COURS DE BIOLOGIE, 2EME ANNEE, NIVEAU SECONDAIRE, POUR DIFFERENTES OPTIONS

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

Préliminaires

Présentation du cours

Ce cours 📖 approfondit les concepts biologiques fondamentaux en explorant les mécanismes moléculaires, la dynamique complexe des écosystèmes et les régulations physiologiques. La démarche vise à équiper l’élève d’outils d’analyse avancés pour comprendre les enjeux du vivant, avec une application constante au contexte de la République Démocratique du Congo.

Objectifs d’apprentissage

L’élève doit maîtriser les processus biochimiques cellulaires, modéliser les interactions écologiques et expliquer les mécanismes d’adaptation des organismes. L’objectif est de dépasser la description pour atteindre une compréhension intégrée des systèmes biologiques.

Compétences terminales

Au terme de l’année, l’élève sera apte à interpréter des données expérimentales complexes, à analyser une situation environnementale en identifiant les facteurs clés, et à formuler des hypothèses vérifiables sur un problème physiologique. Il pourra, par exemple, évaluer l’impact d’une pollution minière sur un cours d’eau du Katanga ou analyser un graphique de régulation hormonale.

Grille d’évaluation formative

L’évaluation 📝 s’articule autour de l’analyse de documents scientifiques, de la résolution de problèmes complexes, de la conception de protocoles expérimentaux simplifiés et de synthèses argumentées. Elle privilégie la capacité de l’élève à mobiliser ses connaissances pour construire un raisonnement scientifique structuré.

Partie I : Unité cellulaire

Ce module approfondit la structure et le fonctionnement intracellulaires, mettant l’accent sur la bioénergétique, la communication et la régulation cellulaire. 🔬

Chapitre 1 : Organisation moléculaire

1.1 Macromolécules et propriétés

Cette section analyse en détail la relation structure-fonction des quatre grandes classes de macromolécules biologiques (protéines, glucides, lipides, acides nucléiques), en insistant sur la manière dont leur architecture chimique détermine leur rôle dans la cellule.

1.2 Structure tertiaire et quaternaire

L’étude se concentre sur le repliement tridimensionnel des protéines (structures tertiaire et quaternaire). La compréhension de cette conformation spatiale est présentée comme essentielle à leur fonction, notamment enzymatique et structurale.

1.3 Protéines de signalisation

Ce point explore le rôle spécifique de certaines protéines (récepteurs, kinases, facteurs de transcription) comme acteurs clés des cascades de communication qui permettent à la cellule de répondre aux signaux de son environnement.

1.4 Techniques de caractérisation

Une introduction aux techniques de laboratoire comme l’électrophorèse et la chromatographie est fournie. Ces méthodes sont expliquées comme des outils permettant de séparer, d’identifier et de quantifier les macromolécules cellulaires.

Chapitre 2 : Bioénergétique et métabolisme

2.1 Glycolyse et fermentation

La glycolyse est présentée comme la voie métabolique universelle de dégradation du glucose dans le cytoplasme. La fermentation est ensuite expliquée comme une alternative anaérobie permettant la régénération du NAD⁺, avec des exemples comme la production de chikwangue.

2.2 Cycle de Krebs

Le cycle de Krebs est détaillé comme la plaque tournante du métabolisme aérobie au sein de la mitochondrie. Son rôle est de finaliser l’oxydation du glucose et de produire des transporteurs d’électrons réduits (NADH, FADH₂) riches en énergie.

2.3 Chaîne respiratoire

Cette leçon décrit la chaîne de transport d’électrons et la phosphorylation oxydative au niveau de la membrane mitochondriale interne. Ce processus est présenté comme l’étape majeure de la production d’ATP dans les cellules aérobies.

2.4 Photophosphorylation

La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique (ATP et NADPH) durant les phases photochimiques de la photosynthèse est expliquée. Ce mécanisme, qui se déroule dans les chloroplastes, est la base de la productivité de la biomasse végétale.

Chapitre 3 : Signalisation et communication

3.1 Récepteurs membranaires

Le cours examine les différentes classes de récepteurs situés à la surface de la cellule (canaux ioniques, récepteurs couplés aux protéines G, récepteurs-enzymes) qui reconnaissent spécifiquement les signaux externes comme les hormones ou les neurotransmetteurs.

3.2 Voies de transduction

La transduction du signal est expliquée comme la série d’événements intracellulaires qui transmettent le message du récepteur membranaire jusqu’aux effecteurs cellulaires. Il s’agit d’une cascade d’activations moléculaires qui amplifie le signal initial.

3.3 Seconds messagers

Des molécules comme l’AMP cyclique (AMPc) et les ions calcium (Ca²⁺) sont introduites comme des seconds messagers. Leur rôle est de diffuser rapidement le signal à l’intérieur de la cellule pour activer diverses réponses physiologiques.

3.4 Régulation génique

Cette section montre comment les voies de signalisation peuvent aboutir à la modification de l’expression des gènes. L’activation ou la répression de gènes spécifiques constitue la réponse à long terme de la cellule à un signal externe.

Chapitre 4 : Cycle cellulaire et apoptose

4.1 Phases du cycle

Les différentes phases du cycle cellulaire (G1, S, G2, M) sont décrites en détail. L’accent est mis sur la coordination précise des événements, notamment la réplication de l’ADN en phase S et la ségrégation des chromosomes en mitose (phase M).

4.2 Points de contrôle

Les mécanismes moléculaires des points de contrôle (checkpoints) sont expliqués. Ces systèmes de surveillance, impliquant des protéines comme les cyclines et les Cdk, vérifient l’intégrité de la cellule avant de l’autoriser à passer à l’étape suivante du cycle.

4.3 Mécanismes d’apoptose

L’apoptose est présentée comme un processus de mort cellulaire programmée, génétiquement contrôlé et essentiel au développement et à l’homéostasie. Les étapes morphologiques et biochimiques de ce « suicide » cellulaire sont détaillées.

4.4 Implications pathologiques

Ce point établit le lien entre la dérégulation du cycle cellulaire ou de l’apoptose et le développement de maladies. Le cancer est utilisé comme exemple principal d’une prolifération cellulaire incontrôlée due à des défaillances des points de contrôle.

Chapitre 5 : Techniques de biologie cellulaire

5.1 Culture cellulaire

Les principes de la culture de cellules in vitro sont introduits. Cette technique permet de maintenir et de faire proliférer des cellules en dehors de leur organisme d’origine dans un milieu contrôlé, pour des études expérimentales.

5.2 Cytométrie en flux

La cytométrie en flux est décrite comme une technique puissante d’analyse automatisée qui permet de compter, de trier et de caractériser des milliers de cellules par seconde sur la base de leurs propriétés physiques et moléculaires.

5.3 Microscopie avancée

Au-delà du microscope optique classique, les principes de la microscopie à fluorescence et de la microscopie confocale sont présentés. Ces technologies permettent de visualiser avec une haute résolution des structures spécifiques à l’intérieur des cellules vivantes.

5.4 Marquages moléculaires

L’utilisation d’anticorps couplés à des fluorochromes (immunofluorescence) ou de protéines fluorescentes comme la GFP est expliquée. Ces techniques de marquage permettent de localiser précisément des molécules d’intérêt au sein de la cellule.

Partie II : Unité écologique

Ce module examine les interactions à l’échelle des populations et des écosystèmes, ainsi que les enjeux de conservation et d’aménagement durable. 🌳

Chapitre 6 : Écologie des populations

6.1 Dynamique populationnelle

Cette section analyse les modèles mathématiques qui décrivent les fluctuations de la taille des populations. Les interactions entre les taux de natalité, de mortalité, d’immigration et d’émigration sont étudiées pour comprendre la démographie d’une espèce.

6.2 Sélection naturelle

La sélection naturelle est expliquée comme le mécanisme moteur de l’évolution. Le cours détaille comment les pressions environnementales favorisent la survie et la reproduction des individus possédant les traits les mieux adaptés.

6.3 Stratégies de reproduction

Les stratégies de reproduction des espèces sont comparées, notamment les stratégies r (forte fécondité, peu de soins parentaux, ex: tilapia) et K (faible fécondité, soins parentaux importants, ex: gorille des montagnes).

6.4 Génétique des populations

Cette leçon introduit les bases de la génétique des populations. Elle explique comment la fréquence des allèles au sein d’une population évolue sous l’effet de la mutation, de la dérive génétique, du flux de gènes et de la sélection naturelle.

Chapitre 7 : Communautés et interactions

7.1 Diversité fonctionnelle

La notion de diversité fonctionnelle est introduite pour décrire la variété des rôles écologiques (niches) remplis par les espèces au sein d’une communauté. Cette diversité est présentée comme un facteur clé de la stabilité et de la résilience des écosystèmes.

7.2 Succession écologique

Le processus de succession écologique, c’est-à-dire le changement progressif de la composition d’une communauté au fil du temps (par exemple, la recolonisation d’une jachère agricole près de Mbandaka), est décrit depuis les stades pionniers jusqu’au climax.

7.3 Réseaux trophiques complexes

Les réseaux trophiques sont analysés de manière plus approfondie, en introduisant les concepts d’espèces clés de voûte et d’ingénieurs d’écosystème (ex: l’éléphant de forêt) qui ont un impact disproportionné sur la structure de leur communauté.

7.4 Impact environnemental des activités humaines

Ce point examine de manière critique les conséquences écologiques des activités humaines à grande échelle en RDC, telles que l’exploitation forestière industrielle, les barrages hydroélectriques sur le fleuve Congo et l’urbanisation rapide de villes comme Lubumbashi.

Chapitre 8 : Écologie des écosystèmes

8.1 Flux d’énergie

Les lois de la thermodynamique sont appliquées aux écosystèmes pour expliquer le flux unidirectionnel de l’énergie et la perte d’énergie à chaque niveau trophique. Les pyramides écologiques (de nombres, de biomasse, d’énergie) sont utilisées comme outils de modélisation.

8.2 Cycles biogéochimiques approfondis

Les cycles du carbone, de l’azote et du phosphore sont réexaminés en détail. L’impact des activités humaines, comme l’utilisation d’engrais et la combustion d’énergies fossiles, sur la perturbation de ces cycles globaux est analysé.

8.3 Services écosystémiques

Le concept de services écosystémiques est introduit pour valoriser les bénéfices que les humains tirent des écosystèmes : approvisionnement (eau, nourriture), régulation (climat, pollinisation), support (cycle des nutriments) et culturel (loisirs, spiritualité).

8.4 Restauration écologique

La restauration écologique est présentée comme la science et la pratique visant à assister le rétablissement d’un écosystème qui a été dégradé, endommagé ou détruit. Des projets de reboisement dans la région du Mayombe peuvent servir d’étude de cas.

Chapitre 9 : Conservation et gestion

9.1 Statuts de conservation

La classification de l’UICN (Union Internationale pour la Conservation de la Nature) est expliquée. Les différentes catégories de menace (de « Préoccupation mineure » à « Éteint ») sont utilisées pour évaluer le risque d’extinction des espèces.

9.2 Aires protégées et corridors

L’importance des réseaux d’aires protégées est soulignée, en introduisant la notion de corridors écologiques. Ces derniers sont des connexions entre habitats qui permettent le déplacement des espèces et maintiennent le flux génétique entre les populations.

9.3 Gestion des ressources naturelles

Ce point aborde les approches de gestion durable des ressources (faune, flore, eau) qui intègrent les dimensions écologiques, économiques et sociales. La gestion communautaire des forêts est discutée comme une approche participative.

9.4 Politique et législation en RDC

Un aperçu du cadre juridique et institutionnel de la protection de l’environnement en RDC est fourni. Le Code forestier et la loi sur la conservation de la nature sont présentés comme les principaux instruments de la politique environnementale nationale.

Partie III : Unité physiologique

Ce module explore les mécanismes physiologiques chez les plantes et les animaux, avec un accent sur l’adaptation aux conditions tropicales. 🌱

Chapitre 10 : Physiologie végétale

10.1 Photosynthèse détaillée

Le processus de la photosynthèse est approfondi en distinguant les réactions photochimiques (phase claire) des réactions biochimiques (cycle de Calvin). Les adaptations des plantes C4 et CAM aux climats chauds et secs sont également étudiées.

10.2 Transport sève

Les mécanismes de transport de l’eau et des minéraux dans le xylème (sève brute) et des sucres dans le phloème (sève élaborée) sont expliqués. La théorie de la tension-cohésion-adhésion pour la montée de la sève brute est détaillée.

10.3 Croissance et photomorphogenèse

Le rôle des hormones végétales (auxines, gibbérellines, cytokinines) dans la régulation de la croissance et du développement est analysé. La photomorphogenèse, ou l’influence de la lumière sur la forme et le développement de la plante, est également abordée.

10.4 Défenses végétales

Les stratégies de défense des plantes contre les herbivores et les pathogènes sont décrites. Celles-ci incluent des défenses physiques (épines, cuticule cireuse) et chimiques (production de toxines ou de composés répulsifs).

Chapitre 11 : Nutrition et métabolisme animal

11.1 Alimentation et enzymes digestives

La diversité des régimes alimentaires chez les animaux (herbivores, carnivores, omnivores) est liée à la spécialisation de leurs systèmes digestifs et de leurs enzymes. L’adaptation à la digestion de la cellulose chez les ruminants est un exemple clé.

11.2 Métabolisme énergétique

Le concept de métabolisme de base est défini comme la dépense énergétique minimale de l’organisme au repos. Les facteurs qui influencent ce métabolisme, comme la taille, l’âge et la température corporelle, sont examinés.

11.3 Régulation hormonale

La régulation hormonale de la glycémie par l’insuline et le glucagon est étudiée comme un exemple paradigmatique de l’homéostasie métabolique. Le rôle du pancréas comme glande endocrine est souligné.

11.4 Adaptations alimentaires

Cette section explore les adaptations morphologiques et physiologiques liées à des régimes alimentaires spécifiques. Des exemples incluent le bec des oiseaux en fonction de leur nourriture ou le long intestin des herbivores.

Chapitre 12 : Systèmes respiratoire et circulatoire

12.1 Mécanismes d’échanges gazeux

Les mécanismes physiques et physiologiques de la ventilation pulmonaire chez les mammifères et de la circulation de l’eau à travers les branchies des poissons sont comparés. L’efficacité de l’échange à contre-courant chez les poissons est mise en évidence.

12.2 Structures circulatoires variées

Une comparaison est faite entre les systèmes circulatoires ouverts (insectes) et fermés (vertébrés), ainsi qu’entre la circulation simple (poissons) et double (mammifères), en reliant ces structures à l’efficacité du transport de l’oxygène.

12.3 Régulation de l’hémostasie

Les mécanismes cellulaires et moléculaires de l’hémostase (arrêt du saignement) sont décrits, incluant la vasoconstriction, la formation du clou plaquettaire et la cascade de coagulation aboutissant à la formation de fibrine.

12.4 Adaptations à l’altitude et à l’humidité

Les réponses physiologiques des organismes à des environnements spécifiques sont explorées. Cela inclut l’acclimatation à l’hypoxie en haute altitude (comme dans les montagnes du Ruwenzori) ou les adaptations à la forte humidité de la forêt équatoriale.

Chapitre 13 : Excrétion et osmorégulation

13.1 Organes excréteurs

Une étude comparative des différents organes excréteurs est menée : les néphrons des reins chez les vertébrés, les tubes de Malpighi chez les insectes, et les néphridies chez les vers de terre, en montrant leur convergence fonctionnelle.

13.2 Homéostasie hydrique

Le rôle central du rein dans la régulation de la volémie (volume sanguin) et de la pression artérielle, via le contrôle de la réabsorption d’eau, est approfondi. Le système rénine-angiotensine-aldostérone est introduit.

13.3 Équilibre électrolytique

La manière dont les organes excréteurs régulent précisément la concentration des ions essentiels (Na⁺, K⁺, Cl⁻, Ca²⁺) dans les fluides corporels est expliquée. Cet équilibre est vital pour la fonction nerveuse et musculaire.

13.4 Adaptations aux milieux extrêmes

Les défis de l’osmorégulation en milieu aquatique sont comparés entre les poissons d’eau douce (qui luttent contre l’entrée d’eau) et les poissons d’eau salée du littoral de Moanda (qui luttent contre la déshydratation).

Chapitre 14 : Neurophysiologie et comportements

14.1 Structure neuronale avancée

La diversité des types de neurones (sensoriels, moteurs, interneurones) et la structure de la gaine de myéline sont étudiées. La conduction saltatoire est expliquée comme un moyen d’accélérer la transmission de l’influx nerveux.

14.2 Bases électrophysiologiques

Les concepts de potentiel de repos, de potentiel d’action et de potentiels post-synaptiques (excitateurs et inhibiteurs) sont expliqués. L’intégration synaptique est présentée comme la base du traitement de l’information par le neurone.

14.3 Systèmes sensoriels spécialisés

Des systèmes sensoriels hautement spécialisés sont explorés, comme l’écholocation chez les chauves-souris ou la détection des champs électriques par certains poissons du fleuve Congo, illustrant l’adaptation des sens à la niche écologique.

14.4 Comportements adaptatifs

Les bases biologiques des comportements innés (instincts) et acquis (apprentissage) sont discutées. Des exemples de comportements complexes, comme les rituels de cour chez les oiseaux ou les stratégies de chasse en groupe chez les lions, sont analysés sous un angle adaptatif.

Annexes

A. Table des enzymes et cofacteurs

Cette annexe 📊 répertorie les enzymes majeures mentionnées dans le cours, en précisant leur substrat, leur produit et les cofacteurs (vitamines, ions métalliques) nécessaires à leur activité. Elle sert de référence rapide pour l’étude du métabolisme.

B. Techniques de laboratoire et sécurité

Un guide pratique 🧪 présente les protocoles de base pour des expériences réalisables en classe (ex: test de présence d’amidon, observation de cellules) et rappelle les règles fondamentales de sécurité à respecter lors de la manipulation de matériel biologique et chimique.

C. Glossaire des termes clés

Ce lexique 🔤 offre des définitions claires et rigoureuses de tous les concepts avancés introduits en deuxième année. Il est conçu pour aider l’élève à consolider sa compréhension et à utiliser le vocabulaire scientifique avec précision.