COURS DE BIOLOGIE, 3EME ANNEE, NIVEAU SECONDAIRE, POUR DIFFERENTES OPTIONS

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

Préliminaires

Présentation du cours

Ce cours 📖 constitue une synthèse avancée des sciences biologiques, intégrant la génétique moléculaire, la théorie de l’évolution, l’immunologie et les biotechnologies. Son objectif est de consolider le socle de connaissances de l’élève et de le préparer aux études supérieures scientifiques en développant sa capacité d’analyse critique face aux problématiques biologiques contemporaines.

Objectifs d’apprentissage

L’élève doit atteindre une maîtrise conceptuelle des mécanismes de régulation génique, des processus évolutifs, de la réponse immunitaire et des systèmes physiologiques intégrés. Il doit être capable de relier les processus moléculaires aux phénomènes observés à l’échelle de l’organisme et des écosystèmes.

Compétences terminales

À l’issue de ce programme, l’élève sera en mesure d’analyser un article de vulgarisation scientifique, de concevoir un protocole expérimental simple pour tester une hypothèse biologique, et d’argumenter une position sur une question bioéthique en se fondant sur des connaissances scientifiques solides.

Grille d’évaluation formative

L’évaluation 📝 se fonde sur la résolution de problèmes complexes, l’analyse de données expérimentales brutes, la rédaction de synthèses documentaires et des présentations orales. Une attention particulière est portée à la rigueur du raisonnement, à la clarté de l’expression et à la capacité de l’élève à intégrer des connaissances issues de différents chapitres.

Partie I : Unité cellulaire et moléculaire

Cette partie approfondit l’organisation et la fonction moléculaire de la cellule, avec un accent sur la génétique et la biotechnologie. 🧬

Chapitre 1 : Structure et organisation cellulaires

1.1 Cytosquelette et motilité

Cette section examine les trois types de filaments du cytosquelette (microfilaments d’actine, microtubules, filaments intermédiaires) comme une infrastructure dynamique essentielle à la forme de la cellule, au transport intracellulaire des organites et à la motilité cellulaire via les cils et les flagelles.

1.2 Jonctions et adhérences

Le cours détaille les complexes jonctionnels (jonctions serrées, desmosomes, jonctions communicantes) qui unissent les cellules pour former des tissus cohésifs. Leur rôle dans l’adhérence intercellulaire, la communication et le maintien de la polarité tissulaire est souligné.

1.3 Microdomaines membranaires

Les radeaux lipidiques (lipid rafts) sont présentés comme des microdomaines spécialisés de la membrane plasmique, enrichis en certains lipides et protéines. Leur fonction de plateformes pour la signalisation cellulaire et le trafic membranaire est expliquée.

1.4 Techniques protéomiques

Une introduction aux méthodes d’analyse à grande échelle des protéines (protéomique) est proposée. Les techniques comme l’électrophorèse bidimensionnelle et la spectrométrie de masse sont décrites comme des outils pour étudier l’ensemble des protéines d’une cellule à un instant donné.

Chapitre 2 : Expression et régulation génétique

2.1 Transcription et maturation de l’ARN

Le processus de transcription est approfondi en incluant les rôles des facteurs de transcription et les étapes de maturation des ARN messagers chez les eucaryotes (coiffe, polyadénylation, épissage des introns) comme des points de régulation cruciaux de l’expression génique.

2.2 Traduction et modifications post-traductionnelles

La synthèse des protéines au niveau du ribosome est détaillée. Le cours se concentre ensuite sur les modifications chimiques (phosphorylation, glycosylation, etc.) qui surviennent après la traduction et qui sont indispensables à la fonctionnalité et à la localisation finale de nombreuses protéines.

2.3 Épigénétique

L’épigénétique est introduite comme l’étude des modifications transmissibles de l’expression des gènes qui ne changent pas la séquence d’ADN. Les mécanismes comme la méthylation de l’ADN et les modifications des histones sont expliqués comme des régulateurs clés du développement et de la réponse à l’environnement.

2.4 Outils de génie génétique

Les outils fondamentaux du génie génétique sont présentés : les enzymes de restriction pour couper l’ADN, l’ADN ligase pour le recoller, et les vecteurs (plasmides, virus) pour transférer des gènes dans des cellules hôtes. Leur utilisation combinée permet la création d’ADN recombinant.

Chapitre 3 : Signalisation intracellulaire avancée

3.1 Kinases et phosphatases

Les protéines kinases et phosphatases sont décrites comme les régulateurs centraux de la signalisation cellulaire. Leur action antagoniste d’ajout ou de retrait de groupements phosphate sur des protéines cibles fonctionne comme un système d’interrupteurs moléculaires on/off.

3.2 Récepteurs intracellulaires

Cette section se concentre sur les récepteurs localisés dans le cytoplasme ou le noyau. Leur mode d’action est expliqué : ils lient des molécules de signalisation lipophiles (ex: hormones stéroïdes) et agissent directement comme des facteurs de transcription pour réguler l’expression de gènes cibles.

3.3 Voies MAPK et PI3K

Deux des principales cascades de signalisation intracellulaire, les voies MAPK et PI3K, sont détaillées. Elles sont présentées comme des chaînes de réactions enzymatiques qui transmettent et amplifient des signaux de la membrane plasmique au noyau, régulant la prolifération, la survie et le métabolisme cellulaires.

3.4 Crosstalk entre voies

Le concept de dialogue (crosstalk) entre les différentes voies de signalisation est introduit. Il illustre que la cellule n’est pas un ensemble de circuits linéaires, mais un réseau complexe et intégré où les voies interagissent pour produire une réponse cellulaire finement ajustée.

Chapitre 4 : Génétique des populations et immunité

4.1 Allèles et polymorphismes

La diversité génétique au sein des populations est quantifiée par la fréquence des allèles et des polymorphismes. Ces variations sont présentées comme la matière première sur laquelle agissent les forces évolutives.

4.2 Sélection naturelle et dérive

Les mécanismes de la sélection naturelle (qui favorise les allèles avantageux) et de la dérive génétique (qui modifie les fréquences alléliques de manière aléatoire) sont comparés. Leur importance relative dépend notamment de la taille de la population.

4.3 Bases génétiques de l’immunité

Le cours explore la base moléculaire de la diversité du système immunitaire adaptatif. Les mécanismes uniques de recombinaison génique (V(D)J) qui permettent de générer une quasi-infinité de récepteurs d’anticorps et de lymphocytes T à partir d’un nombre limité de gènes sont expliqués.

4.4 Vaccins et biotechnologie

Les nouvelles générations de vaccins (à ARN messager, à vecteur viral) sont présentées comme des applications directes des biotechnologies. Leur mode d’action, qui consiste à instruire nos cellules pour qu’elles produisent un antigène, est détaillé.

Chapitre 5 : Biotechnologies et applications

5.1 PCR et séquençage

La technique de PCR (Réaction en Chaîne par Polymérase) est expliquée comme une méthode de photocopie moléculaire pour amplifier exponentiellement une séquence d’ADN. Le séquençage d’ADN est présenté comme la technique permettant de lire l’ordre exact des nucléotides d’un fragment d’ADN.

5.2 Clonage moléculaire

Le clonage moléculaire est décrit comme le processus d’isolement d’une séquence d’ADN et de son insertion dans un vecteur pour obtenir un grand nombre de copies identiques dans un organisme hôte. Cette technique est fondamentale pour la production de protéines recombinantes comme l’insuline.

5.3 CRISPR-Cas9

Le système CRISPR-Cas9 est introduit comme une technologie révolutionnaire d’édition du génome. Son mécanisme, qui utilise un ARN guide pour diriger une « paire de ciseaux » moléculaire (l’enzyme Cas9) vers une séquence d’ADN spécifique, est clarifié.

5.4 Bioéthique

Cette section engage une réflexion structurée sur les enjeux éthiques soulevés par les biotechnologies modernes. Les questions liées aux OGM, au diagnostic génétique, aux thérapies géniques et à l’édition du génome humain sont abordées à travers des études de cas.

Partie II : Unité écologique et évolutive

Cette partie traite de l’évolution, de la biodiversité et des interactions à l’échelle des écosystèmes, intégrant les enjeux environnementaux. 🌍

Chapitre 6 : Théories et mécanismes de l’évolution

6.1 Lamarckisme et Darwinisme

Les théories de Lamarck (transformation, hérédité des caractères acquis) et de Darwin (ascendance commune, sélection naturelle) sont comparées. La théorie darwinienne est présentée comme le paradigme central de la biologie moderne, expliquant l’adaptation et la diversification du vivant.

6.2 Sélection sexuelle

La sélection sexuelle est définie comme une composante de la sélection naturelle agissant sur l’accès aux partenaires reproductifs. Les mécanismes de compétition entre mâles et de choix des femelles sont expliqués comme moteurs de l’évolution de caractères sexuels secondaires parfois extravagants.

6.3 Spéciation

Les différents modèles de spéciation (la formation de nouvelles espèces) sont étudiés. Le cours différencie la spéciation allopatrique (avec isolement géographique, comme pour les espèces distinctes des deux rives du fleuve Congo) de la spéciation sympatrique (sans isolement).

6.4 Fossiles et datations

Le registre fossile est présenté comme une archive de l’histoire de la vie. Les méthodes de datation relative (stratigraphie) et absolue (radiométrique, ex: Carbone-14) sont expliquées comme des outils permettant de situer les fossiles dans le temps et de reconstituer les lignées évolutives.

Chapitre 7 : Diversité biologique

7.1 Classification et phylogénie

La classification moderne du vivant, basée sur la phylogénie (l’étude des relations de parenté évolutive), est introduite. La construction et l’interprétation d’arbres phylogénétiques à partir de données morphologiques et moléculaires sont abordées.

7.2 Cryptobiodiversité

Le concept de biodiversité cryptique (ou cachée) est exploré. Il désigne l’existence d’espèces distinctes sur le plan génétique mais indiscernables morphologiquement. Les outils moléculaires sont présentés comme essentiels pour révéler cette facette de la biodiversité.

7.3 Biomes congolais

Les biomes de la RDC sont réexaminés sous l’angle de leur biodiversité unique et de leur histoire évolutive. L’accent est mis sur les hauts taux d’endémisme dans des régions comme le Graben Albertin ou les forêts de la Cuvette Centrale.

7.4 Monitoring écologique

Les techniques de suivi à long terme de la biodiversité sont présentées. Elles incluent l’inventaire de terrain, l’utilisation de pièges photographiques, l’analyse de l’ADN environnemental et la télédétection par satellite pour surveiller l’évolution des habitats.

Chapitre 8 : Dynamique des écosystèmes

8.1 Résilience et stabilité

Les concepts de résilience (capacité à revenir à l’état initial après une perturbation) et de stabilité (capacité à résister au changement) sont définis comme deux propriétés clés des écosystèmes. Le rôle de la biodiversité dans le maintien de ces propriétés est discuté.

8.2 Perturbations naturelles

Les perturbations naturelles (incendies, glissements de terrain, épidémies) sont analysées comme des facteurs importants qui façonnent la structure et la dynamique des écosystèmes. Elles créent une mosaïque d’habitats et peuvent favoriser la biodiversité.

8.3 Restauration écologique

La restauration écologique est abordée comme une discipline scientifique visant à réparer les écosystèmes dégradés. Des études de cas, comme des projets de reboisement avec des essences natives dans la province de l’Équateur, illustrent les principes et les défis de cette approche.

8.4 Gestion communautaire

Ce point explore les modèles de conservation participatifs. La gestion communautaire des forêts ou des zones de pêche est présentée comme une approche durable qui implique les populations locales dans la protection et l’utilisation des ressources, assurant un partage équitable des bénéfices.

Chapitre 9 : Changement global et conservation

9.1 Réchauffement climatique

Les mécanismes et les conséquences du réchauffement climatique sont analysés. L’impact sur la biodiversité et les sociétés humaines en RDC est spécifiquement traité, incluant l’altération des régimes de pluie, la migration altitudinale des espèces et la sécurité alimentaire.

9.2 Fragmentation des habitats

La fragmentation est décrite comme la division de grands habitats continus en parcelles plus petites et isolées par des routes, des champs ou des villes. Ses conséquences négatives sur les populations animales (isolement génétique, risque d’extinction) sont détaillées.

9.3 Stratégies d’atténuation

Des stratégies visant à réduire les causes des changements globaux sont discutées. Pour la RDC, un focus est mis sur les programmes de Réduction des Émissions dues à la Déforestation et à la Dégradation des forêts (REDD+), qui visent à valoriser le carbone stocké dans les forêts.

9.4 Politiques internationales

Les grands accords multilatéraux sur l’environnement (Convention sur la Diversité Biologique, Accord de Paris sur le climat) sont présentés. Leur importance pour orienter les politiques nationales de conservation et de développement durable en RDC est soulignée.

Partie III : Unité physiologique et intégrative

Cette partie couvre les systèmes physiologiques complexes et leur intégration, en insistant sur l’adaptation aux contextes tropicaux. ⚕️

Chapitre 10 : Physiologie végétale avancée

10.1 Métabolisme secondaire

Les métabolites secondaires des plantes (alcaloïdes, terpènes, phénols) sont explorés. Leur diversité chimique et leurs rôles écologiques dans la défense contre les herbivores ou l’attraction des pollinisateurs sont mis en relation avec leur utilisation par l’homme (pharmacopée traditionnelle).

10.2 Signalisation hormonale

Les interactions complexes (synergies, antagonismes) entre les différentes hormones végétales sont analysées. Le cours montre comment ces dialogues hormonaux permettent à la plante d’intégrer des signaux internes et externes pour coordonner finement sa croissance et son développement.

10.3 Stress abiotiques

Les réponses physiologiques et moléculaires des plantes aux stress environnementaux comme la sécheresse, la salinité ou la toxicité des métaux lourds (présents dans les zones minières du Kasaï) sont étudiées. Les mécanismes d’acclimatation et de tolérance sont détaillés.

10.4 Biotechnologies vertes

Les applications des biotechnologies végétales sont présentées. Elles incluent la création de plantes génétiquement modifiées pour résister aux maladies ou améliorer leur valeur nutritive (ex: le riz doré), ainsi que la culture in vitro pour la propagation rapide de plantes d’intérêt.

Chapitre 11 : Neurophysiologie et endocrinologie

11.1 Neurotransmetteurs et récepteurs

Une classification détaillée des principaux neurotransmetteurs (acétylcholine, dopamine, sérotonine, GABA) et de leurs récepteurs spécifiques est effectuée. Leur rôle dans la modulation de l’activité synaptique, de l’humeur et des fonctions cognitives est expliqué.

11.2 Axe hypothalamo-hypophysaire

Cet axe est décrit comme le principal centre de commande neuroendocrinien, intégrant les informations nerveuses de l’hypothalamus et contrôlant la plupart des glandes endocrines du corps via l’hypophyse. Son rôle dans le stress, la reproduction et la croissance est central.

11.3 Hormones stéroïdes

La biosynthèse, le transport et le mécanisme d’action des hormones stéroïdes (cortisol, aldostérone, hormones sexuelles) sont approfondis. Leur capacité à réguler l’expression des gènes explique leurs effets puissants et durables sur la physiologie et le comportement.

11.4 Régulation comportementale

Ce point explore comment les systèmes nerveux et endocrinien interagissent pour contrôler des comportements complexes. Des exemples comme le comportement parental, les rythmes circadiens ou la réponse « combat-fuite » illustrent cette intégration neuro-hormonale.

Chapitre 12 : Immunologie et pathologies

12.1 Immunité innée et adaptative

Les deux branches du système immunitaire sont comparées en détail, en insistant sur leur coopération. L’immunité innée fournit une première ligne de défense rapide et non spécifique, tandis que l’immunité adaptative développe une réponse spécifique et mémorisée.

12.2 Inflammation et maladies infectieuses

La réponse inflammatoire est expliquée comme un processus de défense essentiel mais potentiellement dommageable. Les stratégies d’évasion immunitaire des agents pathogènes responsables de maladies endémiques en RDC (paludisme, tuberculose, VIH) sont analysées.

12.3 Vaccination et immunothérapie

Le principe de la mémoire immunologique, base de la vaccination, est consolidé. Les approches d’immunothérapie, qui visent à moduler la réponse immunitaire pour traiter des maladies (cancers, allergies), sont introduites.

12.4 Santé publique en RDC

Les connaissances en immunologie sont appliquées aux enjeux de santé publique congolais. La logistique des campagnes de vaccination, la surveillance épidémiologique des maladies infectieuses (ex: Ebola, rougeole) et les stratégies de lutte antivectorielle sont discutées.

Chapitre 13 : Physiologie comparative

13.1 Adaptations extrêmes

Ce cours explore les solutions physiologiques remarquables qui permettent à des organismes de survivre dans des conditions extrêmes, comme la tolérance à la déshydratation des tardigrades ou la capacité des poissons des glaces à vivre sans hémoglobine.

13.2 Métabolisme et thermorégulation

La relation entre la taille corporelle, le taux métabolique et les stratégies de thermorégulation (ectothermie vs endothermie) est analysée. Les avantages et les coûts énergétiques de chaque stratégie sont comparés dans différents environnements.

13.3 Systèmes respiratoires variés

L’efficacité des différents systèmes respiratoires (poumons, branchies, trachées, respiration cutanée) est comparée en relation avec le milieu de vie (aquatique, terrestre) et les besoins métaboliques de l’animal.

13.4 Application à l’élevage

Les principes de la physiologie comparative sont appliqués à l’amélioration de l’élevage. La sélection de races adaptées au climat tropical, l’optimisation de la nutrition et la gestion de la santé animale sont abordées pour des contextes comme le plateau des Bateke.

Chapitre 14 : Intégration fonctionnelle

14.1 Homéostasie globale

Cette section de synthèse montre comment l’homéostasie est maintenue non pas par un seul système, mais par l’action coordonnée et intégrée de multiples systèmes d’organes (nerveux, endocrinien, excréteur, cardiovasculaire) qui communiquent en permanence.

14.2 Réseaux de communication inter-systèmes

L’étude explore les interactions complexes entre les systèmes nerveux, immunitaire et endocrinien. Ce champ de la psycho-neuro-immuno-endocrinologie révèle comment le stress psychologique peut influencer la fonction immunitaire via des médiateurs hormonaux et nerveux.

14.3 Physiologie de l’exercice

La réponse du corps à l’exercice physique est utilisée comme un modèle d’intégration physiologique. Les ajustements rapides et coordonnés des systèmes respiratoire, cardiovasculaire, musculaire et métabolique pour répondre à une demande énergétique accrue sont analysés.

14.4 Approche systémique

En conclusion, la biologie des systèmes est présentée comme une approche qui vise à comprendre l’organisme non pas en étudiant ses composants de manière isolée, mais en analysant les interactions dynamiques qui génèrent les fonctions et les comportements de l’ensemble.

Annexes

A. Table des équations biochimiques

Cette annexe 📊 fournit un récapitulatif des équations chimiques clés des grandes voies métaboliques (glycolyse, cycle de Krebs, photosynthèse). Elle sert d’outil de référence pour la révision des bilans de matière et d’énergie.

B. Normes de sécurité en laboratoire

Un guide détaillé 🧪 sur les bonnes pratiques de laboratoire est présenté. Il couvre la manipulation des produits chimiques, l’utilisation du matériel, la gestion des déchets biologiques et les procédures d’urgence, assurant un environnement de travail sécurisé.

C. Glossaire scientifique avancé

Ce glossaire 🔤 définit les termes complexes et spécialisés utilisés en 3ème année. Il est conçu pour affiner la précision du langage scientifique de l’élève et faciliter la lecture de documents scientifiques plus avancés.