctué de différents organes intervenant eux aussi dans le système immunitaire. Ces organes peuvent être de deux types :
1. Les organes lymphoïdes primaires sont ceux qui interviennent dans la maturation des globules blancs. C’est le cas du thymus et de la moelle osseuse (qui est, nous l’avons déjà évoqué, aussi le lieu de production des leucocytes et des autres cellules sanguines).
2. Les organes lymphoïdes secondaires, qui sont des lieux de passage, de stockage et d’activation des leucocytes. C’est à ce niveau que les globules blancs rencontrent la signature des éventuels agresseurs présents dans l’organisme. C’est le cas des nombreux ganglions lymphatiques et de la rate.
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 5 Document 4 : les composants du système lymphatique.
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3. La réponse immunitaire
Deux types de réponses immunitaires rentrent en jeux en cas d’infection. D'une part la réponse immunitaire non-spécifique (ou innée) qui est immédiate. D'autre part la réponse immunitaire spécifique (ou adaptative) qui est plus lente. Quoi qu’il en soit, la réponse suppose obligatoirement une reconnaissance de l’agent pathogène responsable de l’infection.
3.1 Reconnaissance du soi et du non-soi : principe général
Expérience :
1
Si le donneur et le receveur sont le même individu, il n’y a jamais de rejet
2
Si le donneur et le receveur sont des jumeaux homozygotes, il n’y a jamais de rejet
3
Si le donneur et le receveur sont des individus différents (appartenant à la même espèce), il y a généralement rejet de la greffe. Notons que si donneur et receveur appartiennent à des espèces
différentes, le rejet est systématique.
Conclusion : ...
...
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 7 Ce phénomène de rejet de greffe s’explique par le fait que toutes les cellules d’un individu (à l’exception de globules rouges1) portent à leur surface un complexe protéique indiquant leur appartenance à l’organisme. Ce complexe est propre à chaque individu et permet au système immunitaire de reconnaître tout corps étranger. Il reconnaît comme appartenant au :
SOI NON-SOI
Ce complexe protéique, marqueur du soi, porte le nom de CMH (pour Complexe Majeur d’Histocompatibilité). Chez l’être humain, on appelle ce complexe HLA (pour Human Leucocyte Antigen). C’est en quelque sorte une carte d’identité portée par chaque cellule1. Chaque être humain possède un CMH qui lui est propre (sauf dans le cas des jumeaux homozygotes). Le CMH permet aux cellules du système immunitaire de reconnaître nos propres cellules saines et de ne pas les éliminer.
Document 8 : Pourquoi le complexe HLA est-il propre à un individu ? (Pour info) En simplifiant, on peut considérer que chaque être humain possède 3 gènes codant pour le CMH.
Ceux-ci sont situés sur le chromosome 6. Chacun de ces gènes existe en plusieurs centaines d’allèles (de versions) différents dans la population humaine. De plus, chaque gène est présent en deux copies dans notre ADN. Un être humain peut posséder deux copies identiques (homozygote) d’un gène ou deux copies différentes (hétérozygote). Dans le cas des gènes codant pour le CMH, une copie ou les deux seront exprimées. Tout cela entraîne que deux individus (sauf « vrais » jumeaux) n’auront jamais exactement le même CMH.
1 Les globules rouges sont des cellules dépourvues de marqueur CMH. Elles portent un autre marqueur du soi : les groupes sanguins (A, B, AB ou O : absence de marqueur).
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 8 Le HLA est particulièrement important à examiner dans le cas des greffes, comme le montre la figure ci-dessous.
La reconnaissance du HLA par les globules blancs se fait à l’aide d’un récepteur spécifique, porté par la membrane plasmique de toutes les cellules de l’immunité. Ce récepteur est une protéine dont la forme est complémentaire à celle du HLA, comme une clé est complémentaire à une serrure.
En cas d’infection par un pathogène, les cellules vont exposer des parties du pathogène grâce à leur CMH. Un globule blanc se liant à ce CMH reconnaîtra la partie du pathogène exposée comme appartenant au non-soi et pourra déclencher une réponse immunitaire.
La partie (molécule ou partie de molécule) du pathogène qui est reconnue comme appartenant au non-soi par les cellules immunitaires et qui, de ce fait, déclenche une réponse immunitaire porte le nom d’antigène.
Un antigène est généralement une protéine exposée à la surface du pathogène. Notons que les marqueurs du soi (CMH ou groupe sanguin) d’un individu A seront reconnus par le système immunitaire d’un individu B comme étranger. On parle donc aussi d’antigène dans le cas du CMH ou des groupes sanguins (antigène A, B, les deux ou pas d’antigène → O).
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 9 Synthèse :
3.2 La réponse immunitaire non-spécifique
Cette réponse immunitaire est très rapide et est toujours la même, quel que soit le pathogène impliqué.
a. La réaction inflammatoire
Lorsque des tissus sont blessés, une réaction inflammatoire se met rapidement en place.
Celle-ci est déclenchée par les cellules touchées qui émettent une substance chimique (histamine) jouant le rôle de médiateur de l’inflammation. Cette substance provoque une dilatation des capillaires sanguins, ce qui les rend plus perméables. De plus, elle attire un type de globules blancs, les phagocytes. Ceux-ci quittent le sang et gagnent le lieu de l‘infection où ils éliminent les agents pathogènes au cours d’un processus appelé phagocytose1 (voir document 6).
Document 5 : la réponse inflammatoire
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 10 Cette réaction inflammatoire se traduit par 4 caractéristiques :
Signes À quoi correspondent-ils ?
Rougeur Dilatation des capillaires sanguins Chaleur Dilatation des capillaires sanguins
Gonflement Afflux de plasma et de phagocytes dans le tissu blessé Douleur Irritation des terminaisons nerveuses
Souvent, ces quatre signes s’accompagnent de la présence de pus qui est constitué d’une accumulation de débris cellulaires, de bactéries et de phagocytes.
b. Processus de phagocytose
Document 6 : le mécanisme de phagocytose.
La phagocytose1, processus permettant aux phagocytes d’éliminer les microorganismes invasifs, se déroule en 4 étapes :
1. ...
...
2. ...
...
3. ...
...
...
4. ...
...
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 11 La phagocytose et la réaction ne permettent pas toujours de faire régresser l’infection.
Parfois, les phagocytes sont débordés, l’infection n’est plus circonscrite et d’autres cellules du système immunitaire entrent alors en jeu.
c. La fièvre
La fièvre est également une réaction non-spécifique qui consiste en une augmentation de la température corporelle. Cela permettrait de ralentir le développement et la multiplication des pathogènes et augmenterait la vitesse de réaction des enzymes (protéines) afin d’améliorer la phagocytose et la réparation des tissus abîmés. D’autre part, la fièvre permettrait d’augmenter le débit sanguin.
Quelle est la température normale ? La température normale est d’environ 37°C. Cette température est une moyenne ; en effet, la température corporelle varie selon les individus (entre 36,5 °C et 37,5 °C). De plus, chez une même personne, la température interne varie au cours de la journée. Elle est la plus basse entre 2 et 4h et la plus élevée en fin d’après-midi. La température interne peut également augmenter si la personne est habillée trop chaudement ou si elle pratique une activité physique intensive.
Qu’est-ce que la fièvre ?
On parle de fièvre lorsque la température interne est égale ou supérieure à 38°C. Une fièvre au-delà de 40 °C est considérée comme un risque de santé majeur et immédiat
Une fièvre signale souvent une infection. Quand un agent pathogène pénètre dans notre organisme, les cellules de défense le détectent et vont alors produire des substances dites pyrogènes, c’est-à- dire capables de faire monter la température de notre corps : il s’agit des "cytokines". Ce sont ces fameuses cytokines qui vont donner l’alerte à l’hypothalamus, cette glande située dans notre cerveau.
S’ensuit une série d’adaptations physiologiques orchestrées par l’hypothalamus et visant à augmenter la chaleur de notre corps. La glande va envoyer un message à nos muscles : "Contractez- vous afin de produire davantage d’énergie et donc de chaleur !". Maintenant vous comprenez mieux pourquoi vous avez aussi des courbatures quand vous avez de la fièvre…
Nos poils peuvent également entrer en jeux : ils se redressent afin de nous protéger du froid. C’est la fameuse "chair de poule". Les frissons, l’impression de grelotter (due à la contraction de nos muscles) lorsque nous sommes fiévreux…
Rien d’alarmant… Bien au contraire ! C’est le signe que notre système immunitaire fonctionne à plein régime.
Source : http://www.doctissimo.fr/sante/maux- quotidiens/fievre/causes-mecanisme-fievre Document 7 : définition et mécanisme de la fièvre
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3.3 La réponse immunitaire spécifique
En plus de la réponse immunitaire non-spécifique, l’organisme dispose d’un moyen de défense spécifique de l’agent pathogène. La mise en place de ce type de réponse prend du temps et se met en place pendant que l’immunité non-spécifique agit.
a. Les cellules impliquées
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On distingue deux types de lymphocytes : les lymphocytes B et les lymphocytes T.
Les lymphocytes B (LB) ...
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Les lymphocytes T (LT) ...
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b. Reconnaissance de l’antigène et réponse immunitaire
La réponse immunitaire spécifique prend naissance quand l’antigène a été reconnu par les lymphocytes. En effet, les lymphocytes portent des protéines membranaires, appelées récepteurs d’antigènes. Chaque récepteur d’antigène reconnaît un et un seul antigène (et donc un seul pathogène ; mécanisme clé-serrure). Comme le système immunitaire est capable de reconnaître des millions d’antigènes différents, cela implique qu’il existe des millions de lymphocytes différents, chacun doté de récepteurs spécifiques. Par contre, tous les récepteurs présents sur un lymphocyte sont identiques entre eux.
Schéma :
Un antigène donné doit rencontrer un lymphocyte qui lui est spécifique, qui lui correspond, pour déclencher une réponse immunitaire.
• Cas des lymphocytes T4
Un lymphocyte T4 n’est capable de reconnaître un antigène qui lui est spécifique que si celui-ci lui est présenté par un phagocyte. Pour activer cette partie de l’immunité spécifique, il faut donc nécessairement qu’un phagocyte ait rencontré l’intrus et l’ait digéré.
Le phagocyte peut alors exposer des parties de molécules de l’intrus (antigènes) à sa surface, grâce à son CMH. On parle de présentation de l’antigène. La cellule migre vers un organe lymphoïde où elle rencontre des lymphocytes T portant un récepteur d’antigène complémentaire à l’antigène qu’elle présente. Les lymphocytes T qui ont reconnu l’antigène sont alors activés. Comme nous le reverrons plus loin, un LT4 activé produit des substances chimiques qui activent les autres lymphocytes (LB et LT8).
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• Cas des lymphocytes B (Immunité humorale)
Les lymphocytes B disposent, eux aussi, à leur surface de récepteurs membranaires, complémentaires à un antigène porté par un intrus donné. Les lymphocytes B peuvent fixer des antigènes circulant, sans avoir nécessairement besoin d’une présentation par une autre cellule. Un lymphocyte qui reconnaît l’antigène qui lui est spécifique (et qui reçoit des signaux positifs en provenant des LT4) sera activé. Il commence alors à se multiplier et à se différencier en plasmocyte, cellule produisant les anticorps.
Un anticorps est un complexe protéique fabriqué par les plasmocytes et complémentaire à la forme d’un antigène spécifique.
Notons qu’une partie des lymphocytes B ne se différencie pas en plasmocytes ; ils restent sous forme de lymphocytes qui resteront dans l’organisme, prêts à intervenir rapidement en cas d’une nouvelle attaque par l’intrus qui avait déclenché la réaction initiale. On parle de LB mémoire (voir pg 18).
Les anticorps sont spécifiques d’un antigène précis, c’est la partie en V de l’anticorps qui sert de site de reconnaissance de l’antigène, car sa forme géométrique est complémentaire à celui-ci (mécanisme clef-serrure).
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 15 Plusieurs anticorps entourent l’agent pathogène en se fixant sur les antigènes portés par celui-ci et dont ils sont complémentaires. Le pathogène sera alors plus efficacement reconnu par les phagocytes qui le neutralisent. C’est donc finalement la phagocytose qui assure l’élimination du complexe intrus-anticorps.
• Cas des lymphocytes T8 (Immunité à médiation cellulaire)
Comme tous les globules blancs, les LT8 disposent de récepteurs capables de reconnaître le soi et le non-soi. Les LT8 contrôlent les cellules de l’organisme et reconnaissent comme appartenant au non-soi :
− Les cellules de l’organisme infectées par un virus.
− Les cellules de l’organisme cancéreuses.
− Les cellules greffées.
En effet, dans ces trois cas, le CMH de la cellule contrôlée est différent de celui d’une cellule normale. Le rôle des LT8 est de tuer de telles cellules.
Lorsque le récepteur porté par le LT8 reconnaît l’antigène présenté par la cellule via son CMH, le LT8 provoque la mort de cette cellule en lui injectant une protéine particulière, la perforine. Celle-ci engendre des pores dans la membrane de la cellule infectée, entraînant
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 16 une entrée massive d’ions et d’eau, ce qui provoque son explosion. C’est pour cela qu’on appelle les LT8 lymphocytes cytotoxiques (notés TC).
• Interaction entre les différentes cellules de l’immunité : synthèse
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c. Processus de mise en mémoire
Comme nous l’avons vu dans le cas des lymphocytes B, lorsque des lymphocytes sont activés, ils se multiplient. Certains resteront inutilisés et formeront une réserve de lymphocytes spécifiques du pathogène ayant déclenché la réponse immunitaire. Ce processus de mise en mémoire de l’antigène est valable pour les trois catégories de lymphocytes.
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Lexique
CMH
Antigène
Récepteurs d’antigène
Anticorps
Plasmocyte
Réponse humorale
Lymphocyte T cytotoxique Réponse à médiation tumorale
...
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Table des matières
1. Les barrières naturelles ... 2
2. Le système immunitaire ... 3
2.1 Composition et rôles du sang ... 3
2.2 La lymphe et le système lymphatique ... 4
3. La réponse immunitaire ... 6
3.1 Reconnaissance du soi et du non-soi : principe général ... 6
3.2 La réponse immunitaire non-spécifique ... 9
a. La réaction inflammatoire ... 9
b. Processus de phagocytose ... 10
c. La fièvre ... 11
3.3 La réponse immunitaire spécifique ... 12
a. Les cellules impliquées ... 12
b. Reconnaissance de l’antigène et réponse immunitaire ... 13
• Cas des lymphocytes T4 ... 13
• Cas des lymphocytes B (Immunité humorale) ... 14
• Cas des lymphocytes T8 (Immunité à médiation cellulaire) ... 15
• Interaction entre les différentes cellules de l’immunité : synthèse ... 16
c. Processus de mise en mémoire ... 18
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Objectifs
Connaître (C) :
Tous les mots en gras sont à comprendre, savoir définir et utiliser, aidez-vous du lexique ! Les concepts encadrés sont les notions essentielles à maîtriser. Plus particulièrement :
− Citer les barrières naturelles et leurs rôles.
− Citer les composants du sang et leurs rôles. Définir leucocyte.
− Définir liquide interstitiel, lymphe, organes lymphoïdes primaire et secondaires. Citer des exemples d’organes lymphoïdes primaires et secondaires.
− Distinguer et définir réponse immunitaire spécifique (adaptative) et non-spécifique (innée). Connaître les caractéristiques de chacune et les comparer.
− Explique le mécanisme de la réaction inflammatoire. Définir histamine, phagocyte, phagocytose et pus. Citer et expliquer les 4 signes de la réaction inflammatoire.
− Définir la fièvre, connaître les rôles de la fièvre. Donner les températures normales et dangereuses.
− Définir complexe majeur d’histocompatibilité (CMH ou HLA). Expliquer la fonction.
− Expliquer le mécanisme de reconnaissance du CMH par le système immunitaire.
− Définir antigène, lymphocytes B et T et expliquer le rôle.
− Expliquer le mode d’action de chaque lymphocyte. Définir : présentation de l’antigène, plasmocyte, anticorps, lymphocyte mémoire, etc.
− Expliquer la complémentarité entre un récepteur ou un anticorps et un antigène. Faire le lien avec la spécificité de la réponse.
− Expliquer les interactions entre les différents types de lymphocytes.
− Définir la mise en mémoire d’un antigène et expliquer ses conséquences sur la réponse immunitaire.
Appliquer (A) :
Il s’agit de résoudre des exercices similaires à ceux du cours. Tous les exercices du cours sont donc à refaire et à maîtriser. Plus particulièrement :
− Localiser les barrières naturelles sur un schéma, ainsi que les éléments du système lymphatique sur un schéma (liquide interstitiel, lymphe, organes lymphoïdes primaire et secondaires, ganglions,...)
− Commenter, décrire ou annoter un schéma sur la réaction inflammatoire ou la phagocytose.
− Expliquer le mécanisme de rejet de greffe, commenter/expliquer une expérience similaire à celle du cours.
− Prédire pour une situation donnée s’il y a ou non déclenchement d’une réponse immunitaire en fonction de la reconnaissance du CMH par une cellule immunitaire.
Schématiser (Cf pg 11).
− Analyser une expérience mettant en évidence les cellules ou organes responsables de la réponse immunitaire.
− Commenter un schéma ou schématiser le processus d’activation de chaque type de lymphocyte.
− Annoter un schéma montrant les interactions entre les différents types de lymphocytes.
− Commenter un graphique, analyser une expérience en lien avec la mise en mémoire d’un antigène.
5e Sc3h – UAA4 de biologie – Thème II 22 Transférer (T) :
Appliquer les différentes notions vues en classe (C et A) et des savoirs de base (langue française, schématiser, etc.) pour résoudre une situation inédite.
