Structure, composition et dynamique de la Terre 10 semaines

Structure et composition chimique de la Terre interne (durée indicative : 3 semaines)

La lithosphère et la tectonique des plaques (durée indicative : 2 semaines)

Divergence et phénomènes liés (durée indicative : 3 semaines)

La machinerie thermique de la Terre (durée indicative : une semaine)

I)-La structure interne et la composition chimique de la Terre sont le résultat de son histoire.

A) La structure du globe peut être modélisée par l'étude de la propagation des ondes sismiques.

• La vitesse de propagation et la trajectoire des ondes sismiques dépendent des caractéristiques physico-chimiques des matériaux traversés.
• La frontière entre deux milieux aux comportements sismiques différents est une zone de discontinuité.
  • - La croûte est séparée du manteau par une discontinuité ( le Moho ) liée à une différence de composition chimique des matériaux ; Le Moho est situé en moyenne, à 30 km de profondeur. La croûte représente 1% de la masse de la Terre.
  • - Le manteau est séparé du noyau par la discontinuité de Gutenberg liée à une différence de composition chimique et à une différence de rigidité. La discontinuité de Gutenberg est située à 2 900 km de profondeur. Le manteau représente 75 % de la masse de la Terre.
  • - La lithosphère, à comportement rigide, repose sur l'asthénosphère, partie moins rigide du manteau. La lithosphère est formée de la croûte et la partie superficielle du manteau.

B) La structure interne de la Terre résulte de sa formation et de sa différenciation.

La Terre s'est formée par collision et accumulation de petits corps célestes : c'est l'accrétion.

• La Terre s'est différenciée en enveloppes concentriques.
• La fusion partielle des matériaux de la Terre primitive a permis la migration des éléments chimiques
• La gravité a entraîné leur répartition en fonction de leur masse atomique.
• Ainsi, la masse volumique des enveloppes augmente avec la profondeur.

C) La composition chimique de la croûte et celle du manteau supérieur sont connues par échantillonnage.

• La croûte est essentiellement constituée de roches magmatiques. La croûte continentale est essentiellement formée de granitoïdes. La croûte océanique est formée de basaltes et de gabbros.
• Le manteau est constitué de péridotites.
• Les roches renferment des minéraux et/ou du verre. Les minéraux résultent de l'association d'éléments chimiques en réseaux réguliers. Le verre correspond à la partie non cristallisée de la roche.

• Les roches représentatives de la croûte et du manteau sont constituées de minéraux silicatés.
  • Les silicates comportent tous leséléments chimiques Si et O.
  • Les granitoïdes comportent des minéraux riches en silice ( SiO2 ). le quartz ( Si, O ) Les feldspaths, silicates riches en Al, Ca, K et Na. Les micas, silicates riches en Al, K.
  • Les basaltes et les gabbros comprennent des feldspaths, des pyroxènes et des olivines, silicates riches en Fe et Mg ; certains gabbros présentent des amphiboles, silicates riches en Fe et Mg, hydratés.
  • Les péridotites sont constituées essentiellement de pyroxènes et d'olivines.

D) La composition chimique des matériaux inaccessibles du manteau profond et celle du noyau sont déduites indirectement.

• La composition chimique du manteau profond est la même que celle du manteau supérieur.
• La composition chimique du noyau est déterminée à partir de l'analyse de météorites de type chondrites ; Le noyau est essentiellement constitué de fer. Le noyau représente environ 25% de la masse de la Terre.

II) La lithosphère est morcelée en plaques peu déformables, qui se déplacent.

A) Les limites des plaques lithosphériques sont marquées par des structures et des phénomènes géologiques particuliers.

• Les dorsales océaniques, les fosses océaniques et les chaînes de montagnes marquent les limites de plaques lithosphériques.
• La concordance de la distribution des phénomènes sismiques et volcaniques matérialise des limites de plaques.

B) Les plaques lithosphériques se déplacent les unes par rapport aux autres.

• Les mouvements de divergence sont localisés au niveau des dorsales océaniques. La lithosphère océanique est produite au niveau des zones de divergence.
• Les mouvements de convergence sont localisés au niveau des zones de subduction et de collision. Les plaques lithosphériques s'enfoncent et disparaissent dans l'asthénosphère par subduction. Les chaînes de montagnes résultent de la collision de deux plaques lithosphériques.
• Des mouvements de coulissage affectent les plaques lithosphériques, le long des failles transformantes.

C) Les mouvements des plaques lithosphériques peuvent être reconstitués sur les 180 derniers millions d'années.

• Diverses données géologiques témoignent des caractéristiques des mouvements des plaques à l'échelle de plusieurs millions d'années. La complémentarité de forme des bordures de certains continents, aujourd'hui éloignés, suggère leur séparation. La répartition symétrique des sédiments et des anomalies magnétiques de part et d'autre de l'axe de la dorsale, matérialise les mouvements de divergence et permettent de calculer leur vitesse. L'alignement des volcans résultant du fonctionnement d'un point chaud, permet d'établir la trajectoire et la vitesse de déplacement d'une plaque.

• Les données fournies par la technique de positionnement par satellites (GPS) permettent des mesures à l'échelle de quelques années.

III) La divergence des plaques lithosphériques est associée au fonctionnement des dorsales océaniques.

Les mouvements des plaques lithosphériques ne sont possibles que grâce à la formation progressive et permanente de leur plancher océanique : le long des 60 000 km de dorsales océaniques, on estime à 3.5 km² par an la surface ainsi créée. On voit que l'essentiel du mouvement consiste en un remplacement de surface océanique détruite par de la surface océanique créée. Les fonds océaniques se renouvellent.

A) Les caractéristiques des dorsales océaniques témoignent de mouvements en extension.

• Les dorsales océaniques forment un relief sous-marin continu.

• Les dorsales océaniques sont le siège de nombreux séismes peu profonds.
• Ces séismes résultent du jeu de failles normales. Les failles normales résultent de cassureséloignant les blocs affectés. Ces failles sont la conséquence de l'extension.

B) Les phénomènes magmatiques aboutissent à la mise en place de la lithosphère océanique.

• La plus grande partie du magma produit, provient des dorsales océaniques.
• Le magma se forme à partir des péridotites de l'asthénosphère. La remontée des péridotites aboutit par décompression à leur fusion partielle. Le liquide produit par fusion partielle a une composition différente de celle de la péridotite source. Il est à l'origine du magma basaltique.
• Le refroidissement du magma basaltique aboutit à la formation des différentes roches. Le refroidissement lent du magma en profondeur conduit à la formation d'une roche entièrement cristallisée, le gabbro. Le refroidissement rapide du magma, au cours de son ascension, conduit à la formation d'une roche partiellement cristallisée, le basalte.

C) En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se modifie.

• L'eau de mer hydrate la jeune croûte océanique et modifie sa composition.
• Le refroidissement de la lithosphère océanique entraîne son épaississement.

D) Les marges passives des continents sont les témoins de la formation des océans.

• Les marges continentales passives correspondent à des zones de transition entre la croûte continentale et la croûte océanique au sein d'une même plaque lithosphérique.
• Les marges passives présentent une structure en blocs basculés. Elles résultent de phénomènes d'extension. Ces phénomènes provoquent un amincissement de la croûte continentale. Ces phénomènes entraînent une fracturation de la croûte continentale, selon des failles normales.
• Ces marges sont les vestiges d'un rift continental précédant l'ouverture d'un océan.
• Les marges passives sont le siège d'une importante sédimentation. Dans ces zones, il se produit un enfoncement de la lithosphère : c'est la subsidence. Cette subsidence permet l'accumulation d'une grande épaisseur de sédiments sous une faible épaisseur d'eau.

IV)- L'activité de la Terre résulte de la dissipation de son énergie interne.

A) La Terre dissipe son énergie interne sous forme de chaleur.

• La chaleur interne de la Terre provient essentiellement de la désintégration d'isotopes radioactifs.
• La chaleur interne de la Terre se dissipe en permanence, mais de manière inégale à la surface du globe.
  • La dissipation de l'énergie interne se manifeste principalement par un flux de chaleur ou flux géothermique.
  • Le flux de chaleur est plusélevé au niveau des dorsales et plus faible au niveau des continents.

B) Des mouvements de convection dans le manteau transfèrent la chaleur par déplacement de matière à l'état solide.

• Des courants de matériaux chauds donc moins denses remontent au niveau des dorsales océaniques.
• Des courants de matériaux froids donc plus denses descendent au niveau des zones de subduction.
• Les courants ascendants et descendants constituent des cellules de convection.

C) Les mouvements de matière dans le manteau sont le moteur de l'activité de la Terre.

• Les mouvements des plaques lithosphériques sont dus à des déplacements de matière dans les cellules de convection.

• Les points chauds sont des remontées ponctuelles de matériaux du manteau profond.
  • Ces remontées donnent naissance à de grandes accumulations de laves basaltiques, comme les trapps.
  • Le déplacement de plaque(s) lithosphérique(s) au-dessus d'un point chaud donne naissance à un alignement de volcans.

I) La diversité des phénotypes est en relation avec la diversité des protéines.

A) Le phénotype aux échelles de l'organisme et de la cellule trouve son origine à l'échelle des molécules.

• À l'échelle de l'organisme, on peut observer des caractères morphologiques, anatomiques, physiologiques et comportementaux.
• À l'échelle cellulaire, le phénotype concerne des caractères structuraux et métaboliques.
• À l'échelle moléculaire, le phénotype concerne les protéines de structure, les protéines enzymatiques et le résultat de leur activité.

B) L'activité d'une protéine est liée à sa structure.

• Une protéine se caractérise par la séquence de ses acides aminés.
• Une séquence d'acides aminés acquiert une structure spatiale particulière dans des conditions de milieu données.

II) Les enzymes sont des protéines qui contribuent à l'expression du phénotype.

A) Les enzymes sont des catalyseurs biologiques.

• Une enzyme possède les propriétés d'un catalyseur :
  • Un catalyseur accélère la vitesse d'une réaction chimique ;
  • Il est intact en fin de réaction ;
  • Il agit à faible concentration.
• Les enzymes agissent dans des conditions de milieu compatibles avec la vie.
• La formation d'un complexe enzyme-substrat pendant une très courte durée est une étape indispensable à l'activité de catalyse.

B) L'activité enzymatique obéit à une double spécificité :

• La structure spatiale d'une enzyme lui confère la possibilité de s'associer spécifiquement à un substrat.
• L' enzyme ne catalyse alors qu'un seul type de réaction chimique, c'est la spécificité d'action.
• La double spécificité d'une enzyme s'explique par la configuration spatiale de son site actif.
  • Le site actif est une zone en creux de l'enzyme où des acides aminés se lient avec le substrat
  • Des acides aminés réagissent avec le substrat au cours de la catalyse.

C) Des modifications de la protéine enzymatique peuvent moduler ou abolir son activité.

• Ces modifications peuvent avoir pour origine un changement dans la , séquence des acides aminés. Le changement d'un ou plusieurs acides aminés peut modifier le site actif de l'enzyme.
• Ces modifications peuvent avoir pour origine un changement de conditions du milieu.
  • Une augmentation de température peut modifier la forme donc la fonction de l'enzyme.
  • Un changement de pH peut modifier la forme donc la fonction de l'enzyme.

III) La séquence des acides aminés des protéines est imposée par l'information génétique.

A) Un gène se caractérise par une séquence de nucléotides de l'ADN.

• 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.

B) La transcription, première étape de la synthèse protéique, se déroule dans le noyau.

• Des acides ribonucléiques messagers (ARNm) complémentaires du brin d'ADN transcrit sont synthétisés.
  • L'ARN, comme l'ADN, est formé d'un enchaînement de nucléotides.
    • L'ARNm est une molécule simple brin.
    • Trois nucléotides possèdent les mêmes bases que l'ADN : Adénine / Cytosine / Guanine.
    • Un nucléotide possède une base différente : Uracile à la place de Thymine.
  • L'enchaînement des nucléotides de l'ARNm est complémentaire de l'enchaînement des nucléotides du brin d'ADN transcrit.
    • Le nucléotide à Adénine est complémentaire du nucléotide à Uracile,
    • Le nucléotide à Cytosine est complémentaire du nucléotide à Guanine.
• En fin de transcription, les ARNm produits passent dans le cytoplasme.

C) La traduction, deuxième étape de la synthèse des protéines, se fait dans le cytoplasme.

• Le code génétique permet la correspondance entre acides aminés et nucléotides.
  • Trois nucléotides consécutifs d'ARNm forment un codon.
  • A un codon correspond un seul acide aminé.
  • Plusieurs codons peuvent correspondre à un acide aminé : le code génétique est dégénéré.
  • Le code génétique est identique pour la quasi totalité des êtres vivants : il est universel.
• La séquence des nucléotides de l'ARNm est traduite en séquence d'acides aminés de la chaîne polypeptidique.
  • La traduction commence au niveau d'un codon initiateur.
  • Elle se termine au niveau d'un codon stop.

IV) Un phénotype résulte d'interactions complexes entre le génotype et l'environnement.

A) Un phénotype peut correspondre à plusieurs génotypes.

• Le phénotype dépend de la combinaison des différents allèles de chaque gène impliqué.
• Un même phénotype peut être obtenu chez un individu homozygote ou hétérozygote.
  • Chez un homozygote, les deux allèles du gène sont identiques : le phénotype traduit directement le génotype.
  • Chez un hétérozygote, les deux allèles du gène sont différents : le phénotype peut résulter de l'expression d'un seul allèle.

B) Un phénotype peut être gouverné par plusieurs gènes agissant successivement.

• La réalisation d'un phénotype comporte souvent plusieurs étapes constituant une chaîne de biosynthèse. Ces étapes aboutissent à la synthèse d'une molécule. Chaque étape dépend de l'activité d'une enzyme.
• La mutation d'un seul gène participant à une chaîne de biosynthèse peut suffire à modifier le phénotype.
• Un même phénotype peut être obtenu lors de la mutation de différents gènes d'une même chaîne de biosynthèse.

C) Les facteurs de l'environnement contribuent à la réalisation du phénotype.

• Les facteurs de l'environnement peuvent modifier directement l'information génétique par mutation.
• Un même génotype peut conduire à des phénotypes différents en fonction des facteurs de l'environnement.

I) La diversité morphologique des végétaux résulte de l’expression des génotypes modulée par l’environnement.

A) Un végétal exprime des caractères morphologiques typiques de son espèce.

• Ces caractères sont déterminés par son génome.

B) Des individus d’une même espèce peuvent présenter des variations morphologiques en fonction de leur environnement.

C) Des individus d’espèces différentes, placés dans un même environnement, peuvent présenter une morphologie semblable.

II) L'établissement du phénotype morphologique est gouverné par l'expression du génotype.

A) La morphogenèse végétale nécessite la production de nouvelles cellules au niveau de territoires cellulaires spécialisés.

• Les divisions cellulaires sont localisées dans les méristèmes.
  • Il existe des méristèmesà l’apex des tiges et des racines et à l’aisselle des feuilles.
  • Les méristèmes apicaux sont à l’origine de l’édification des organes.
    • Certaines cellules issues des mitoses, restent indifférenciées et pérennisent le méristème.
    • Les autres cellules sont engagées dans la croissance et la différenciation cellulaire.

• A l’issue d’un cycle cellulaire, les cellules produites par la mitose ont un génotype identique à celui de la cellule initiale.
  • La réplication de l’ADN se déroule lors de l’interphase précédant la mitose.
  • La réplication est fondée sur la complémentarité des nucléotides.
    • Les deux brins de la molécule d’ADN se séparent.
    • Chaque brin sert de matrice à l’élaboration d’un brin complémentaire.
    • Chaque molécule d’ADN formée comprend un brin ancien et un brin nouveau : la réplication est semi-conservative.
    • Les deux molécules d’ADN ainsi obtenues contiennent la même information génétique.
    • Elles forment les deux chromatides d’un chromosome dupliqué.
• La mitose répartit entre les deux cellules filles les molécules d’ADN issues de la réplication
  • Au début de la mitose, les deux chromatides des chromosomes dupliqués se condensent.
  • En cours de mitose, les deux chromatides de chaque chromosome se séparent et migrent vers les pôles opposés.
  • Chaque cellule fille contient donc une copie de chaque molécule d’ADN de la cellule initiale.
  • En fin de mitose, les chromosomes à une chromatide se décondensent.
• Un cycle cellulaire comprend une interphase et une mitose.
• La mitose est un mécanisme commun aux cellules eucaryotes.

B) La morphogenèse végétale nécessite une croissance et une différenciation cellulaire.

• La croissance du végétal comprend des phénomènes de multiplication et d’élongation de ses cellules.
  • La multiplication des cellules résulte des mitoses dans les méristèmes.
  • L’élongation des cellules est localisée à une zone de quelques millimètres à l’arrière des méristèmes.
• L’élongation cellulaire est permise par la plasticité de la paroi et la pression de turgescence.
  • Le contenu cellulaire exerce une force sur la paroi : c’est la pression de turgescence.
    • La vacuole gorgée d’eau rend la cellule turgescente.
  • La pression de turgescence provoque le glissement des molécules de la paroi les unes par rapport aux autres.
    • Cela permet l’augmentation de surface de la paroi qui entraîne l’élongation cellulaire.
    • L’augmentation de surface de la paroi nécessite l’incorporation de nouveaux constituants.
• Une cellule végétale jeune est entourée d’une paroi extracellulaire extensible.
  • La trame de cette paroi est constituée de microfibrilles de cellulose.
  • Elles sont incluses dans une matrice souple formée essentiellement de molécules d’hémicellulose.
• Au cours de la différenciation, l’apport de nouvelles molécules rend la paroi inextensible.
• La différenciation conduit à l’édification des différents tissus du végétal.

C) L’élongation cellulaire est contrôlée par une hormone végétale qui est l'expression du génotype.

• L’apex des tiges sécrète cette hormone : l'auxine.
• Elle diffuse dans l’ensemble des organes.
• Elle modifie le fonctionnement des populations de cellules qui possèdent des récepteurs spécifiques.
  • Dans un premier temps, l’auxine augmente la plasticité de la paroi des cellules en élongation (rôle important de la pression de turgescence).
  • Dans un second temps, elle active l’expression de certains gènes impliqués dans la synthèse des constituants de la paroi.

III) L'établissement du phénotype morphologique résulte de l'interaction entre l'expression des gènes et les facteurs de l’environnement.

A) La morphologie du végétal dépend de la répartition de l’auxine sous l’action de facteurs de l’environnement.

• La suppression du bourgeon apical modifie la concentration de l’auxine dans le végétal.
  • De nouvelles ramifications se développent à partir des méristèmes axillaires.
• Un éclairement unilatéral modifie la répartition de l’auxine dans les tissus de la tige.
  • L’auxine migre et s’accumule vers le côté le moins éclairé.
  • Elle provoque une élongation cellulaire plus importante de ce côté.
  • Il en résulte une courbure de la tige vers la lumière

B)La mise en place des différents organes de la plante, ou organogenèse, dépend du rapport de concentration des différentes hormones végétales.

• Le développement d’un organe végétal est sous la dépendance de plusieurs hormones, principalement l’auxine et les cytokinines.
• Le rapport de concentration de ces hormones détermine le développement de racines et de tiges feuillées.

C) Toute cellule végétale nucléée peut reconstituer, après multiplication et différenciation, une plante complète : les cellules végétales sont totipotentes.

• Cette propriété permet le clonage des végétaux.
• Cette technique nécessite l’utilisation d’hormones végétales en différentes proportions.

I) Malgré des causes de variations importantes, la glycémie est une constante physiologique de l'organisme.

A) La glycémie est la concentration plasmatique de glucose.

• Sa valeur physiologique oscille entre 0.8 et 1g.L^-1 chez un individu à jeun et en bonne santé.

B) Les activités de l'organisme tendent à faire varier la glycémie.

• L'apport sanguin de glucose dépend de l'alternance de prises alimentaires et de jeûnes.
• La consommation de glucose, liée aux dépenses énergétiques, est variable.

C) L'organisme assure une gestion des réserves de glucose en fonction de ses besoins.

• Les cellules du foie, des muscles squelettiques, et du tissu adipeux, peuvent stocker du glucose sous formes diverses.
  • Les cellules hépatiques mettent en réserve du glucose sous forme de glycogène et de triglycérides.
  • Les cellules des muscles squelettiques mettent en réserve du glucose sous forme de glycogène.
  • Les cellules adipeuses mettent en réserve du glucose sous forme de triglycérides.
• Seules les cellules du foie peuvent libérer du glucose dans le sang.

II) La glycémie fait l'objet d'une régulation hormonale.

A) L'homéostasie glycémique met en jeu un système réglant

• Le système réglant comprend des capteurs, des hormones, et des effecteurs.
• Il contribue à la constance du milieu intérieur, système réglé, dont la glycémie est un paramètre.

B) Les variations de la glycémie sont détectées par des capteurs localisés dans le pancréas.

• Ces capteurs sont les cellules alpha et béta des îlots de Langerhans.

C) Les cellules des îlots de Langerhans réagissent aux variations de la glycémie en produisant des hormones : ce sont des cellules endocrines.

• Les cellules alpha produisent le glucagon.
  • Elles libèrent plus de glucagon quand la glycémie baisse.
• Les cellules béta produisent de l'insuline.
  • Elles libèrent plus d'insuline quand la glycémie augmente.

D) Comme toutes les hormones, l'insuline et le glucagon sont des messagers chimiques libérés dans le sang.

• Le message hormonal est codé en concentration plasmatique d'hormone.

E) Sous l'action des hormones, les cellules effectrices modifient leur activité métabolique.

• Les cellules effectrices expriment des récepteurs spécifiques de l'hormone dont elles sont les cellules cibles.
• L'insuline est une hormone hypoglycémiante.
  • Elle permet le stockage du glucose dans les cellules effectrices du foie, des muscles squelettiques et du tissu adipeux.
• Le glucagon est une hormone hyperglycémiante.
  • Il permet la libération du glucose par les cellules effectrices du foie.

III) Les phénotypes diabétiques résultent d'une défaillance de la régulation de la glycémie.

A) Les diabètes sont définis par une hyperglycémie chronique, supérieure à 1.26 g.L^-1 chez l'individu à jeun.

• Le diabète de type 1 est provoqué par la destruction des cellules béta des îlots de Langerhans.
  • L'insuffisance de la sécrétion d'insuline aboutit à un déficit de stockage du glucose.
  • Le diabète s'installe dés l'enfance ou l'adolescence.
• Le diabète de type 2 est provoqué par une baisse de sensibilité des cellules cibles à l'insuline.
  • Il est associé à un déficit de la sécrétion d'insuline.
  • Ce diabète s'installe tardivement, souvent après quarante ans.

B) Les diabètes résultent de l'expression de nombreux gènes en relation avec des facteurs de l'environnement.

• Il existe des gènes de susceptibilité au diabète.
  • Certains allèles de ces gènes augmentent le risque d'apparition d'un diabète.
• Des facteurs de l'environnement favorisent l'apparition des diabètes.
  • Un excès alimentaire et la sédentarité augmentent les risques d'un diabète de type II

C) La médecine prédictive permet de déceler les allèles des gènes de susceptibilité au diabète.

• Cette connaissance permet des mesures de prévention.
• La diffusion de ces informations soulève des problèmes de bioéthique.

I) L'organisation fondamentale des centres nerveux et des circuits neuroniques est déterminée génétiquement.

A) Un réflexe myotatique mobilise des circuits neuroniques simples.

• Des réflexes myotatiques participent au tonus musculaire nécessaire au maintien de la posture.
  • La station debout engendre l'étirement de certains muscles sous l'effet de la pesanteur.
  • Un réflexe myotatique est la contraction involontaire d'un muscle en réponse à son étirement.
  • L'état de contraction permanent des muscles antigravitaires s'opposant ainsi à cet étirement est le tonus musculaire.
• La réalisation d'un réflexe myotatique repose sur l'organisation d'une population de neurones.
  • Des messages nerveux afférents naissent de l'étirement d'un muscle.
    • L'étirement d'un muscle stimule les fuseaux neuromusculaires qui sont des récepteurs sensoriels localisés dans le muscle.
    • La fibre nerveuse afférente reliée au récepteur stimulé, conduit des messages vers le centre nerveux du réflexe.
    • La fibre nerveuse afférente est le prolongement d'un neurone dont le corps cellulaire est dans le ganglion de la racine dorsale d'un nerf rachidien.
  • Dans la moelle épinière, des réseaux neuroniques reçoivent les messages afférents et donnent naissance à des messages efférents qui coordonnent l'activité des effecteurs musculaires.
    • Les corps cellulaires des motoneurones sont localisés dans la substance grise de la moelle épinière.
    • Le même message afférent inhibe les motoneurones innervant le muscle antagoniste.
    • Cette inhibition est due à l'excitation d'un interneurone inhibiteur.
    • Les commandes motrices provoquent la contraction du muscle étiré et le relâchement du muscle antagoniste.
    • La moelle épinière est le centre nerveux intégrateur de ce réflexe.
  • Les messages efférents suivent un trajet spécifique jusqu'aux effecteurs musculaires.
    • Les fibres efférentes sont les axones des motoneurones.
    • Elles conduisent les messages efférents par la racine ventrale du nerf rachidien.
    • Elles sont en connexion avec les fibres musculaires effectrices du muscle étiré.
  • La réalisation d'un réflexe myotatique fait intervenir des chaînes de neurones reliant les récepteurs sensoriels aux effecteurs musculaires.
• La formation des chaînes de neurones est sous le contrôle de gènes.
  • Les circuits neuroniques sont mis en place au cours du développement embryonnaire.
  • Ainsi, les réflexes constituent un phénotype comportemental.

B) Les chaînes de neurones assurent la propagation et la transmission des messages nerveux.

• Le potentiel d’action est le signal élémentaire du message nerveux.
  • En l'absence de stimulation, la membrane d'un neurone est polarisée électriquement: c'est le potentiel de repos.
    • Sa face interne est chargée négativement par rapport à sa face externe.
    • C'est une propriété commune à toutes les cellules.
  • En réponse à une stimulation efficace, une inversion rapide et transitoire de la polarité apparaît sur l'axone: c'est un potentiel d'action.
    • Il a une amplitude et une durée constantes.
    • Il se propage sur l'axone sans modification de ses caractéristiques.
• Le message nerveux traduit l'intensité de la stimulation.
  • Sur une fibre nerveuse, le message est codé par la fréquence des potentiels d'action.
    • Le message nerveux se traduit par un train de potentiels d'action.
    • Des variations de l'intensité de stimulation provoquent des variations de la fréquence des potentiels d'action, l'amplitude restant constante.
  • Au niveau d'un nerf, le message global est codé par le nombre de fibres nerveuses recrutées.
    • Quand l'intensité de stimulation augmente, l'amplitude du potentiel global enregistré sur le nerf augmente en fonction du nombre de fibres mises en jeu.

• Les messages nerveux sont transmis d'un neurone à un autre ou à des cellules effectrices grâce à des synapses.
  • Le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de potentiels d'action, est traduit en un message chimique codé en concentration de neurotransmetteur.
    • L'arrivée d'un train de potentiels d'action au niveau de la membrane présynaptique, déclenche la libération de molécules d'un neurotransmetteur.
    • Le neurotransmetteur diffuse dans la fente synaptique, espace séparant les membranes des deux cellules.
    • La quantité de neurotransmetteur libérée est fonction de la fréquence des potentiels d'action présynaptiques.
  • Les molécules de neurotransmetteur s'associent brièvement avec des molécules réceptrices spécifiques de la membrane postsynaptique.
    • Cette liaison temporaire provoque une modification de l'activité de la cellule postsynaptique.
    • Selon la quantité et la nature du neurotransmetteur, un message postsynaptique peut prendre naissance.
• Un motoneurone traite les différents messages afférents qu'il reçoit et élabore, en conséquence, un message efférent.
  • Un motoneurone émet en permanence des potentiels d'action.
  • Cette activité de base peut être modifiée par les messages afférents que ce motoneurone reçoit.
    • La fréquence des potentiels d'action émis par le motoneurone relié au muscle étiré augmente, suite aux messages transmis par le neurone afférent.
    • La fréquence des potentiels d'action émis par le motoneurone relié au muscle antagoniste diminue, suite aux messages transmis par l'interneurone inhibiteur.
    • Les messages efférents émis par un motoneurone peuvent être modifiés par des messages afférents issus du cortex cérébral.

II) L'organisation du cortex cérébral est remodelée par l'expérience individuelle.

A) Les messages nerveux, nés de la stimulation des récepteurs sensoriels sont acheminés vers le cortex cérébral.

• La région du cortex qui traite les informations tactiles est l'aire somatosensorielle.
  • Le cortex cérébral est la partie superficielle du cerveau formée par la substance grise.
  • Les messages issus d'un territoire du corps parviennent à une zone spécifique de ce cortex.
  • La superficie d'une aire de projection corticale dépend de la quantité des récepteurs présents dans le territoire cutané correspondant.
  • La superficie des aires corticales est ainsi disproportionnée par rapport à la superficie réelle des territoires corporels.
• Les réseaux neuroniques du cortex sensoriel sont organisés en colonnes.
  • Chaque colonne de neurones ne répond qu'à des stimulations appliquées sur une région précise du corps.
  • Les neurones du cortex cérébral sont répartis en six couches superposées.
  • Cette organisation permet d'amplifier les connexions entre les neurones.

B) L'organisation de l'aire somatosensorielle est modulée par des facteurs de l'environnement: c'est la neuroplasticité.

• Des réseaux de neurones corticaux se mettent en place sous l'influence du génome.
• Pendant des périodes critiques du développement, des réseaux neuroniques deviennent fonctionnels sous l'action de stimulations par l'environnement: c'est l'épigenèse.
  • Les stimulations des récepteurs sensoriels renforcent et multiplient les connexions synaptiques.
  • L'absence de stimulation fait disparaître des connexions synaptiques.

• Le remodelage de l'architecture corticale tout au long de la vie, fonde l'unicité cérébrale.
  • L'interaction permanente entre le génotype et les expériences individuelles est à l'origine de l'unicité cérébrale.
  • Le phénotype comportemental évolue tout au long de la vie.