N°5SCIENCES DE LA VIE-SCIENCES DE LA TERRE ET DE L’UNIVERS
Le programme de l’agrégation des sciences de la vie-sciences de la Terre et de l’univers est rédigé en considérant les trois secteurs du champ disciplinaire :
- secteur A : biologie et physiologie cellulaires, biologie moléculaire ; leur intégration au niveau des organismes ;
- secteur B : biologie et physiologie des organismes et biologie des populations, en rapport avec le milieu de vie ;
- secteur C : sciences de la Terre et de l’univers, interactions entre la biosphère et la planète Terre.
Ce programme est aussi structuré en niveaux :
- le programme de spécialité, qui définit le secteur, porte sur des connaissances du niveau de la maîtrise universitaire, et concerne les 1ère et 3ème épreuves d’admission ;
- le programme de connaissances générales qui porte sur des connaissances d’un niveau allant jusqu’à la licence universitaire, concerne l’ensemble des épreuves d’admissibilité et d’admission ;
- le programme annexe de questions d’actualité sur lequel peut porter l’entretien qui suit l’exposé de la 4ème épreuve d’admission.
Le programme de connaissances générales de chaque secteur fait partie du programme de spécialité du secteur. En conséquence, il apparaît en premier dans le texte qui suit. Les sciences de la vie sont présentées de façon groupée, la répartition entre secteurs A et B est indiquée à la fin de la présentation générale des sciences de la vie.
Les multiples facettes des SV-STU ne peuvent pas toutes être connues d’un candidat. Le programme limite donc le champ d’interrogation possible en occultant certaines questions et/ou en réduisant leur volume. Dans de nombreux cas, des exemples apparaissent qui semblent les plus appropriés, ce qui n’exclut pas d’en choisir d’autres en connaissant ceux qui sont explicitement indiqués.
Programme de connaissances générales Sciences de la vie
Outre la présentation des connaissances à posséder pour le concours, le programme général de SV doit être consulté en ayant présent à l’esprit trois impératifs :
- l’observation des objets et des phénomènes, héritée de l’histoire naturelle et/ou des sciences naturelles, est une obligation,
- la démarche expérimentale nécessaire à l’explication des phénomènes, doit être présente à tous les niveaux d’étude,
- la conceptualisation à partir des données précédentes qui s’applique à l’ensemble de la discipline, se doit d’être d’actualité tout en connaissant les limites éventuelles dans certains domaines et, dans quelques cas, des éléments d’histoire des sciences et d’épistémologie.
Il s’agit d’une discipline expérimentale. À cet égard, l’utilisation de systèmes-modèles, simplifiés, est requise. Cette démarche implique la connaissance des particularités du modèle en relation avec la question posée mais, dans la majorité des cas, il est exclu de connaître l’ensemble de la biologie de l’organisme et/ou de l’organe retenu même si les limites éventuelles à la généralisation des connaissances sont à retenir. Dans cette démarche expérimentale, des méthodes et/ou des techniques de base et utilisables dans les établissements d’enseignement sont à posséder parfaitement. Pour d’autres approches plus modernes et/ou difficiles à mettre en œuvre dans les établissements, les principes généraux doivent être connus que ce soit en vue des explications fournies dans la présentation d’une question, en limitant éventuellement la portée des observations en raison de l’aspect technique et/ou méthodologique, mais aussi afin d’être à même d’utiliser au mieux les multiples documents disponibles actuellement, très souvent accessibles aux élèves, provenant des matériels et/ou des techniques les plus modernes.
Les connaissances élémentaires de physique, chimie et mathématiques représentent également un pré-requis pour les candidats.
Le programme de connaissances générales comporte sept rubriques :
1 - La cellule, unité structurale et fonctionnelle du vivant
2 - L’organisme, une société de cellules
3 - Plans d’organisation du vivant. Phylogénie
4 - L’organisme dans son environnement
5 - Biodiversité, écologie, éthologie, évolution
6 - L’utilisation du vivant et les biotechnologies
7 - Éléments de biologie et de physiologie dans l’espèce humaine
La répartition entre les secteurs A et B est la suivante :
- secteur A : rubriques 1, 2, 6, 7
- secteur B : rubriques 3, 4, 5, 7.
On ne s’étonnera donc pas de trouver des répétitions de thèmes et/ou d’exemples. Dans ce dernier cas, le choix du même exemple placé à plusieurs endroits du programme permet de l’alléger.
1 - La cellule, unité structurale et fonctionnelle du vivant
Méthodes et/ou techniques à connaître au moins sur le principe : microscopies, spectrophotométrie, immunochimie, immunofluorescence, électrophorèse, hybridation moléculaire, immunoempreinte, cytométrie de flux, séquençage, cristallographie, patch-clamp, radioisotopes, autoradiographie...
Notions-Contenus
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Précisions-Limites
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1.1 Éléments de physico-chimie du vivant
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1.1.1 Constitution de la matière
- Atomes, molécules
- Liaisons chimiques
- Propriétés de l’eau et de groupes fonctionnels
- Polarité des molécules
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Isotopes. Radioactivité. Molécules marquées
Covalente, ionique, hydrogène. Énergie Acide, base, alcool, amine ; pH, pK, tampon Équation de Henderson-Hasselbach
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1.1.2 Principales molécules biologiques
- Glucides
- Lipides
- Acides aminés et protéines, nucléotides et acides
nucléiques
- Composés héminiques
- Notion d’interactions intra et inter-moléculaires
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Glucose, saccharose, amidon, glycogène Acides gras, glycérolipides, noyau stérol
Chlorophylles, hémoglobines, cytochromes
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1.1.3 Thermodynamique élémentaire
- L’énergie et ses formes. Énergie interne.
Variation d’énergie libre
- Cinétique des réactions. Loi d’action de masse.
Potentiel d’oxydoréduction
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Prise en considération de la différence entre les conditions standards et les conditions in vivo
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1.2 Organisation fonctionnelle de la cellule
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1.2.1 La théorie cellulaire
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Rappels généraux
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1.2.2 Les membranes cellulaires
- Organisation et dynamique des membranes
- Échanges transmembranaires
- Jonctions cellulaires
1.2.3 La compartimentation cellulaire
- Noyau, réticulum endoplasmique, Golgi, vacuole, lysosome, mitochondrie, chloroplaste
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Composition, structure, fluidité, trafic vésiculaire
Échanges selon le(s) gradient(s) et contre le(s) gradient(s). Protéines membranaires (principe de fonctionnement. Le détail des structures et de la diversité n’est pas au programme général) : canaux ioniques, transporteurs (exemples du glucose : SGLT, Glut et de l’eau : aquaporines), pompes (Na+-K+/ATP dépendantes), translocation
de protons
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1.2.4 Le cytosquelette
- Éléments constitutifs
- Trafic intracellulaire
- Motilité
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Transport axonal. Cyclose
Contraction de la fibre musculaire squelettique.
Flagelle des Eucaryotes
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1.2.5 La cellule et son environnement
- Récepteurs membranaires et intégrines
- Transduction des signaux : protéines G, seconds messagers
- Interactions membrane plasmique-matrices
extra-cellulaires (animale et végétale)
- Communication cellule-cellule :
plasmodesmes, jonctions communicantes
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(La transduction des signaux au niveau génique est abordée dans la rubrique 1.4.4)
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1.3 Métabolisme cellulaire
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1.3.1 Bioénergétique
- “Valeur” énergétique des substrats
- Variation d’énergie libre d’hydrolyse et rôle
des nucléotides phosphates dans les transferts
énergétiques
- Coenzymes d’oxydo-réduction
- Origine de l’ATP
Couplage transfert d’électrons, translocation de protons et synthèse d’ATP
- Utilisation de l’ATP
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Glucose, acides gras
Couple ADP/ATP. Prise en compte de la différence entre les conditions standards et les conditions in vivo Formes réduites et oxydées du NAD et du NADP
Phosphorylations liées au substrat (glycolyse)
Gradient de protons et ATP synthase.
Chaîne respiratoire et oxydation phosphorylante.
Chaîne photosynthétique et photophosphorylation
acyclique (limitée aux Angiospermes)
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1.3.2 Enzymes et catalyse enzymatique
- Enzymes, coenzymes, cofacteurs
- Vitesse de réaction, relations vitesse-substrat, affinité, vitesse maximale, spécificité
- Contrôle de l’activité enzymatique
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Cinétique de Michaelis-Menten, cinétique allostérique, représentations graphiques La classification des enzymes n’est pas au programme
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1.3.3 Voies métaboliques
- Anabolisme et catabolisme
- Les grands types de réactions
- Voies principales
Composés initiaux et terminaux, bilans, principales étapes, localisations intracellulaire et tissulaire
- Régulation des voies métaboliques
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Transfert de groupement, oxydo-réduction,
condensation....
Cycle de réduction photosynthétique du carbone (cycle de Calvin) et synthèse de l’amidon, glycogénogenèse,glycogénolyse, gluconéogenèse, glycolyse, cycle des acides tricarboxyliques (cycle de Krebs), ß-oxydation, fermentation alcoolique et fermentation lactique
Exemples : glycogénolyse et glycolyse
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1.4 Information génétique de la cellule
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1.4.1 Le support de l’information génétique
- Les acides nucléiques, supports de l’information génétique
- L’ADN dans la cellule
- Le gène, unité d’information génétique.
Évolution de la notion de gène
- Organisation générale du génome chez les Procaryotes et les Eucaryotes
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Diversité des structures et de leur localisation
(chromosomes, plasmides, ADN des organites)
Structure des chromosomes, centromères, télomères, chromatine, caryotypes
ADN codant et non codant
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1.4.2 Stabilité de l’information génétique
- Réplication de l’ADN
- Mitose
- Réparation
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Cas des dimères de thymine
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1.4.3 Dynamique et variabilité de l’information génétique
- Méiose
- Mutations
- Réarrangement des gènes
- Transformation, conjugaison et transductions chez les bactéries
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Mutations géniques et chromosomiques
Exemple des immunoglobulines
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1.4.4 L’expression des gènes et son contrôle chez les Eucaryotes
- Transcription, traduction
- Maturation des ARN messagers
- Maturation des protéines
- Contrôle hormonal de l’expression du génome
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Cas de l’épissage
Exemple d’une hormone ou d’une enzyme
Exemple de la triiodothyronine
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1.5 Le cycle cellulaire
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- Différentes étapes du cycle : G1, S, G2, mitose, cytodiérèse
- Le contrôle du cycle cellulaire
- La mort cellulaire programmée : modalités et déterminisme
- Les dérèglements du cycle cellulaire
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On se limitera aux cancers
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1.6 Diversité des types cellulaires
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1.6.1 Particularités des cellules procaryotes
- Organisation, comparaison avec une cellule eucaryote
- Diversité du métabolisme bactérien
1.6.2 Organisation fonctionnelle de quelques
cellules différenciées
1.6.3 Totipotence, détermination et
différenciation cellulaires ; dédifférenciation et
redifférenciation
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Cellule du parenchyme palissadique foliaire,
tube criblé, spermatozoïde, cellules musculaires squelettique et cardiaque et autres
cellules citées dans le programme général
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1.7 Systèmes biologiques subcellulaires
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- Les virus : structure, génome, cycle réplicatif et transmission
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Cycle d’un bactériophage. Virus de la mosaïque du tabac. Virus de l’immunodéficience acquise humaine
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2 - L’organisme, une société de cellules
Notions-Contenus
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Précisions-Limites
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2.1 La notion d’organisme
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- Principes d’organisation : les colonies de cellules procaryotes (biofilms) et eucaryotes, l’état coenocytique, l’état pluricellulaire (tissus, organes, appareils ; notion d’individu)
- Liquides extracellulaires des Métazoaires : nature, localisation, mise en mouvement, fonctions
- Lignées germinale et somatique
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Voir aussi 3.3
Liquides interstitiel et coelomique, hémolymphe,
sang et lymphes. Exemple de mise en mouvement : circulation des Mammifères
(voir aussi 7.2.3)
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2.2 L’origine de l’œuf
2.2.1 Gamétogenèse
- Aspects chromosomiques. (voir aussi 1.4.3)
- Aspects cytologiques (enveloppes et réserves)
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Exemples : Vertébrés (Amphibiens, Mammifères), Angiospermes
Exemples : Amphibiens, Insectes
Exemples : Angiospermes, Oursins,
Mammifères (voir aussi 7.4)
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2.2.2 Rapprochement des gamètes, mécanismes cellulaires et moléculaires de la fécondation
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2.2.3 Transmission et expression des gènes
- Cas des haploïdes
- Cas des diploïdes : allèlisme, dominance et récessivité, épistasie
- Réalisation du phénotype sexuel à partir du génotype
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Transmission d’un couple d’allèles, transmission de plusieurs couples d’allèles
Levures, Drosophile, Vertébrés dont espèce
humaine (voir aussi 7.4)
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2.3 La construction des organismes (biologie du développement)
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Exemple des Amphibiens
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2.3.1 Les grandes étapes du développement embryonnaire. Inductions embryonnaires
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2.3.2 Les plans d’organisation : acquisition et diversité. Rôles des gènes du développement
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Drosophile, Amphibiens, Arabidopsis
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2.3.3 La croissance
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Croissance discontinue : exemples pris chez les
Insectes
Croissance des Vertébrés : l’os long (voir aussi
7.2.1).
Croissance des Angiospermes : méristèmes.
Rôle de l’auxine
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2.3.4 Renouvellement cellulaire
2.3.5 Mort cellulaire
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Exemples : remodelage osseux, érythrocytes
dans l’espèce humaine (voir aussi 7.1), zone
génératrice libéro-ligneuse
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2.3.6 Les métamorphoses animales
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Au cours du développement embryonnaire et
des métamorphoses (Insectes, Amphibiens)
Sénescence chez les Angiospermes (exemple
de la feuille)
Insectes holométaboles, Amphibiens anoures
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2.4 La communication intercellulaire
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2.4.1 La communication nerveuse
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Neurone, tissu nerveux, synapses. Messages
nerveux. Potentiels d’action, potentiels électrotoniques, Jonction neuro-musculaire ; couplage excitation- contraction
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2.4.2 La communication hormonale
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Exemples : hormones thyroïdiennes, adrénaline,
insuline, ecdystéroïdes, éthylène
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2.4.3 La communication dans les mécanismes de l’immunité
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Présentation de l’antigène, CMH, récepteurs
des cellules T, cytokines
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2.5 Les principes de la défense de l’organisme
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- La défense immunitaire
- L’hypersensibilité et la résistance systémique
acquise des végétaux
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Les cellules et les molécules du système
immunitaire.
La défense non spécifique.
La défense spécifique
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