COURS DE BIOLOGIE GÉNÉRALE, 2ÈME ANNÉE DES HUMANITÉS SCIENTIFIQUES

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

PRÉLIMINAIRES

I. Présentation du cours 📜

Ce cours de biologie générale de deuxième année approfondit l’étude des mécanismes fondamentaux du vivant, en intégrant la cytologie, la microbiologie, la génétique et la biologie de la reproduction. Le programme est structuré pour développer une vision intégrée des processus qui régissent la vie, de la complexité de la cellule à la transmission de l’information héréditaire. Il ancre les concepts dans des contextes de santé publique et de biotechnologie pertinents pour la République Démocratique du Congo.

II. Objectifs généraux 🎯

L’objectif principal est de permettre à l’élève de maîtriser les concepts avancés de la biologie cellulaire et moléculaire. Au terme de ce cours, il devra être capable d’analyser les mécanismes de la division cellulaire et de l’expression génique, de comprendre les principes de l’hérédité mendélienne et non mendélienne, et d’appliquer ses connaissances en microbiologie pour analyser des enjeux sanitaires et environnementaux.

III. Compétences visées 🧠

Ce programme vise à forger des compétences d’analyse et de synthèse en biologie. L’élève apprendra à interpréter des caryotypes, à résoudre des problèmes de génétique, à analyser une courbe de croissance microbienne, à comprendre les étapes du développement embryonnaire et à évaluer de manière critique les informations relatives aux maladies infectieuses et héréditaires, comme la drépanocytose, un enjeu majeur de santé publique nationale.

IV. Méthode d’évaluation 📝

L’évaluation sera continue et diversifiée, privilégiant l’application des connaissances. Elle s’appuiera sur des rapports de laboratoire pour les activités de microbiologie, des exercices de résolution de problèmes génétiques, et des examens semestriels. Ces derniers intégreront des études de cas complexes, comme l’analyse d’un pedigree familial pour une maladie génétique ou l’élaboration d’une stratégie de prévention contre une épidémie de choléra dans une ville comme Kikwit.

V. Matériel requis 🔬

La réussite dans ce cours exige un accès à un laboratoire de biologie bien équipé. Un microscope de bonne qualité est indispensable pour la cytologie et la microbiologie. Le matériel de culture microbien (étuve, boîtes de Petri, milieux de culture) ainsi que des modèles moléculaires d’ADN et des supports pour l’étude des caryotypes sont des outils essentiels pour une compréhension pratique et approfondie des concepts.

PREMIÈRE PARTIE : CYTOLOGIE ET BIOLOGIE CELLULAIRE

Cette partie développe l’étude approfondie de la cellule, unité fondamentale de la vie, en explorant sa structure, ses fonctions et ses processus vitaux. Elle aborde les mécanismes de division cellulaire, les échanges membranaires et les processus métaboliques cellulaires, établissant les bases nécessaires à la compréhension des phénomènes biologiques complexes et de l’organisation du vivant. 🧬

CHAPITRE 1 : STRUCTURE ET ORGANISATION CELLULAIRE

Ce chapitre approfondit la connaissance de la cellule eucaryote comme un système hautement organisé et dynamique.

1.1 Organisation générale de la cellule eucaryote

La compartimentation de la cellule eucaryote est étudiée comme un principe clé permettant la spécialisation des fonctions. La synergie entre les différents organites est mise en évidence.

1.2 Membranes biologiques et compartimentalisation

Le modèle de la mosaïque fluide est revu en détail. Le rôle des membranes internes (réticulum, Golgi) dans la création de compartiments aux conditions physico-chimiques spécifiques est analysé.

1.3 Organites cellulaires et leurs fonctions

Les fonctions des principaux organites sont approfondies, en insistant sur les relations fonctionnelles entre eux (ex: la voie de biosynthèse et de sécrétion des protéines).

1.4 Différenciation cellulaire et spécialisation

Le processus de différenciation, par lequel les cellules se spécialisent pour former des tissus et des organes, est introduit. Des exemples comme les neurones ou les cellules musculaires illustrent cette spécialisation.

CHAPITRE 2 : NOYAU ET MATÉRIEL GÉNÉTIQUE

Ce chapitre se concentre sur le centre de contrôle de la cellule et le support de l’information héréditaire.

2.1 Structure et organisation du noyau

La structure du noyau interphasique (enveloppe nucléaire, pores nucléaires, nucléole) est étudiée en lien avec son rôle dans la protection et la régulation de l’accès à l’ADN.

2.2 Chromosomes et chromatine

Les différents niveaux de condensation de l’ADN, de la double hélice à la chromatine puis au chromosome métaphasique, sont décrits comme un mécanisme de compaction et de régulation de l’information génétique.

2.3 Acides nucléiques : ADN et ARN

La structure moléculaire de l’ADN (double hélice) et de l’ARN (simple brin) est comparée. Les différents types d’ARN (messager, de transfert, ribosomique) et leurs rôles respectifs sont précisés.

2.4 Expression génétique et synthèse protéique

Le dogme central de la biologie moléculaire est détaillé : la transcription (de l’ADN en ARN messager) dans le noyau et la traduction (de l’ARN messager en protéine) dans le cytoplasme.

CHAPITRE 3 : DIVISION CELLULAIRE

Ce chapitre explore les mécanismes qui assurent la multiplication et la reproduction des cellules.

3.1 Cycle cellulaire et régulation

Le cycle cellulaire est analysé comme une séquence d’événements finement régulée par des points de contrôle, qui assurent le bon déroulement de la réplication de l’ADN et de la division.

3.2 Mitose et ses phases

Les étapes de la mitose (prophase, métaphase, anaphase, télophase) sont étudiées en détail, en se concentrant sur le comportement des chromosomes et le rôle du fuseau mitotique.

3.3 Méiose et formation des gamètes

La méiose est présentée comme le processus qui génère la diversité génétique par la recombinaison (crossing-over) et la ségrégation indépendante des chromosomes.

3.4 Anomalies chromosomiques

Les erreurs pouvant survenir durant la méiose, conduisant à des anomalies du nombre de chromosomes (trisomie, monosomie), sont étudiées. La trisomie 21 est présentée comme un exemple.

CHAPITRE 4 : ÉCHANGES CELLULAIRES ET MÉTABOLISME

Ce chapitre se concentre sur les interactions de la cellule avec son environnement et sa gestion de l’énergie.

4.1 Transport membranaire passif et actif

Les mécanismes de transport à travers la membrane plasmique sont approfondis, en distinguant le transport passif (diffusion, osmose), qui ne requiert pas d’énergie, du transport actif, qui en consomme.

4.2 Endocytose et exocytose

Ces processus de transport en vrac, permettant à la cellule d’importer (endocytose) ou d’exporter (exocytose) de grosses molécules ou des particules, sont décrits.

4.3 Métabolisme énergétique cellulaire

Les grandes voies métaboliques (catabolisme et anabolisme) sont revues. Le rôle des enzymes comme catalyseurs biologiques spécifiques est souligné.

4.4 Respiration cellulaire et fermentation

La respiration cellulaire aérobie est détaillée comme la voie la plus efficace pour la production d’ATP. La fermentation est présentée comme une alternative en l’absence d’oxygène, avec des applications biotechnologiques comme la production de boissons fermentées à base de maïs à Kananga.

DEUXIÈME PARTIE : MICROBIOLOGIE ET MONDE MICROBIEN

Cette partie explore la diversité du monde microbien et son impact sur la vie et la santé humaine. Elle développe les techniques d’étude des micro-organismes, leurs caractéristiques biologiques et leurs interactions avec l’environnement et les organismes supérieurs, sensibilisant aux enjeux de l’hygiène et de la santé publique. 🦠

CHAPITRE 5 : DIVERSITÉ DU MONDE MICROBIEN

Ce chapitre classifie les principaux acteurs du monde microscopique.

5.1 Classification des micro-organismes

La classification en grands règnes (Bactéries, Archées, Protistes, Champignons) et la place à part des virus sont rappelées.

5.2 Bactéries : structure et physiologie

La diversité morphologique et métabolique des bactéries est explorée, en soulignant leur capacité à coloniser tous les écosystèmes.

5.3 Virus : organisation et reproduction

La structure des virus et leur nature de parasites intracellulaires obligatoires sont approfondies. Des exemples comme le virus Ebola ou le VIH illustrent leur importance en santé publique en RDC.

5.4 Champignons microscopiques et protozoaires

La distinction entre levures et moisissures est consolidée. La diversité des protozoaires est illustrée par des exemples de parasites majeurs comme Plasmodium (paludisme) et Trypanosoma (maladie du sommeil).

CHAPITRE 6 : TECHNIQUES MICROBIOLOGIQUES

Ce chapitre se concentre sur les méthodes pratiques d’étude des micro-organismes.

6.1 Observation microscopique des microbes

La technique de la coloration de Gram est étudiée en détail comme un outil essentiel pour la classification et l’identification des bactéries.

6.2 Milieux de culture et stérilisation

Les différents types de milieux de culture (sélectifs, différentiels) sont présentés. Les méthodes de stérilisation (autoclave, filtration) sont expliquées comme un prérequis indispensable à la culture microbienne.

6.3 Ensemencement et isolement

Les techniques d’ensemencement en conditions d’asepsie et d’isolement par stries sur gélose sont enseignées pour l’obtention de cultures pures.

6.4 Identification et caractérisation

Une introduction aux tests biochimiques de base utilisés pour l’identification des espèces bactériennes est proposée.

CHAPITRE 7 : CROISSANCE ET MULTIPLICATION MICROBIENNES

Ce chapitre analyse les facteurs qui régulent la croissance des populations microbiennes.

7.1 Conditions de croissance des micro-organismes

L’influence des paramètres physico-chimiques (température, pH, oxygène) sur la croissance microbienne est analysée quantitativement.

7.2 Courbe de croissance bactérienne

Les quatre phases de la courbe de croissance sont étudiées en détail, en interprétant les processus physiologiques qui caractérisent chaque phase.

7.3 Facteurs physiques et chimiques de croissance

Les élèves apprennent à classer les microbes en fonction de leurs exigences thermiques (mésophiles, thermophiles) ou de leur relation à l’oxygène (aérobies, anaérobies).

7.4 Agents antimicrobiens et antiseptiques

La distinction entre agents bactériostatiques (qui inhibent la croissance) et bactéricides (qui tuent les bactéries) est faite. Le principe d’action des antibiotiques et des antiseptiques est introduit.

CHAPITRE 8 : MICROBES ET SANTÉ HUMAINE

Ce chapitre explore l’interaction complexe entre les microbes et leur hôte humain.

8.1 Micro-organismes pathogènes et maladies infectieuses

Les concepts de pouvoir pathogène et de virulence sont définis. La notion de maladie émergente, comme la maladie à virus Ebola, est discutée dans le contexte congolais.

8.2 Modes de transmission des infections

Les différentes voies de transmission (contact, air, eau, vecteurs) sont analysées, en utilisant des exemples comme la transmission du choléra par l’eau contaminée ou de la maladie du sommeil par la mouche tsé-tsé dans la province du Kwango.

8.3 Prévention et lutte contre les infections

Les stratégies de santé publique pour contrôler les épidémies sont présentées : hygiène, assainissement de l’eau, vaccination et surveillance épidémiologique.

8.4 Micro-organismes utiles et biotechnologies

Les applications bénéfiques des microbes sont soulignées, de la production d’antibiotiques à leur rôle dans la digestion au sein de notre microbiote intestinal.

TROISIÈME PARTIE : HÉRÉDITÉ ET GÉNÉTIQUE

Cette partie développe les concepts fondamentaux de l’hérédité et de la transmission des caractères génétiques. Elle explore les lois de Mendel, les mécanismes de l’hérédité et leurs applications pratiques, initiant les élèves aux enjeux contemporains de la génétique et des biotechnologies dans la société moderne.  Mendel

CHAPITRE 9 : FONDEMENTS DE L’HÉRÉDITÉ

Ce chapitre pose les bases de la génétique formelle.

9.1 Caractères héréditaires et variations

La distinction entre les caractères héréditaires, transmis génétiquement, et les caractères acquis sous l’influence de l’environnement est établie.

9.2 Gènes, allèles et génotype

Les concepts fondamentaux sont définis : le gène comme unité d’information, les allèles comme ses différentes versions, et le génotype comme la constitution allélique d’un individu.

9.3 Phénotype et expression génétique

Le phénotype est défini comme l’ensemble des caractères observables d’un individu, résultant de l’interaction entre son génotype et l’environnement.

9.4 Supports chromosomiques de l’hérédité

La théorie chromosomique de l’hérédité est présentée, localisant les gènes sur les chromosomes.

CHAPITRE 10 : LOIS DE MENDEL

Ce chapitre est consacré à l’étude des lois fondamentales de la transmission des gènes.

10.1 Monohybridisme et première loi de Mendel

L’étude de la transmission d’un seul caractère (monohybridisme) conduit à la première loi de Mendel (loi de la ségrégation des allèles) lors de la formation des gamètes.

10.2 Dihybridisme et deuxième loi de Mendel

L’étude de la transmission simultanée de deux caractères (dihybridisme) mène à la deuxième loi de Mendel (loi de l’assortiment indépendant des allèles) pour des gènes situés sur des chromosomes différents.

10.3 Croisements et échiquier de Punnett

L’échiquier de Punnett est présenté comme un outil graphique permettant de prédire les proportions génotypiques et phénotypiques des descendants d’un croisement.

10.4 Applications des lois de Mendel

Les lois de Mendel sont appliquées à des problèmes de sélection végétale et animale, par exemple pour améliorer les variétés de manioc cultivées dans la province du Kasaï.

CHAPITRE 11 : HÉRÉDITÉ COMPLEXE

Ce chapitre explore des modes de transmission qui vont au-delà des lois simples de Mendel.

11.1 Dominance incomplète et codominance

Des cas où la dominance n’est pas complète sont étudiés. En cas de dominance incomplète, l’hétérozygote a un phénotype intermédiaire. En cas de codominance, les deux allèles s’expriment pleinement (ex: groupe sanguin AB).

11.2 Allèles multiples et polygénie

Le cas où un gène possède plus de deux allèles dans une population (ex: groupes sanguins A, B, O) est présenté. La polygénie, où un caractère est déterminé par plusieurs gènes (ex: couleur de la peau), est également introduite.

11.3 Hérédité liée au sexe

La transmission des gènes situés sur les chromosomes sexuels (X et Y) est étudiée. Ce mode de transmission explique pourquoi certaines maladies comme l’hémophilie ou le daltonisme affectent préférentiellement les hommes.

11.4 Interactions géniques et épistasie

Le concept d’épistasie, où l’expression d’un gène est masquée ou modifiée par un autre gène, est introduit pour expliquer des proportions phénotypiques non mendéliennes.

CHAPITRE 12 : GÉNÉTIQUE HUMAINE

Ce chapitre applique les principes de la génétique à l’espèce humaine.

12.1 Caryotype humain et anomalies chromosomiques

L’établissement et l’analyse d’un caryotype humain sont décrits. Les anomalies de nombre (trisomie 21) et de structure des chromosomes sont étudiées.

12.2 Maladies héréditaires et conseil génétique

La transmission de maladies monogéniques (récessives comme la drépanocytose, dominantes comme la chorée de Huntington) est analysée. Le rôle du conseil génétique pour les familles à risque est discuté.

12.3 Généalogie et analyse de pedigree

L’arbre généalogique (pedigree) est présenté comme un outil essentiel en génétique humaine pour suivre la transmission d’un caractère ou d’une maladie au fil des générations et en déduire le mode de transmission.

12.4 Génétique des populations

Une introduction à la génétique des populations est proposée, étudiant la fréquence des allèles dans une population et les facteurs (mutations, sélection, dérive) qui la font évoluer.

QUATRIÈME PARTIE : REPRODUCTION ET DÉVELOPPEMENT

Cette partie explore les mécanismes de reproduction chez les êtres vivants et les processus de développement embryonnaire. Elle développe la compréhension des cycles reproductifs, de la fécondation et du développement, abordant les enjeux de la reproduction humaine et de la santé reproductive dans une perspective scientifique et sociétale. 🌱

CHAPITRE 13 : REPRODUCTION CHEZ LES ÊTRES VIVANTS

Ce chapitre compare les différentes stratégies de perpétuation de la vie.

13.1 Modalités de reproduction : sexuée et asexuée

Les avantages et inconvénients des deux grandes stratégies de reproduction sont analysés. La reproduction asexuée est rapide et efficace, tandis que la reproduction sexuée génère de la diversité génétique.

13.2 Gamétogenèse et formation des cellules reproductrices

Les processus de spermatogenèse et d’ovogenèse sont étudiés en détail, en lien avec la méiose.

13.3 Fécondation et formation du zygote

La fécondation est décrite comme la fusion des gamètes. La distinction entre fécondation externe (milieu aquatique) et interne (milieu terrestre) est faite.

13.4 Cycles reproductifs et alternance de générations

La diversité des cycles de vie est explorée, notamment l’alternance de phases haploïdes et diploïdes chez les végétaux.

CHAPITRE 14 : DÉVELOPPEMENT EMBRYONNAIRE

Ce chapitre retrace les étapes de la construction d’un organisme multicellulaire à partir d’une seule cellule.

14.1 Étapes du développement embryonnaire

Les grandes phases du développement, de la fécondation à la naissance ou l’éclosion, sont présentées de manière chronologique.

14.2 Segmentation et formation des feuillets

La segmentation (clivage) est la phase de divisions mitotiques rapides du zygote. La gastrulation, qui met en place les trois feuillets embryonnaires (ectoderme, mésoderme, endoderme), est une étape clé.

14.3 Gastrulation et organogenèse

L’organogenèse est le processus de formation des organes à partir des trois feuillets embryonnaires.

14.4 Croissance et différenciation cellulaire

Les mécanismes de croissance de l’embryon et la différenciation progressive des cellules en types spécialisés sont décrits comme les processus finaux de la construction de l’organisme.

ANNEXES

Annexe I : Techniques de laboratoire en biologie 🧪

Cette annexe fournit des protocoles détaillés pour les techniques de base abordées dans le cours, comme la préparation d’un frottis pour la coloration de Gram, l’utilisation du microscope ou l’extraction simplifiée de l’ADN.

Annexe II : Classification des êtres vivants 🌳

Un tableau synoptique présente une classification moderne et simplifiée du monde vivant en grands règnes et embranchements, avec les caractéristiques distinctives et des exemples pour chaque groupe.

Annexe III : Glossaire de biologie générale 📖

Un glossaire complet définit de manière claire et précise tous les termes techniques et scientifiques introduits dans le cours, servant d’outil de référence essentiel pour la maîtrise du vocabulaire biologique.