LS1-_Procaryotes

L ’ADN

L’ARN, en fixant les acides aminés, a permis la formation des premières protéines. L’apparition des premières enzymes resistantes et efficaces a ensuite permis d’aboutir à la molécule d’ADN double brin (antiparallèles), à partir d’une molécule d’ARN simple brin en au moins 4 étapes :
créer une ribonucléotide reductase pour transformer le ribose en desoxyribose
créer une méthyltransférase pour transformer l’uracile en thymine (rajouter CH3)
créer une ADN polymérase pour associer les desoxynucléotides entre eux
créer une batterie d’enzymes pour la réplication (ouverture de la chaine et duplication)

Pourquoi l’ADN a-t-il supplanté l’ARN ?
L’ADN est plus robuste grâce au groupement OH qui a disparu et qui rend la molécule d’ARN si fragile
l’ADN peut se réparer facilement après mutation grâce à la présence de l’autre brin qui a le nucléotide complémentaire
L’ADN est donc plus fiable pour sauvegarder l’information génétique, c’est pour cela qu’il a été sélectionné au cours de l’évolution.
Une hypothèse dit que l’ADN aurait été inventé par des virus pour résister aux bactéries et pouvoir être transmis aux proto-cellules à ARN

LE CODE GENETIQUE Le code génétique s’est mis en place après l’ADN, c’est la correspondance entre les nucléotides de l’ADN ou de l’ARN, lus 3 par 3 (triplets ou codons) et les acides aminés des protéines. Un codon de 3 nucléotides correspond à un acide aminé

Exemple : L’acide aminé méthionine est codé par le triplet AUG dans l’ARN Ce qui correspond au codon ATG dans l’ADN

L’ADN, ce n’est toujours pas la vie !

Quatre hypothèses existent actuellement sur l'origine de la vie (adapté de François Jacob, La Souris , la Mouche et l'Homme, 1997)

 Venue d’ailleurs …les uns considèrent l'apparition spontanée d'une combinaison chimique vivante sur terre tellement improbable qu'elle serait venue de l'espace (panspermie). Cela déplace le problème mais ne le résout pas. Ils pensent donc qu'il y a d'autres vies ailleurs dans l'univers.  Apparue qu’une seule fois …d'autres considèrent que l'apparition spontanée d'une combinaison chimique vivante est tellement improbable qu'elle n'a pu se produire qu'une seule fois, en un seul endroit sur terre ce qui explique la grande homogénéité du monde vivant. Il n'y en aurait donc pas d'autres non plus ailleurs dans l'univers.  Le hasard fait bien les choses …les derniers, enfin, considèrent que toutes les étapes chimiques qui mettent en place l'ARN, puis l'ADN puis les protéines sont assez ordinaires et si on leur laisse le temps elles n'ont pas manqué de se produire assez souvent à différents endroits et différents moments sur la planète. Par contre, il n'y aurait qu'une seule combinaison réellement viable ce qui explique l'unicité du vivant.  et le créateur … il y a évidemment aussi, selon les créationistes, l'hypothèse d'un " créateur" derrière tout ça, le "grand horloger de l'univers" seul capable de trouver cette combinaison exeptionellement complexe du vivant.

Le miracle de la cellule vivante !

Les molécules complexes (polypeptides et polynucléotides) qui ont été sélectionnées au cours du temps, sont celles qui étaient à la fois douées de propriétés auto-réplicatives, (pour elle-même), mais capables aussi de participer à la réplication des autres molécules, constituant ainsi de véritables systèmes auto-réplicatifs, par coopération moléculaire. Pour que de tels mélanges auto-réplicatifs puissent fonctionner, coopérer, il a fallu que ces molécules puissent rester, les unes à proximité des autres. L'apparition de cloisons – de membranes semi-preméables - enfermant ces mélanges auto-réplicatifs, a permis l'émergence de la vie sous forme de proto-cellules.

Les Phospholipides

Les phospholipides sont des molécules qui possèdent :
1 tête hydrophile (radical polarisé lié à un groupe phosphate)
2 queues hydrophobes (acides gras) Cette structure leur confère un caractère amphiphile. Les phospholipides sont les principaux constituants des membranes cellulaires, leur propriété amphiphile leur permet de s'organiser spontanément en monocouches appelées «micelle» ou en bicouche, les queues hydrophobes vers l'intérieur de la bicouche, les têtes hydrophiles vers les milieux aqueux de part et d’autre de la membrane.

Hydrophile Hydrophobe

Liposome

L’apparition des membranes (bicouches phospholipidiques) a permis l’isolement des mélanges autoreproductifs et l’apparition des premières proto-cellules

- 3,6 milliards d’années : Premières traces de vie : les procaryotes

Sources hydrothermales "fumeurs" à 2000 m de fond qui crachent de l'eau sous pression à plus de 300 °C, l'environnement carbonné est propice à la vie

Les stromatolithes de la baie des requins en Australie

Les Procaryotes

L'ADN circulaire est libre dans le cytoplasme, il forme un nucléoïde Un ribosome décode un ARNm et synthétise une protéine

Il n'y a aucun organite à l'intérieur d'une bactérie: - pas de noyau (juste de l'ADN libre = nucléoïde) - pas de mitochondrie - pas de réticulum, seulement des ribosomes libres - pas d'appareil de Golgi, pas de vésicules

Un bacille (bacillus = bâtonnet) est une bactérie de forme allongée mesurant 2 à 4 µm de long

Les bactéries dites gram négatif apparaissent colorées en rose par la coloration de Gram, elle possèdent une membrane plasmique, une paroi de peptidoglycane assez fine et une seconde membrane à l'extérieur ou capsule. Escherichia coli Bactérie gram -

Les bactéries dites gram positif apparaissent colorées en violet par la coloration de Gram, elle possèdent leur membrane plasmique, une paroi très épaisse de peptidoglycane, mais pas de membrane externe.

Bacillus subtillis Bactérie gram +

La coloration gram +/- a été inventée par un danois du nom de Gram (1853-1938).

- 3,4 milliards d’années : les cyanobactéries

Anabaena cylindrica

Les cyanobactéries (Cyanobacteria), aussi appelées cyanophycées (Cyanophyceae), sont des bactéries (procaryotes), autrefois appelées "algues bleues". Elles sont apparues il y a 3,4 milliards d'années, colorées par un pigment bleu-vert la chlorophylle et douées d'une nouvelle propriété, la photosynthèse… elles sont capables de produire de l'oxygène.

Lumière(hν) LA PHOTOSYNTHESE La photosynthèse est un processus bioénergétique qui permet aux plantes et à certaines bactéries de synthétiser de la matière organique (des sucres) en utilisant l'énergie de la lumière solaire (les photons) tout en libérant de l'oxygène (O2).  Pour synthétiser des sucres, il leur faut de l’eau (H2O) et de la lumière qui leur permet de produire de l'ATP et libérer de l'oxygène (O2).  Avec l'energie de l'ATP et du gaz carbonique atmosphérique (CO2) elle produisent les sucres. La photosynthèse est à la base de l'autotrophie de ces organismes. La photosynthèse est la principale voie de transformation du carbone minéral en carbone organique. la photosynthèse se présente comme une réaction d'oxydo-réduction au cours de laquelle le carbone passe d'une forme oxydée à une forme réduite : CO2  HCHO ; et l'oxygène d'une forme réduite à une forme oxydée : H2O O2. Au final : 6 CO2 + 12 H2O + lumière  C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O.

Avec l'apparition de la photosynthèse l'oxygène libre (O2) s'est accumulée dans l'atmosphère et une couche d'ozone (O3) a pu se constituer

Avec de l'O2, il y a 2 milliards d'années, les organismes vivants ont pu se diversifier

DES PROCARYOTES AUX EUCARYOTES

Notion de Métabolisme énergétique : l'ATP L'organisme vivant doit fournir un travail permanent pour se maintenir en vie (manger, respirer, rejeter, bouger, chauffer..). Il a besoin d'énergie et devra être capable :  de récupérer de l'énergie (lumière, digestion des sucres, graisses)  de stocker de l'énergie (ATP, sucres, graisses)  d'utiliser l'énergie (mouvement, chaleur, synthèses etc..) Le métabolisme assure ces transformations biochimiques grâce à un nucléotide particulier, l'ATP (adénosine triposphate) qui possède une liaison dont l'hydrolyse libère beaucoup d'énergie (∆Go = -7,3 kcal/mol ou -30,5 kJ/mol )

L'hydrolyse de la molécule d'ATP en ADP libère de l'énergie

LA MOLECULE D’ATP TRANSPORTE L’ENERGIE

La glycolyse

Les premières cellules vivaient en absence d'oxygène et produisaient de l'ATP à partir du glucose, grâce à la glycolyse anaérobie : (2 ATP pour 1 glucose)

Glucose = C6H12O6

Respiration cellulaire et oxydation des aliments par les mitochondries Au fil du temps, les bactéries se sont diversifiées et devant l'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère, certaine sont devenues aérobies, elles ont développé une méthode plus efficace pour oxyder les aliments en présence d'O2 et produire plus d'ATP : La respiration cellulaire produit 36 ATP pour 1 glucose

Une mitochondrie

L'energie récupérée par l'oxydation du pyruvate est utilisée pour pomper des protons qui permettent la phosphorylation de l'ADP en ATP par l'ATP synthase.

La théorie endosymbiotique Hypothèse de Lynn Margulis 1970

Une cellule eucaryote ancestrale a ingéré l'ancètre d'une mitochondrie et a initié une relation de symbiose

Une cellule eucaryote possédant déjà des mitochondries a ingéré une cyanobactérie, ancètre des chloroplastes actuels, qu'elle a gardé en symbiose