BIOL Partie I Origine de la vie.pdf

# Définition et caractéristiques de la vie et des organismes Ce sujet définit la biologie et explore les caractéristiques fondamentales qui distinguent les organismes vivants, tels que l'organisation, la reproduction, la croissance, l'utilisation de l'énergie, l'homéostasie et l'adaptation [3](#page=3). ### 1.1 Introduction à la biologie et aux organismes vivants La biologie, issue des mots grecs "bios" (vie) et "logos" (étude), est la science dédiée à l'étude de la vie et des êtres vivants. Un organisme vivant se caractérise par sa composition d'une ou plusieurs cellules organisées. Ces organismes ont besoin d'énergie pour survivre, se reproduire et grandir [1](#page=1) [3](#page=3). > **Tip:** Il est essentiel de comprendre que la capacité de reproduction et de croissance sont des piliers fondamentaux de la vie, permettant la perpétuation des espèces [1](#page=1). ### 1.2 Caractéristiques fondamentales des organismes vivants Les organismes vivants partagent plusieurs caractéristiques essentielles qui les définissent : #### 1.2.1 Ordre et hiérarchie Tout être vivant présente une structure et une organisation définies, où chaque structure a une fonction spécifique. Une modification de la structure entraîne une modification de la fonction, soulignant leur interdépendance [3](#page=3). #### 1.2.2 Capacité de reproduction Les organismes vivants sont capables de générer des descendants qui leur ressemblent, assurant ainsi la continuité de l'espèce. Un contre-exemple notable est celui des virus, qui nécessitent l'infection d'une cellule hôte pour se reproduire et survivre [3](#page=3). #### 1.2.3 Croissance et développement La capacité de croissance et de développement permet aux individus de survivre et de perpétuer leur espèce. Cette croissance se manifeste par une augmentation de taille et de complexité [1](#page=1) [3](#page=3). #### 1.2.4 Utilisation et production d'énergie Les organismes vivants ont besoin d'énergie pour accomplir leurs fonctions physiologiques vitales. Cette énergie est produite par des processus métaboliques essentiels, tant au niveau cellulaire qu'organismique [1](#page=1) [2](#page=2) [3](#page=3). ##### 1.2.4.1 Fonctions physiologiques essentielles Plusieurs fonctions physiologiques sont cruciales pour la production et l'utilisation de l'énergie : * **Nutrition et digestion:** Au niveau cellulaire, cela inclut le transport membranaire, la phagocytose (assimilation de nourriture), et l'exocytose (élimination des déchets). La phagocytose est un mécanisme permettant l'internalisation et la digestion de particules. L'exocytose permet l'expulsion de substances contenues dans le cytoplasme vers l'extérieur de la cellule. Au niveau de l'organisme, le système digestif remplit ce rôle [1](#page=1). * **Excrétion:** Au niveau cellulaire, la paramécie utilise des vacuoles pulsatiles pour éliminer les déchets et réguler la quantité d'eau et d'ions. Au niveau de l'organisme, le système urinaire (reins) élimine les déchets azotés [2](#page=2). * **Respiration et circulation:** La respiration, essentielle à l'échange de gaz, se fait par diffusion simple au niveau cellulaire, impliquant le transport membranaire de l'oxygène et du dioxyde de carbone. Au niveau de l'organisme, les systèmes respiratoire et circulatoire sont impliqués [2](#page=2). > **Example:** La paramécie, un eucaryote unicellulaire, illustre l'excrétion au niveau cellulaire grâce à ses vacuoles pulsatiles qui contrôlent l'homéostasie hydrique et ionique [2](#page=2). ##### 1.2.4.2 Rôles de l'énergie L'énergie produite sert à diverses fonctions, notamment : * Locomotion (déplacement) [2](#page=2). * Catabolisme: dégradation de composés [2](#page=2). * Anabolisme: synthèse de nouvelles structures [2](#page=2). #### 1.2.5 Métabolisme L'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent au sein d'un organisme ou d'une cellule constitue le métabolisme. Il se divise en deux catégories [2](#page=2): * **Anabolisme:** Synthèse de composés complexes à partir de composés simples, nécessitant une consommation d'énergie [2](#page=2). * **Catabolisme:** Dégradation de composés complexes en composés simples [2](#page=2). > **Tip:** Comprendre le métabolisme est fondamental, car il réunit les processus d'anabolisme et de catabolisme qui sous-tendent toutes les fonctions vitales [2](#page=2). #### 1.2.6 Homéostasie L'homéostasie est la capacité des êtres vivants à maintenir leurs conditions physiologiques internes stables, essentielles à leur survie et à leur adaptation à l'environnement. Les systèmes nerveux et endocrinien jouent un rôle clé dans le maintien de l'homéostasie [3](#page=3). #### 1.2.7 Adaptation et évolution Les organismes vivants possèdent la capacité de s'adapter à leur milieu et d'évoluer au fil du temps. Ces changements sont le résultat d'interactions avec d'autres organismes et avec leur environnement, permettant une meilleure survie [3](#page=3). ### 1.3 Lien entre la cellule et l'organisme L'étude du fonctionnement cellulaire est primordiale, car elle permet d'extrapoler ces connaissances pour comprendre le fonctionnement de l'organisme entier, qu'il soit en état de santé ou de pathologie. Des parallèles peuvent être établis entre les processus cellulaires et les fonctions organistiques [2](#page=2). > **Example:** La compréhension des mécanismes de transport membranaire au niveau cellulaire (comme la phagocytose) éclaire les processus d'assimilation de nutriments qui se déroulent dans le système digestif de l'organisme [1](#page=1). --- # Hiérarchisation du vivant et composition des organismes Ce thème explore l'organisation hiérarchique du monde vivant, des atomes aux écosystèmes, et détaille la composition cellulaire et moléculaire des organismes [4](#page=4). ### 2.1 Organisation hiérarchique du vivant Le monde vivant est organisé selon une hiérarchie allant des composants les plus simples aux systèmes les plus complexes. Cette organisation peut être décrite à différents niveaux [4](#page=4): #### 2.1.1 Le niveau cellulaire * **Atomes:** Ce sont les briques élémentaires de toute matière [4](#page=4). * **Biomolécules:** Les atomes s'associent pour former des molécules essentielles à la vie, telles que les glucides, les lipides, les protéines (acides aminés) et les acides nucléiques (nucléotides) [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6) [7](#page=7). * **Organites:** Les biomolécules s'assemblent pour former des structures fonctionnelles au sein de la cellule, comme les mitochondries ou l'appareil de Golgi [4](#page=4). * **Cellules:** Les organites s'organisent pour former les cellules, considérées comme l'unité fondamentale de la vie, délimitées par une membrane [4](#page=4). * **Organismes unicellulaires:** Composés d'une seule cellule, comme la plupart des bactéries et certains protistes [4](#page=4). * **Organismes pluricellulaires:** Composés de plusieurs cellules, tels que les animaux, les végétaux, les champignons et certains protistes [4](#page=4). #### 2.1.2 Le niveau organisme * **Tissus:** Des groupes de cellules similaires se regroupent pour accomplir une fonction spécifique (ex: tissu musculaire, tissu nerveux) [4](#page=4). * **Organes:** Les tissus s'associent pour former des organes, comme l'estomac ou le cœur [4](#page=4). * **Systèmes d'organes:** Plusieurs organes travaillent ensemble au sein d'un système pour assurer une fonction vitale (ex: système circulatoire, système respiratoire) [4](#page=4). * **Organismes:** L'ensemble des systèmes d'organes fonctionnels constitue un organisme [4](#page=4). #### 2.1.3 Le niveau population * **Population:** Un groupe d'organismes de la même espèce vivant dans une zone géographique donnée et capables de se reproduire entre eux pour donner une descendance viable [4](#page=4). * **Communauté biologique:** Un ensemble d'espèces différentes coexistantes dans une même zone géographique [4](#page=4). #### 2.1.4 Le niveau écosystème * **Écosystème:** L'interaction entre une communauté biologique (populations d'espèces) et son environnement physique (habitat) [4](#page=4). * **Biosphère:** L'ensemble de tous les écosystèmes de la planète Terre, représentant la totalité des êtres vivants et des milieux qu'ils occupent [4](#page=4). ### 2.2 Composition moléculaire des organismes : les biomolécules Les biomolécules sont les composants essentiels de la vie, remplissant diverses fonctions dans les organismes vivants. Elles peuvent être classées en deux grandes catégories: les molécules organiques et les molécules minérales [5](#page=5). #### 2.2.1 Molécules organiques Les molécules organiques sont généralement de grandes structures appelées polymères, composées de sous-unités répétitives appelées monomères. Il existe quatre grandes classes de molécules organiques [5](#page=5): ##### 2.2.1.1 Les protéines * **Définition:** Les protéines sont des polymères constitués d'acides aminés. Elles sont généralement formées de plus de 100 acides aminés [5](#page=5). * **Structure d'un acide aminé:** Un acide aminé possède un carbone central lié à un groupement hydrogène (H), un groupement radical (R), un groupement amine (NH₂) et un groupement carboxyle (COOH) [5](#page=5). * **Lien peptidique:** Deux acides aminés se lient par une réaction de condensation (ou déshydratation) où le groupement carboxyle d'un acide aminé réagit avec le groupement amine d'un autre, formant une liaison peptidique (ou amide) et libérant une molécule d'eau (H₂O) [5](#page=5). $$R_1-CH(NH_2)-COOH + H_2N-CH(R_2)-COOH \rightarrow R_1-CH(NH_2)-CO-NH-CH(R_2)-COOH + H_2O$$ * **Nomenclature :** * Oligopeptides: chaînes de 2 à 10 acides aminés [6](#page=6). * Polypeptides: chaînes de plus de 10 acides aminés, pouvant aller jusqu'à 100-300 acides aminés [6](#page=6). * Protéines: peuvent être un seul polypeptide ou plusieurs polypeptides assemblés [6](#page=6). ##### 2.2.1.2 Les glucides (ou hydrates de carbone) * **Définition:** Les glucides servent de transport et de réserves d'énergie, et ont également un rôle structurel. Ils sont composés de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). La plupart adoptent une forme cyclique en solution aqueuse [6](#page=6). * **Monosaccharides (sucres simples):** Composés de 3 à 6 atomes de carbone (ex: glycéraldéhyde, glucose, ribose, désoxyribose) [6](#page=6). * **Glucose:** Source principale d'énergie [6](#page=6). * **Ribose:** Sucre à 5 carbones, constituant de l'ARN [6](#page=6). * **Désoxyribose:** Sucre à 5 carbones, différent du ribose par l'absence d'un groupement hydroxyle (-OH) sur le carbone 2' (C2'), constituant de l'ADN [6](#page=6). * **Disaccharides:** Formés de deux monosaccharides liés (ex: maltose = glucose + glucose, saccharose = glucose + fructose, lactose = glucose + galactose). Ils assurent le transport des glucoses [6](#page=6). * **Polysaccharides (-osides):** Polymères de monosaccharides, servant de structure ou de réserve. Ils sont formés via des liaisons osidiques avec élimination d'une molécule d'eau [7](#page=7). * **Amidon:** Réserve de sucre chez les plantes, polymère de glucose composé d'amylose (non ramifié) et d'amylopectine (ramifié) [7](#page=7). * **Glycogène:** Réserve de sucre chez les animaux, polymère de glucose ramifié [7](#page=7). * **Cellulose:** Polymère de glucose non ramifié, constituant de la paroi cellulaire des végétaux [7](#page=7). * **Chitine:** Polymère de N-acétylglucosamine, présent dans le squelette externe des arthropodes [7](#page=7). ##### 2.2.1.3 Les acides nucléiques * **Définition:** Molécules de l'information génétique, ADN (acide désoxyribonucléique) et ARN (acide ribonucléique). Ce sont des polymères de nucléotides [7](#page=7). * **Structure d'un nucléotide:** Composé d'un sucre simple (pentose), d'une base azotée et d'un groupement phosphate [7](#page=7). * **Sucre pentose (5C):** Ribose pour l'ARN (groupement OH sur C2'), Désoxyribose pour l'ADN (groupement H sur C2') [7](#page=7). * **Base azotée:** Attachée au C1' du sucre. Les bases sont de type purine (2 cycles: Adénine (A), Guanine (G)) ou pyrimidine (1 cycle: Cytosine (C), Thymine (T) dans l'ADN; Uracile (U) à la place de T dans l'ARN) [10](#page=10) [7](#page=7) [8](#page=8). * **Groupement phosphate:** Attaché au C5' du sucre [7](#page=7). * **Nucléoside:** Association d'une base azotée et d'un sucre [9](#page=9). * **Lien phosphodiester:** Liaison formée entre le groupement phosphate d'un nucléotide et le carbone 3' (C3') du sucre du nucléotide précédent, reliant ainsi les nucléotides en une chaîne [7](#page=7) [9](#page=9). * **Structure de l'ADN :** * Molécule double brin en hélice [8](#page=8). * Les brins sont constitués extérieurement d'un squelette de pentoses (désoxyribose) et de phosphates, liés par des liaisons phosphodiester [8](#page=8) [9](#page=9). * À l'intérieur, les bases azotées s'apparient: Adénine (A) avec Thymine (T) par 2 liaisons hydrogène, et Guanine (G) avec Cytosine (C) par 3 liaisons hydrogène [8](#page=8) [9](#page=9). * Les brins sont antiparallèles, orientés 5'-3' et 3'-5' [9](#page=9). * Présence de sillons majeur et mineur [8](#page=8). * **Structure de l'ARN :** * Généralement simple brin [10](#page=10). * Contient le ribose comme sucre [10](#page=10). * Contient la base Uracile (U) à la place de la Thymine (T) [10](#page=10). ##### 2.2.1.4 Les lipides * **Définition:** Molécules insolubles dans l'eau, ne formant pas de polymères. Ils participent à la formation des membranes cellulaires et au stockage d'énergie. Composés de C, H, O [10](#page=10). * **Molécules amphiphiles:** Possèdent une partie hydrophile (polaire) et une partie hydrophobe (apolaire) [10](#page=10). * **Phosphoglycérolipides:** Composants majeurs des membranes cellulaires. Ils sont constitués d'un glycérol, d'un phosphate et de deux acides gras [10](#page=10). * **Acides gras:** Longues chaînes d'hydrocarbures terminées par un groupement COOH. Ils peuvent être saturés (sans double liaison carbone-carbone) ou insaturés (avec une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone) [11](#page=11). * **Structures particulières :** * **Micelles:** Organisation de lipides en sphère en solution aqueuse, minimisant le contact des queues apolaires avec l'eau [11](#page=11). * **Liposomes:** Vésicules artificielles formées d'une double couche de phosphoglycérolipides, utilisées comme vecteurs de médicaments ou d'agents d'imagerie médicale [11](#page=11). * **Autres lipides :** * Triglycérides (ou triacylglycérols): lipides de réserve [12](#page=12). * Sphingolipides: composants de la myéline [12](#page=12). * Cholestérol: stéroïde, lipide membranaire animal [12](#page=12). * Terpènes: hydrocarbures produits par les conifères [12](#page=12). #### 2.2.2 Molécules minérales ##### 2.2.2.1 L'eau * **Importance:** Constituant principal de la matière vivante, représentant 60 à 75% de la masse corporelle [12](#page=12). * **Propriétés :** * **Pouvoir de vaporisation:** Permet la régulation thermique par la transpiration [12](#page=12). * **Grande capacité thermique:** Absorbe ou dégage une quantité importante d'énergie calorique sans perturber la température interne [12](#page=12). * **Solvant universel:** La polarité de l'eau lui permet de dissoudre de nombreuses substances, facilitant les réactions biochimiques et le transport de molécules dans l'organisme [12](#page=12). * **Rôle dans les réactions:** Impliquée dans les réactions de dégradation (digestion) et de synthèse (par élimination d'eau) [12](#page=12). * **Protection mécanique:** Sert de milieu protecteur (liquide céphalo-rachidien, liquide amniotique) [12](#page=12). ##### 2.2.2.2 Les autres molécules minérales * **Sels minéraux:** Composés ioniques dissous dans l'eau, agissant comme électrolytes. Les reins maintiennent leur concentration dans l'organisme [12](#page=12). * **Acides et bases :** * **Acides:** Donnent des protons (H⁺), diminuant le pH [12](#page=12). * **Bases:** Acceptent des protons (H⁺), augmentant le pH [12](#page=12). * **pH sanguin:** Se situe entre 7,35 et 7,45 [12](#page=12). * **Systèmes tampons:** Limitent les variations de pH en captant ou libérant des H⁺ [12](#page=12). * Les poumons, les reins et le foie jouent des rôles dans la régulation de l'équilibre acido-basique [12](#page=12). > **Tip:** Comprendre la structure des biomolécules est essentiel pour appréhender leurs fonctions. La répétition des monomères dans les polymères (protéines, glucides, acides nucléiques) est un principe d'organisation fondamental. Notez bien que les lipides, bien que souvent considérés comme des macromolécules, ne sont pas des polymères au sens strict [5](#page=5). > **Example:** La distinction entre ribose et désoxyribose est cruciale pour comprendre la différence structurelle et fonctionnelle entre l'ARN et l'ADN. Le groupement OH sur le carbone 2' du ribose confère une réactivité supplémentaire à l'ARN par rapport à l'ADN [6](#page=6) [7](#page=7). --- # Origine de la vie et évolution prébiotique Voici une synthèse détaillée sur l'origine de la vie et l'évolution prébiotique, conçue pour un examen. ## 3. Origine de la vie et évolution prébiotique Cette section explore les diverses hypothèses relatives à l'origine de la vie, depuis les théories anciennes jusqu'aux modèles scientifiques actuels d'évolution physico-chimique, en passant par l'origine extraterrestre et la génération spontanée. ### 3.1 Hypothèses sur l'origine de la vie Plusieurs théories ont été avancées pour expliquer l'apparition de la vie sur Terre [13](#page=13). #### 3.1.1 Théories anciennes et extraterrestres * **Création divine:** L'hypothèse la plus ancienne postule que Dieu est le créateur de la vie. Cette théorie n'est pas vérifiable scientifiquement [13](#page=13). * **Origine extraterrestre (Exogenèse) :** * **Panspermie:** Cette hypothèse suggère que les molécules organiques nécessaires à l'émergence de la vie ont été apportées sur Terre par des météorites ou des poussières cosmiques. Bien que plausible pour certains scientifiques, elle est remise en question par l'effet destructeur des rayons ultraviolets sur les acides nucléiques en l'absence d'ozone protecteur [13](#page=13). * **Lithopanspermie:** Une version plus actuelle qui envisage l'apparition d'une amorce de vie puis son évolution à partir de corps rocheux ou de comètes [13](#page=13). * **Pathospermie:** Explique l'apparition de maladies [13](#page=13). #### 3.1.2 Génération spontanée et abiogenèse * **Génération spontanée (Abiogenèse):** Il s'agit de la formation spontanée d'un être vivant sans ascendant biologique. Si l'abiogenèse est impossible pour les cellules complexes actuelles, elle est envisageable pour la formation d'atomes [13](#page=13). * **Origine spontanée de molécules biologiques complexes:** L'association spontanée de molécules simples pour former des molécules de plus en plus complexes, mue par la sélection (amélioration de la longévité, de la résistance, etc.). Cette théorie est vérifiable [13](#page=13). > **Tip:** Les hypothèses basées sur des données scientifiques et testables (comme l'origine extraterrestre primitive et l'origine spontanée de molécules complexes) sont celles qui peuvent être validées ou exclues par la recherche [13](#page=13). ### 3.2 Évolution prébiotique L'évolution prébiotique décrit le processus physico-chimique de structuration et de complexification qui a mené de la matière inanimée aux premières formes de vie [14](#page=14). #### 3.2.1 Progression de la complexité moléculaire L'évolution prébiotique a progressé à travers plusieurs étapes : * Particules élémentaires $\rightarrow$ Atomes $\rightarrow$ Molécules $\rightarrow$ (Bio)monomères $\rightarrow$ (Bio)polymères $\rightarrow$ Protobiontes [14](#page=14). Cette progression était déjà envisagée par Darwin en 1871, qui suggérait que les espèces évoluent par sélection naturelle. En raison du manque de fossiles et des modifications environnementales importantes, la preuve directe de ces étapes est difficile. Des techniques alternatives comme l'analyse de molécules, l'étude de météorites et des simulations expérimentales sont utilisées [14](#page=14). #### 3.2.2 L'hypothèse d'Oparin et Haldane sur l'atmosphère primitive En 1924 et 1929, Oparin et Haldane ont proposé que l'atmosphère primitive de la Terre, issue du dégazage du noyau terrestre, était composée principalement de gaz sans dioxygène libre (ou très peu) [14](#page=14). * **Absence de dioxygène libre (O$_2$):** Le dioxygène est un agent oxydant qui aurait spontanément décomposé les acides aminés et les sucres. Son absence a donc permis la formation de molécules complexes en dehors des êtres vivants [14](#page=14). * **Absence d'ozone (O$_3$):** En l'absence d'ozone (qui se forme à partir de O$_2$ et des rayons UV), la Terre n'était pas protégée des radiations solaires [14](#page=14). * **Atmosphère réductrice:** Cette composition atmosphérique, riche en hydrogène et électrons, nécessitait très peu d'énergie pour former les molécules carbonées qui ont donné naissance à la vie [14](#page=14). > **Tip:** L'atmosphère primitive était réductrice, ce qui est crucial pour la synthèse abiotique de molécules organiques complexes [14](#page=14). #### 3.2.3 Étapes de la formation de molécules organiques 1. **Bombardement par rayonnement solaire:** L'atmosphère primitive, sans couche d'ozone, recevait un fort rayonnement solaire [14](#page=14). 2. **Formation de molécules organiques simples:** Ce rayonnement a conduit à la formation d'un grand nombre de molécules organiques simples, comme le cyanure d'hydrogène (HCN) et des aldéhydes [14](#page=14). 3. **Formation de molécules plus complexes:** En présence d'eau liquide, ces molécules simples se sont assemblées pour former des molécules plus complexes: sucres, nucléotides, lipides (acides gras), et protéines (acides aminés) [14](#page=14). Ces molécules organiques essentielles, aujourd'hui exclusivement produites par les êtres vivants, se seraient donc formées naturellement dans un environnement sans oxygène et en dehors de toute cellule [14](#page=14). #### 3.2.4 Preuves expérimentales de la formation de biomonomères * **Expérience de Stanley Miller et Harold Urey:** Cette expérience a démontré la synthèse de biomonomères (molécules fondamentales du vivant) à partir de composés carbonés simples. Ils ont analysé la combinaison de ces composés simples pour former de l'urée, des sucres et des acides aminés [15](#page=15) . > **Example:** L'expérience de Miller et Urey a simulé les conditions de l'atmosphère primitive avec un mélange de gaz (méthane, ammoniac, hydrogène, vapeur d'eau) traversé par des décharges électriques simulant des éclairs. Après quelques jours, des acides aminés avaient été détectés dans la solution [15](#page=15). Ces biomonomères constituent les éléments de base des macromolécules biologiques, marquant ainsi la première étape de l'origine de la vie [15](#page=15). #### 3.2.5 Copolymérisation des biomonomères en biopolymères * **Expérience de Sidney Fox:** Cette expérience s'est concentrée sur la formation de biopolymères, qui sont des polymères de biomonomères. Les biomonomères organiques se copolymérisent sous l'effet de la chaleur, de radiations énergétiques, ou par un phénomène d'absorption sur des surfaces solides comme l'argile ou la lave, qui agissent comme catalyseurs [15](#page=15). * **Formation de protéinoïdes:** Les biomonomères peuvent se copolymériser pour former des protéinoïdes, qui sont des chaînes d'environ une centaine d'acides aminés, très similaires aux protéines et considérés comme des biopolymères [15](#page=15). * **Stabilité des biopolymères:** L'évaporation de l'eau sous l'effet de la chaleur favorise la stabilité de ces biopolymères [15](#page=15). #### 3.2.6 Formation des protobiontes * **Deuxième hypothèse d'Oparin: les protobiontes:** Il s'agit de la formation de la première cellule primitive par isolement de son environnement grâce à une membrane, concentrant des molécules à l'intérieur [15](#page=15). * **Coacervats et microgouttelettes:** Des microgouttelettes ou protobiontes, également appelés coacervats, se forment par agrégation dans l'eau de biopolymères. Ces structures sont des sphères de lipides contenant des polymères [15](#page=15). * **Nature des protobiontes:** Les protobiontes ne sont pas considérés comme des êtres vivants car ils ne peuvent pas se reproduire, bien qu'ils ressemblent à des cellules par leur structure membranaire [15](#page=15). ### 3.3 Du protobionte à la cellule vivante Le passage de l'évolution prébiotique à l'évolution biologique se situe au niveau des protobiontes, visant l'émergence de structures capables de reproduction [16](#page=16). #### 3.3.1 Hypothèse du monde à ARN * **Structure:** Cette hypothèse postule l'existence de microsphères à enveloppe lipidique contenant un ARN capable d'activité enzymatique et d'autoréplication (similaire à un viroïde) [16](#page=16). * **Protocellules:** Ces structures sont considérées comme des protocellules, similaires aux virus, et auraient possédé un métabolisme primitif [16](#page=16). * **Évolution vers l'ADN:** Ces protocellules auraient évolué vers des cellules à ARN avec des protéines spécifiques et des enzymes, puis l'ARN aurait été remplacé par l'ADN, plus stable, conduisant aux premières cellules à ADN [16](#page=16). * **Début de l'évolution biologique:** Des virus aux procaryotes puis aux eucaryotes, cette séquence marque le début de l'évolution biologique [16](#page=16). #### 3.3.2 L'apparition de l'information génétique et de la cellule * **Multiplication cellulaire:** L'information génétique, apparue avec la cellule à ADN, a permis aux cellules de se multiplier et de se diviser, marquant le début de la vie [16](#page=16). * **Croissance et division:** Des agrégats moléculaires organisés ou protobiontes, considérés comme des "cellules mères" vivantes, pouvaient croître, bourgeonner et se diviser, transmettant leur information génétique et leurs propriétés aux cellules filles [16](#page=16). * **Caractéristiques des cellules filles:** Les cellules filles héritent ainsi de la capacité de se reproduire, d'un assortiment génétique, et d'une similitude fonctionnelle et métabolique avec la cellule mère, marquant le début de l'hérédité [16](#page=16). #### 3.3.3 Apparition de la photosynthèse * **Premiers protobiontes:** Les premiers protobiontes étaient de type bactérien et hétérotrophe, consommant la matière organique produite par les décharges électriques et les UV [16](#page=16). * **Appauvrissement du milieu:** Ce mode de nutrition a conduit à un appauvrissement du milieu en matière organique [16](#page=16). * **Développement de l'autotrophie:** Les organismes capables d'utiliser le CO$_2$ rejeté, devenant ainsi autotrophes, ont acquis un avantage sélectif, menant aux premiers organismes photosynthétiques [16](#page=16). --- # Évolution biologique et classification du vivant Ce sujet explore l'émergence de la vie à travers l'évolution des cellules, de l'apparition de la photosynthèse à la distinction entre procaryotes et eucaryotes, ainsi que les principes fondamentaux de la classification des organismes vivants. ### 4.1 L'émergence de la vie et l'évolution cellulaire L'évolution de la vie a débuté par des agrégats moléculaires organisés, appelés protobiontes, qui possédaient une enveloppe lipidique et contenaient de l'ARN capable d'activité enzymatique et d'autoréplication. Ces structures, similaires aux virus, sont considérées comme des protocellules ayant un métabolisme primitif. L'étape suivante a vu l'apparition de cellules à ARN, puis le remplacement de l'ARN par de l'ADN double brin, plus stable, marquant le début de l'évolution biologique avec l'apparition de cellules à ADN, suivies par l'évolution des virus, des procaryotes et enfin des eucaryotes [16](#page=16). L'information génétique, sous forme d'ADN, a permis aux cellules de se multiplier et de se diviser, assurant la transmission des propriétés de la cellule mère aux cellules filles par un processus de croissance, bourgeonnement et division. Les cellules filles héritent ainsi d'un assortiment génétique similaire à celui de la cellule mère, débutant ainsi le phénomène de l'hérédité [16](#page=16). #### 4.1.1 L'apparition de la photosynthèse Les premiers protobiontes étaient de type bactérien et hétérotrophe, consommant la matière organique disponible. L'appauvrissement du milieu en matière organique et le rejet de CO2 par ces organismes ont favorisé le développement d'organismes capables d'utiliser ce CO2, conduisant à l'émergence d'organismes photosynthétiques autotrophes [16](#page=16). Les premières cyanobactéries, premiers organismes procaryotes photosynthétiques, ont utilisé le CO2 et l'eau pour synthétiser des molécules organiques et libérer de l'oxygène (O2). La réaction générale de la photosynthèse est la suivante [17](#page=17): $$6 \text{ CO}_2 + 12 \text{ H}_2\text{O} + \text{lumière} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{ H}_2\text{O} + 6 \text{ O}_2$$ [17](#page=17). L'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère a transformé celle-ci en une atmosphère oxydante, rendant impossible la formation de molécules organiques en dehors des êtres vivants. De plus, la formation d'une couche d'ozone (O3) dans la haute atmosphère a offert une protection contre les rayons UV, permettant le développement de la vie sur Terre, y compris la conquête du milieu terrestre et l'apparition de cellules eucaryotes végétales puis animales [17](#page=17). #### 4.1.2 L'origine procaryotique et symbiotique des eucaryotes L'évolution a suivi un ordre: cellule procaryote ancestrale → cellule eucaryote ancestrale primitive → eucaryote hétérotrophe ancestral (cellule animale) → eucaryote photosynthétique ancestral (cellule végétale) [17](#page=17). 1. **Cellule procaryote ancestrale**: Possède une membrane, du cytoplasme et du matériel génétique [17](#page=17). 2. **Cellule eucaryote ancestrale, primitive**: Se forme par invagination de la membrane de la cellule procaryote, créant un réseau interne de membranes (système endomembranaire), et possédant un noyau [17](#page=17). 3. **Phagocytose (endosymbiose)**: Une cellule procaryote hétérotrophe aérobie est phagocytée, devenant une mitochondrie primitive au sein de la cellule eucaryote [17](#page=17). 4. **Eucaryote hétérotrophe ancestral (cellule animale)**: Le résultat de l'étape précédente [17](#page=17). 5. **Phagocytose (endosymbiose)**: Une cellule procaryote photosynthétique est phagocytée, devenant un chloroplaste primitif [17](#page=17). 6. **Eucaryote photosynthétique ancestral (cellule végétale)**: Le résultat de l'étape précédente [17](#page=17). Cette théorie de l'endosymbiose suggère que les mitochondries et les chloroplastes sont d'origine bactérienne, ayant été phagocytés par une cellule eucaryote primitive. Ils partagent des similitudes structurelles et fonctionnelles avec les bactéries [17](#page=17). > **Tip:** L'hypothèse de l'endosymbiose est fortement soutenue par l'observation que les mitochondries et les chloroplastes possèdent leur propre ADN circulaire, similaire à celui des bactéries, et se divisent indépendamment du noyau cellulaire. Une hypothèse alternative suggère qu'un astéroïde aurait pu provoquer un refroidissement global, empêchant la photosynthèse et favorisant le développement de certains écosystèmes [17](#page=17). ### 4.2 Classification des organismes vivants #### 4.2.1 Notion d'espèce, race et variété * **Espèce**: Taxon de base en systématique, représentant un groupe d'organismes capables de se reproduire entre eux et de donner une descendance fertile et viable. Les individus d'une même espèce partagent des traits morphologiques similaires, bien que non identiques, en raison de la variabilité intraspécifique et du polymorphisme génétique [18](#page=18). > **Tip:** Chez les procaryotes, la notion d'interfécondité n'est pas applicable; l'espèce est définie par l'identité ou la proximité des génomes [18](#page=18). * **Race**: Subdivision d'une espèce. Chez les animaux, on parle de race, population ou sous-espèce; chez les végétaux, de variété ou population. Les organismes appartenant à une même race présentent des caractères communs transmissibles [18](#page=18). > **Example:** Il n'existe pas de races chez *Homo sapiens*; tous les êtres humains appartiennent à l'espèce *Homo sapiens sapiens* [18](#page=18). #### 4.2.2 La nomenclature binomiale Inventée au 18ème siècle par Carl Von Linné, la nomenclature binomiale est un système de classification des espèces. Chaque organisme est désigné dans la littérature scientifique par un nom composé de deux mots latins en italique: le nom du genre suivi du nom spécifique [18](#page=18). Exemples: *Homo sapiens* (l'homme), *Canis canis* (le chien), *Quercus ruber* (le chêne) [18](#page=18). #### 4.2.3 La hiérarchie de la classification La classification moderne reconnaît généralement 3 domaines et 4 règnes : * **3 Domaines** : * Les Procaryotes (incluant les Archéobactéries et les Eu-Bactéries): Organismes unicellulaires dépourvus de noyau [18](#page=18). * Les Eucaryotes: Organismes unicellulaires complexes et pluricellulaires, possédant un noyau [18](#page=18). * **4 Règnes** (au sein des Eucaryotes, ou considérés comme des groupes distincts selon les classifications) : * **Protistes**: Généralement des eucaryotes unicellulaires, incluant aussi certaines algues pluricellulaires. C'est un règne "fourre-tout" pour ce qui n'est ni animal, ni végétal [18](#page=18) [19](#page=19). * **Fungi (champignons)**: Eucaryotes pluricellulaires hétérotrophes, agissant comme décomposeurs [18](#page=18). * **Plantes**: Eucaryotes pluricellulaires autotrophes, réalisant la photosynthèse [18](#page=18). * **Animaux**: Eucaryotes pluricellulaires hétérotrophes, consommateurs de matière organique [18](#page=18). Il est noté que les archéobactéries sont plus proches des eucaryotes que des bactéries. Les "coloniaux" désignent des ensembles de bactéries qui se rassemblent [19](#page=19). #### 4.2.4 La phylogénie et la systématique biologique La phylogénie est l'étude des relations de parenté et évolutives entre les êtres vivants. La systématique biologique utilise la cladistique pour établir ces relations [19](#page=19). * **Cladistique**: Méthode d'étude de l'évolution supposée des espèces par cladogenèse [19](#page=19). * **Cladogenèse**: Processus par lequel un ancêtre commun donne naissance à au moins deux nouvelles espèces par acquisition de caractères dérivés [19](#page=19). * **Cladogramme / Arbre phylogénétique**: Représentation arborescente des relations évolutives, basée sur des caractères dérivés et communs, partant d'un ancêtre commun [19](#page=19). * **Principe de parcimonie**: Règle selon laquelle la phylogénie la plus probable est celle qui implique le plus petit nombre de changements évolutifs [19](#page=19). * **Taxinomie**: Science étudiant les lois de la classification [19](#page=19). ### 4.3 Conclusion sur l'unité et la diversité du vivant Malgré une très grande diversité d'espèces, le monde vivant partage une unité fondamentale: la cellule. Toutes les cellules possèdent une structure générale similaire, incluant du matériel génétique (ADN) et un cytosol délimité par une membrane plasmique. L'évolution des cellules procaryotes ancestrales vers les cellules eucaryotes s'est faite par sélection naturelle, avec l'acquisition d'un réseau endomembranaire et l'apparition d'organites permettant le partage de fonctions et la communication, menant à la distinction des cellules eucaryotes végétales et animales [19](#page=19). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Biologie | Étude de la vie et des êtres vivants, dérivé des termes grecs « bios » (vie) et « logos » (étude). | | Organisme vivant | Être constitué d'une ou plusieurs cellules organisées, nécessitant de l'énergie, et capable de se reproduire et de grandir. | | Métabolisme | Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent au sein d'un organisme ou d'une cellule, subdivisé en anabolisme (synthèse) et catabolisme (dégradation). | | Anabolisme | Processus métabolique de synthèse de composés complexes à partir de composés simples, nécessitant une consommation d'énergie. | | Catabolisme | Processus métabolique de dégradation de composés complexes en composés plus simples, libérant de l'énergie. | | Cellule | Unité structurelle et fonctionnelle de base de la vie, délimitée par une membrane plasmique, capable de survivre, de se reproduire, de s'adapter et de mourir. | | Homéostasie | Capacité des êtres vivants à maintenir leurs conditions physiologiques internes stables malgré les changements de l'environnement externe. | | Atome | Élément fondamental constituant la matière, qui s'associe pour former des molécules. | | Biomolécule | Molécule essentielle à la vie, jouant un rôle crucial dans les processus biologiques des organismes. | | Organite | Structure fonctionnelle spécialisée au sein d'une cellule, délimitée par une membrane, comme les mitochondries ou le réticulum endoplasmique. | | Lipides | Macromolécules biologiques insolubles dans l'eau, jouant un rôle dans la formation des membranes cellulaires et le stockage d'énergie. Ils ne sont pas des polymères au sens strict. | | Protéines | Polymères d'acides aminés, essentiels pour de nombreuses fonctions cellulaires et organiques, incluant les enzymes et les structures. | | Glucides | Molécules organiques composées de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, servant de transport d'énergie, de réserves énergétiques et de rôle structurel. | | Acides nucléiques | Polymères de nucléotides, tels que l'ADN et l'ARN, qui portent et transmettent l'information génétique. | | Nucléotide | Unité monomérique des acides nucléiques, composée d'un sucre (ribose ou désoxyribose), d'une base azotée et d'un groupe phosphate. | | Lien peptidique | Liaison chimique formée entre deux acides aminés lors de la synthèse des protéines, impliquant l'élimination d'une molécule d'eau. | | Lien phosphodiester | Liaison chimique reliant les nucléotides dans les chaînes d'ADN et d'ARN, formée entre le groupe phosphate d'un nucléotide et le sucre du nucléotide suivant. | | Amphiphile | Molécule possédant à la fois des régions hydrophiles (qui aiment l'eau) et hydrophobes (qui repoussent l'eau), comme les phospholipides. | | Abiogenèse | Processus hypothétique de formation spontanée de la vie à partir de matière non vivante, particulièrement discuté dans le contexte de l'origine des premières molécules organiques. | | Protobionte | Entité pré-cellulaire hypothétique, considérée comme une étape dans l'origine de la vie, possédant une membrane mais n'étant pas encore une cellule vivante capable de reproduction autonome. | | Hypothèse du monde à ARN | Théorie selon laquelle l'ARN, et non l'ADN, était la molécule génétique principale dans les premières formes de vie. | | Endosymbiose | Processus par lequel une cellule absorbe une autre cellule qui survit et vit en symbiose à l'intérieur de la cellule hôte, expliquant l'origine des mitochondries et des chloroplastes. | | Procaryote | Organisme unicellulaire dont les cellules ne possèdent pas de noyau défini ni d'organites membranaires. | | Eucaryote | Organisme dont les cellules possèdent un noyau défini et des organites membranaires, comme les animaux, les plantes et les champignons. | | Phylogénie | Étude des relations évolutives et de parenté entre les êtres vivants, souvent représentée sous forme d'arbres phylogénétiques. | | Nomenclature binomiale | Système de dénomination des espèces par deux noms latins, le premier désignant le genre et le second l'espèce, développé par Carl Von Linné. | | Espèce | Unité taxonomique de base regroupant des organismes capables de se reproduire entre eux et de donner une descendance fertile et viable. | | Hétérotrophe | Organisme qui ne peut pas synthétiser sa propre nourriture et doit consommer d'autres organismes pour obtenir de l'énergie et des nutriments. | | Autotrophe | Organisme capable de synthétiser sa propre nourriture à partir de sources inorganiques, souvent par photosynthèse ou chimiosynthèse. | | Cyanobactéries | Bactéries photosynthétiques capables de produire de l'oxygène, considérées comme parmi les premiers organismes à avoir modifié l'atmosphère terrestre. |