Cours 2

Eléments de botanique Cours 2

Procaryotes et Eucaryotes 04/02/2015

Bac1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques Denis Michez

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1

Introduction générale

 Caractéristiques de la vie

 Caractéristiques des végétaux

 Métabolisme végétal

 Les premiers végétaux

 Cyanobactéries

 Eucaryotes: reproduction et cellule

2

Plan des cours 1 et 2

4

Précambrien, 3 périodes:

• L’Hadéen: de la naissance de la Terre (-4,6 10⁹

années) à l’origine des premières cellules (environ - 3,5 10⁹ années);

• L’Archéen: de -3,5 10⁹ années à -2,5 10⁹ années,

dont l’essentiel des fossiles sont des Cyanobactéries;

• Le Protérozoïque : de -2,5 10⁹ années à -0.57 10⁹

années, durant lequel apparaissent des microfossiles plus diversifiés, certains étant eucaryotiques.

Suivi du phanérozoïque

5

Premiers fossiles

Microfossiles coincés dans des grains de quartz datés de 3,8 milliards d’années ressemblant à des bactéries.

Atmosphère sans oxygène à l’époque

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Premières bactéries

• Hétérotrophes

• Consomment la soupe

primitive

Diversification

Eubactéries

Eubactéries:

Eubactéries

Eubactéries:

Eubactéries:

Actinomyces sp.

(mycélium)

Importance des Eubactéries

• Pathogène: bacilles (peste, tuberculose, typhus...) coques (pneumo-, stphylo-, strepto-...) vibrions (choléra, ulcère...)

spirochètes (syphilis, m. de Lyme...)

• Processus de fermentation: industrie alimentaire

• Dégradation de la matière organique

• Symbioses (fixation N₂ chez Fabacées, poissons abyssaux, sources hydrothermales...)

• +++++

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Premières bactéries

• Hétérotrophes

• Consomment la soupe primitive

• Ressources diminuent rapidement

• Sélection d’organismes

autotrophes (chimio- ou

photo- ?)

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Premiers fossiles de cyanobactéries

Stromatolithes

fossiles datés de 2,7 milliards d’années, Australie

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Premiers fossiles de cyanobactéries

Cyanobactéries

Eubactéries

fixation N₂

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

• 7500 espèces décrites

• Grande importance

écologique dans les cycles de l’azote et de l’oxygène

• Rôle majeure dans le

développement de la vie sur terre

• Ancêtres des chloroplastes

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Structure cellulaire, taille très grande (5 à 20µm)

Synechococcus sp. au MEB

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Structure cellulaire, taille très grande (5 à 20µm)

Chromatoplasme

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Photosynthèse à deux photosystèmes

P680 P700

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Photosystème de cyanobactérie

Chlorophylle a Beta-carotène Xanthophylles Phycobilines

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Structure cellulaire, taille très grande (5 à 20µm)

Centroplasme

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Organisation plus complexe:

1/2 N2 + 4H+  NH4+

Réaction anaérobique

Amonium utilisable pour la synthèse d’acide aminé

Avantage sélectif par rapport à l’utilisation d’azote atmosphérique

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Organisation plus complexe:

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Reproduction asexuée

• 1 seul organisme

• Cellule se divise

• Descendance

identique au parent

• Dissémination par les hormogonies,

fragment de thalle

entouré d’une paroie

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Lignée de diversification: Passage de l’état unicellulaire à pluricellulaire par deux voies

• Formation de cénobes (amas cellulaire non

différencié)

29

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Lignée de diversification: Passage de l’état unicellulaire à pluricellulaire par deux voies

• Formation de filaments

Nostoc

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Chapitre 3 – Cyanobactéries

Biologie et écologie

• Milieux aquatiques

• Terres humides

• Milieux extrêmes car résistent à des T° élevées

(jusque 85°C) et salinité (pression osmotique

élevée)

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Espèces planctoniques,

Colonie de Nostoc sp.

Bloom d’Anabaenopsis sp.

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Espèces bentiques,

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Espèces symbiotiques avec:

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Intérêts pratiques:

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Intérêts pratiques:

Culture de

spiruline en Inde pour lutter contre la malnutrition

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Influence des cynanobactéries sur l’évolution de la terre

Première productrices

d’oxygène en utilisant l’eau comme donneur d’électron

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Avantages pour les cyanobactéries de la photosynthèse et de la production d’O2

• Conversion plus efficace de l’énergie lumineuse,

• Emploi d’une source d’électrons toujours disponible et inépuisable

• Elimination de formes concurrentes par les effets toxiques de l’oxygène sur des espèces mal armées pour lui résister.

Chapitre 3 – Cyanobactéries

Conséquences pour la biosphère

• Production d’ozone (O3) continue pour atteindre une épaisseur suffisante pour protéger les écosystèmes terrestres (-450 MA)

• Développement du métabolisme hétérotrophe (respiration)

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Chapitre 4 – Eucaryotes

Premiers fossiles : 1,5 milliards d’années

On avance dans la complexité…

Plasma membrane Golgi

apparatus Ribosomes Nucleus

Smooth endoplasmic reticulum Rough

endoplasmic reticulum

Mitochondrion Not in most

plant cells

Cytoskeleton

Flagellum Lysosome Centriole Peroxisome

Microtubule Intermediate filament

Microfilament

Chapitre 4 – Eucaryotes

Chapitre 4 – Eucaryotes

Cellule procaryote

• Plus petite

• Structure plus simple

• Pas d’un noyau

• Organismes unicellulaires

-Bactéries

Cellule eucaryote

• Plus grande

• Structure plus complexe

• Contient un noyau

• Organismes unicellulaire ou multicellulaires

– Animaux – Plantes

– Champignons

44

45

Chapitre 4 – Cellule d’Eucaryotes

végétaux

Cellules d’épiderme d’oignon

Chapitre 4 – Cellule d’Eucaryotes

végétaux

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi

• Partie la plus externe de la cellule

• Donne une forme rigide

• Pas de déplacement

• Epaisseur et

composition variable selon la fonction et l’âge de la cellule

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi

• Contrôle des échanges

• Protection contre les agressions

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi 3 parties

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Chez les organismes pluricellulaire, la lamelle moyenne

• Se forme la première

• Constituée de pectine (sucre)

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi, structure primaire

• Epaisseur de 1 à 3µm

• Cellule indifférenciée

• Constituée de cellulose, hémicellulose, composés pectiques, glycoprotéines, enzyme et eau

• Capable de s’accroître

• Hygrophile

Cellulose

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi, structure primaire

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi, structure secondaire

• Epaisseur variable

• Cellule différentiée

• Rigide (meilleure résistance à la pression

environnementale et pathogène), adaptation au milieu terrestre

• Incrustation de lignine dans la matrice cellulosique (devient alors non hydrolysable, hydrophobe)

• OU gélification (dégradation des pectines, ex:

maturation des fruits)

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La paroi

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La membrane cytoplasmique

• Epaisseur de 7,5nm

• Bicouche lipidique

• 40% lipides, 60% protéines

• Echanges avec le milieu exterieur

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La membrane cytoplasmique

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La membrane cytoplasmique Contrôle des échanges

Transports actifs ou passifs

Stérols Eau Ion

Canal ou Pore

Perméase Consomme ATP ou gradient

Simple Facilitée

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le cytosquelette

• Ensemble de tubules et filaments qui soutiennent la cellule et aident avec le mouvement des organites

• 3 types de tubules

1. Microtubules (25nm)

2. Filaments intermédiaires (10nm)

3. Filaments d’actine (5- 9nm)

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le cytoplasme

• Le matériel gélatineuse à l’intérieur de la cellule

• Renferme les organites

• Location des réactions chimiques cellulaires

• Cytosol = cytoplasme sans organites

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le noyau

• Le centre de contrôle

• Contient un nucléole

• Entouré par une

enveloppe nucléaire contenant les pores nucléaires

• Le liquide dans le noyau est appelé le nucléoplasme

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le noyau

• Le centre de contrôle

• Contient un nucléole

• Entouré par une

enveloppe nucléaire contenant les pores nucléaires

• Le liquide dans le noyau est appelé le nucléoplasme

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le réticulum endoplasmique

• Réseau de membranes parallèles

• En continuité avec l’enveloppe

nucléaire

• Il y a 2 types – RE rugueux – RE lisse

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

RE lisse

• Pas couverte des ribosomes

• Site de la synthèse des phospholipides

RE rugueux

• Couverte des ribosomes, alors il aide avec la

synthèse des protéines

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le ribosome

• Constituées de 2 sous- unités d’ARN liées

ensemble

• Peuvent être libres ou attachés au RE

• Proviennent du nucléole

• Responsable pour la synthèse des protéines

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

L’appareil de Golgi

• Les protéines synthétisées par les ribosomes sont acheminées par des vésicules provenant du RE

• Quand les protéines atteignent le Golgi, ils sont modifiées, triées et emballées pour la sécrétion dehors de la cellule

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le lysosome

• Fabriqués par le Golgi

• Ils sont les vésicules

contenant des enzymes digestives

• Servent à dégrader des molécules et neutraliser des bactéries et virus

• Pas toujours dans les cellules végétales

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

La vacuole

• Responsable pour le stockage d’eau et

l’emmagasinage des déchets

• Fonction du lysosome

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Le chloroplaste

• Semi-autonome (réplication)

• Origine bactérienne

• Pigment qui absorbe la lumière du soleil

• Site de la

photosynthèse

Énergie + CO₂ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + O₂

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Les mitochondries

• Semi-autonome, origine bactérienne

• Possèdent 2 membranes

• La membrane interne est vraiment plissée (chaque pli est appelé un crête)

• Les crêtes augmentent la région de surface pour les réactions chimiques

• Site de la respiration cellulaire:

C₆H₁₂O₆ + O₂ → CO₂ + H₂O + énergie

Chapitre 4 – Eucaryotes végétaux

Cellules animales

• Pas de paroi cellulaire

• N’ont pas de chloroplastes

• Lysosomes

• Forme ronde

Cellule végétales

• Ont un paroi cellulaire

• Ont des chloroplastes pour faire la photosynthèse (ou stockage avec amyloplaste)

• Ont une grande vacuole

• Forme plus rectangulaire

• Pas de centrosome (base flagelle)

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

1. Reproduction asexuée

• Semblable aux

bactéries, par fission

binaire (ex: Euglène)

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Reproduction asexuée

• par endosporulation, division du

protoplasme en 4

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Reproduction asexuée

• par endosporulation, division du

protoplasme en 4 cellule fille

(mitospores)

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Reproduction asexuée par mitose

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Reproduction asexuée, végétative chez les

végétaux supérieurs (fragmentation)

Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux,

reproduction

Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux,

reproduction

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Avantages:

• Accroissement rapide

• Répartition des ressources plante mère – ramet

• Pas de recherche de partenaire

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

2. Reproduction sexuée

• 2 parents, mâle et femelle

• Œuf fécondé par

gamète mâle donne un zygote

• Descendance

différente des parents (ou pas)

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Reproduction sexuée très différente chez les plante !!!

Exemple de la reproduction sexuée :

Chlamydomonas

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

1 – individus 2n

2 – gamètes n indépendants 3 – Assemblage en fin de saison

4 – fusion de 2

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Définition

• Gamie: fusion de gamètes haploïde

• Zygote: résultat de la gamie (diploïde)

• Spore: cellule reproductive germant sans copulation

• Gamétophytes: organisme complet haploïde issu du développement d’un gamète

• Sporophytes: organisme complet diploïde issu du développement d’un spore

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

La méiose

Précède la gamie

Voir cours de biologie

générale

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Coûts de la reproduction sexuée

• Méiose plus longue que mitose

• Moitié du génome transmis

• Recherche partenaire

• Perte de la majorité des gamètes

• Un des parents donne généralement un investissement plus important

• Transmission potentielle de maladie

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Avantages de la reproduction sexuée

• Nouvelle combinaison de caractères

• Avantage de la diploïdie par doublement du nombre de gènes

• Adaptation aux changements d’environement

• Dissémination

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Comme la grande majorité des espèces d’eucaryotes pluricellulaires présentent une reproduction sexuée : avantage sélectif supérieur (avantages dépassent les coûts)

Théorie de la reine rouge

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Avantage du sexe dans les milieux variable dans le temps et dans l’espace. Avantage de la multiplication végétative dans les milieux stables

Théorie de la reine rouge

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

3. Notion d’alternance de phases

• Cycle avec toujours une méiose et une gamie

• Haplophase : partie du développement où l’organisme est sous une forme haploïde

(développement des gamètes) – très réduite chez l’homme

• Diplophase : phase diploïde du cycle

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Cycles monogénétiques haploïdes

• Une seule génération morphologique

• Phase diploïdes représentée par une seule cellule

• Zygote ne subit pas de mitose

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

1 – individus 2n

2 – gamètes n indépendants 3 – Assemblage en fin de saison

4 – fusion de 2

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Cycles monogénétiques diploïdes

• Une seule génération morphologique

• Phase haploide représentée par une seule cellule

• Gamète ne subit pas de mitose

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux,

reproduction

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Cycles digénétiques haplo-diploïdes

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Cycles digénétiques haplo-diploïdes

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Cycles digénétiques haplo-diploïdes

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Diversité dans les modalités de la gamie

• Isogamie: gamète mâle et femelle identique en taille

• Anisogamie: gamètes différents

• Oogamie: gamète femelle bcp plus grand, immobile

• Anthérozoïde: gamète mâle mobile

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Chapitre 5 – Eucaryotes végétaux, reproduction

Diversité dans les modalités de la gamie

Questions



Comment expliquer l’importance des

cyanobactéries dans le cycle de l’azote ?



Quelle est le rôle des cyanobactéries dans l’évolution de la biosphère en général et des végétaux en particulier ?



Quelles sont les particularités des cellules

végétales ?

Questions



Pourquoi la reproduction sexuée est-elle plus communes chez les organismes pluricellulaire?



Qu’est-ce qu’un cycle haplo-diploïde à gamétophyte dominant ?



Quelles sont les particularités des cellules

végétales ?