AP Biologie

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.1.A : Expliquer comment les propriétés de l'eau résultant de sa polarité et des liaisons hydrogène affectent sa fonction biologique.

• 1.1.A.1 Les systèmes vivants dépendent des propriétés de l'eau pour maintenir la vie.
  • 1.1.A.1.i L'eau est polaire en raison de la formation de liaisons covalentes polaires entre l'hydrogène et l'oxygène au sein des molécules d'eau. Cette polarité contribue aux liaisons hydrogène entre et au sein des molécules biologiques.
  • 1.1.A.1.ii L'eau a une chaleur spécifique élevée, ce qui permet le maintien de la température corporelle homéostatique chez les êtres vivants.
  • 1.1.A.1.iii L'eau a une chaleur de vaporisation élevée, ce qui permet le refroidissement évaporatif de l'environnement environnant. Chez les êtres vivants, cette propriété permet de maintenir la température corporelle.
• 1.1.A.2 Les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau polaires adjacentes entraînent la cohésion, l'adhésion et la tension superficielle.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 1.2.A : Décrire la composition des macromolécules nécessaires aux organismes vivants.

• 1.2.A.1 Les atomes et molécules de l'environnement sont nécessaires pour construire de nouvelles molécules. Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène sont les éléments les plus abondants utilisés pour construire des molécules biologiques telles que les glucides, les protéines, les lipides et les acides nucléiques. De plus :
  • 1.2.A.1.i Le soufre est utilisé dans la construction des protéines.
  • 1.2.A.1.ii Le phosphore est utilisé dans la construction des phospholipides (un type de lipid) et des acides nucléiques.
  • 1.2.A.1.iii L'azote est utilisé dans la construction des acides nucléiques.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.3.A : Décrire les réactions chimiques qui construisent et dégradent les macromolécules biologiques.

• 1.3.A.1 L'hydrolyse est une réaction chimique impliquant la rupture de liaisons covalentes. Ce type de réaction décompose les molécules en molécules plus petites. Lorsque l'eau est ajoutée à la liaison entre monomères dans un polymère, la liaison se rompt. L'ion hydrogène d'une molécule d'eau est ajouté à un monomère et le groupe hydroxyle de la molécule d'eau est ajouté à l'autre monomère, complétant ainsi la réaction.
• 1.3.A.2 La synthèse par déshydratation se produit lorsque deux molécules plus petites sont liées ensemble par une liaison covalente. Un ion hydrogène est retiré d'un monomère et un groupe hydroxyle est retiré de l'autre. Cela entraîne la perte d'une molécule d'eau équivalente parmi les réactifs et la connexion des deux monomères restants. La connexion de nombreux monomères est appelée polymérisation.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.4.A : Décrire la structure et la fonction des glucides.

• 1.4.A.1 Les monosaccharides (sucres simples) sont les monomères des polysaccharides (glucides complexes). Ces monomères sont liés par des liaisons covalentes pour former des polymères tels que les glucides complexes, qui peuvent être linéaires ou ramifiés.
  • Exemples illustratifs pour 1.4.A.1 :
    • Cellulose
    • Amylose / Amidon
    • Glycogène
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire de polymères de glucides spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.5.A : Décrire la structure et la fonction des lipides.

• 1.5.A.1 Les lipides sont généralement des molécules non polaires et hydrophobes dont la structure et la fonction découlent de la manière dont leurs sous-composants s'assemblent. Les acides gras peuvent être décrits comme saturés ou insaturés.
  • 1.5.A.1.i Les acides gras saturés ne contiennent que des liaisons simples entre les atomes de carbone.
  • 1.5.A.1.ii Les acides gras insaturés contiennent au moins une double liaison entre les atomes de carbone, ce qui provoque un coude dans la chaîne carbonée.
  • 1.5.A.1.iii Plus il y a de doubles liaisons dans la queue d'un acide gras, plus le lipid devient insaturé.
  • 1.5.A.1.iv Plus un lipid est insaturé, plus il est liquide à température ambiante.
• 1.5.A.2 Les lipides assurent une variété de fonctions pour les organismes vivants. Certains exemples de lipides sont les graisses, les stéroïdes incluant le cholestérol, et les phospholipides.
  • 1.5.A.2.i Les graisses fournissent un stockage d'énergie et soutiennent la fonction cellulaire. Dans certains cas, elles peuvent également fournir une isolation pour aider à maintenir les mammifères au chaud.
  • 1.5.A.2.ii Les stéroïdes sont des hormones qui soutiennent les fonctions physiologiques incluant la croissance et le développement, le métabolisme énergétique et l'homéostasie.
  • 1.5.A.2.iii Le cholestérol fournit une stabilité structurale essentielle aux membranes cellulaires animales.
  • 1.5.A.2.iv Les phospholipides s'agglomèrent pour former les bicouches lipidiques trouvées dans les membranes plasmiques et cellulaires.
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire de lipides spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 1.6.A : Décrire la structure et la fonction de l'ADN et de l'ARN.

• 1.6.A.1 Dans les acides nucléiques (ADN et ARN), l'information biologique est encodée dans des séquences de monomères de nucléotides. Chaque nucléotide possède les composants structuraux suivants : un sucre à cinq carbones (désoxyribose ou ribose), un phosphate et une base azotée (adénine, thymine, guanine, cytosine ou uracile).
• 1.6.A.2 Les acides nucléiques ont une séquence linéaire de nucléotides qui possèdent des extrémités, définies par les groupes hydroxyles 3' (trois prime) et les phosphates 5' (cinq prime) du sucre dans le nucléotide. Lors de la synthèse des acides nucléiques, les nucléotides sont ajoutés à l'extrémité 3' de la chaîne en croissance, ce qui entraîne la formation de liaisons covalentes entre les nucléotides.
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire de nucléotides spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.
• 1.6.A.3 L'ADN est structuré comme une double hélice antiparallèle, avec deux brins de nucléotides parcourus dans des orientations 5' vers 3' opposées. Dans l'ADN, les nucléotides adénine s'apparient avec les nucléotides thymine via des liaisons hydrogène (A-T), et les nucléotides cytosine s'apparient avec les nucléotides guanine via des liaisons hydrogène (C-G). Dans l'ARN, l'adénine s'apparie avec l'uracile (A-U).
• 1.6.A.4 Les différences structurelles entre l'ADN et l'ARN incluent :
  • 1.6.A.4.i L'ADN contient le sucre désoxyribose, et l'ARN contient le sucre ribose.
  • 1.6.A.4.ii L'ADN contient la base azotée thymine, et l'ARN contient la base azotée uracile.
  • 1.6.A.4.iii L'ADN est généralement double brin, tandis que l'ARN est généralement simple brin.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 1.7.A : Décrire la structure et la fonction des protéines.

• 1.7.A.1 Les protéines comprennent des chaînes linéaires d'acides aminés reliés par la formation de liaisons covalentes (peptidiques) qui se forment entre un groupe carboxyle ($-\text{COOH}$) d'un acide aminé et un groupe amine ($-\text{NH}_2$) de l'acide aminé suivant, résultant en une chaîne peptidique en croissance.
• 1.7.A.2 Les acides aminés sont composés d'un atome de carbone central lié à un atome d'hydrogène, un groupe carboxyle, un groupe amine et un groupe R variable. Le groupe R d'un acide aminé peut être catégorisé selon trois propriétés chimiques possibles : hydrophobe/non polaire, hydrophile/polaire ou ionique. Les interactions de ces groupes R déterminent la structure et la fonction de cette région de la protéine.
• 1.7.A.3 La séquence spécifique des acides aminés dans les protéines détermine la structure primaire d'une polypeptide ainsi que la forme globale de la protéine.
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire des acides aminés dépasse le cadre de l'examen AP.
• 1.7.A.4 Les structures secondaires des protéines sont formées par le repliement local résultant d'interactions entre les atomes de la chaîne principale de la polypeptide de la chaîne d'acides aminés. La liaison hydrogène forme des formes telles que les hélices alpha et les feuillets bêta pliés.
• 1.7.A.5 La forme tridimensionnelle de la structure tertiaire d'une protéine résulte de la formation de liaisons hydrogène, d'interactions hydrophobes, d'interactions ioniques ou de ponts disulfure.
• 1.7.A.6 La structure quaternaire découle d'interactions entre plusieurs polypeptides. Les quatre niveaux de structure d'une protéine déterminent la fonction d'une protéine.

Grande Idée 4 — Interactions des Systèmes (SYI) : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 2.1.A : Expliquer comment la structure et la fonction des composants subcellulaires et des organites contribuent à la fonction des cellules.

• 2.1.A.1 Les ribosomes sont constitués d'ARN ribosomaux (ARNr) et de protéines. Ces structures subcellulaires sans membrane se trouvent dans les cellules de toutes les formes de vie et reflètent l'ancêtre commun de toute vie connue. Les ribosomes synthétisent des protéines selon des séquences d'ARN messager (ARNm).
• 2.1.A.2 Le système endomembranaire consiste en un groupe d'organites et de composants subcellulaires limités par une membrane (réticulum endoplasmique (RE), complexe de Golgi, lysosomes, vacuoles et vésicules de transport, enveloppe nucléaire et membrane plasmique) qui travaillent ensemble pour modifier, empaqueter et transporter intercellulairement des polysaccharides, des lipides et des protéines.
• 2.1.A.3 Le réticulum endoplasmique fournit un soutien mécanique en aidant les cellules à maintenir leur forme et joue un rôle dans le transport intracellulaire.
  • i. Le RE rugueux est associé aux ribosomes liés à la membrane, permet la compartimentation des cellules et aide à effectuer la synthèse des protéines.
  • ii. Les fonctions du RE lisse incluent la détoxification des cellules et la synthèse des lipides.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des fonctions spécifiques du RE lisse dans les cellules spécialisées dépasse le cadre de l'examen AP.
• 2.1.A.4 Le complexe de Golgi est une structure limitée par une membrane composée d'une série de sacs membranaires aplatis. Les fonctions du complexe de Golgi incluent :
  • i. Le repliement correct et la modification chimique des produits cellulaires nouvellement synthétisés
  • ii. L'empaquetage des protéines pour le trafic
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance du rôle du complexe de Golgi dans la synthèse de phospholipides spécifiques et l'empaquetage d'enzymes spécifiques pour les lysosomes, les peroxysomes et les vésicules sécrétoires dépasse le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 2.1.A.4 :
    • Glycosylation et autres modifications chimiques des protéines qui se produisent dans le Golgi et déterminent la fonction ou le ciblage des protéines
• 2.1.A.5 Les mitochondries possèdent une double membrane qui fournit des compartiments pour différentes réactions métaboliques impliquées dans la respiration cellulaire aérobie. La membrane externe est lisse, tandis que la membrane interne est fortement repliée, formant des crêtes qui permettent une synthèse d'ATP plus efficace.
• 2.1.A.6 Les lysosomes sont des vésicules entourées de membranes contenant des enzymes hydrolytiques qui digèrent les matériaux. Les lysosomes jouent également un rôle dans la mort cellulaire programmée (apoptose).
• 2.1.A.7 Les vacuoles sont des sacs limités par des membranes qui jouent de nombreux rôles différents.
  • i. Dans les cellules végétales, une grande vacuole spécialisée maintient la pression de turgescence par le stockage de nutriments et d'eau.
  • ii. Dans les cellules animales, les vacuoles sont plus petites, plus nombreuses que dans les cellules végétales, et stockent des matériaux cellulaires.
• 2.1.A.8 Les chloroplastes sont des organites spécialisés trouvés chez les plantes et les algues photosynthétiques. Les chloroplastes contiennent une double membrane et servent de lieu à la photosynthèse.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.2.A : Expliquer l'effet des rapports surface/volume sur l'échange de matières entre les cellules ou organismes et l'environnement.

• 2.2.A.1 Les rapports surface/volume affectent la capacité d'un système biologique à obtenir des nutriments nécessaires, éliminer les déchets, acquérir ou dissiper l'énergie thermique, et autrement échanger des substances chimiques et de l'énergie avec l'environnement.
  • Équations pertinentes :
    • Volume d'une sphère : $V = \dfrac{4}{3}\pi r^3$
    • Volume d'un cube : $V = s^3$
    • Volume d'un parallélépipède rectangle : $V = lwh$
    • Volume d'un cylindre : $V = \pi r^2 h$
    • Aire de surface d'une sphère : $SA = 4\pi r^2$
    • Aire de surface d'un cube : $SA = 6s^2$
    • Aire de surface d'un parallélépipède rectangle : $SA = 2lh + 2lw + 2wh$
    • Aire de surface d'un cylindre : $SA = 2\pi rh + 2\pi r^2$
    • $r$ = rayon
    • $l$ = longueur
    • $h$ = hauteur
    • $w$ = largeur
    • $s$ = longueur d'un côté d'un cube
  • Exemples illustratifs pour 2.2.A.1 :
    • Rapports SA/V et échanges
      • Poils absorbants
      • Cellules gardiennes
      • Cellules épithéliales intestinales
    • Cils
    • Stomates
• 2.2.A.2 L'aire de surface de la membrane plasmique doit être suffisamment grande pour échanger adéquatement les matières.
  • i. Le rapport surface/volume peut restreindre la taille et la forme des cellules. Les petites cellules ont généralement un rapport surface/volume plus élevé ainsi qu'un échange de matières plus efficace avec l'environnement que les grandes cellules.
  • ii. À mesure que les cellules augmentent en volume, le rapport surface/volume diminue et la demande en ressources internes augmente.
  • iii. Des structures cellulaires plus complexes (par ex., replis membranaires) sont nécessaires pour échanger adéquatement les matières avec l'environnement.
  • iv. À mesure que les organismes augmentent en taille, leur rapport surface/volume diminue, affectant des propriétés comme le taux d'échange de chaleur avec l'environnement. De plus petites quantités de masse échangent proportionnellement plus de chaleur avec l'environnement ambiant que de plus grandes masses. À mesure que la masse augmente, le rapport surface/volume et le taux d'échange de chaleur diminuent.
  • v. Il existe une relation entre le taux métabolique par unité de masse corporelle et la taille des organismes multicellulaires ; généralement, plus l'organisme est petit, plus son taux métabolique par unité de masse corporelle est élevé.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.3.A : Décrire les rôles de chacun des composants de la membrane cellulaire dans le maintien de l'environnement interne de la cellule.

• 2.3.A.1 Les phospholipides possèdent des régions hydrophiles et hydrophobes. Les régions polaires hydrophiles phosphate des phospholipides sont orientées vers l'environnement aqueux externe ou interne, tandis que les régions non polaires hydrophobes acides gras font face les unes aux autres à l'intérieur de la membrane.
• 2.3.A.2 Les protéines intégrées peuvent être hydrophiles (avec des groupes latéraux chargés et polaires), hydrophobes (avec des groupes latéraux non polaires) ou les deux.
  • i. Les régions hydrophiles des protéines sont soit à l'intérieur de la structure de la protéine, soit exposées au cytosol (cytoplasme).
  • ii. Les régions hydrophobes des protéines constituent la surface de la protéine qui interagit avec les acides gras dans l'intérieur de la membrane.

Objectif d'apprentissage 2.3.B : Décrire le modèle fluide-mosaïque des membranes cellulaires.

• 2.3.B.1 Les membranes plasmiques consistent en un cadre structural de molécules de phospholipides intégrées de protéines, de stéroïdes (tels que le cholestérol chez les vertébrés), de glycoprotéines et de glycolipides. Tous ces éléments peuvent se déplacer autour de la surface de la cellule au sein de la membrane, comme l'illustre le modèle fluide-mosaïque.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.4.A : Expliquer comment la structure des membranes biologiques influence la perméabilité sélective.

• 2.4.A.1 Les membranes plasmiques séparent l'environnement interne de la cellule de l'environnement externe. La perméabilité sélective est le résultat du fait que la membrane plasmique possède un intérieur hydrophobe.
• 2.4.A.2 Les petites molécules non polaires, y compris $\mathrm{N_2}$, $\mathrm{O_2}$ et $\mathrm{CO_2}$, traversent librement la membrane. Les substances hydrophiles, telles que les grandes molécules polaires et les ions, traversent la membrane par le biais de canaux intégrés et de protéines de transport.
• 2.4.A.3 Les queues d'hydrocarbures non polaires des phospholipides empêchent le mouvement des ions et des molécules polaires à travers la membrane. Les petites molécules polaires sans charge, comme $\mathrm{H_2O}$ ou $\mathrm{NH_3}$ (ammoniac), traversent la membrane en faibles quantités.

Objectif d'apprentissage 2.4.B : Décrire le rôle de la paroi cellulaire dans le maintien de la structure et de la fonction cellulaires.

• 2.4.B.1 Les parois cellulaires des Bactéries, Archaea, champignons et plantes fournissent une limite structurale ainsi qu'une barrière de perméabilité pour certaines substances vers les environnements cellulaires internes ou externes et protègent contre la lyse osmotique.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.5.A : Décrire les mécanismes que les organismes utilisent pour maintenir l'équilibre des solutés et de l'eau.

• 2.5.A.1 La perméabilité sélective des membranes permet la formation de gradients de concentration de solutés à travers la membrane.
• 2.5.A.2 Le transport passif est le mouvement net des molécules de régions de haute concentration vers des régions de basse concentration sans apport direct d'énergie métabolique.
• 2.5.A.3 Le transport actif nécessite un apport direct d'énergie pour déplacer des molécules. Dans certains cas, le transport actif est utilisé pour déplacer des molécules de régions de faible concentration vers des régions de haute concentration.

Objectif d'apprentissage 2.5.B : Décrire les mécanismes que les organismes utilisent pour transporter de grosses molécules à travers la membrane plasmique.

• 2.5.B.1 Les processus d'endocytose et d'exocytose nécessitent de l'énergie pour déplacer de grosses substances ou de grandes quantités de substances dans et hors des cellules.
  • i. En endocytose, la cellule absorbe de grosses molécules et de la matière particulaire en repliant la membrane plasmique sur elle-même et en formant de nouvelles (petites) vésicules qui englobent la matière provenant de l'environnement externe.
  • ii. En exocytose, des vésicules internes libèrent de la matière hors des cellules en fusionnant avec la membrane plasmique et en sécrétant de grosses molécules hors de la cellule.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.6.A : Expliquer comment la structure d'une molécule affecte sa capacité à traverser la membrane plasmique.

• 2.6.A.1 La diffusion facilitée nécessite des protéines de transport ou de canaux pour permettre le mouvement des ions chargés à travers la membrane.
  • i. Les membranes peuvent devenir polarisées par le mouvement des ions à travers la membrane.
  • ii. Les ions chargés, y compris $\mathrm{Na^+}$ (sodium) et $\mathrm{K^+}$ (potassium), nécessitent des protéines de canaux pour traverser la membrane.
• 2.6.A.2 La diffusion facilitée permet le mouvement de grosses molécules polaires à travers les membranes sans apport d'énergie. Dans ce type de diffusion, les substances se déplacent selon le gradient de concentration.
• 2.6.A.3 Les aquaporines transportent de grandes quantités d'eau à travers les membranes.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.7.A : Expliquer comment les gradients de concentration affectent le mouvement des molécules à travers les membranes.

• 2.7.A.1 Les environnements externes peuvent être hypotoniques, hypertoniques ou isotoniq ues par rapport aux environnements internes des cellules. Le mouvement de l'eau peut aussi être décrit comme se déplaçant de régions hypotoniques vers des régions hypertoniques. L'eau se déplace par osmose des régions de haut potentiel hydrique vers des régions de bas potentiel hydrique.
  • Équation (Potentiel Hydrique) : $\psi = \psi_p + \psi_s$
    • où :
    • $\psi_p$ = potentiel de pression
    • $\psi_s$ = potentiel de soluté
  • Exemples illustratifs pour 2.7.A.1 :
    • Vacuole contractile chez les protistes
    • Vacuole centrale chez les cellules végétales

Objectif d'apprentissage 2.7.B : Expliquer comment les mécanismes d'osmorégulation contribuent à la santé et à la survie des organismes.

• 2.7.B.1 La croissance et l'homéostasie sont maintenues par le mouvement constant de molécules à travers les membranes.
• 2.7.B.2 L'osmorégulation maintient l'équilibre hydrique et permet aux organismes de contrôler leur composition interne en solutés et leur potentiel hydrique. L'eau se déplace des régions de faible osmolarité ou de faible concentration en solutés vers les régions de forte osmolarité ou de forte concentration en solutés.
  • Équation (Potentiel des solutés d'une solution) : $\psi_s = -iCRT$
    • où :
    • $i$ = constante d'ionisation
    • $C$ = concentration molaire
    • $R$ = constante de pression $\left(R = 0.0831 \dfrac{L \cdot bars}{mol \cdot K}\right)$
    • $T$ = température en Kelvin (°C + 273)

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.8.A : Décrire les processus qui permettent aux ions et autres molécules de traverser les membranes.

• 2.8.A.1 Une énergie métabolique (telle que celle provenant de l'ATP) est nécessaire au transport actif des molécules à travers la membrane et pour établir et maintenir les gradients électrochimiques.
  • i. Les protéines membranaires sont nécessaires au transport actif.
  • ii. La pompe $\mathrm{Na^+}/\mathrm{K^+}$ et l'ATPase contribuent au maintien du potentiel membranaire.

Grande Idée 2 — Énergétique (ENE) : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 2.9.A : Décrire les structures limitées par une membrane de la cellule eucaryote.

• 2.9.A.1 Les membranes et les organites limités par une membrane dans les cellules eucaryotes compartimentent les processus métaboliques intracellulaires et les réactions enzymatiques spécifiques.

Objectif d'apprentissage 2.9.B : Expliquer comment les membranes internes et les organites limités par une membrane contribuent à la compartimentation des fonctions de la cellule eucaryote.

• 2.9.B.1 Les membranes internes facilitent les processus cellulaires en minimisant les interactions concurrentes et en augmentant la surface où les réactions peuvent avoir lieu.

Grande Idée 1 — Évolution (EVO) : Le processus d'évolution entraîne la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 2.10.A : Décrire les similitudes et/ou différences de compartimentation entre les cellules procaryotes et eucaryotes.

• 2.10.A.1 Les organites limités par des membranes, tels que les mitochondries et les chloroplastes, sont évolués à partir d'anciens procaryotes libres via l'endosymbiose.
• 2.10.A.2 Les procaryotes manquent généralement d'organites internes limités par des membranes mais possèdent des régions internes avec des structures et fonctions spécialisées.
• 2.10.A.3 Les cellules eucaryotes maintiennent des membranes internes qui partitionnent la cellule en régions spécialisées.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 3.1.A : Expliquer comment les enzymes affectent le taux des réactions biologiques.

• 3.1.A.1 La structure et la fonction des enzymes contribuent à la régulation des processus biologiques. Les enzymes sont des protéines qui agissent comme des catalyseurs biologiques, facilitant les réactions chimiques dans les cellules en abaissant l'énergie d'activation.
• 3.1.A.2 Pour qu'une réaction chimique médiée par une enzyme ait lieu, la forme et la charge du substrat doivent être compatibles avec le site actif de l'enzyme. Cela est illustré par le modèle du complexe enzyme-substrat.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 3.2.A : Expliquer comment les modifications de la structure d'une enzyme peuvent affecter sa fonction.

• 3.2.A.1 Un changement de la structure moléculaire d'un composant d'un système enzymatique peut entraîner un changement de sa fonction ou de son efficacité.
  • i. La dénaturation des protéines, telles que les enzymes, survient lorsque la structure protéique est perturbée par un changement de température, de pH ou d'environnement chimique, éliminant la capacité à catalyser des réactions.
  • ii. Des températures environnementales et un pH hors de la plage optimale pour une enzyme donnée provoquent des changements dans sa structure (en perturbant les liaisons hydrogène), modifiant l'efficacité avec laquelle elle catalyse des réactions.
• 3.2.A.2 Dans certains cas, la dénaturation des enzymes est réversible, permettant à l'enzyme de récupérer son activité.

Objectif d'apprentissage 3.2.B : Expliquer comment l'environnement cellulaire affecte l'activité des enzymes.

• 3.2.B.1 Les concentrations relatives des substrats et des produits déterminent l'efficacité avec laquelle une réaction enzymatique se déroule.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 3.3.A : Décrire le rôle de l'énergie chez les êtres vivants.

• 3.3.A.1 Tous les systèmes vivants nécessitent un apport d'énergie.
• 3.3.A.2 La vie nécessite un système hautement ordonné et ne viole pas les première et deuxième lois de la thermodynamique.
  • i. L'apport d'énergie doit excéder la perte d'énergie pour maintenir l'ordre et alimenter les processus cellulaires.
  • ii. Les processus cellulaires qui libèrent de l'énergie peuvent être couplés à des processus cellulaires qui nécessitent de l'énergie.
  • iii. Une perte significative d'ordre ou de flux énergétique entraîne la mort.
  • Déclaration d'exclusion : Les étudiants devront comprendre le concept d'énergie, mais l'équation de l'énergie libre de Gibbs dépasse le programme de l'examen AP.
• 3.3.A.3 Les voies liées à l'énergie dans les systèmes biologiques sont séquentielles pour permettre un transfert d'énergie plus contrôlé. Un produit d'une réaction dans une voie métabolique est généralement le réactif pour l'étape suivante de la voie.

Objectif d'apprentissage 3.3.B : Expliquer comment des processus et caractéristiques partagés, conservés et fondamentaux soutiennent le concept d'ascendance commune pour tous les organismes.

• 3.3.B.1 Les voies métaboliques centrales (par exemple, la glycolyse, la phosphorylation oxydative) sont conservées chez tous les domaines actuellement reconnus (Archées, Bactéries et Eucaryotes).

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 3.4.A : Décrire les processus photosynthétiques et les caractéristiques structurales du chloroplaste qui permettent aux organismes de capter et de stocker l'énergie.

• 3.4.A.1 La photosynthèse est une série de réactions utilisant le dioxyde de carbone $(\mathrm{CO_2})$, l'eau $(\mathrm{H_2O})$ et l'énergie lumineuse pour produire des glucides et de l'oxygène $(\mathrm{O_2})$.
  • i. Les organismes photosynthétiques capturent l'énergie du soleil et produisent des sucres qui peuvent être utilisés dans des processus biologiques ou stockés.
  • ii. La photosynthèse a d'abord évolué chez les organismes procaryotes.
  • iii. Les preuves scientifiques étayent l'affirmation selon laquelle la photosynthèse procaryote (cyanobactérienne) était responsable de la production d'une atmosphère oxygénée.
  • iv. Les voies photosynthétiques procaryotes constituaient la base de la photosynthèse eucaryote.
  • Déclaration d'exclusion : La mémorisation des étapes du cycle de Calvin, de la structure des molécules impliquées et des noms des enzymes, à l'exception de l'ATP synthase, dépasse le programme de l'examen AP.
• 3.4.A.2 Le stroma et les thylakoïdes se trouvent à l'intérieur du chloroplaste.
  • i. Le stroma est le fluide situé à l'intérieur de la membrane interne du chloroplaste et à l'extérieur des thylakoïdes. Les réactions de fixation du carbone (cycle de Calvin) de la photosynthèse ont lieu dans le stroma.
  • ii. Les membranes des thylakoïdes contiennent des pigments chlorophylliens organisés en deux photosystèmes, ainsi que des protéines de transport d'électrons.
  • iii. Les thylakoïdes sont organisés en amas appelés granum. Les réactions lumineuses de la photosynthèse ont lieu dans les grana.
• 3.4.A.3 Les réactions lumineuses de la photosynthèse chez les eucaryotes impliquent une série de voies de réactions coordonnées qui captent l'énergie présente dans la lumière pour produire de l'ATP et du NADPH, lesquels alimentent la production de molécules organiques dans le cycle de Calvin. Cela fournit de l'énergie pour les processus métaboliques.

Objectif d'apprentissage 3.4.B : Expliquer comment les cellules captent l'énergie de la lumière et la transfèrent aux molécules biologiques pour le stockage et l'utilisation.

• 3.4.B.1 Les réactions de la chaîne de transport d'électrons (CTE) ont lieu dans les chloroplastes, les mitochondries et à travers les membranes plasmiques procaryotes. Lors de la photosynthèse, les électrons qui traversent la membrane des thylakoïdes sont capturés et finalement transférés à $\mathrm{NADP^+}$, la réduisant en NADPH au niveau du photosystème I.
  • Déclaration d'exclusion : Les noms complets des transporteurs d'électrons spécifiques de la chaîne de transport d'électrons dépassent le programme de l'examen AP.
  • Déclaration d'exclusion : Les étapes spécifiques, les noms des enzymes et les intermédiaires des voies pour ces processus dépassent le programme de ce cours et de l'examen AP.
• 3.4.B.2 Lors de la photosynthèse, les chlorophylles absorbent l'énergie de la lumière, excitant les électrons vers un niveau d'énergie supérieur dans les photosystèmes I et II. L'eau se dissocie ensuite, fournissant des électrons pour remplacer ceux perdus par le photosystème II.
• 3.4.B.3 Les photosystèmes I et II sont intégrés dans les membranes des thylakoïdes des chloroplastes et sont connectés par le transfert d'électrons via une CTE.
• 3.4.B.4 Lorsque les électrons sont transférés entre les molécules au sein d'une série de réactions d'oxydoréduction alors qu'ils traversent la CTE, un gradient électrochimique de protons (ions hydrogène) s'établit à travers la membrane des thylakoïdes. La membrane sépare une région de faible concentration de protons à l'extérieur de la membrane des thylakoïdes d'une région de forte concentration de protons à l'intérieur de la membrane des thylakoïdes.
• 3.4.B.5 La formation du gradient de protons est liée à la synthèse d'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique via l'ATP synthase. Le flux de protons回流 à travers l'ATP synthase membranaire par chimiosmose entraîne la formation d'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique ; cela est appelé photophosphorylation.
• 3.4.B.6 L'énergie capturée lors des réactions lumineuses et transférée à l'ATP et au NADPH alimente la production de glucides à partir de dioxyde de carbone dans le cycle de Calvin. Cela se produit dans le stroma du chloroplaste.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 3.5.A : Décrire les processus et les caractéristiques structurales des mitochondries qui permettent aux organismes d'utiliser l'énergie stockée dans les macromolécules biologiques.

• 3.5.A.1 La respiration cellulaire utilise l'énergie des macromolécules biologiques pour synthétiser de l'ATP. La respiration et la fermentation sont caractéristiques de toutes les formes de vie.
• 3.5.A.2 La respiration cellulaire aérobie chez les eucaryotes implique une série de réactions enzymatiques coordonnées qui captent l'énergie des macromolécules biologiques.
• 3.5.A.3 La CTE transfère les électrons dans une série de réactions d'oxydoréduction qui établissent un gradient électrochimique à travers les membranes.
  • i. Lors de la respiration cellulaire, les électrons apportés par NADH et $\mathrm{FADH_2}$ sont transmis à une série d'accepteurs d'électrons alors qu'ils se déplacent vers l'accepteur final d'électrons, l'oxygène. Les procaryotes aérobies utilisent l'oxygène comme accepteur final d'électrons, tandis que les procaryotes anaérobies utilisent d'autres molécules.
  • ii. Le transfert d'électrons, à travers la CTE, s'accompagne de la formation d'un gradient de protons à travers la membrane mitochondriale interne, la (ou les) membrane(s) séparant une région de forte concentration de protons à l'extérieur de la membrane d'une région de faible concentration de protons à l'intérieur de la membrane. Le repliement de la membrane interne augmente la surface, ce qui permet de synthétiser davantage d'ATP. Chez les procaryotes, le passage des électrons s'accompagne du mouvement de protons à travers la membrane plasmique.
  • iii. Le flux de protons à travers l'ATP synthase membranaire par chimiosmose entraîne la formation d'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique. Ce processus est appelé phosphorylation oxydative dans la respiration cellulaire aérobie.
  • iv. Dans la respiration cellulaire aérobie, le découplage de la phosphorylation oxydative du transport des électrons génère de la chaleur. Cette chaleur peut être utilisée par les organismes endothermes pour réguler leur température corporelle.
  • Déclaration d'exclusion : Les noms complets des transporteurs d'électrons spécifiques de la chaîne de transport d'électrons dépassent le programme de l'examen AP.
  • Déclaration d'exclusion : Les étapes spécifiques, les noms des enzymes et les intermédiaires des voies pour ces processus dépassent le programme de ce cours et de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 3.5.B : Expliquer comment les cellules obtiennent de l'énergie à partir de macromolécules biologiques afin de soutenir les fonctions cellulaires.

• 3.5.B.1 La glycolyse est une voie biochimique qui libère l'énergie contenue dans les molécules de glucose pour former de l'ATP (à partir d'ADP et de phosphate inorganique), du NADH (à partir de $\mathrm{NAD^+}$) et du pyruvate.
• 3.5.B.2 Le pyruvate est transporté du cytoplasme vers la mitochondrie où se produit l'oxydation. Ce processus libère des électrons lors du cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique), réduisant $\mathrm{NAD^+}$ en NADH et FAD en $\mathrm{FADH_2}$, tout en libérant $\mathrm{CO_2}$.
• 3.5.B.3 Le cycle de Krebs a lieu dans la matrice mitochondriale. Au cours du cycle de Krebs, du dioxyde de carbone est libéré à partir d'intermédiaires organiques, de l'ATP est synthétisé à partir d'ADP et de phosphate inorganique, et des électrons sont transférés par les coenzymes $\mathrm{NAD^+}$ et FAD.
• 3.5.B.4 Les électrons extraits des réactions de glycolyse et du cycle de Krebs sont transférés par le NADH et $\mathrm{FADH_2}$ vers la chaîne de transport des électrons (ETC) située dans la membrane interne mitochondriale.
• 3.5.B.5 Lorsque les électrons sont transférés entre des molécules au sein d'une série de réactions au fur et à mesure qu'ils passent à travers la chaîne de transport des électrons, un gradient électrochimique de protons (ions hydrogène) s'établit à travers la membrane interne mitochondriale. Le pH dans la matrice mitochondriale est plus élevé que dans l'espace intermembranaire.
• 3.5.B.6 La fermentation permet à la glycolyse de se poursuivre en l'absence d'oxygène et produit des molécules organiques telles que l'alcool et l'acide lactique.
  • Énoncé d'exclusion : La mémorisation des étapes de la glycolyse et du cycle de Krebs, ainsi que des structures des molécules et des noms des enzymes impliquées, dépasse le programme de ce cours et celui de l'examen AP.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.1.A : Décrire les moyens par lesquels les cellules peuvent communiquer entre elles.

• 4.1.A.1 Les cellules communiquent entre elles par contact direct avec d'autres cellules ou à distance via un signal chimique.
  • *Exemples illustratifs pour 4.1.A.1 :
    • Les cellules immunitaires interagissent par contact cellule-à-cellule, notamment les cellules présentatrices d'antigènes (CPA), les lymphocytes T auxiliaires et les lymphocytes T tueurs.

Objectif d'apprentissage 4.1.B : Expliquer comment les cellules communiquent entre elles sur de courtes et longues distances.

• 4.1.B.1 Les cellules communiquent sur de courtes distances en utilisant des régulateurs locaux qui ciblent les cellules situées à proximité de la cellule émettrice du signal.
  • *Exemples illustratifs pour 4.1.B.1 :
    • Neurotransmetteurs
    • Réponse immunitaire des plantes
    • Quorum sensing chez les bactéries
    • Morphogènes dans le développement embryonnaire
• 4.1.B.2 Les signaux libérés par un type cellulaire peuvent parcourir de longues distances pour atteindre des cellules cibles d'un autre type.
  • *Exemples illustratifs pour 4.1.B.2 :
    • Insuline
    • Hormone de croissance humaine
    • Hormones thyroïdiennes
    • Testostérone
    • Œstrogène

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.2.A : Décrire les composants d'une voie de transduction du signal.

• 4.2.A.1 Les voies de transduction du signal relient la réception du signal aux réponses cellulaires.
• 4.2.A.2 De nombreuses voies de transduction du signal comprennent des modifications protéiques et impliquent des cascades de phosphorylation.

Objectif d'apprentissage 4.2.B : Décrire le rôle des composants d'une voie de transduction du signal dans la production d'une réponse cellulaire.

• 4.2.B.1 La signalisation commence par la reconnaissance d'un messager chimique — un ligand — par une protéine réceptrice dans une cellule cible.
  • i. Le domaine de liaison au ligand d'un récepteur reconnaît un messager chimique spécifique, qui peut être un peptide (protéine) ou une petite molécule.
  • ii. Les récepteurs couplés aux protéines G sont un exemple de protéine réceptrice chez les eucaryotes.
  • iii. Les récepteurs peuvent être situés à la surface d'une cellule cible ou dans le cytoplasme ou le noyau de cette dernière.
• 4.2.B.2 Les cascades de signalisation relaient les signaux des récepteurs vers les cibles cellulaires, amplifiant souvent les signaux entrants, ce qui aboutit aux réponses appropriées de la cellule. Ces réponses peuvent inclure la croissance cellulaire, la sécrétion de molécules ou l'expression génique.
  • i. Après la liaison du ligand, le domaine intracellulaire d'une protéine réceptrice change de forme, initiant la transduction du signal.
  • ii. Les enzymes et les seconds messagers tels que l'AMP cyclique (AMPc) relaient et amplifient le signal intracellulaire.
  • iii. Les hormones constituent un exemple de messager de signalisation pouvant parcourir de longues distances dans le sang.
  • iv. La liaison de ligands à des canaux dépendants de ligands peut provoquer l'ouverture ou la fermeture du canal.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.3.A : Décrire les différents types de réponses cellulaires déclenchées par une voie de transduction du signal.

• 4.3.A.1 La transduction du signal peut entraîner des changements dans l'expression des gènes et la fonction cellulaire, modifiant le phénotype ou entraînant la mort cellulaire programmée (apoptose).
  • *Exemples illustratifs pour 4.3.A.1 :
    • Utilisation de messagers chimiques par les microorganismes pour communiquer avec d'autres cellules voisines et réguler des voies spécifiques en réponse à la densité de population (quorum sensing)
    • Stimulation de la dégradation du glycogène par l'épinéphrine chez les mammifères

Objectif d'apprentissage 4.3.B : Expliquer comment un changement de structure d'une molécule de signalisation affecte l'activité de la voie de signalisation.

• 4.3.B.1 Les changements dans les voies de transduction du signal peuvent modifier les réponses cellulaires. Des mutations dans n'importe quel domaine de la protéine réceptrice ou dans n'importe quel composant de la voie de signalisation peuvent affecter les composants en aval en altérant la transduction ultérieure du signal.
  • *Exemples illustratifs pour 4.3.B.1 :
    • Les cytokines régulent l'expression des gènes pour permettre la réplication et la division cellulaires.
    • Les phéromones de accouplement chez la levure déclenchent l'expression des gènes liés à l'accouplement.
    • Les niveaux d'éthylène provoquent des changements dans la production de différentes enzymes permettant la maturation des fruits.
    • Les gènes HOX régulent les plans corporels animaux pendant le développement embryonnaire.
• 4.3.B.2 Les substances chimiques qui interagissent avec n'importe quel composant de la voie de signalisation peuvent activer ou inhiber cette voie.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 4.4.A : Expliquer comment la rétroaction positive et négative aide à maintenir l'homéostasie.

• 4.4.A.1 Les organismes utilisent des mécanismes de rétroaction pour maintenir leurs environnements internes face aux changements internes et externes.
  • i. Les mécanismes de rétroaction négative maintiennent l'homéostasie en réduisant le stimulus initial pour réguler les processus physiologiques. Si un système est perturbé ou déséquilibré, les mécanismes de rétroaction négative ramènent le système à son point consigne. Ces processus opèrent aux niveaux moléculaire, cellulaire et organismal.
    • *Exemples illustratifs pour 4.4.A.1.i :
      • Régulation de la glycémie par l'insuline/glucagon
  • ii. Les mécanismes de rétroaction positive amplifient les réponses et les processus chez les organismes biologiques. La variable initiant la réponse s'éloigne davantage du point consigne initial. L'amplification se produit lorsque le stimulus est intensifié, ce qui déclenche à son tour une réponse supplémentaire produisant un changement du système.
    • *Exemples illustratifs pour 4.4.A.1.ii :
      • Lactation chez les mammifères
      • Accouchement
      • Maturation des fruits

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.5.A : Décrire les événements qui se déroulent dans le cycle cellulaire.

• 4.5.A.1 Le cycle cellulaire est une série hautement régulée d'événements qui contrôle la croissance et la reproduction des cellules eucaryotes.
  • i. Le cycle cellulaire consiste en des étapes séquentielles d'interphase (G1, S, G2), de mitose et de cytokinèse.
  • ii. Phase G1 : La cellule est métaboliquement active, dupliquant les organites et les composants cytosoliques.
  • iii. Phase S : L'ADN est sous forme de chromatine et se réplique pour former deux chromatides sœurs reliées par un centromère.
  • iv. Phase G2 : La synthèse de protéines a lieu, l'ATP est produit en grande quantité et les centrosomes se dupliquent.
  • v. Une cellule peut entrer dans une phase (G0) où elle ne se divise plus, mais elle peut réintégrer le cycle cellulaire en réponse à des stimuli appropriés.
  • vi. Les cellules non divisantes peuvent sortir du cycle cellulaire ou être maintenues à une étape particulière du cycle cellulaire.

Objectif d'apprentissage 4.5.B : Expliquer comment la mitose assure la transmission des chromosomes d'une génération de cellules à la suivante.

• 4.5.B.1 La mitose est un processus qui garantit le transfert d'un génome complet d'une cellule parent à deux cellules filles génétiquement identiques chez les eucaryotes.
  • i. La mitose joue un rôle dans la croissance, la réparation des tissus et la reproduction asexuée.
  • ii. La mitose se déroule en étapes séquentielles (prophase, métaphase, anaphase, télophase) et alterne avec l'interphase dans le cycle cellulaire.
  • iii. Prophase : Les chromatides sœurs se condensent, le fuseau mitotique commence à se former et les centrosomes migrent vers les pôles opposés de la cellule.
  • iv. Métaphase : Les fibres du fuseau alignent les chromosomes le long de l'équateur de la cellule.
  • v. Anaphase : Les chromatides sœurs appariées se séparent alors que les fibres du fuseau tirent les chromatides vers les pôles.
  • vi. Télophase : Le fuseau mitotique se désagrège, une nouvelle enveloppe nucléaire se développe, puis le cytoplasme se divise.
  • vii. Cytokinèse : Un sillon de clivage se forme chez les cellules animales ou une plaque cellulaire se forme chez les plantes, résultant en deux nouvelles cellules filles.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 4.6.A : Décrire le rôle des points de contrôle dans la régulation du cycle cellulaire.

• 4.6.A.1 Un certain nombre de contrôles internes ou de points de vigilance régulent la progression dans le cycle cellulaire.
• 4.6.A.2 Les interactions entre les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines régulent le cycle cellulaire.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des paires spécifiques cycline-CdK ou des facteurs de croissance dépasse le cadre de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 4.6.B : Décrire les effets des perturbations du cycle cellulaire sur la cellule ou l'organisme.

• 4.6.B.1 Les perturbations du cycle cellulaire peuvent entraîner un cancer ou l'apoptose (mort cellulaire programmée).

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 5.1.A : Expliquer comment la méiose permet la transmission des chromosomes d'une génération à l'autre.

• 5.1.A.1 La méiose est un processus qui assure la formation de gamètes haploïdes, parfois appelées cellules filles, chez les organismes diploïdes sexuellement reproducteurs.
• 5.1.A.2 La méiose I implique les étapes suivantes :
  • i. Prophase I : Les chromosomes homologues s'apparient et se condensent, la synapse se produit, puis des chiasmes peuvent se former, le fuseau méiotique commence à se former, les centrosomes se déplacent vers les pôles opposés de la cellule, et l'enveloppe nucléaire se désagrège.
  • ii. Métaphase I : Les fibres du fuseau méiotique alignent les paires de chromosomes homologues le long de l'équateur de la cellule, au niveau de la plaque métaphasique.
  • iii. Anaphase I : Les chromosomes homologues se séparent, tandis que les chromatides sœurs restent attachées, alors que les fibres du fuseau méiotique tirent les chromosomes vers les pôles.
  • iv. Télophase I : Le fuseau méiotique se désagrège, une nouvelle enveloppe nucléaire se forme, un sillon de clivage (cellule animale) ou une plaque cellulaire (cellule végétale) apparaît, et la cytokinèse a lieu. Deux cellules filles haploïdes sont formées (à la fin de la méiose I).
• 5.1.A.3 La méiose II implique les étapes suivantes :
  • i. Prophase II : Le fuseau méiotique se forme ; les chromatides sœurs connectées au centromère s'attachent au fuseau méiotique.
  • ii. Métaphase II : Les chromosomes s'alignent le long de la plaque métaphasique ; le cinétochore de chaque chromatide est attaché à un microtubule provenant des pôles.
  • iii. Anaphase II : Les protéines au niveau des centromères se dégradent, et les chromatides sœurs sont séparées et tirées vers les pôles opposés de la cellule.
  • iv. Télophase II : Le fuseau méiotique se désagrège, une nouvelle enveloppe nucléaire se forme, un sillon de clivage (cellule animale) ou une plaque cellulaire (cellule végétale) apparaît, les chromatides commencent à se décondenser, et la cytokinèse a lieu. Quatre cellules filles haploïdes sont formées, chacune possédant une chromatide non dupliquée.

Objectif d'apprentissage 5.1.B : Décrire les similitudes et différences entre les phases et les résultats de la mitose et de la méiose.

• 5.1.B.1 La mitose et la méiose sont similaires dans l'utilisation d'un appareil en fuseau pour déplacer les chromosomes, mais diffèrent par le nombre de cellules produites et le contenu génétique des cellules filles.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 5.2.A : Expliquer comment le processus de méiose génère une diversité génétique.

• 5.2.A.1 La séparation correcte des chromosomes homologues lors de la méiose I et des chromatides sœurs lors de la méiose II garantit que chaque gamète reçoit un ensemble haploïde (1n) de chromosomes comprenant un assortiment de chromosomes maternels et paternels. Lorsqu'une séparation incorrecte se produit (non-disjonction), les gamètes ne sont plus haploïdes.
• 5.2.A.2 Lors de la prophase I de la méiose, des chromatides non-sœurs échangent du matériel génétique via un processus appelé crossing-over (recombinaison), ce qui augmente la diversité génétique parmi les gamètes résultants.
• 5.2.A.3 La reproduction sexuée chez les eucaryotes augmente la variation génétique, incluant le crossing-over, l'assortiment aléatoire des chromosomes lors de la méiose, et la fécondation subséquente des gamètes.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des détails des cycles de reproduction sexuée chez divers végétaux et animaux dépasse le cadre de l'examen AP.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 5.3.A : Expliquer l'hérédité des gènes et des caractères selon les lois de Mendel.

• 5.3.A.1 Les lois de ségrégation et d'assortiment indépendant de Mendel peuvent être appliquées aux gènes situés sur différents chromosomes.
• 5.3.A.2 Dans la plupart des cas, la fécondation implique la fusion de deux gamètes haploïdes, rétablissant le nombre diploïde de chromosomes et augmentant la variation génétique dans les populations en créant de nouvelles combinaisons d'allèles dans le zygote.
  • i. Les règles de probabilité peuvent être appliquées pour analyser la transmission de caractères monogéniques des parents à la descendance.
  • ii. Les croisements monohybrides, dihybrides et tests peuvent être utilisés pour déterminer si des allèles sont dominants ou récessifs.
  • iii. Le génotype d'un organisme est l'ensemble des allèles hérités pour un ou plusieurs gènes par un individu. Le génotype d'un organisme peut être homozygote ou hétérozygote pour chaque gène.
  • iv. Le phénotype d'un organisme est l'expression observable des traits hérités.
  • v. Les modes d'hérédité (autosomique, lié, sexué) et le caractère dominant ou récessif d'un allèle peuvent souvent être prédits à partir de données, y compris les arbres généalogiques. Les carrés de Punnett peuvent être utilisés pour prédire les génotypes et phénotypes des parents et de la descendance.
  • Équation (Lois de probabilité) : Oui $A$ et $B$ sont mutuellement exclusifs, alors : $P(A \text{ or } B) = P(A) + P(B)$
  • Équation (Lois de probabilité) : Oui $A$ et $B$ sont indépendants, alors : $P(A \text{ and } B) = P(A) \times P(B)$

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 5.4.A : Expliquer les écarts au modèle de Mendel concernant l'hérédité des caractères.

• 5.4.A.1 Les modes d'hérédité de nombreux caractères ne suivent pas les ratios prédits par les lois de Mendel et peuvent être identifiés par une analyse quantitative lorsque les ratios phénotypiques observés diffèrent statistiquement des ratios prédits.
  • i. Les gènes situés sur le même chromosome sont considérés comme liés génétiquement. La probabilité que ces gènes liés se ségrègent ensemble lors de la méiose peut être utilisée pour calculer la distance cartographique (ou unités de carte) entre eux sur un chromosome. Ce calcul est appelé cartographie ou cartographie génétique.
  • ii. La codominance se produit lorsque le phénotype des deux allèles est exprimé de sorte que l'hétérozygote présente un phénotype différent de celui de n'importe lequel des homozygotes.
  • iii. L'Incomplete dominance (dominance incomplète) se produit lorsqu'aucun allèle d'un gène ne peut masquer l'autre, de sorte que le phénotype de l'hétérozygote est une version mélangée des phénotypes dominant et récessif.
• 5.4.A.2 Certains caractères, appelés caractères liés au sexe (liés X ou Y), sont déterminés par des gènes situés sur les chromosomes sexuels. Le mode d'hérédité des caractères liés au sexe peut souvent être prédit à partir de données, y compris les arbres généalogiques, indiquant les génotypes et phénotypes des parents et de la descendance.
  • Exemples illustratifs pour EK 5.4.A.2 :
    • Les caractères liés au sexe (liés X ou Y) résident sur les chromosomes sexuels.
    • Les caractères liés au sexe (liés X ou Y) sont transmis à un taux plus élevé chez les individus XY que chez les individus XX.
    • Chez certaines espèces, la base chromosomique de la détermination du sexe ne repose pas sur les chromosomes X et Y (par ex., ZW chez les oiseaux, haplodiploïdie chez les abeilles).
• 5.4.A.3 La pléiotropie est un phénomène où l'expression d'un seul gène entraîne plusieurs caractères ou effets ; ces caractères ne ségrègent donc pas indépendamment.
• 5.4.A.4 Certains caractères résultent d'une hérédité non nucléaire.
  • i. Les chloroplastes et mitochondries sont distribués aléatoirement aux gamètes et aux cellules filles ; ainsi, les caractères déterminés par l'ADN chloroplastique et mitochondrial ne suivent pas les règles simples de Mendel.
  • ii. Chez les animaux, les mitochondries sont généralement transmises par l'ovule et non par le spermatozoïde ; ainsi, les caractères déterminés par l'ADN mitochondrial sont typiquement hérités de la mère.
  • iii. Chez les plantes, les mitochondries et chloroplastes sont transmis par l'ovule et non par le pollen ; de ce fait, les caractères déterminés par les mitochondries et les chloroplastes sont typiquement hérités de la mère.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 4 — Interactions des systèmes) : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 5.5.A : Expliquer comment le même génotype peut donner lieu à plusieurs phénotypes dans différentes conditions environnementales.

• 5.5.A.1 Les conditions environnementales influencent l'expression des gènes et peuvent conduire à la plasticité phénotypique (par exemple, la capacité des génotypes individuels à produire différents phénotypes).
  • Exemples illustratifs pour EK 5.5.A.1 :
    • Taille et poids chez l'humain
    • Couleur des fleurs basée sur le pH du sol
    • Couleur saisonnière de la fourrure chez les animaux arctiques
    • Détermination du sexe chez les reptiles
    • Effet d'une augmentation des UV sur la production de mélanine chez les animaux
    • Présence du type de accouplement opposé sur la production de phéromones chez la levure et autres champignons

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.1.A : Décrire les structures impliquées dans la transmission de l'information héréditaire d'une génération à l'autre.

• 6.1.A.1 L'information génétique est stockée et transmise aux générations suivantes par des molécules d'ADN et, dans certains cas, par des molécules d'ARN.
  • 6.1.A.1.i Les organismes procaryotes ont typiquement des chromosomes circulaires.
  • 6.1.A.1.ii Les organismes eucaryotes ont typiquement plusieurs chromosomes linéaires composés d'ADN. Ces chromosomes sont condensés à l'aide d'histones et de protéines associées.
• 6.1.A.2 Les procaryotes et les eucaryotes peuvent contenir des plasmides, qui sont des molécules d'ADN circulaires extrachromosomiques.

Objectif d'apprentissage 6.1.B : Décrire les caractéristiques de l'ADN qui lui permettent d'être utilisé comme matériel héréditaire.

• 6.1.B.1 Les acides nucléiques présentent un appariement spécifique de bases nucléotidiques conservé au cours de l'évolution.
  • 6.1.B.1.i Les purines (guanine et adénine) ont une structure à double anneau.
  • 6.1.B.1.ii Les pyrimidines (cytosine, thymine et uracile) possèdent une structure à anneau unique.
  • 6.1.B.1.iii Les purines s'apparient avec les pyrimidines : l'adénine avec la thymine (ou l'uracile dans l'ARN) et la guanine avec la cytosine.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.2.A : Décrire les mécanismes par lesquels l'information génétique est copiée pour la transmission entre générations.

• 6.2.A.1 La réplication de l'ADN assure la continuité de l'information héréditaire.
  • 6.2.A.1.i L'ADN est synthétisé dans le sens 5' vers 3'.
  • 6.2.A.1.ii La réplication est un processus semi-conservatif, ce qui signifie qu'un brin d'ADN sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin d'ADN complémentaire.
  • 6.2.A.1.iii L'hélicase déroule les brins d'ADN.
  • 6.2.A.1.iv La topoisomérase relâche les superenroulements devant la fourche de réplication.
  • 6.2.A.1.v La polymérase ADN nécessite des amorces ARN pour initier la synthèse de l'ADN.
  • 6.2.A.1.vi La polymérase ADN synthétise de nouveaux brins d'ADN de manière continue sur le brin leading et de manière discontinue sur le brin lagging.
  • 6.2.A.1.vii La ligase joint les fragments sur le brin lagging.
  • Énoncé d'exclusion : Les noms des étapes et des enzymes particulières impliquées, à l'exception de la polymérase ADN, de la ligase, de l'ARN polymérase, de l'hélicase et de la topoisomérase, sont hors programme de l'examen AP.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.3.A : Décrire les mécanismes par lesquels l'information génétique circule de l'ADN vers l'ARN puis vers la protéine.

• 6.3.A.1 La séquence des bases de l'ARN, ainsi que la structure de la molécule d'ARN, déterminent la fonction de l'ARN.
  • 6.3.A.1.i Les molécules d'ARN messager (ARNm) transportent l'information de l'ADN du noyau vers le ribosome dans le cytoplasme.
  • 6.3.A.1.ii Des molécules d'ARN de transfert (ARNt) distinctes se lient à des acides aminés spécifiques et possèdent des séquences d'anticodons qui s'apparient avec les codons de l'ARNm. L'ARNt est recruté au ribosome lors de la traduction pour générer la séquence peptidique primaire basée sur la séquence de l'ARNm.
  • 6.3.A.1.iii Les molécules d'ARN ribosomique (ARNr) constituent les blocs de construction fonctionnels des ribosomes.
• 6.3.A.2 Les ARN polymérases utilisent un seul brin matrice d'ADN pour diriger l'inclusion de bases dans la nouvelle molécule d'ARN formée. Ce processus est appelé transcription.
• 6.3.A.3 L'enzyme ARN polymérase synthétise des molécules d'ARNm dans le sens 5' vers 3' en lisant le brin matrice d'ADN dans le sens 3' vers 5'.
• 6.3.A.4 Dans les cellules eucaryotes, le transcrit d'ARNm subit une série de modifications médiées par des enzymes.
  • 6.3.A.4.i L'ajout d'une queue poly-A rend l'ARNm plus stable.
  • 6.3.A.4.ii L'ajout d'une coiffe GTP facilite la reconnaissance ribosomique.
  • 6.3.A.4.iii L'excision des introns, ainsi que l'épissage et la rétention des exons, génèrent différentes versions de la molécule d'ARNm mature résultante. Ce processus est appelé épissage alternatif.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.4.A : Expliquer comment le phénotype d'un organisme est déterminé par son génotype.

• 6.4.A.1 La traduction de l'ARNm pour générer un polypeptide a lieu sur les ribosomes présents dans le cytoplasme des cellules procaryotes et eucaryotes, ainsi que sur la surface cytoplasmique du réticulum endoplasmique rugueux des cellules eucaryotes.
• 6.4.A.2 Chez les organismes procaryotes, la traduction de la molécule d'ARNm a lieu pendant sa transcription.
• 6.4.A.3 La traduction implique de nombreuses étapes séquentielles, y compris l'initiation, l'élongation et la terminaison. Les caractéristiques principales de la traduction incluent :
  • 6.4.A.3.i La traduction est initiée lorsque l'ARNr du ribosome interagit avec l'ARNm au niveau du codon de départ (AUG, codant pour l'acide aminé méthionine).
  • 6.4.A.3.ii La séquence de nucléotides sur l'ARNm est lue par triplets, appelés codons.
  • 6.4.A.3.iii Chaque codon code pour un acide aminé spécifique, qui peut être déduit en utilisant un tableau du code génétique. De nombreux acides aminés sont codés par plus d'un codon.
  • 6.4.A.3.iv Presque tous les êtres vivants utilisent le même code génétique, ce qui constitue une preuve de l'ancêtre commun de tous les êtres vivants.
  • 6.4.A.3.v L'ARNt apporte l'acide aminé correct à l'emplacement spécifié par le codon sur l'ARNm.
  • 6.4.A.3.vi L'acide aminé est transféré à la chaîne polypeptidique en cours d'élongation.
  • 6.4.A.3.vii Le processus se poursuit le long de l'ARNm jusqu'à ce qu'un codon stop soit atteint.
  • 6.4.A.3.viii La traduction se termine par la libération de la protéine nouvellement synthétisée.
  • Énoncé d'exclusion : Les détails et les noms des enzymes et facteurs impliqués dans chacune de ces étapes sont hors programme de l'examen AP.
  • Énoncé d'exclusion : La mémorisation du code génétique, à l'exception du codon de départ AUG, est hors programme de l'examen AP.
• 6.4.A.4 L'information génétique chez les rétrovirus constitue un cas particulier et suit un flux d'information alternatif : de l'ADN vers l'ARN, rendu possible par la transcriptase inverse, une enzyme qui copie le génome viral ARN en ADN. Cet ADN s'intègre dans le génome hôte et est transcrit et traduit pour l'assemblage de nouvelles progénies virales.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.5.A : Décrire les types d'interactions qui régulent l'expression génique.

• 6.5.A.1 Les séquences régulatrices sont des étendues d'ADN qui interagissent avec des protéines régulatrices pour contrôler la transcription. Certains gènes sont exprimés constitutivement, tandis que d'autres sont inducibles.
• 6.5.A.2 Les changements épigénétiques peuvent affecter l'expression génique par des modifications réversibles de l'ADN ou des histones.
• 6.5.A.3 Le phénotype d'une cellule ou d'un organisme est déterminé par la combinaison de gènes exprimés et les niveaux auxquels ils sont exprimés.
  • 6.5.A.3.i La différenciation cellulaire observable résulte de l'expression de gènes codant pour des protéines spécifiques aux tissus.
  • 6.5.A.3.ii L'induction de facteurs de transcription durant le développement entraîne une expression génique séquentielle.
  • 6.5.A.3.iii La fonction et la quantité des produits des gènes déterminent le phénotype des organismes.

Objectif d'apprentissage 6.5.B : Expliquer comment la localisation des séquences régulatrices se rapporte à leur fonction.

• 6.5.B.1 Les procaryotes et les eucaryotes possèdent des groupes de gènes qui sont régulés de manière coordonnée.
  • 6.5.B.1.i Les procaryotes régulent les opérons selon un système inductible ou répressible.
  • 6.5.B.1.ii Chez les eucaryotes, des groupes de gènes peuvent être influencés par les mêmes facteurs de transcription pour réguler coordonnément l'expression.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.6.A : Expliquer comment la liaison des facteurs de transcription aux régions promoteurs affecte l'expression génique et le phénotype de l'organisme.

• 6.6.A.1 L'ARN polymérase et les facteurs de transcription se lient aux séquences d'ADN promoteurs ou enhancers pour initier la transcription. Ces séquences peuvent être situées en amont ou en aval du site de début de transcription.
• 6.6.A.2 Les molécules régulatrices négatives inhibent l'expression génique en se liant à l'ADN et en bloquant la transcription.

Objectif d'apprentissage 6.6.B : Expliquer le lien entre la régulation de l'expression génique et les différences phénotypiques au sein des cellules et des organismes.

• 6.6.B.1 La régulation génique entraîne une expression différentielle des gènes et influence les produits et fonctions cellulaires.
• 6.6.B.2 Certaines petites molécules d'ARN ont des rôles dans la régulation de l'expression génique.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.7.A : Décrire les divers types de mutations.

• 6.7.A.1 Les altérations d'une séquence d'ADN sont des mutations qui peuvent provoquer des changements dans le type ou la quantité de protéine produite et le phénotype conséquent. Les mutations de l'ADN peuvent être bénéfiques, délétères ou neutres selon l'effet ou l'absence d'effet qu'elles ont sur l'acide nucléique ou la protéine résultante et les phénotypes conférés par la protéine.
  • 6.7.A.1.i Les mutations ponctuelles surviennent lorsqu'un nucléotide est substitué par un autre nucléotide différent.
  • 6.7.A.1.ii Les mutations de cadre de lecture surviennent lorsqu'un ou plusieurs nucléotides sont insérés ou supprimés, entraînant un décalage du cadre de lecture.
  • 6.7.A.1.iii Les mutations non-sens surviennent lorsqu'une mutation ponctuelle provoque un arrêt prématuré.
  • 6.7.A.1.iv Les mutations silencieuses surviennent lorsque le changement dans la séquence de nucléotides n'a aucun effet sur la séquence des acides aminés.
  • Exemples illustratifs pour 6.7.A.1 :
    • Les mutations du gène CFTR perturbent le transport des ions et entraînent la mucoviscidose.
    • Les mutations du gène MC1R confèrent un mélanisme adaptatif chez les souris-pochettes.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des mutations spécifiques et de leurs effets est hors programme de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 6.7.B : Expliquer comment les changements de génotype peuvent entraîner des changements de phénotype.

• 6.7.B.1 Les erreurs dans la réplication de l'ADN ou les mécanismes de réparation de l'ADN, ainsi que des facteurs externes, y compris les radiations et les produits chimiques réactifs, peuvent causer des mutations aléatoires dans l'ADN.
  • 6.7.B.1.i Qu'une mutation soit bénéfique, délétère ou neutre dépend du contexte environnemental.
  • 6.7.B.1.ii Les mutations constituent une source de variation génétique.
• 6.7.B.2 Les erreurs lors de la mitose ou de la méiose peuvent entraîner des changements de phénotype.
  • 6.7.B.2.i Les changements du nombre de chromosomes résultant de la nondisjonction entraînent souvent de nouveaux phénotypes causés par la triploïdie (aneuploïdie).
  • 6.7.B.2.ii Les changements du nombre de chromosomes entraînent souvent des troubles comportant des limitations de développement.
  • 6.7.B.2.iii Les altérations de la structure chromosomique conduisent à des troubles génétiques.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des troubles spécifiques liés aux changements du nombre de chromosomes est hors programme de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 6.7.C : Expliquer comment les altérations des séquences d'ADN contribuent à la variation pouvant faire l'objet de la sélection naturelle.

• 6.7.C.1 Les changements de génotype peuvent affecter les phénotypes soumis à la sélection naturelle. Les modifications génétiques qui améliorent la survie et la reproduction peuvent être favorisées par les conditions environnementales.
  • 6.7.C.1.i L'acquisition horizontale d'informations génétiques chez les procaryotes par transformation (capture d'ADN), transduction (transmission virale d'informations génétiques), conjugaison (transfert d'ADN entre cellules) et transposition (mouvement de segments d'ADN au sein et entre molécules d'ADN) augmente la variabilité génétique.
  • 6.7.C.1.ii Les virus apparentés peuvent recombiner des informations génétiques s'ils infectent la même cellule hôte.
  • 6.7.C.1.iii Les processus de reproduction qui augmentent la variabilité génétique sont évolutivement conservés et partagés par divers organismes.
  • Exemples illustratifs pour 6.7.C.1 : Anémie falciforme

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.8.A : Expliquer l'utilisation des techniques d'ingénierie génétique dans l'analyse ou la manipulation de l'ADN.

• 6.8.A.1 Les techniques d'ingénierie génétique peuvent être utilisées pour analyser et manipuler l'ADN et l'ARN.
  • 6.8.A.1.i L'électrophorèse sur gel est un processus qui sépare les fragments d'ADN selon leur taille et leur charge.
  • 6.8.A.1.ii Lors de la réaction en chaîne par polymérase (PCR), les fragments d'ADN sont amplifiés par dénaturation de l'ADN, appariement des amorces avec le brin original et extension de la nouvelle molécule d'ADN.
  • 6.8.A.1.iii La transformation bactérienne introduit de l'ADN étranger dans des cellules bactériennes.
  • 6.8.A.1.iv La technologie de séquençage de l'ADN détermine l'ordre des nucléotides dans une molécule d'ADN. Généralement, ces techniques aboutissent à une empreinte ADN permettant de comparer des séquences d'ADN provenant de divers échantillons.
  • *Exemples illustratifs pour 6.8.A.1 :
    • Des fragments d'ADN amplifiés peuvent être utilisés pour identifier des organismes et effectuer des analyses phylogénétiques.
    • L'analyse de l'ADN peut être utilisée pour l'identification forensique.
    • Les organismes génétiquement modifiés incluent les animaux transgéniques.
    • Le clonage de gènes permet la propagation de fragments d'ADN.
  • Énoncé d'exclusion : La connaissance des détails de chacune de ces techniques d'ingénierie génétique dépasse le cadre de l'examen AP.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.1.A : Décrire les causes de la sélection naturelle.

• 7.1.A.1 La sélection naturelle est un mécanisme majeur de l'évolution.
• 7.1.A.2 Selon la théorie de Darwin sur la sélection naturelle, la compétition pour des ressources limitées entraîne une survie inégale. Les individus possédant des phénotypes plus favorables ont plus de chances de survivre et de produire davantage de descendants, transmettant ainsi ces traits avantageux aux générations suivantes.

Objectif d'apprentissage 7.1.B : Expliquer comment la sélection naturelle affecte les populations.

• 7.1.B.1 La fitness évolutive se mesure par le succès reproductif.
• 7.1.B.2 Les environnements biotiques et abiotiques peuvent fluctuer, affectant le rythme et la direction de l'évolution. Différentes variations génétiques peuvent être sélectionnées à chaque génération.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.2.A : Décrire l'importance de la variation phénotypique dans une population.

• 7.2.A.1 La sélection naturelle agit sur les variations phénotypiques des populations.
• 7.2.A.2 Les environnements changent et exercent des pressions sélectives sur les populations.
  • Exemples illustratifs pour 7.2.A.2 : Temps de floraison en relation avec le changement climatique mondial
• 7.2.A.3 Certaines variations phénotypiques peuvent augmenter ou diminuer la fitness d'un organisme dans des environnements particuliers.
  • Exemples illustratifs pour 7.2.A.3 : Anémie falciforme ; Résistance au DDT chez les insectes

Objectif d'apprentissage 7.2.B : Expliquer comment la variation moléculaire au sein des cellules est liée à la fitness d'un organisme.

• 7.2.B.1 La variation du nombre et des types de molécules au sein des cellules peut conférer aux populations une plus grande capacité de survie et de reproduction dans différents environnements.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.3.A : Expliquer comment les humains peuvent influencer la diversité au sein d'une population.

• 7.3.A.1 Par la sélection artificielle, les humains affectent la variation chez d'autres espèces.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.4.A : Expliquer comment les occurrences aléatoires affectent la composition génétique d'une population.

• 7.4.A.1 L'évolution est également pilotée par des occurrences aléatoires.
  • i. La mutation est un processus aléatoire qui ajoute de nouvelles variations génétiques à une population.
  • ii. La dérive génétique est un changement dans les fréquences alléliques attribuable à un processus non sélectif se produisant dans de petites populations.
  • iii. L'effet de goulot d'étranglement est un type de dérive génétique qui se produit lorsque la taille d'une population est réduite à un petit nombre d'individus pendant au moins une génération.
  • iv. L'effet fondateur est un type de dérive génétique qui se produit lorsqu'une population est séparée des autres membres de la population. La fréquence des gènes et des traits évoluera en fonction des gènes présents dans cette nouvelle population fondatrice.
  • v. La migration peut entraîner un flux de gènes (l'ajout ou la suppression d'allèles dans une population).

Objectif d'apprentissage 7.4.B : Décrire le rôle des processus aléatoires dans l'évolution de populations spécifiques.

• 7.4.B.1 Les processus aléatoires peuvent entraîner des changements dans les fréquences alléliques d'une population.
  • i. Les mutations résultent en une variation génétique, ce qui fournit des phénotypes sur lesquels agit la sélection naturelle.
  • ii. La dérive génétique peut permettre à une petite population de diverger d'autres populations de la même espèce.
  • iii. Le flux de gènes entre deux populations empêche leur divergence en espèces distinctes.

Objectif d'apprentissage 7.4.C : Décrire le changement dans la composition génétique d'une population au fil du temps.

• 7.4.C.1 Les changements dans les fréquences alléliques constituent une preuve de l'occurrence de l'évolution dans une population.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.5.A : Décrire les conditions sous lesquelles les fréquences alléliques et génotypiques changeront dans les populations.

• 7.5.A.1 L'équilibre de Hardy-Weinberg est un modèle servant à décrire et prédire les fréquences alléliques dans une population non évolutive. Les conditions pour qu'une population ou un allèle soit en équilibre de Hardy-Weinberg sont :
  • i. Une grande taille de population
  • ii. Aucune migration
  • iii. Pas de nouvelles mutations
  • iv. Mating aléatoire
  • v. Pas de sélection naturelle

Ces conditions ne sont jamais toutes réunies, mais elles constituent une hypothèse nulle précieuse.

• 7.5.A.2 Les fréquences alléliques dans une population non évolutive peuvent être calculées à partir des fréquences génotypiques.
  • Équation : Équation de Hardy–Weinberg— $p^2 + 2pq + q^2 = 1$; $p + q = 1$, où : $p$ = fréquence de l'allèle 1 dans la population ; $q$ = fréquence de l'allèle 2 dans la population
  • Exemples illustratifs pour 7.5.A.2 : Analyse graphique des fréquences alléliques dans une population

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.6.A : Décrire les types de données qui apportent des preuves de l'évolution.

• 7.6.A.1 L'évolution est soutenue par des preuves scientifiques provenant de nombreuses disciplines (données géographiques, géologiques, physiques, biochimiques et mathématiques).

Objectif d'apprentissage 7.6.B : Expliquer comment les données morphologiques, biochimiques et géologiques apportent des preuves que les organismes ont changé au fil du temps.

• 7.6.B.1 Les preuves moléculaires, morphologiques et génétiques issues d'organismes actuels et éteints contribuent à notre compréhension de l'évolution.
  • i. Les fossiles peuvent être datés par diverses méthodes. Celles-ci incluent 1) l'âge des roches où un fossile est trouvé ; 2) le taux de désintégration des isotopes y compris le carbone-14 ; et 3) les données géographiques.
  • ii. Les homologies morphologiques, y compris les structures vestigiales, apportent des preuves d'un ancêtre commun.
• 7.6.B.2 La comparaison des séquences de nucléotides d'ADN et des séquences d'acides aminés des protéines apporte des preuves de l'évolution et d'un ancêtre commun.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.7.A : Décrire les preuves structurales et fonctionnelles aux niveaux cellulaires et moléculaires qui attestent de l'ancêtre commun de tous les eucaryotes.

• 7.7.A.1 Les preuves structurales et fonctionnelles indiquent l'ancêtre commun de tous les eucaryotes. Ces preuves comprennent :
  • i. Organites limités par une membrane
  • ii. Chromosomes linéaires
  • iii. Gènes contenant des introns

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.8.A : Expliquer comment l'évolution est un processus en cours chez tous les êtres vivants.

• 7.8.A.1 Toutes les espèces ont évolué et continuent d'évoluer. Exemples :
  • i. Changements génomiques au fil du temps
  • ii. Changement continu dans le registre fossile
  • iii. Évolution de la résistance aux antibiotiques, pesticides, herbicides ou médicaments de chimiothérapie
  • iv. Pathogènes évoluant et provoquant des maladies émergentes

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.9.A : Décrire les types de preuves qui peuvent être utilisées pour inférer une relation évolutive.

• 7.9.A.1 Les arbres phylogénétiques et les cladogrammes montrent des relations évolutives hypothétiques entre des lignées qui peuvent être testées.
• 7.9.A.2 Les arbres phylogénétiques montrent la quantité de changement au fil du temps calibrée par des fossiles ou une horloge moléculaire, tandis que les cladogrammes ne montrent pas d'échelle temporelle ni de différence évolutive entre les groupes.
• 7.9.A.3 Les caractères acquis ou perdus pendant l'évolution peuvent être utilisés pour construire des arbres phylogénétiques et des cladogrammes. Le groupe externe représente la lignée la moins étroitement apparentée au reste des organismes dans l'arbre phylogénétique ou le cladogramme.
  • i. Les caractères dérivés partagés peuvent être présents dans plus d'une lignée et indiquer un ancêtre commun. Ils sont informatifs pour la construction d'arbres phylogénétiques et de cladogrammes.
  • ii. Les données moléculaires fournissent généralement des preuves plus précises et fiables que les caractères morphologiques dans la construction d'arbres phylogénétiques ou de cladogrammes.

Objectif d'apprentissage 7.9.B : Expliquer comment les arbres phylogénétiques et les cladogrammes peuvent être utilisés pour inférer une parenté évolutive.

• 7.9.B.1 Les arbres phylogénétiques et les cladogrammes peuvent être utilisés pour illustrer la spéciation qui s'est produite. Les nœuds d'un arbre représentent l'ancêtre commun le plus récent de deux groupes ou lignées quelconques.
• 7.9.B.2 Les arbres phylogénétiques et les cladogrammes peuvent être construits à partir de similitudes morphologiques d'espèces vivantes ou fossiles et de similitudes de séquences d'ADN et de protéines.
• 7.9.B.3 Les arbres phylogénétiques et les cladogrammes représentent des hypothèses qui sont constamment révisées sur la base des preuves.

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 1 — Évolution) : Le processus d'évolution motive la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 7.10.A : Décrire les conditions sous lesquelles de nouvelles espèces peuvent émerger.

• 7.10.A.1 La spéciation se produit lorsque deux populations deviennent isolées reproductivement l'une de l'autre.
• 7.10.A.2 Le concept biologique d'espèce fournit une définition couramment utilisée d'une espèce pour les organismes sexuellement reproduisants. Il stipule qu'une espèce peut être définie comme un groupe capable de s'accoupler et d'échanger des informations génétiques pour produire une descendance viable et fertile.

Objectif d'apprentissage 7.10.B : Décrire le rythme de l'évolution et de la spéciation sous différentes conditions écologiques.

• 7.10.B.1 L'équilibre ponctué est un modèle où l'évolution se produit rapidement après une longue période de stase. Le gradualisme est un modèle où l'évolution se produit lentement sur des centaines de milliers ou des millions d'années.
• 7.10.B.2 L'évolution divergente se produit lorsque l'adaptation à de nouveaux habitats entraîne une diversification phénotypique. Les taux de spéciation peuvent être particulièrement rapides lors de périodes de radiation adaptative alors que de nouveaux habitats deviennent disponibles.
• 7.10.B.3 L'évolution convergente se produit lorsque des pressions sélectives similaires entraînent des adaptations phénotypiques similaires dans différentes populations ou espèces.

Objectif d'apprentissage 7.10.C : Expliquer les processus et mécanismes qui entraînent la spéciation.

• 7.10.C.1 La spéciation sympatrique se produit dans des populations ayant un chevauchement géographique. La spéciation allopatrique se produit dans des populations isolées géographiquement.
• 7.10.C.2 Divers mécanismes pré-zygotes et post-zygotes peuvent maintenir l'isolement reproductif et empêcher le flux de gènes entre les populations.
• Exemples illustratifs pour 7.10.C : Drosophiles des Hawaï ; Anolis des Caraïbes ; Mouche de la pomme Rhagoletis

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 4 — Interactions des systèmes) : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 7.11.A : Expliquer comment la diversité génétique d'une espèce ou d'une population affecte sa capacité à résister aux pressions environnementales.

• 7.11.A.1 Le niveau de variation dans une population affecte la dynamique de celle-ci.
  • i. La capacité d'une population à répondre aux changements environnementaux est influencée par la diversité génétique. Les espèces et populations présentant peu de diversité génétique courent un risque de déclin ou d'extinction.
  • ii. Les populations génétiquement diverses sont plus résilientes face aux perturbations environnementales car elles ont plus de chances de contenir des individus capables de résister à la pression environnementale.
  • iii. Les allèles qui sont adaptatifs dans une condition environnementale donnée peuvent être délétères dans une autre en raison de pressions sélectives différentes.
  • Exemples illustratifs pour 7.11.A.1 : Condors de Californie ; Furets à pattes noires ; Perdrix des prairies ; Mildiou de la pomme de terre ; Rouille du maïs ; Diversité génétique et pressions sélectives ; Résistance aux antibiotiques chez les bactéries (tous les individus d'une population diverse ne sont pas sensibles à une épidémie)

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 4 — Interactions des systèmes) : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 7.12.A : Décrire les preuves scientifiques soutenant les modèles de l'origine de la vie sur Terre.

• 7.12.A.1 L'origine de la vie sur Terre est soutenue par des preuves scientifiques.
  • i. Les preuves géologiques renforcent les modèles de l'origine de la vie sur Terre.
  • ii. La Terre s'est formée il y a environ 4.6 milliards d'années (bya). L'environnement était trop hostile pour la vie jusqu'à environ 3.9 bya, et les plus anciennes preuves fossiles de la vie remontent à 3.5 bya. Pris ensemble, ces éléments fournissent une plage de dates plausible pour l'origine de la vie.
• 7.12.A.2 L'hypothèse du monde ARN propose que l'ARN aurait pu être le premier matériel génétique. Trois hypothèses sous-tendent ce modèle :
  • i. À un moment donné, la continuité génétique a été assurée par la réplication de l'ARN.
  • ii. L'appariement de bases est nécessaire à la réplication.
  • iii. Les protéines codées génétiquement n'étaient pas impliquées en tant que catalyseurs.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 8.1.A : Expliquer comment la réponse comportementale et physiologique d'un organisme est liée aux changements de son environnement interne ou externe.

• 8.1.A.1 Les organismes répondent aux changements de leur environnement par des mécanismes comportementaux et physiologiques.
  • Déclaration d'exclusion : La connaissance des mécanismes comportementaux ou physiologiques spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.A.1 :
    • Photopériodisme et phototropisme chez les plantes
    • Taxie et kinésie chez les animaux
    • Activité nocturne et diurne
• 8.1.A.2 Les organismes échangent des informations entre eux en réponse à des changements internes et à des stimuli externes, ce qui peut modifier leur comportement.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.A.2 :
    • Réaction de combat ou de fuite
    • Avertissements contre les prédateurs
    • Réponses des plantes face à l'herbivorie

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 8.1.B : Expliquer comment les réponses comportementales des organismes affectent leur aptitude globale et peuvent contribuer au succès d'une population.

• 8.1.B.1 Les organismes communiquent par divers mécanismes (signaux visuels, auditifs, tactiles, électriques et/ou chimiques).
  • i. Les organismes possèdent une variété de comportements de signalisation qui produisent des changements dans le comportement d'autres organismes et peuvent entraîner un succès reproductif différentiel.
  • ii. Les animaux utilisent des signaux pour indiquer la dominance, trouver de la nourriture, établir un territoire et assurer le succès reproductif.
  • Déclaration d'exclusion : La connaissance des mécanismes spécifiques de communication dépasse le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.B.1 :
    • Marquage territorial chez les mammifères
    • Coloration chez les plantes à fleurs et les animaux
    • Chants d'oiseaux
    • Comportements de groupe chez les animaux
    • Avertissements contre les prédateurs
• 8.1.B.2 Les réponses à l'information et la communication d'informations sont essentielles à la sélection naturelle et à l'évolution.
  • i. L'aptitude favorise les comportements innés et acquis qui augmentent la survie et le succès reproductif.
  • ii. Le comportement coopératif tend à augmenter l'aptitude de l'individu et la survie de la population.
  • Déclaration d'exclusion : Les détails des divers systèmes de communication et comportementaux communautaires dépassent le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.B.2.i :
    • Interactions parents et descendants
    • Comportements de parade nuptiale et d'accouplement
    • Collecte de nourriture par les abeilles et autres animaux
  • Exemples illustratifs pour 8.1.B.2.ii :
    • Comportement de groupe chez les animaux
    • Comportement de troupeau, de volée et de banc chez les animaux
    • Avertissements contre les prédateurs
    • Comportement de colonie et d'essaimage chez les insectes
    • Sélection de la parentèle

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 8.2.A : Décrire les stratégies que les organismes utilisent pour acquérir et utiliser l'énergie.

• 8.2.A.1 Les organismes utilisent l'énergie pour s'organiser, grandir, se reproduire et maintenir l'homéostasie.
  • i. Les organismes utilisent différentes stratégies pour réguler leur température corporelle et leur métabolisme. Les endothermes utilisent l'énergie thermique générée par le métabolisme pour maintenir une température corporelle homéostatique. Les ectothermes manquent de mécanismes internes efficaces pour maintenir leur température corporelle, bien qu'ils puissent la réguler par des comportements tels que se déplacer vers le soleil ou l'ombre ou s'agréger avec d'autres individus.
  • ii. Un gain net d'énergie entraîne le stockage d'énergie, la croissance d'un organisme et une augmentation de la production reproductive.
  • iii. Une perte nette d'énergie entraîne une perte de masse, une diminution de la production reproductive et, éventuellement, la mort d'un organisme.
• 8.2.A.2 Différents organismes utilisent diverses stratégies reproductives en réponse à la disponibilité énergétique. Certains organismes alternent entre reproduction asexuée et sexuée en réponse à la disponibilité énergétique.
  • Exemples illustratifs pour 8.2.A :
    • Reproduction saisonnière chez les animaux et les plantes
    • Stratégie d'histoire de vie (plantes bisannuelles, diapause reproductive)

Objectif d'apprentissage 8.2.B : Expliquer comment l'énergie circule et la matière cycle à travers les niveaux trophiques.

• 8.2.B.1 Les niveaux écologiques d'organisation incluent les populations, les communautés, les écosystèmes et les biomes.
• 8.2.B.2 L'énergie circule à travers les écosystèmes, tandis que la matière et les nutriments cyclent entre l'environnement et les organismes via les cycles biogéochimiques. Ces cycles sont essentiels à la vie, et chaque cycle démontre la conservation de la matière. Les cycles sont interdépendants.
• 8.2.B.3 Les cycles biogéochimiques incluent des réservoirs abiotiques et biotiques, ainsi que des processus qui cyclent la matière entre les réservoirs.
• 8.2.B.4 Le cycle hydrologique (cycle de l'eau) implique le mouvement et le stockage de l'eau dans l'hydrosphère. Les réservoirs incluent les océans, les eaux de surface, l'atmosphère et les organismes vivants. Les processus incluent l'évaporation, la condensation, les précipitations et la transpiration.
• 8.2.B.5 Le cycle du carbone implique le recyclage des atomes de carbone à travers la biosphère terrestre vers les organismes sous forme de glucides et de retour dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. Aux niveaux d'organisation les plus élevés, le cycle du carbone peut être simplifié en quatre parties : la photosynthèse, la respiration cellulaire, la décomposition et la combustion.
• 8.2.B.6 Le cycle de l'azote implique plusieurs étapes, notamment la fixation de l'azote, l'assimilation, l'ammonification, la nitrification et la dénitrification. Ces étapes sont effectuées par des microorganismes dans le sol. La plus grande réserve d'azote est l'atmosphère. Lors de la fixation de l'azote, le diazote $\left(\mathrm{N_2}\right)$ est fixé en ammoniac $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, qui s'ionise en ammonium $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ en acquérant des ions hydrogène de la solution du sol.
• 8.2.B.7 Le cycle du phosphore implique l'altération des roches libérant des phosphates $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ dans le sol et les eaux souterraines. Les producteurs absorbent le phosphate, qui est intégré dans des molécules biologiques ; les consommateurs mangent les producteurs, transférant le phosphate aux animaux. Le phosphore retourne au sol via la décomposition de la biomasse ou l'excrétion. Le phosphate peut également être réintégré dans l'environnement via la décomposition de matière organique en décomposition.

Objectif d'apprentissage 8.2.C : Expliquer comment les changements dans la disponibilité de l'énergie affectent les populations, les communautés et les écosystèmes.

• 8.2.C.1 Les changements dans la disponibilité de l'énergie peuvent entraîner des modifications de la taille d'une population.
• 8.2.C.2 Les changements dans la disponibilité de l'énergie peuvent entraîner des perturbations d'un écosystème.
  • i. Un changement dans les ressources énergétiques telles que la lumière du soleil peut affecter le nombre et la taille des niveaux trophiques. Les niveaux trophiques incluent les producteurs ; les consommateurs primaires, secondaires, tertiaires et quaternaires ; et les décomposeurs.
  • ii. Un changement dans la biomasse ou le nombre de producteurs dans une zone géographique donnée peut affecter le nombre et la taille des autres niveaux trophiques.

Objectif d'apprentissage 8.2.D : Expliquer comment les activités des autotrophes et des hétérotrophes permettent le flux d'énergie au sein d'un écosystème.

• 8.2.D.1 Les autotrophes captent l'énergie à partir de sources physiques ou chimiques dans l'environnement.
  • i. Les organismes photosynthétiques capturent l'énergie présente dans la lumière du soleil, contribuant ainsi à la productivité primaire.
  • ii. Les organismes chimiosynthétiques captent l'énergie à partir de petites molécules inorganiques présentes dans leur environnement, ce qui peut se produire en l'absence d'oxygène.
• 8.2.D.2 Les hétérotrophes, qui comprennent les carnivores, herbivores, omnivores, décomposeurs et charognards, métabolisent les glucides, lipides et protéines comme sources d'énergie. Les hétérotrophes capturent l'énergie présente dans les composés carbonés en consommant de la matière organique issue des autotrophes et en incorporant cette matière dans leurs tissus.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 8.3.A : Décrire les facteurs qui influencent la dynamique de croissance des populations.

• 8.3.A.1 Les populations comprennent des organismes individuels de la même espèce qui interagissent entre eux et avec l'environnement de manière complexe.
• 8.3.A.2 De nombreuses adaptations chez les organismes sont liées à l'obtention et à l'utilisation de l'énergie et de la matière dans un environnement particulier.
  • i. La dynamique de croissance d'une population dépend du taux de natalité, du taux de mortalité et de la taille de la population.
    • Équation : Croissance de la population — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ où $dt$ = changement de temps ; $B$ = taux de natalité ; $D$ = taux de mortalité ; $N$ = taille de la population ; $dN$ = changement de la taille de la population
  • ii. La reproduction sans contraintes entraîne une croissance exponentielle d'une population.
    • Équation : Croissance exponentielle — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ où $dt$ = changement de temps ; $N$ = taille de la population ; $dN$ = changement de la taille de la population ; $r_{max}$ = taux de croissance maximum par individu de la population

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 8.4.A : Expliquer comment la densité d'une population affecte et est déterminée par la disponibilité des ressources dans l'environnement.

• 8.4.A.1 La capacité de charge est l'abondance durable d'une espèce qui peut être soutenue par l'ensemble des ressources disponibles de l'écosystème.
• 8.4.A.2 Lorsque des limites à la croissance attribuables à des facteurs dépendants et indépendants de la densité sont imposées, un modèle de croissance logistique survient généralement.
  • Équation : Croissance logistique — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ où $dt$ = changement de temps ; $N$ = taille de la population ; $dN$ = changement de la taille de la population ; $r_{max}$ = taux de croissance maximum par individu de la population ; $K$ = capacité de charge

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 8.5.A : Décrire la structure d'une communauté selon sa composition et sa diversité d'espèces.

• 8.5.A.1 La structure d'une communauté est mesurée et décrite en termes de composition des espèces et de diversité des espèces.
  • Équation : Indice de diversité de Simpson — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ où $n$ = nombre total d'organismes d'une espèce particulière ; $N$ = nombre total d'organismes de toutes les espèces

Objectif d'apprentissage 8.5.B : Expliquer comment les interactions au sein et entre les populations influencent la structure communautaire.

• 8.5.B.1 Les communautés sont des groupes de populations interagissant d'espèces différentes qui changent avec le temps en fonction des interactions entre ces populations.
• 8.5.B.2 Les interactions entre populations déterminent comment elles accèdent à l'énergie et à la matière au sein d'une communauté.
• 8.5.B.3 Les relations entre populations interagissantes peuvent être caractérisées par des effets positifs et négatifs et modélisées. Exemples : interactions prédateur/proie, coopération, cascades trophiques et partitionnement de niche.
• 8.5.B.4 La compétition, la prédation et les symbioses, y compris le parasitisme, la mutualisme et le commensalisme, peuvent驱动 la dynamique des populations.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 8.6.A : Décrire la relation entre la diversité des écosystèmes et leur résilience face aux changements de l'environnement.

• 8.6.A.1 Les écosystèmes naturels et artificiels ayant moins de composants et peu de diversité parmi les composants sont souvent moins résilients aux changements de l'environnement.
• 8.6.A.2 Les espèces clés, les producteurs et les facteurs abiotiques et biotiques essentiels contribuent à maintenir la diversité d'un écosystème.

Objectif d'apprentissage 8.6.B : Expliquer comment l'ajout ou le retrait de tout composant d'un écosystème affectera sa structure globale à court et long terme.

• 8.6.B.1 Les effets des espèces clés sur l'écosystème sont disproportionnés par rapport à leur abondance dans celui-ci. Lorsqu'elles sont retirées de l'écosystème, il s'effondre souvent.

Grande Idée 1 — Évolution : Le processus d'évolution pilote la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 8.7.A : Expliquer l'interaction entre l'environnement et les variations aléatoires ou préexistantes dans les populations.

• 8.7.A.1 Une adaptation est une variation génétique favorisée par la sélection et qui se manifeste sous forme d'un trait conférant un avantage à un organisme dans un environnement particulier.
• 8.7.A.2 L'avantage de l'hétérozygote est lorsque le génotype hétérozygote a une aptitude relative supérieure à celle de n'importe quel génotype homozygote dominant ou récessif.
• 8.7.A.3 Les mutations ne sont pas dirigées par des pressions environnementales spécifiques.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 8.7.B : Expliquer comment les espèces invasives affectent la dynamique des écosystèmes.

• 8.7.B.1 L'introduction intentionnelle ou involontaire d'une espèce invasive peut permettre à l'espèce d'exploiter une nouvelle niche libre de prédateurs ou de concurrents, ou de surpasser les espèces indigènes pour les ressources.
  • Exemples illustratifs pour 8.7.B.1 :
    • Kudzu
    • Moules zébrées

Objectif d'apprentissage 8.7.C : Décrire les activités humaines menant à des changements dans la structure et la dynamique des écosystèmes.

• 8.7.C.1 L'impact humain accélère les changements aux niveaux local et mondial. Ces activités peuvent entraîner des changements dans les écosystèmes, tels que ceux ci-dessous, provoquant des extinctions :
  • i. Biomagnification
  • ii. Eutrophisation
  • Exemples illustratifs pour 8.7.C.1 :
    • Maladie de l'orme néerlandais
    • Mildiou de la pomme de terre

Objectif d'apprentissage 8.7.D : Expliquer comment l'activité géologique et météorologique conduit à des changements dans la structure et la dynamique des écosystèmes.

• 8.7.D.1 Les événements géologiques et météorologiques affectent le changement d'habitat et la distribution des écosystèmes. Les études biogéographiques illustrent ces changements.
  • Exemples illustratifs pour 8.7.D.1 :
    • Changement climatique global
    • Exploitation forestière
    • Urbanisation
    • Monoculture
    • El Niño
    • Dérive continentale
    • Impact de météorite sur les dinosaures