v2.11.0 (5518)

Cours scientifiques - BIO_41052_EP : Biologie moléculaire et information génétique

Domaine > Biologie.

Descriptif

Responsable pédagogique: Arnaud Echard

Cet enseignement permet la découverte d’une discipline, les sciences du vivant, et constitue un passeport conseillé pour les autres cours de biologie de l’année 2 et les programmes d'approfondissement de l’année 3 proposés par le département de Biologie. Il s'agit d'un cours de base de biologie, conçu quelle que soit les filières d'entrée.

Il dégagera la logique de fonctionnement du monde vivant et montrera comment la biologie, discipline actuellement en plein essor, se développe de plus en plus à l’interface avec la physique, la chimie, l’informatique et les sciences de l’ingénieur.

Ce cours présentera d’abord les propriétés caractéristiques et les molécules informatives (ADN, ARN et protéines) partagées par tous les êtres vivants. Les principales régulations asservissant la production des ARN et des protéines seront ensuite détaillées. Ceci permettra de comprendre comment les cellules régulent l'expression de leurs gènes pour répondre à leurs besoins et s’adapter à des changements de leur environnement. Il présente de façon progressive et parfois volontairement simplifiée les grandes avancées des sciences biologiques des XXème et XXIème siècles. Ce cours permettra en outre d'appréhender les grandes questions de société contemporaines liées aux sciences du vivant.



Langue du cours : Français

Objectifs pédagogiques

Comprendre les bases moléculaires du fonctionnement des êtres vivants.

Appréhender l'unité du monde vivant, ses sépécificités moléculaires et les parentés des êtres vivants à travers de l'évolution.

Expliquer comment l'expression génétique est régulée en fonction des besoins cellulaires et des signaux environementaux. 

Comprendre l'origine des maladies génétiques et expliquer les techniques d'ingenierie génétique.

Connaitre d'un point de vue théorique les techniques expérimentaies de base utilisées en biologie moléculaires.

Pouvoir expliquer, grâce à l'interprétation de résultats experimentaux, une régulation moléculaire relativement complexe permettant d'adapter l'expression génétique d'un organisme vivant en réponse à la modification de son environnement.

 

 

 

35 heures en présentiel (10 blocs ou créneaux)

effectifs minimal / maximal:

1/250

Diplôme(s) concerné(s)

Parcours de rattachement

Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux

Aucune pré-requis. Les quelques notions de chimie nécessaires au cours sont ré-expliquées pour des étudiants qui n'aurait pas fait de chimie ni de biologie depuis le lycée. Niveau correct en Français (écrit, lu, parlé).

Pour les étudiants du diplôme Non Diplomant

Aucune pré-requis. Les quelques notions de chimie nécessaires au cours sont ré-expliquées pour des étudiants qui n'aurait pas fait de chimie ni de biologie depuis le lycée.

Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique

Aucune pré-requis. Les quelques notions de chimie nécessaires au cours sont ré-expliquées pour des étudiants qui n'aurait pas fait de chimie ni de biologie depuis le lycée.

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade réduit

Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux

Vos modalités d'acquisition :

Examen: Contrôle écrit de 3h.

Documents autorisés : Tout document papier
(en particulier polycopiés, notes personnelles) Dictionnaire papier pour les FUI & FUI-FF (ex. EV2 et EV3)
Matériel autorisé : Calculatrice
Matériels interdits : ordinateurs, Ipad, tablettes et téléphones portables.

 

Examen de rattrapage: Ecrit de 2h ou oral (30min) consistant en quelques exercices indépendants.

Documents autorisés : Tout document papier
(en particulier polycopiés, notes personnelles) Dictionnaire papier pour les FUI & FUI-FF (ex. EV2 et EV3)
Matériel autorisé : Calculatrice
Matériels interdits : ordinateurs, Ipad, tablettes et téléphones portables.

Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
    L'UE est acquise si note finale transposée >= C
    • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

    Le coefficient de l'UE est : 10

    La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

    La note obtenue est classante.

    Pour les étudiants du diplôme Non Diplomant

    Vos modalités d'acquisition :

    Examen: Contrôle écrit de 3h.

    Documents autorisés : Tout document papier
    (en particulier polycopiés, notes personnelles) Dictionnaire papier pour les FUI & FUI-FF (ex. EV2 et EV3)
    Matériel autorisé : Calculatrice
    Matériels interdits : ordinateurs, Ipad, tablettes et téléphones portables.

     

    Examen de rattrapage: Ecrit de 2h ou oral (30min) consistant en quelques exercices indépendants.

    Documents autorisés : Tout document papier
    (en particulier polycopiés, notes personnelles) Dictionnaire papier pour les FUI & FUI-FF (ex. EV2 et EV3)
    Matériel autorisé : Calculatrice
    Matériels interdits : ordinateurs, Ipad, tablettes et téléphones portables.

    Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
      L'UE est acquise si note finale transposée >= C
      • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

      Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique

      Vos modalités d'acquisition :

      Examen: Contrôle écrit de 3h.

      Documents autorisés : Tout document papier
      (en particulier polycopiés, notes personnelles) Dictionnaire papier pour les FUI & FUI-FF (ex. EV2 et EV3)
      Matériel autorisé : Calculatrice
      Matériels interdits : ordinateurs, Ipad, tablettes et téléphones portables.

       

      Examen de rattrapage: Ecrit de 2h ou oral (30min) consistant en quelques exercices indépendants.

      Documents autorisés : Tout document papier
      (en particulier polycopiés, notes personnelles) Dictionnaire papier pour les FUI & FUI-FF (ex. EV2 et EV3)
      Matériel autorisé : Calculatrice
      Matériels interdits : ordinateurs, Ipad, tablettes et téléphones portables.

       

      Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
        L'UE est acquise si note finale transposée >= C
        • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

        Le coefficient de l'UE est : 10

        La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

        La note obtenue est classante.

        Programme détaillé

        Le Chapitre I résume les propriétés essentielles des êtres vivants et décrit les molécules (ADN, ARN, protéines, lipides, glucides) caractéristiques des trois grands règnes du vivant présents aujourd'hui sur Terre. Le flux général d'information ADN → ARN → protéines est abordé. Les notions d'évolution et d'origine commune aux êtres vivants sont introduites et seront revisitées au Chapitre IX. Ce chapitre aboutira à une définition thermodynamique du vivant, basé sur le flux d'entropie, et démontrera la nécessité de cellules délimitées par des barrières délimitant le milieu intracellulaire/extracellulaire. La production à partir du glucose d'ATP, monnaie d'échange nécessaire aux réactions chimiques dans toutes les cellules, est expliquée.

        Le Chapitre II décrit les protéines, des macromolécules universelles et caractéristiques des êtres vivants. Les protéines sont responsables du fonctionnement des cellules vivantes, à toutes les échelles. Nous verrons que les protéines résultent de l'enchainement linéaire et orienté d'acides aminés, et se replient spontanément en trois dimensions à l’angström près pour assurer des fonctions biochimiques spécifiques et variées.

        Le Chapitre III est consacré à l'ADN ou acide désoxyribonucléique, support de l'information génétique chez tous les êtres vivants. Nous verrons que la molécule d'ADN est un polymère linéaire et orienté de désoxyribonucléotides, qui adopte spontanément une forme en double hélice antiparallèle et complémentaire. Nous expliquerons les mécanismes de réplication qui permettent de dupliquer les molécules d'ADN de façon quasi parfaite. Nous verrons également comment les cellules adoptent différentes stratégies pour compacter les molécules d'ADN et faire face à la taille très variée des génomes. Nous aborderons enfin l'origine des mutations dans l'ADN et comment elles peuvent être source d'évolution.

        Les Chapitres IV et V décrivent les molécules d'ARN ou acide ribonucléique, qui sont des polymères linéaires et orientés de ribonucléotides adoptant des formes tridimensionnelles très variées. La distinction entre ARN stables et abondants (ARN ribosomiques, ARN de transfert) et ARN instables et minoritaires (ARN messagers et ARN régulateurs) sera établie. Nous expliquerons au niveau moléculaire comment les molécules d'ARN résultent de la transcription locale d'un des deux brins d'ADN au niveau d'unités de transcription. Nous constaterons que le niveau de transcription des gènes est adapté aux besoins cellulaires.

        Le Chapitre VI détaille comment l'information génétique portée par les ARN messagers est décodée et conduit à la synthèse de protéines par le mécanisme de traduction. Nous décrirons les caractéristiques du code génétique universel, et établirons comment les ribosomes catalysent les réactions de traduction avec une grande fidélité.

        Les Chapitres VII et VIII abordent les mécanismes principaux régulant l'expression génétique en fonction des signaux reçus par les cellules : régulation du démarrage de la transcription, de la stabilité des ARNm, de la traduction et régulations post-traductionnelles. Nous décrirons comment les niveaux de transcription peuvent être modifiés en fonction des besoins cellulaires en décrivant en particulier le fonctionnement de l'emblématique opéron lactose bactérien. Nous aborderons également le rôle récemment découvert des ARN régulateurs dans le contrôle de l'expression génétique.

        Le Chapitre IX est consacré à la génétique et à la modification des génomes. Nous verrons tout d'abord comment la génétique mendélienne permet de comprendre la transmission des maladies héréditaires, en s'appuyant sur l'exemple de la mucoviscidose. Nous décrirons ensuite  comment la découverte du système CRIPSR-Cas9 qui permet aux bactéries de lutter contre les virus est en train de révolutionner la biologie en permettant de modifier à volonté les génomes des êtres vivants. Nous terminerons ce cours en expliquant comment la biologie moléculaire permet de retracer les relations de parenté ainsi que l'histoire évolutive des êtres vivants, et éclaire les origines de l'espèce humaine.

        Le Chapitre X permet de réviser les différents concepts du cours à travers la présentation d'un projet de recherche visant à élucider la fonction d'une protéine humaine dont on en connait que le nom du gène qui la code.

         

         

        Mots clés

        biologie moléculaire, ADN, ARN, protéines, génétique, maladies génétiques, évolution, ingénierie génétique

        Méthodes pédagogiques

        10 cours magistraux d'1.5h et 10 petites classes (TD) de 2h chacune. 6 devoirs à la maison. Polycopier de diapos, cours écrit, Polycopier d'exercices avec corrigés, recueil d'annales.
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