I/ 1ère Partie : Structure, composition et dynamique de la Terre

A) Structure et composition chimique de la Terre interne
Origine, différenciation et structure interne de la Terre L’étude de la propagation des ondes sismiques montre que la Terre est structurée en enveloppesconcentriques de tailles, masses et masses volumiques différentes : la croûte (continentale ou océanique), le manteau et le noyau. Les enveloppes sont séparées par des discontinuitésphysiques et/ou chimiques. La lithosphère se distingue de l’asthénosphère sous-jacente par un comportement rigide.
La température, la pression et la masse volumique varient avec la profondeur. Cette structure de la Terre résulte, d’une part de sa formation par accrétion de petits corps dont les météorites de type chondrite sont les vestiges, d’autre part de sa différenciation.

Composition chimique de la Terre : des échantillons naturels aux matériaux inaccessibles
– Seuls les matériaux de la croûte et du manteau supérieur sont observables à la surface de la Terre.Les enveloppes de la Terre, accessibles par échantillonnage, ont des compositions chimiquesdifférentes que l’on détermine à partir de l’étude de roches représentatives. Ces roches sontformées de minéraux et/ou de verre.
La composition chimique des enveloppes de la Terre est dominée par un nombre limité d’éléments dits « majeurs » (Si, O, Mg, Fe, Ca, Na, K, Al).
Les principaux minéraux qui hébergent ces éléments sont : olivines, pyroxènes, feldspaths, quartz, amphiboles et micas.La composition chimique des roches est présentée en % massique d’éléments chimiques.
Les matériaux du manteau profond et du noyau sont inaccessibles.
On peut néanmoins, par des modèles et des raisonnements qui tiennent compte de la formation de la Terre à partir des chondrites, préciser leurs compositions.

B) La lithosphère et la tectonique des plaques
Découpage de la lithosphère en plaques d’épaisseur variable, peu déformables à l’exception de leurs limitesLe relief de la Terre, la distribution géographique des volcans et des séismes, les contours des bordures continentales sont des signatures de la tectonique des plaques.

Mouvements relatifs des plaques : divergence au niveau des dorsales océaniques où elles se forment, convergence dans les zones de subduction et de collision où elles disparaissent, coulissage le long des failles transformantes- Différentes données géologiques (âges des sédiments des fonds océaniques, alignement desvolcans de points chauds, anomalies magnétiques) permettent de reconstruire les directions et les vitesses des mouvements des plaques ainsi que leurs variations pour les 180 derniers millions d’années de l’histoire de la Terre. – Ces directions et vitesses sont mesurables sur des échelles de temps de quelques années parles techniques de positionnement par satellites (GPS : Global Positioning System). – Le modèle de la cinématique globale des plaques, fondé et construit sur des observations géologiques et géophysiques, est validé et affiné par ces mesures pratiquement instantanées.L’étude de la divergence se fait en classe de première. La convergence est présentée en classe de première et sera développée en classe terminale.

C) Divergence et phénomènes liés
Formation et divergence des plaques lithosphériques au niveau des dorsales océaniques.
Activités tectoniques et magmatiques associées- Tectonique : la morphologie, la présence de séismes et les failles normales qui structurent les dorsales océaniques attestent de mouvements en extension.– Magmatisme : les dorsales océaniques sont le siège d’une production importante de magma : de l’ordre de 20 km3 par an. Ces magmas sont issus de la fusion partielle des péridotites du manteau induite par décompression. Ils sont de nature basaltique. La fusion partielle leur donne une composition chimique différente de celle de la roche source. Le refroidissement plus ou moins rapide des magmas conduit à des roches de textures différentes (basaltes/gabbros).
En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit, s’hydrate et s’épaissit.– Marges passives des continents : elles sont structurées par des failles normales et sont le siège d’une sédimentation importante. Elles ont enregistré l’histoire précoce de la rupture continentale et de l’océanisation. L’activité des failles normales, héritage de rifts continentaux,témoigne de l’amincissement de la lithosphère et de sa subsidence.

D) La machinerie thermique de la Terre
Dissipation de l’énergie interne de la Terre
Le flux de chaleur en surface en est la manifestation principale. La chaleur interne a pour origine essentielle la désintégration de certains isotopes radioactifs.

Convection du manteau terrestre
La fabrication de la lithosphère océanique, la subduction et les mouvements des plaques lithosphériques sont les manifestations d’une convection thermique à l’état solide du manteau (transport de chaleur par mouvement de matière). Les dorsales océaniques traduisent des courants montants chauds de matériel du manteau. Les plaques en subduction traduisent des courants descendants froids.

Points chauds
Le magmatisme lié aux points chauds marque la remontée ponctuelle de matériel du manteauprofond. Il s’exprime par des éruptions massives de laves basaltiques (plateaux océaniques, trapps, alignements insulaires).

E) La classe sur le terrain, une démarche scientifique
La sortie de terrain a pour objectif d’observer des affleurements, de s’approprier logiquement l’information géologique et les questions qu’elle soulève, de sensibiliser l’élève à l’importance de la collecte des données de terrain. Le contexte et les problèmes géologiques choisis doivent se rattacher au contenu du programme.
Cette sortie géologique a également pour objectif une approche concrète de la diversité morphologique des végétaux en liaison avec leur environnement.

II/ 2ème Partie : Du génotype au phénotype, relations avec l’environnement

A) La diversité des phénotypes
Le phénotype peut se définir à différentes échelles : de l’organisme à la molécule.
Les phénotypes alternatifs sont dus à des différences dans les protéines concernées.

B) Des protéines actives dans la catalyse : les enzymes
Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs biologiques. Elles présentent une double spécificité : spécificité d’action et de substrat. Les modalités de leur action reposent sur la formation du complexe enzyme-substrat. Les propriétés des enzymes dépendent de leur structure spatiale. Des modifications de structure spatiale, déterminées soit par des changements de la séquence des acides aminés, soit par des conditions du milieu (pH, température, ions…), modifient leur activité.
L’activité des enzymes contribue à la réalisation du phénotype.

C) La synthèse des protéines
La séquence des acides aminés des protéines est imposée par l’information génétique située dans la molécule d’ADN.Un gène est défini comme une séquence de nucléotides d’un brin d’ADN déterminant la séquence d’un polypeptide donné.
La molécule d’ADN d’un chromosome est le support de très nombreux gènes.
L’expression de l’information génétique se fait en deux étapes : transcription et traduction.
Au cours de la transcription, un ARN messager complémentaire du brin transcrit de l’ADN est synthétisé .
La traduction permet la synthèse cytoplasmique de chaînes polypeptidiques. La séquence des acides aminés est gouvernée par celle des nucléotides de l’ARN messager suivant un système de correspondance, le code génétique.
Ce code génétique est universel et dégénéré.
La traduction débute au codon d’initiation et s’arrête au codon stop.

D) Complexité des relations entre gènes, phénotypes et environnement
Un phénotype macroscopique donné résulte de processus biologiques gouvernés par l’expression de plusieurs gènes. La mutation de l’un seulement de ces gènes peut altérer ce phénotype. Un même phénotype macroscopique peut donc correspondre à plusieurs génotypes.
Chez un individu donné, l’effet des allèles d’un gène va dépendre également de l’environnement.

III/ 3ème Partie : La morphogenèse végétale et l’établissement du phénotype

A) La diversité morphologique des végétaux
La morphologie d’un végétal dépend en partie des caractéristiques génétiques de l’espèce.En fonction de leur environnement, des individus d’une même espèce peuvent avoir une morphologie différente.
Des réponses morphologiques semblables peuvent être obtenues avec des végétaux d’espèces différentes placés dans un même environnement.

B) La morphogénèse associe la division et la croissance cellulaire au niveau de territoires spécialisés
La mitose est localisée dans les méristèmes.
Elle permet de produire :
– des cellules qui vont ensuite se différencier et participer à la croissance et à la structuration de l’organisme (feuilles, tiges, racines) ;
– des cellules qui restent indifférenciées et qui vont à leur tour constituer des méristèmes (apical ou axillaire).

C) La mitose est un processus commun aux cellules eucaryotes
Au cours de l’interphase du cycle cellulaire, la réplication de l’ADN s’effectue selon un mécanisme semi-conservatif, fondé sur la complémentarité des bases.
Les structures cellulaires se modifient lors de la mitose.
Chaque cellule fille issue de la mitose contient le même patrimoine génétique que la cellule initiale.

D) Dans la tige, la croissance cellulaire est contrôlée par une hormone : l’auxine
La paroi des cellules végétales en extension est essentiellement composée de polysaccharides,dont la cellulose et les hémicelluloses.
La pression de turgescence cellulaire et la plasticité pariétale permettent la croissance cellulaire.
L’auxine, facteur de croissance ou hormone végétale, contrôle la croissance cellulaire.
Elle est synthétisée par l’apex des tiges. Elle possède une double action :
– une action à court terme sur la plasticité pariétale ;
– une action à plus long terme sur l’expression de gènes qui participent aux divers événements du métabolisme nécessaires à la croissance.

E) Le développement du végétal est influencé par la répartition des hormones en interaction avec les facteurs de l’environnement
La répartition inégale de l’auxine dans les tissus, conséquence d’un éclairement anisotrope, permet une croissance orientée. Les ramifications naturelles ou provoquées sont sous la dépendance d’un changement de répartition des hormones dans le végétal qui conduit à unchangement de morphologie.
La totipotence des cellules végétales permet le clonage.
Les proportions des différentes hormones (rapport des concentrations d’auxine et de cytokinine) contrôlent l’organogénèse (tige, racines).

IV/ 4ème PARTIE : La régulation de la glycémie et les phénotypes diabétiques

A) L’homéostat glycémique
Malgré des variations importantes (prise alimentaire discontinue, consommation énergétiquevariable), la glycémie (grandeur réglée de l’homéostat) oscille en permanence autour d’une valeur physiologique voisine de 1g.L-1 (grandeur de consigne).
Cette homéostasie glycémique nécessite une gestion des réserves de l’organisme.
Les cellules a et b du pancréas endocrine sont des capteurs de la glycémie. En fonction des variations de la glycémie, elles émettent des messagers chimiques, les hormones glucagon et insuline.
Le message hormonal est codé par la concentration plasmatique de l’hormone.
Les cellules cibles expriment les récepteurs spécifiques à ces hormones.
Sous l’action de l’insuline, le glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie et les cellules musculaires squelettiques, ainsi que sous forme de triglycérides dans le foie et les adipocytes.
Sous l’action du glucagon, le glucose est libéré par le foie dans le plasma .
Cellules pancréatiques (a et b), hormones (glucagon et insuline) et cellules cibles constituent le système réglant de l’homéostat glycémique.

B) Les phénotypes diabétiques
Au niveau métabolique, le phénotype diabétique est défini par une hyperglycémie (glycémie à jeun supérieure à 1,26g.L-1) . Sur le plan clinique, on distingue deux phénotypes : le diabètede type 1 et le diabète de type 2.
Au niveau cellulaire, le diabète de type 1est caractérisé par la destruction totale des cellules b secrétrices d’insuline.
Le diabète de type 2 est dû à une insulinorésistance des cellules cibles de l’insuline ainsi qu’à un déficit de l’insulinosécrétion.
De nombreux gènes sont impliqués dans le développement des diabètes.
On peut avoir une prédisposition génétique à un phénotype diabétique. Les diabètes résultent de l’interactionentre ces gènes et des facteurs de l’environnement, en particulier l’alimentation. Dans lamajorité des cas, le diabète de type 2 se développe à la suite d’une obésité.
La connaissance précise des gènes de susceptibilité aux diabètes et de leur polymorphisme entre dans le cadre de la médecine prédictive. L’utilisation de cette connaissance soulève des problèmes éthiques importants.

V/ 5ème Partie : La part du génotype et la part de l’expérience individuelle dans le fonctionnement du système nerveux

A) Les propriétés intégratrices des centres nerveux et le fonctionnement des neurones
Les circuits neuroniques médullaires mobilisés au cours du réflexe myotatique
Le réflexe myotatique assure le tonus musculaire nécessaire au maintien de la posture.
Le réflexe myotatique repose sur des populations neuronales :
– les neurones afférents qui ont leurs corps cellulaires dans les ganglions des racines dorsales ; les extrémités de ces neurones afférents sont en liaison avec des récepteurs sensoriels : les fuseaux neuro-musculaires ;
– les motoneurones des muscles étirés et les motoneurones des muscles antagonistes dont les axones aboutissent aux fibres musculaires effectrices ;
– les interneurones inhibiteurs assurant les connexions entre les neurones afférents et les motoneurones des muscles antagonistes.

Les potentiels d’action et les messages nerveux – Les signaux émis par les neurones sont des potentiels d’action
La genèse de potentiels d’action repose sur l’existence d’un potentiel dit de repos, propriété commune à toutes les cellules.
Un potentiel d’action est une inversion transitoire de la polarisation membranaire. Au coursde sa propagation le long d’une fibre, le potentiel d’action conserve toutes ses caractéristiques. – Les messages nerveux
Les messages nerveux (afférents et efférents) se traduisent au niveau d’une fibre par destrains de potentiels d’action, d’amplitude constante. Les messages nerveux sont codés par lafréquence des potentiels d’action et le nombre de fibres mises en jeu.
– Caractéristiques du fonctionnement des synapses
Un message nerveux est transmis d’un neurone à d’autres neurones ou à des cellules effectrices par des synapses. Au niveau d’une synapse, le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de potentiels d’action, est traduit en message chimique codé en concentration de neurotransmetteur. Les molécules de neurotransmetteur se fixent sur des récepteurs de la membrane post-synaptique ; cette fixation induit une modification de l’activité du neurone post-synaptique. Ce changement d’activité est à l’origine d’un nouveau message.
– Activité du centre nerveux Le traitement des messages afférents, en réponse au stimulus d’étirement à l’origine du réflexemyotatique, modifie la fréquence des potentiels d’action des motoneurones. Celle des motoneurones du muscle étiré est augmentée alors que celle des motoneurones des musclesantagonistes est diminuée, voire annulée. Les motoneurones et les interneurones du réflexe myotatique sont en connexion avec d’autres neurones que les neurones afférents issus des fuseaux neuro-musculaires.
Dans certaines limites, la stimulation d’autres récepteurs sensoriels (par exemple les récepteurs nociceptifs) ou une commande volontaire peuvent inhiber le réflexe myotatique.

La part du génotype dans le fonctionnement du système nerveux Le phénotype comportemental des réflexes (par exemple le réflexe myotatique et le réflexenociceptif d’évitement) est la conséquence de la mise en place, au cours du développement,des chaînes de neurones, sous le contrôle de l’information génétique.

B) Le cortex sensoriel et la plasticité du système nerveux central
L’information sensorielle générée à la périphérie est transmise au cortex sensoriel.
Dans le cortex somatosensoriel, chaque territoire de l’organisme est représenté. Cettereprésentation est déformée par rapport à la surface des territoires corporels.
Les zones corticales concernées sont constituées de neurones interconnectés et organisés encolonnes.
Des modifications de l’activité neuronale à la périphérie régulent l’organisation dynamiquedu cortex. Elles se traduisent par un remodelage des connexions synaptiques, témoin de la plasticité neuronale.
La neuroplasticité est une propriété générale du système nerveux central.

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