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Bienvenue dans le cours MOOC NPTEL sur la bio-ingénierie une interface avec la biologie et la médecine. Au cours des deux dernières conférences, nous avons discuté de différentes questions et essayé de comprendre pourquoi la biologie est requise pour les ingénieurs, de quelle manière la discipline de la bio-ingénierie a rendu d'énormes impact.Aujourd'hui, commençons avec quelques fondamentaux et discutons des propriétés et des processus de la vie.Donc, de la manière la plus simple, on peut dire que la vie est ce que vivent les gens, nous voyons l'iractivité et nous pouvons facilement identifier ce qui est vivant et ce qui est mort. Au niveau cellulaire, leurs diverses voies biochimiques qui gouvernaient la production d'énergie qui est une énergie chimique obtenue des molécules alimentaires. Et puis cette énergie est nécessaire pour que les processus de vie se produisent. Le monde vivant a tant de diversité et de complexité.Comment les comprendre?Alors regardons quelques propriétés de la vie et je vous fournirai quelques illustrationspour différentes propriétés en montrant un organisme d'illustration. Toutes ces photos sont tirées du livre de Campbell qui est le livre recommandé à IITBombay pour ce cours de premier cycle. Vous pouvez aussi suivre ce livre et vous pouvez aussi suivre ces légendes et les détails de ce livre. Commençons par le traitement de l'énergie. Comme vous pouvez le voir dans l'image, le papillon est montré essaie d'obtenir l'énergie du nectar des fleurs. Utilisez cette énergie chimique qui est stockée dans sa nourriture et maintenant elle canalise le vol et d'autres mots. Regardons le tournesol. Quelle est l'orderie que nous avons dans cette fleur, elle vous montre une très belle exemplede la structure symétrique qui caractérise la vie. Maintenant, regardons le Jack Rabbit qui illustre le régulation. Comment le flux sanguin est régulée dans les vaisseaux sanguins et même l'oreille aide à maintenir la température corporelle constante et vous savez quand le lapin est en train de courir fastit générer beaucoup de chaleur, donc maintenant l'oreille échange ces échanges de chaleur dans l'air environnant et essayer Pour maintenir la température corporelle, regardons ce cheval de mer pygmée qui fournit un exemple d'adaptation évolutionniste. L'apparence de cet hippocampe pygmée est assez camouflant l'environnement que vous savez que vous pouvez voir dans la couleur rouge et de telles adaptations ont évolué au cours des nombreuses générationsque vous savez que vous savez probablement faire partie de l'héréditaire.Et c'est quelque chose que vous savez qui fait partie du darwinisme que nous parlerons plus tard dans le cadre de l'évolution que le nombre de ces changements positifs que nous connaîtrions les mieux adaptés à l'environnement pourrait en fait faire partie de l'héréditaire et passer de celui à la génération suivante. Regardons ce semis de chêne, l'un des exemples d'une plante qui montre le développement qui est nécessaire pour nous tous. Cette information héritée de l'usine sera poursuivie jusqu'à la prochaine plantules, le semis de semence, alors il est nécessaire pour la croissance et le développement Vous pouvez tous voir ce piège à Vénus et c'est un exemple intéressant que, dans les réponses à l'environnement, ce piège est rapidement que vous savez obtenir son stimulus et que nous savons getsclosed dès qu'il voit la damselmouche qui atterlit sur ce piège de prédicteur. Donc en réponse à l'environnement, il peut faire ces mesures rapides et maintenant il peut réagir à cette condition environnementale. Maintenant, parlons de vous savez la reproduction qui est l'un des organismes vivants. Pour illustrer le fait que la reproduction est un processus essentiel pour la vie à droite. Parlons maintenant des thèmes unificateurs de la vie: comment nous pensons aux formes de vie?Donc, le niveau d'organisation biologique commence à partir de la biosphère, de l'écosystème, de la communauté, en regardant l'organisme de la population, puis les organes, les tissus, les cellules, les organites et les molécules. Donc toutes ces propriétés sont gouvernées à un niveau de systèmes et une organisation biologique beaucoup plus grande est nécessaire pour que les formes de vie se produisent réellement. Le transfert de l'énergie et de la matière est très crucial parce que les flux d'énergie dans l'écosystème sont régis par des processus complexes qui sont impliqués dans ce cycle biologique. Les interactions sont bien sûr essentielles pour les processus biologiques, les formes de vie à la fois au niveau de l'environnement avec l'organisme et aussi bien au niveau de biomolécule des biomolécules qu'elles interagissent est très cruciale pour les formes de vie à Laissez-nous maintenant penser à l'évolution qui est l'un des thèmes centraux de la biologie, un concept très intéressant et comme nous allons dans les conférences, nous allons voir que vous connaissez les propriétés biochimiques et que vous connaissez ces biomolécules, puis finallyessayant de relier ça au niveau de l'évolution, ce qui est très intéressant et qui se tient au cœur du thème central de la biologie, qui est l'évolution.D'accord, comme vous l'avez dit, c'est la bactérie qui est Escherichia coli. Maintenant, regardons la prochaine image. C'est la mouche à fruit Drosophila melanogaster. Regardons maintenant cette image de plante, c'est la creselle de Thale ou Arabidopsis thaliana.C'est un ver rond ou C. elegans. Quelle est cette image?Donc si vous les regardez au niveau morphologique, elles sont très différentes, très distinctives, mais quand vous allez à leur niveau d'ADN, l'ARN et le niveau protéique aux propriétés biochimicalesque vous trouverez, vous serez surpris de voir que l'uniformité remarquable que nous avons au niveau moléculaire. Alors, cela indique probablement que nous sommes tous nés d'un ancêtre commun. Alors, venons à la partie fondamentale qui est la cellule et discutons à propos de quelle cellule isa?Je vais d'abord essayer de vous mesurer au cours de la discussion et essayer de découvrir votre compréhension de la cellule abouta. Il s'agit d'une unité structurelle et fonctionnelle de la vie. Il pourrait y avoir plus de définitions de la cellule. C'est l'unité de base d'une structure et d'une fonction. Elle est fondamentale pour les systèmes vivants de biologie comme vous connaissez la façon dont vous définissez les atomes dans le domaine de la chimie. Et c'est l'une des plus simples collections de matière qui peut être vivante.Nous avons des milliards de cellules dans notre corps et imaginez que ces milliards de cellules ont vraiment travaillé d'une manière très orchestrée ensemble pour gouverner un grand nombre de processus de vie et ce que nous étudions maintenant juste une cellule et comment cette cellule, différents organelleet leurs propriétés comment ils sont régulés. Vous imaginez simplement que vous savez que le système de vie est si complexe et comment vous savez que des milliards de cellules doivent se produire dans une maniérante très obéissante si elles commencent à effectuer des performances régulées qui peuvent ajouter des toor qui peuvent causer certaines maladies. Alors ce que j'ai montré Vous savez du corps humain, il y a des milliards de cellules et maintenant si vous regardez l'un des noyaux de cellules qui a tout le contenu nucléaire, il a tous les chromosomes alors nous regardons les segments de l'ADN et ensuite nous sommes définingles avec des gènes que nous sommes intéressés à étudier par exemple. Alors, vous savez comment commencer par l'humain. Maintenant, vous savez comme une cellule si vous pensez que vous connaissez un complexe comme un avion ou comme une voiture, la façon dont vous avez connaissance de beaucoup de circuits complexes les envies à l'intérieur de ces machines à l'intérieur de ces machines que vous connaissez De même dans la cellule même pour communiquer de un à un autre organelle, l'informationà passer de l'un à un autre niveau tout cela nécessite beaucoup de coordination et il est noless que dans un circuit que vous pouvez voir dans la voiture sur le côté droit, mais dit le circuit montré dans la partie gauche pour cette cellule et il ya en fait que vous connaissez les scientifiques qui essayent de comprendre la cellule plus comme dans un circuit où en changeant l'exposant à d'autres composants comment cela peut gênir ou comment cela peut accélérer différents types de fonctions. Donc c'est quelque chose que vous connaissez un domaine intéressant où lot de Si vous ne pensez pas à la cellule au niveau de la structure, la plupart des cellules se trouvent dans le diamètre de 1 à 100 microns et, bien sûr, vous connaissez la plus grande cellule comme vous le savez quand vous allez prendre l'œuf de poulet que vous pouvez voir à partir des yeux nus, mais quand vous voulez commencer à regarder les cellules plus petites, alors vous avez besoin de microscopelorsque la plus grande partie de la cellule végétale et animale que vous voulez voir peut être vue avec le microscope photonique. Veulent regarder leurs détails ultra-structuraux, différents types d'organites ou des jeunes pour étudier les bactéries ou les virus, ces choses que vous devez voir avec la microscopie électronique.Donc pour étudier les cellules ce que je sais vraiment faire une grande révolution en biologie, c'est que vous connaissez différents types de microscopie avancée.Notre capacité à connaître la cellule à propos de différents organites cellulaires et à examiner leurs caractéristiques ultra-structuralles n'a été possible que grâce à divers progrès qui se sont produits dans le domaine de la microscopie.Donc nous ne parlerons pas beaucoup plus en détail maintenant que vous connaissez différents types de microscopies, mais j'ai illustré ici sur l'écran une image qui vous montre différentes sections de cellules différentes et différents types de microscopie qui sont utilisés pour obtenir ces images. Par exemple de la gauche si vous voyez l'image du champ lumineux pour le spécimen non coloré est présentée et ensuite sur le côté droit de l'image est shown.Ensuite, le suivant est l'image de contraste de phase et ensuite nous avons l'image de contraste-interférence-contrastimage shown.Ensuite, nous avons l'image de fluorescence, puis sur la droite Nous avons un confocalsans et ensuite la suivante est confocale avec l'image et ensuite nous pouvons voir l'image de déconvolution; et c'est la super-résolution ; là encore, nous avons le fait que vous connaissez les changements de cette variantforme dans la partie droite. Maintenant vous regardez la troisième image qui est le microscope électronique à balayage ou SEM et que vous avez la microscopie électronique à transmission ou TEM.Je suis sûr que vous devez vous demander maintenant que vous savez qu'il y a beaucoup de types de microscopie disponibles et comment ils sont capables de fournir ces informations. étant montré ici à l'exception de la microscopie électronique par balayage et par microscopie électronique à transmission qui fait partie des microscopes électroniques, tout repose sur la microscopie photonique.La microscopie photonique va vous permettre d'images d'une cellule vivante, alors que le microscopie électronique ne peut être étudié que lorsque vous avez les cellules mortes parce que vous devez faire les sectionslorsque vous regardez les détails ultra-structuraux. Donc, vous avez un peu de sens et vous sentez que si vous voulez regarder les cellules de la vie, vous devez utiliser la microscopie photonique et ses variantes. Si vous regardez les détails ultra-structuraux, alors vous devez réparer la cellule, vous devez faire les sections, vous devez savoir que la cellule sera morte en fait et que vous pouvez utiliser différents types de balayage de notre électron de transmission Nous allons donc maintenant nous rendre à différents types de cellules et à l'écran, je vous montre un imagecan que vous reconnarez quelle est cette image?Quel type d'organisme cette image particulière illustre?Donc vous avez raison, c'est la bactérie, c'est la cellule procaryotique et quand nous sayprokaryote, ça veut dire pro signifie avant et caryons signifie noyau. Donc, ça ne possède pas un noyau très vrai. Donc, je vous montre une certaine flèche et vous devez maintenant deviner de vos précédentes études et de la compréhension d'une bactérie que les organites sont présents sur le thescreen. Donc ce premier est un nucléoïde. Maintenant ce qui est montré ici est un chromosome bactérien, oui, vous avez raison, il est flagelle et vous pouvez voir la membrane plasmique et maintenant vous pouvez voir la membrane plasmique. Et le nucléoïde est vous connaissez le principal composant de l'ADN bactérien qui est en fait flottant dans le cytoplasme ; il n'est pas entouré de la membrane nucléaire insidea qui fait une distinction entre les procaryotesavec les eucaryotes de droite. Maintenant, regardons cette image et pouvez-vous deviner ce que vous savez ce que vous connaissez?Il s'agit d'une cellule animale provenant d'eucaryotes. Alors, nous allons à nouveau nous rendre aux flèches et essayer de trouver les étiquettes pour eux. Donc, le premier est que vous avez raison, c'est le noyau. Alors, quel est le rôle du noyau?D'accord avec le rôle de chacun d'entre eux de façon beaucoup plus détaillée dans un certain temps, mais ideallythis vous savez que toutes les informations génétiques sont stockées avec les différents contenus nucléaires trouvés dans le noyau, vous avez de l'ADN, de l'ARN, ces matériaux là et cette information doit ensuite se déplacer des autres organites qui les entourent pour passer de l'un à la cellule suivante. Et puis il y a beaucoup d'entre vous savez que la communication complexe est en fait impliquée dans la cellule et de l'une à d'autres cellules aussi. Alors, nous avons des mitochondries et des peroxysomes. Ce sont des microvillosités. Il s'agit d'éléments cytosquelettiques et maintenant nous avons des centrosomes, enfin c'est un flagellumet nous avons un réticulum endoplasmique présent dans le réseau, nous avons ensuite des lysosomes. Donc, vous savez ce que vous savez ce que vous avez étudié dans le passé et nous vous parlerons de leur fonction dans le temps, mais nous allons essayer de le faire. Et maintenant laissez-nous deviner quelle est cette image montrée sur l'écran pour cette cellule eucaryote. Donc, c'est une cellule végétale et maintenant nous allons nous occuper de vous connaître les différents composants de ces cellules végétales. Ouais, donc dans la flèche ce qui est montré maintenant, c'est un noyau et maintenant nous avons le réticulum endoplasmique, puis les ribosomes, il y a quelque chose qui est très différent de celui des cellules animales qui est un volume beaucoup plus grand une vacuole.Ensuite, nous avons des éléments cytosquelettiques. Maintenant, nous avons des chloroplastes qui est à nouveau, vous en savez une de Alors, ce sont des peroxysomes, des peroxysomes, des mitochondries, des appareils de Golgi. Un grand nombre de ces organites sont communs à la fois dans les cellules végétales et les cellules animales, mais il y a un organite unique qui donne aux cellules végétales une plus grande capacité d'adaptation pour que vous les connaissiez dans le domaine de l'environnement. Et de nombreux processus qu'ils font différents de ceux des cellules animales. Nous parlerons donc des fonctions dans un certain temps, mais maintenant, nous allons à nouveau réfléchir aux grandes catégories de procaryotes et de cellules. Lorsque nous avons une limite lointaine du noyau, alors nous disons que c'est la cellule eucaryote qui est dispersée dans le cytoplasme, alors que c'est un procaryote. Donc, les divers organismes qu'ils peuvent être divisés en 3 groupes fondamentaux. Les bactéries, autrefois connues sous le nom d'Eubactéries ou d'Archaea qui est autrefois appelé Archaebacteriaand Eukarya, qui est un eucaryote, peuvent être faites sur la base de leurs caractéristiques biochimiques tout comme ces groupes fondamentaux sont connus sous le nom de Domains.A scientifique Carl Woese, il a suggéré de regrouper ces organismes en 3 domaines sur les propriétés de l'ARN ribosomique 16S. Ce qui est montré sur l'image ici est un réseau de vie enchantée. Il montre le domaine Eukarya, le domaine des Archaea et des bactéries du domaine, mais il montre aussi que vous savez des protéobactéries et des cyanobactéries quand vous savez que plus les Archaea et les Eukarya ont été générés en particulier les méthanogènes, thermophiles, animalia, champignons et plantae.Ensuite, nous savons que le transfert horizontal de gènes a été observé et que les chloroplastes et les mitochondries ont joué un rôle important dans Dans le cas d'Archaea, nous avons des exemples comme Methanococcus, Archaeoglobus et Halobacteriumand, dans le cas d'Eukarya, nous avons des exemples comme Saccharomyces, Homo sapiens et Zea mays. Donc ces branches indiquent le schéma de divergence par rapport aux ancêtres communs. Et la distinction de séquence d'ADN définit qu'il s'agit des trois principaux domaines de la vie. Des classes de vous connaissez ces 3 domaines de la vie Archaea dans certains détails, nous parlerons de vous connaènerez des détails plus fonctionnels pour les procaryoteset eucaryotes que vous connaissez dans les conférences suivantes, mais laissez-nous vous connaître brièvement discusabout Archaea.Que sont les Archaea?Ils peuvent vivre dans les champs de sel. Ils peuvent vivre dans les champs de sel. Ils peuvent aussi vivre dans l'environnement du gaz méthane ou connus sous le nom de méthanogènes. Donc, vous savez très extrêmes l'état de l'environnement et l'organisme pour survivre dans les conditions de vie doivent vraiment s'adapter à ces conditions. Donc, ce sont en fait les Archaea qui sont en fait des procaryotes qui sont en rapport avec les bactéries. Leurs membranes cellulaires ont des propriétés chimiques qui les rendent différentes des deux. Les procaryoteset les eucaryotes, ce qui signifie qu'ils ont une certaine unicité telle que leur membrane cellulaire ne contient pas de fattyacide, mais qu'il contient une certaine molécule de branche qui est connue sous le nom d'isoprenes, donc en les regardant, il semble qu'ils ne sont pas les procaryotes, mais ils ont plutôt certains que vous connaissez uniquenesswhich leur donne une identité unique.Et imaginez biologiquement pourquoi il est important pour nous de savoir ce genre d'organismand pourquoi nous devons étudier ce genre de conditions extrêmes. Imaginez que vous savez quand les gens observent la nature et regardent même les conditions extrêmes de la nature, quel genre d'organismes peuvent croître et survivre à ceux qui peuvent être vraiment traduits dans les conditions de vie quotidiennes réelles. Thermus aquaticus est l'organisme qu'il a isolé et puis il a obtenu l'enzymequi est une polymérase Taq qui est maintenant utilisée pour le réactionou le PCR.De cette façon, imaginez que vous savez que toute la biologie moléculaire de cette molécule qui est l'un des fondamentaux pour utiliser la réaction en chaîne de la polymérase de la PCR est tellement dépendante de cette enzyme. Et ce n'était pas possible d'obtenir si Donc il est important pour nous de faire ce genre d'observations de la nature non seulement de l'état thenormal, mais aussi de ce qui se trouve dans les conditions très défavorables. Donc, en fait, si vous regardez leur comportement biochimique, ils sont probablement plus semblables aux eucaryotes, bien qu'ils aient des similitudes avec les procaryotes, mais ils ont plus de similarité avec les eucaryotes que si vous pensez à connaître leur assimilation avec les bactéries. Ils codent pour les protéines d'histones homologues, qui pourraient être associées à l'ADN et ce qui n'est pas le cas lorsque vous pensez aux procaryotesparce qu'ils n'ont pas d'histones. Même l'ARN et les protéines de ces Archaea et des ribosomes, ils sont beaucoup plus semblables aux eucaryotes que les bactéries. Maintenant, ceci résume à nouveau l'arbre de vie dont nous discutons. Nous avons les procaryotes, nous avons les bactéries et nous avons des Archaea et probablement il y a un ancêtre commun de toutes les formes de vie qui a donné naissance à ce genre de très grande diversité.Les informations génétiques sont conservées sous forme d'ADN ou RNA.Le même ensemble de 20 acides aminés forment les éléments structuraux des protéines. Des voies métaboliques semblables et plusieurs protéines ayant des similarités structurales ont été fondamentales pour avoir des rôles similaires dans différents organismes. Tous ces éléments pointant vers l'existence d'un ancêtre commun à partir duquel divers organismies volaient à différents moments. Une protéine est la protéine de liaison de la boîte TATA qui joue un rôle important dans la régulation des gènes. Les archées sont un groupe d'organismes procaryotes qui sont nettement apparentés aux bactéries. Ils sont cependant plus semblables aux eucaryotes que les bactéries. Les génomes des archées et des eucaryotes codent des protéines histones homologues qui ne sont pas présentes dans les bactéries. Cependant, les Archaea sont capables de croître dans des conditions environnementales extrêmes telles que les températures élevées, les concentrations de sel, etc. L'une des classifications les plus récentes des organismes vivants est un système de 3 domaines de bactéries, Eukarya et Archaea, même si, à l'origine, les archées ont été considérées comme des bactéries. En commençant par les formes de vie, nous avons commencé à discuter des processus et des propriétés qui sont associés à la vie et nous avons mis en évidence différents exemples pour en discuter qui pourraient en fait afficher le genre de diversité que nous avons, mais il s'agit d'un thème unificateur que nous avons parce que nous partageons encore beaucoup d'entre vous connaissez des propriétés communes et celles qui sont gouvernées à des animaux différents, différents organismes et ces propriétés sont partageables. Nous poursuivrons notre discussion sur la cellule et ses propriétés en examinant la structure et la fonction de divers organites cellulaires et sur la façon dont ils gouvernent différents processus de connaisations.Aussi, nous parlerons de la façon dont les cellules communiquent entre elles et de la façon dont les communications se communiquent entre elles. Nous allons donc discuter de ces points lors de la prochaine conférence.