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CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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1 CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme

2 CBSV en terminale STL Cinq thèmes détude portant sur les systèmes vivants Le programme de la classe terminale complète les quatre thèmes déjà abordés en classe de première et les prolonge par un cinquième thème portant sur les systèmes vivants de grande échelle qui permet davoir une vision plus globale sur les enjeux du monde contemporain et damener lélève à développer une réflexion citoyenne … Ce dernier thème est un lieu privilégié de réinvestissement des compétences acquises dans les autres thèmes.

3 CBSV en terminale STL Thème 1 : Les systèmes vivants présentent une organisation particulière de la matière 1.6 Les virus sont des systèmes biologiques non cellulaires Thème 2 : Les systèmes vivants échangent de la matière et de l'énergie 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées 2.6. Les voies métaboliques des systèmes vivants sont exploitées dans les bio-industries

4 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées

5 1 ère PARTIE : Vision générale sur le métabolisme Mise en évidence des échanges Notion de système ouvert / fermé / isolé

6 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées 2 ème PARTIE : Une transformation chimique est elle toujours totale ? Vocabulaire : réactif, produit, transformation et réaction chimique, avancement dune réaction chimique Etude dune réaction totale (ex : HCl + H 2 O) Etude dune réaction limitée (ex : CH 3 COOH + H 2 O) Synthèse : Équation de la réaction A + 2B C Etat initial (mol) Lavancement est 0 nA 0nA 0 n B 0 0 Etat intermédiaire (mol) L'avancement est x n A 0 - xn B 0 - 2xx Etat final (mol) L'avancement est x f n A 0 - x f n B 0 - 2x f xfxf

7 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées Transformation totaleTransformation limitée Constatation Le système cesse dévoluer quand il a atteint lavancement maximal. Le système cesse dévoluer sans atteindre lavancement maximal. Avancement final x f x final = x max x final < x max Taux davancement = x f / x max avec = 1 = x f / x max avec < 1 Concentrations des espèces chimiques à létat final Constantes - 0 pour le réactif limitant - maximum pour les produits Constantes Réactifs et produits coexistent avec des concentrations caractéristiques de létat déquilibre Conséquence pour la transformation du système Au moins un réactif a été totalement consommé (le réactif limitant), donc la réaction sarrête par manque de réactif plus aucune transformation A létat déquilibre, les concentrations en réactifs et produits sont telles quils se forment et disparaissent à la même vitesse : v sens1 strictement égale et annule v sens-1 équilibre dynamique

8 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées 3 ème PARTIE : Etude de létat déquilibre dun système chimique fermé a A + b Bc C + d D Notion de quotient de réaction Q r = [C] c.[D] d / ([A] a.[B] b ) ou Q r = n C c.n D d / (n A a.n B b ) Constante déquilibre K eq = Q r,f = [C] c f.[D] d f / ([A] a f.[B] b f ) ou n fC c.n fD d / (n fA a.n fB b ) Prévision du sens dévolution dun système Létat initial du système peut être caractérisée par le quotient de réaction initial noté Q r,i : Q r,i = [C] c i.[D] d i / ([A] a i.[B] b i ) ou n iC c.n iD d / (n iA a.n iB b )

9 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées 3 ème PARTIE : Etude de létat déquilibre dun système chimique fermé Selon les conc. initiales des espèces chimiques qui constituent le système, 3 cas peuvent se présenter.

10 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées 3 ème PARTIE : Etude de létat déquilibre dun système chimique fermé Etude dun exemple : Réaction estérification / hydrolyse Rappel acide carboxylique / alcool / ester / nomenclature Mise en évidence de létat déquilibre Influence des conditions opératoires : T et catalyseur Déplacement de léquilibre en augmentant la quantité de réactif ou en éliminant le produit formé Remerciements / Références utilisées : Documents mis en ligne sur le site UPBM par S Le Compte - Lycée Louise Michel - Grenoble

11 2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées

12 4 ème PARTIE : Aspect énergétique dune transformation chimique Une réaction est favorisée quand la valeur de la constante déquilibre K(T) est élevée cest-à-dire quand lenthalpie libre standard de la réaction Δ r G° est négative. Une transformation chimique est favorisée à pH = 7,0 et à 37°C quand l'enthalpie libre standard de la réaction Δ r G°' est négative. Problèmes soulevés à la lecture du programme : Jusquoù doit-on aller dans les définitions : énergie interne U, enthalpie H, enthalpie libre G, entropie S ? Faut-il donner et utiliser les relations : Δ r G° = - RT. ln K ? Δ r G = Δ r G° + RT. ln Q r,i ? Faut-il évoquer le problème de lirréversibilité cellulaire lorsque Δ r G° > 20 kJ.mol -1 ?

13 CBSV en terminale STL Thème 3 : Les systèmes vivants maintiennent leur intégrité et leur identité en échangeant de l'information 3.2 Les systèmes vivants utilisent deux grandes voies de communication La régulation de laxe gonadotrope et la maitrise de la procréation 3.3 Le maintien de lintégrité de lorganisme par les mécanismes immuns nécessite la reconnaissance du soi et une coopération entre les cellules immunocompétentes

14 CBSV en terminale STL Thème 4 : Les systèmes vivants contiennent, échangent et utilisent de l'information génétique 4.2 Le phénotype dun individu est lié à lexpression de son génotype 4.3 La séquence codante dun gène permet lexpression dun caractère via la synthèse dune protéine 4.4 Linformation génétique est conservée par réplication de lADN 4.5 La reproduction sexuée permet la rencontre de deux informations génétiques 4.6 LADN est un objet des biotechnologies

15 CBSV en terminale STL Thème 5 : Des systèmes vivants existent à grande échelle : écosystèmes et biosphère 5.1 Les organismes vivants sont divers mais apparentés 5.2 Le sol et lagrosystème sont deux écosystèmes de surface 5.3 La biosphère est une interface entre différentes enveloppes terrestres 5.4 Les organismes vivants sont utilisés par lHomme comme agents de dépollution et de production

16 CBSV Terminale Thème 5 : Pistes de réflexion / R. MITRE Thème 5 - Des systèmes vivants existent à grande échelle : écosystèmes et biosphère Systèmes vivants de grande échelle, la biosphère et ses écosystèmes participent aux échanges de matière et dénergie entre différentes enveloppes terrestres ; la biosphère contribue ainsi au recyclage de la matière et des éléments qui la constituent. Les organismes vivants, quant à eux, peuvent être utilisés comme agents de dépollution ou délaboration despèces chimiques ; des procédés sont actuellement exploités à léchelle industrielle et dautres sont encore étudiées à létat de prototype. Tous sattachent à résoudre des problèmes sociétaux et environnementaux.

17 Des ambitions modestes… Seulement 4 chapitres Référentiel très court comparativement aux autres parties du programme Grande liberté pédagogique pour aborder le problème

18 Notions générales de biodiversité Acquérir le vocabulaire adapté : écosystème, biotope, biocénose En écologie, un biotope est littéralement un type de lieu de vie défini par des caractéristiques physiques et chimiques déterminées relativement uniformes. Ce milieu héberge un ensemble de formes de vie composant la biocénose: flore, faune, fonge (champignons), et des populations de micro-organismes. Biotope + Biocénose = Ecosystème Aborder les différentes échelles détude de la biodiversité : habitat, populations, gènes Aborder les outils numériques dévaluation de la biodiversité (richesse, équitabilité…) Faire le lien entre diversité génétique et évolution des espèces (remodelage chromosomique…) 5.1 Les organismes sont divers mais apparentés

19 Explorer un exemple de biodiversité génétique : les antigènes du CMH Construire des arbres phylogénétiques à partir de séquences dADN Notion de chronomètre moléculaire, ex ARNr 16S Méthodologie de construction : matrice de distances… Les outils actuels en ligne fonctionnant à partir des bases de données internationales : NCBI (National Center for Biotechnology Information), phylogene.fr 5.1 Les organismes sont divers mais apparentés

20 5.2 Sol et agrosystème sont 2 écosystèmes de surface

21 Développer la notion décosytème : Ses composantes : biotope et biocénose Son fonctionnement en équilibre (à opposer plus tard avec le fonctionnement de lagrosystème) 5.2 Sol et agrosystème – partie 1

22 Sol : étude des horizons dune tranche de sol (sortie terrain ? Rapporter des échantillons pour les TP à venir ?) Idées de TP Dosage de la matière organique / matière minérale dun sol Etude de la variété des microorganismes présent dans les sols : exemple des mycètes simple à réaliser (extraction + isolement) Documents pour faire le liens avec leurs rôle de décomposeurs 5.2 Sol et agrosystème – partie 1

23 Chaîne alimentaire du sol introduction à la notion de cycle du carbone de la partie 5.3 Etude de docs : construire la chaine alimentaire Vidéos CNRS Sortie terrain Synthèse : réseau trophique fonctionnement cyclique cycle de la matière système en équilibre fragile 5.2 Sol et agrosystème – partie 1

24 5.2 Sol et agrosystème – partie 2 Agrosystème = écosystème maintenu en déséquilibre par lactivité humaine Apports dintrants (engrais, pesticides…) Sorties de matière organique = culture à forte valeur ajoutée recherchée Appauvrissement du milieu Épuisement des sols Appauvrissement de la biodiversité une seule espèce majoritaire en général Ressources: bilans agricoles, études de populations dans un champs vs une prairie ? Elargissement possible à dautres écosystèmes : aquatique lien avec épuration 5.4

25 5.3 La biosphère est une interface entre différentes enveloppes terrestres Vocabulaire : biosphère, atmosphère, lithosphère, hydrosphère Rôle des microorganismes décomposeurs (liens avec microorganismes du sol…) Bactéries nitrifiantes (nitritation + nitratation) Fixation N 2 par associations symbiotiques (nodules) ou cellules spécialisées (cyanobactéries), données de recherche ou de bouquins, nitrogénase, stratégies…

26 5.3 La biosphère est une interface entre différentes enveloppes terrestres Construire des cycles simples avec les principaux concepts : assimilation, transferts, dissimilation, flux Exploiter des cycles déjà tout fait et mettre en évidence limportance des microorganismes dans ces cycles de la matière

27 5.4 Les organismes vivants sont utilisés par lHomme… Montrer que les connaissances acquises sur les métabolismes permettent dexploiter des travailleurs bon marché Epuration des eaux usées = exploitation de lautoépuration naturelle des milieux de manière intensive Avantages : naturel, coûts réduits… Limites : molécules artificielles… Même concept général que écosystème vs. agrosystème

28 5.4 Les organismes vivants sont utilisés par lHomme… TP : observation de la faune épuratoire de boues activées, retrouver la chaîne alimentaire aquatique, faire le lien entre disparition de la pollution organique et croissance de la biomasse (boues) Digesteurs de boues : boues biogaz (H 2 + CH 4 ) à partir de métabolismes anaérobies contrôlés

29 5.4 Les organismes vivants sont utilisés par lHomme… Biocarburants : microalgues productrices de lipides Similitude de structure entre un hydrocarbure et un acide gras estérifié Microalgues autotrophes rentable, mais éthique ? Les mêmes algues sont utilisées au Mexique comme source de protéines végétales pour lalimentation humaine…


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