cours de svt sequence 5 PART 2, Schemes and Mind Maps of Environmental science

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Séquence 5 - Partie II – Cerveau et mouvement volontaire

ACTIVITE 1 – REMOBILISATION DES ACQUIS DE

COLLEGE ET DE SECONDE (pour comprendre les

attendus sur cette partie)

PRESENTATION

Introduction :

Vous avez travaillé en collège sur le fonctionnement du cerveau. Vous avez aussi abordé en seconde la notion de cellule spécialisée. Cette première activité va vous

permettre de remobiliser vos acquis sur l’organisation de cerveau et les caractéristiques

d’une cellule spécialisée. Problématique : Comment le cerveau intervient - il dans la commande volontaire du mouvement? Quelles sont les caractéristiques d’une cellule nerveuse?

Temps indicatif :

Le temps conseillé pour cette séance est de 30 minutes.

Résumé de la séance :

Dans cette activité, vous allez répondre à des questions afin de remobiliser vos

connaissances sur le cerveau et les neurones.

Objectifs :

 Mobiliser des connaissances

ACTIVITES

1. La notion de cellule spécialisée :

Un neurone possède un noyau volumineux situé au milieu du corps cellulaire (ou péricaryon) dont la chromatine est dispersée. Le cytoplasme renferme du réticulum endoplasmique granulaire (siège de la traduction des protéines) situé dans les dendrites et le corps cellulaire. Le corps cellulaire ainsi que l’axone possèdent de nombreuses mitochondries. Les neurones ont une activité métabolique intense et consomment beaucoup d’énergie à maintenir les gradients ioniques à travers leur membrane plasmique. Ils synthétisent les neurotransmetteurs dans le corps cellulaire lesquels seront transportés le long de l’axone jusqu’à la synapse où ils sont libérés lors d’une stimulation appropriée.

Photo d’une observation au microscope d’un neurone et de cellules gliales* colorées au bleu de méthylène (X 400)

Document 1 : Ultrastructure du neurone

Photo d’une cellule musculaire (MET, fausses couleurs) La cellule musculaire appelée aussi fibre musculaire est une cellule très allongée (jusque 35 cm de long), contenant plusieurs noyaux. Le cytoplasme contient des fibres protéiques (en rose) permettant la contraction et des granules de glycogène (en marron), molécule de stockage du glucose. De nombreuses mitochondries (en vert) fournissent l’énergie nécessaire à la contraction. La cellule musculaire adulte est pauvre en réticulum endoplasmique granulaire. Elle possède en revanche du réticulum sarcoplasmique, réserve de Calcium intervenant dans la stimulation de la contraction de la cellule musculaire. Document 2 Ultrastructure d’une fibre musculaire

Question 3

Le cytosquelette est constitué de polymères de protéines. On les classe en trois catégories :  Les filaments d’ actine. Ce sont donc des filaments assez flexibles, disposés en double hélice. Ils sont également orientés du fait de l'asymétrie des monomères d'actine et de leur assemblage en hélice : l'une des extrémités (+) peut polymériser beaucoup plus vite que l'autre (-). On parle de filaments polarisés. En effet, les filaments d'actines sont composés du

Filament fin d’actine , intervenant dans la contraction musculaire polymère d'actine F (filament) et du monomère d'actine G (globulaire). Il existe un équilibre dynamique entre l'actine F et l'actine G. Le réseau d'actine est situé sous la membrane plasmique et intervient dans la forme globale de la cellule et sa mobilité (ex. contraction musculaire).

 Les filaments intermédiaires. Ce sont les éléments les plus stables du cytosquelette, ils permettent de maintenir la forme de la cellule et d’ancrer les organites cellulaires. Parmi eux, on trouve les filaments à kératine (dans les cellules épidermiques des vertébrés, les cheveux, les poils, les ongles...), les filaments à desmine (dans les cellules musculaires des muscles lisses, striés et dans le muscle cardiaque), la lamina nucléaire (appliquée contre la membrane interne du noyau) formée de protéines fibrillaires appelées lamines.

 Les microtubules sont les constituants les plus rigides du cytosquelette. Ce sont des structures cylindriques creuses dont la paroi est constituée de polymères de tubuline (dimères de tubuline α et β). Les microtubules sont polarisés de la même façon que les filaments d'actine. Ils jouent un rôle

Diagramme en coupe transversale à travers un cil, montrant la disposition «

• 2 » des microtubules dans le déplacement des vésicules ou des organites et lors de la migration des chromosomes au cours de la mitose On peut noter aussi la présence de centaines de protéines auxiliaires associées au cytosquelette dont les moteurs moléculaires, telles les myosines qui sont fondamentaux pour l'ajustement des propriétés mécaniques et morphologiques de la cellule ainsi que pour le trafic vésiculaire.

Document 1 : Présentation simplifiée du cytosquelette

Document 2 : Image montrant les éléments du cytosquelette d’une cellule eucaryote, colorées par fluorescence : en bleu : les lamines ; en vert : les microtubules ; en rouge : l’actine.

Le cytosquelette intervient aussi dans le transport des vésicules de sécrétion. Après leur synthèse au niveau de l’appareil de Golgi,* les vésicules de sécrétion sont acheminées vers la périphérie cellulaire le long des microtubules, via les moteurs moléculaires de transport : les kinésines pour les microtubules et les myosines pour les filaments d’actine (Brown, 1999).

Document 3 : la formation des vésicules de sécrétion dans l’axone

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : Le cytosquelette :

 Joue un rôle dans la forme globale de la cellule  Permet à la cellule d’assurer sa fonction de cellule spécialisée  Se trouve uniquement dans le cytoplasme  Intervient dans le mouvement des vésicules de sécrétion

GLOSSAIRE :

*appareil de golgi : organite des cellules eucaryotes. Il est situé entre le réticulum endoplasmique et la membrane plasmique, il joue le rôle d’intermédiaire entre la maturation et la sécrétion des protéines élaborées dans le réticulum.

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : La différenciation d’un neurone nécessite :

 L’intervention du cytosquelette  La présence de cellules souches indifférenciées  La mise en place d’un cône de croissance au niveau du corps cellulaire  La présence de la matrice extracellulaire

Question 5

Complétez le tableau suivant :

Organe Tissus Cellules Fonction** Neurones Fibre musculaire Ilots de Langerhans (sécrétion d’insuline) Tissu acineux (sécrétion d’enzymes digestives)

GLOSSAIRE :

***tubuline : protéine structurelle des microtubules, un constituant majeur du cytosquelette. *Matrice extracellulaire : ensemble de grosses molécules situées à l’extérieur des cellules qui facilite les liaisons et l’adhérence entre les cellules et les organise en tissu. *cône de croissance : extension dynamique, riche en actine, d'un neurite en développement cherchant un organe cible. Il se situe à l'extrémité distale d'un prolongement axonal ou dendritique.

• neurite : On appelle neurite tout prolongement du corps cellulaire d'un neurone. Il peut s'agir d'un axone ou d'une dendrite. *lamellipode : large extension membranaire faite de polymères d’actine F que la cellule utilise pour explorer son environnement à la recherche de matrice extracellulaire. *filipode : comme le lamellipode, excroissance cellulaire due au cytosquelette. organe : ensemble de tissus associés concourant à la réalisation d’une grande fonction physiologique (par ex. : intestin, cœur) tissu : ensemble de cellules qui assurent la réalisation d’une même fonction (par ex : tissu nerveux, tissu musculaire, etc.)

2. Composition du cerveau :

Question 1

Document : Photo d’une observation au microscope d’une coupe transversale de cervelle de porc colorée au bleu de méthylène (X 40)

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : La cervelle, qui fait partie du cerveau contient :

 des cellules nerveuses reconnaissables par le corps cellulaire en forme d’étoile  des neurones dont on voit le noyau coloré en bleu  des cellules nerveuses organisées en réseau  des cellules musculaires

Question 2

Reliez la photo au titre qui lui convient :

Image par résonance magnétique* anatomique du cerveau

Electroencéphalogramme  

Image par résonance magnétique fonctionnelle* du cerveau

Photo d’une coupe transversale de cerveau

Question 4

Quand on demande à un individu de recevoir une balle qui lui est envoyée, plusieurs zones du cerveau s’activent. On a indiqué très simplement les zones impliquées et leurs interactions sur le schéma du profil gauche du cerveau figurant sur le document suivant :

Schéma indiquant l’intégration d’informations multiples par le cerveau Légende :

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : Le cerveau se caractérise par :

 la présence d’aires spécialisées.  sa capacité à intégrer les informations pour créer une réponse motrice adaptée.  les interactions entre de nombreuses zones.  une capacité à se déplacer pour envoyer des ordres.

3. La capacité d’adaptation du cerveau

Question

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : Une personne victime d’un AVC (Accident Vasculaire Cérébral) :

 peut récupérer certaines de ses facultés en faisant de la rééducation.  ne pourra jamais récupérer certaines de ses facultés en faisant de la rééducation.  peut avoir des séquelles différentes d’une autre personne ayant aussi fait un AVC.  a les mêmes séquelles que toutes les personnes ayant fait un AVC.

Cortex associatif préfrontal dorsolatéral

Aires visuelles

Cortex prémoteur Cortex moteur primaire

CORRECTION

1 La notion de cellule spécialisée :

Question 1

Effectuez une comparaison des cellules spécialisées présentées dans les documents :

Question 2

A partir des documents, montrez qu’il y a relation entre la structure (et l’ultrastructure) et la fonction de la cellule :

Question 3

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : Le cytosquelette :

 (^) Joue un rôle dans la forme globale de la cellule  (^) Permet à la cellule d’assurer sa fonction de cellule spécialisée  Se trouve uniquement dans le cytoplasme  (^) Intervient dans le mouvement des vésicules de sécrétion

En effet, le cytosquelette a un rôle essentiel pour la cellule : il lui donne sa forme et lui permet d’assurer sa fonction, il se trouve dans le cytoplasme et le noyau et permet le déplacement des vésicules de sécrétion entre l’appareil de golgi et la membrane, avec laquelle elles vont fusionner pour libérer leur contenu dans l’espace extracellulaire.

Eléments de réponse :

Points communs Différences Neurone Noyau Membrane Cytoplasme Mitochondries

Gros noyau à chromatine dispersée, REG, dendrite, corps cellulaire en étoile, axone Cellule musculaire Cellule très allongée, plusieurs noyaux, fibres protéiques, glycogène, réticulum sarcoplasmique Cellule acineuse Vésicules, noyau à chromatine dispersée, REG, cellule de forme pyramidale Cellule souche Forme sphérique

Eléments de réponse : Le neurone et la cellule acineuse pancréatique sont deux cellules qui synthétisent des protéines : elles sont riches en REG avec un noyau à chromatine dispersée. Cependant, le neurone a un rôle dans la communication et possède pour cela des prolongements cellulaires pour entrer en contact avec d’autres cellules tandis que la cellule acineuse déverse ses enzymes digestives dans le canal de l’acinus et est donc orientée entre son pôle basal et son pôle apical. De même, la cellule musculaire, dont le rôle est de se raccourcir, possède de nombreuses mitochondries, centrales énergétiques mais peu de REG. La présence de plusieurs noyaux indique qu’elle est issue de plusieurs cellules qui ont fusionné. Sa forme allongée lui permet de se raccourcir pour permettre la contraction du muscle.

Question 2

Reliez la photo au titre qui lui convient :

Image par résonance magnétique anatomique du cerveau  

Electroencéphalogramme  

Image par résonance magnétique fonctionnelle du cerveau

Photo d’une coupe transversale de cerveau  

En effet, il existe différentes techniques pour avoir accès au cerveau :

• La coupe transversale du cerveau permet d’avoir accès à la structure anatomique, elle ne peut se faire que sur des individus morts.
• L’IRM anatomique permet d’accéder, en 3 dimensions, à l’anatomie du cerveau, sur un individu vivant,
• L’IRM fonctionnelle permet, en la superposant avec l’IRM anatomique de localiser les zones actives dans une situation donnée, elle donne aussi accès aux 3 dimensions du cerveau,
• L’électroencéphalogramme permet d’enregistrer l’activité électrique du cerveau.

Question 3

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : l’IRM fonctionnelle du document vu précédemment indique que :

 (^) il y a deux zones activées dans le cerveau par la vision d’un objet en mouvement.  (^) les deux zones situées à l’arrière du cerveau interviennent dans la réception d’informations visuelles.  (^) une partie du cerveau est spécialisée dans la perception visuelle.  tout le cerveau, sauf deux zones, est non fonctionnel.

En effet, les IRM fonctionnelles ont permis de réaliser une cartographie du cerveau : celui-ci possède des zones spécialisées en relation avec les organes des sens donc dans la perception de l’environnement et d’autres zones spécialisées dans les ordres moteurs. Ces zones sont appelées aires, ici on voit les aires visuelles primaires.

Question 4

Quand on demande à un individu de recevoir une balle qui lui est envoyée, plusieurs zones du cerveau s’activent. On a indiqué très simplement les zones impliquées et leurs interactions sur le schéma du profil gauche du cerveau figurant sur le document suivant :

Schéma indiquant l’intégration d’informations multiples par le cerveau

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : le cerveau se caractérise par :

 (^) la présence d’aires spécialisées.  (^) sa capacité à intégrer les informations pour créer une réponse motrice adaptée.  (^) les interactions entre de nombreuses zones.  une capacité à se déplacer pour envoyer des ordres.

Effectivement, les différentes aires spécialisées communiquent entre elles et intègrent les différentes informations pour créer un message moteur adapté à l’environnement qui a suscité le mouvement volontaire.

3 La capacité d’adaptation du cerveau

Question

Cochez la ou les bonne(s) réponse(s) pour la proposition suivante : Une personne victime d’un AVC (Accident Vasculaire Cérébral) :

 (^) peut récupérer certaines de ses facultés en faisant de la rééducation.  ne pourra jamais récupérer certaines de ses facultés en faisant de la rééducation.  (^) peut avoir des séquelles différentes d’une autre personne ayant aussi fait un AVC.  a les mêmes séquelles que toutes les personne ayant fait un AVC.

En effet, un AVC peut toucher des zones différentes du cerveau et comme les zones sont spécialisées, l’AVC peut donc avoir des conséquences différentes selon sa localisation. La rééducation peut aider l’individu à récupérer certaines capacités : en effet, le cerveau peut s’adapter et récupérer certaines fonctions : on parle de plasticité cérébrale.

Cortex associatif préfrontal dorsolatéral

Aires visuelles

Cortex prémoteur Cortex moteur primaire

Tissu : ensemble de cellules qui assurent la réalisation d’une même fonction (par ex : tissu nerveux, tissu musculaire, etc.)