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Sciences de la Vie et de la Terre Cours de terminale S Programme de spécialité

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Présentation au sujet: "Sciences de la Vie et de la Terre Cours de terminale S Programme de spécialité"— Transcription de la présentation:

1 Sciences de la Vie et de la Terre Cours de terminale S Programme de spécialité

2 Thème 1 - Diversité et complémentarité des métabolismes Thème 2 - Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies Thème 3 - Du passé géologique à lévolution future de la planète

3 Chapitre I : Du carbone minéral aux composants du vivant : la photo-autotrophie pour le C Introduction : révisions de seconde cellule autotrophe (végétaux chlorophylliens) CO2 O2 CO2 Eau + sels minéraux lumière NRJ Matière organique NRJ O2 chloroplastes mitochondries

4 cellule hétérotrophe (animaux et champignons) O2Eau + sels minéraux CO2 Matière organique NRJ Matière organique (glucose par exemple) NRJ Mitochondrie

5 Photo-autotrophie Carbone organique Carbone minéral hétérotrophie Carbone organique

6 I ) Le cycle du carbone dans les écosystèmes A ) définition dun écosystème biotope biocénose écosystème

7 B ) Le fonctionnement dun écosystème AB Signifie A est mangé par B Exercice : Choisir un type décosystème et proposer un réseau trophique possible en complétant le document ci-dessous. Travail Travail: activité livre p.176

8

9 C ) La régulation du cycle du Carbone dans les écosystèmes Carbone a létat oxydé CO2 dans lair ou HCO3- dissout dans leau Carbone a létat réduit Dans la matière organique (C 6 H par exemple) photosynthèse Respiration et fermentation

10 A ) Les producteurs primaires incorporent le CO2 au niveau des feuilles II ) Lincorporation du CO2 par les producteurs primaires : autotrophie du végétal Problème 1 : Quelles sont les structures permettant labsorption du CO2 ? Mise en évidence de lincorporation du CO2 au niveau des feuilles (doc2 p.179)

11 Épiderme inférieur Épiderme supérieur Parenchyme palissadique Parenchyme lacuneux Coupe transversale de feuille chlorophyllienne TP n°1 Structure de la feuille :

12 Stomate observé au microscope à lumière (photonique) X1000

13

14 Parenchyme palissadique H2O + sels minéraux Energie lumineuse (photons) Matière organique CO2 Rapport structure/fonction de la feuille chlorophyllienne

15 Problème 2 : A quoi sert le CO2 dans la cellule chlorophyllienne ? B ) Les producteurs primaires utilisent le CO2 pour fabriquer la matière organique voir expérience en démonstration +TP n ° 1 +livre p.178 C ) Du Carbone minéral aux composants du vivant : 1 ) Le chloroplaste, organite cytoplasmique spécialisé chloroplastes au microscope optique

16 chloroplaste au microscope électronique

17 Structure schématique dun chloroplaste

18 2 ) Lénergie lumineuse est captée par les pigments chlorophylliens des membranes des thylakoïdes TP n ° 2 : chromatographie de la chlorophylle brute corrigé du TP : page 196

19 Problème 3 : Comment du CO2 + de H2O + photons peuvent permettre la synthèse de molécules organiques ? Comment cette conversion est-elle possible ? Exercice maison : n°3 page 213

20 3 ) Lénergie lumineuse est convertie en énergie chimique dans les chloroplastes la photosynthèse peut donc être globalement considérée comme une réaction complexe doxydoréduction Quelle est la réaction doxydation ? Doc 2 page 201 Deux phases se succèdent et se complètent dans la photosynthèse : la phase photochimique ( oxydation de leau ) la phase non photochimique ( réduction du CO2 par la synthèse de glucides ) a. La phase photochimique de la PS TP n ° 3 : lexpérience de Hill Schéma bilan de la phase photochimique :

21 R RH2 2e- ADP + Pi ATP Stroma du chloroplaste Chla Membrane du thylakoïde Chaîne de transfert des e- énergie H20 1/2O2 + 2e - +2H + Photons = énergie lumineuse 2e- Schéma bilan de la phase photochimique :

22 - Les photons viennent frapper les pigments chlorophylliens qui réagissent en éjectant des électrons - Ces électrons sont captés par des molécules accepteurs délectrons situées dans la membrane des thylakoïdes et qui forment une chaîne de transfert délectrons - La chlorophylle qui a perdu des électrons est donc dans un état instable et va chercher à « récupérer » ses électrons - Elle les prend aux molécules deau qui les cèdent facilement en se dissociant en électrons, protons et dioxygène (on parle doxydation de leau ou de photo-lyse de leau) - Le dioxygène ainsi formé sort des cellules et correspond au dioxygène dégagé au cours de la photosynthèse. Ce dioxygène se forme donc à partir des molécules deau - Les protons formés se combinent avec les électrons qui sortent de la chaîne de transfert - Protons et électrons permettent la réduction dun composé R en RH2. Ce composé R peut donc être considéré comme un accepteur final délectrons (équivalent « in-vivo » du réactif de Hill). - La chaîne de transfert des électrons est une suite de réactions doxydo-réductions qui libèrent de lénergie : réactions exoénergétiques ou exergoniques. - Lénergie ainsi libérée est récupérée par une réaction endoénergétique ou endergonique : de lADP (adénosine diphosphate) est transformé en ATP( adénosine triphosphate). ADP + Pi ATP énergie LATP est la molécule énergétique directement utilisable par toutes les cellules

23 Bilan de la phase photochimique : Utilisation des molécules deau Dégagement de dioxygène Formation de composés organiques intermédiaires : ATP(énergie utilisable) RH2 (composé réduit) Problème posé : pour expliquer la réaction globale de la photosynthèse, il reste à comprendre comment le CO2 est réduit en molécule organique (C6H12O6). 6 CO H2O + photons C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ? ? ? b. La phase non photochimique de la PS Comment est utilisé le CO2 dans la phase non photochimique ? Comment sont utilisés ATP et RH2, molécules produites lors de la phase précédente ? Travail sur lactivité 5 p.202

24 Document 1 : expérience de Calvin & Benson Document 2 : influence de la lumière Document 4 : le cycle de Calvin / Benson Document 3 : notion de couplage entre phase photochimique et phase non photochimique

25 Le cycle de Calvin & Benson : un bilan de la phase non photochimique RuBP APG CO2 C3 C5 Cycle de Calvin/Benson Triose phosphate ADP ATP ADP ATP R RH2 Hexose phosphate = glucose C6H12O6 C3 C6 X3 2 tours de cycle X3X6 X5 X1 C3

26 Phase photochimique Dans les tylakoïdes Lumière H2O ADP ATP R RH2 Cycle de Calvin CO2 glucose Phase non photochimique dans le stroma couplage H2O 02

27 D. Le devenir des composés glucidiques formés par la réduction du CO2 Dans le chloroplaste Dans les cellules de la feuille A lextérieur de la feuille Organes de réserves : voir TP n°4

28 feuille Sève élaborée : eau + matière organique Sève brute : eau + sels minéraux provenant des racines CO2 lumière eau + sels minéraux + CO2 Matière organique tige Schéma bilan du fonctionnement dun végétal chlorophyllien

29 Chapitre II : LATP, molécule indispensable à la vie cellulaire Introduction I ) Des activités cellulaires consommatrices dATP A ) La synthèse de molécules glucoses glycogène ATP ADP Exemple : synthèse du glycogène

30 B ) Les mouvements cellulaires C ) Les mouvements intracellulaires Mouvements de cyclose

31 II ) Le couple ATP/ADP et les échanges dénergie cellulaire.

32 adénosine PPP + H2O+ Pi adénosine PP Liaison riche en NRJ Réactif A Produit B Réaction exergonique Réaction endergonique

33 III ) Etude détaillée dun exemple :ATP et contraction musculaire A ) Structure dune fibre musculaire striée Fibres musculaires au microscope optique (coloration au bleu de méthylène)

34 Fibre musculaire Fibres musculaires au microscope électronique Un muscle est formé de cellules qui ont fusionnées (présence de plusieurs noyaux) et qui forment les fibres musculaires. Chaque fibre musculaire est elle-même formée de sous unités appelées myofibrilles. Les myofibrilles sont constituées par la superposition déléments appelés sarcomères. Le sarcomère est lunité de fonctionnement du muscle. Sarcomère (donne laspect strié au muscle) myofibrille

35 B ) mécanisme de la contraction musculaire : le rôle de lATP Le sarcomère est formé par deux types de filaments : filaments fins dactine filaments épais de myosine Les filaments dactine sont reliés au niveau des stries Z qui délimitent chaque sarcomère

36 Dans chaque sarcomère, les filaments dactine et de myosine sont intercalés et glissent les uns par rapport aux autres lors de la contraction musculaire, entrainant un rapprochement des stries Z, donc un raccoucissement des sarcomères. La contraction simultannée de tous les sarcomères dun muscle entraîne le racourcissement de celui-ci. Donc sa contraction.

37 Comment seffectue le glissement des filaments les uns par rapport aux autres ? Voir lanimation à ladresse internet suivante : LATP se fixe sur les têtes de myosine et les décroche des filaments dactine LATP est hydrolysé en ADP ce qui fait pivoter les têtes de myosine qui se refixent sur les filaments dactine. LADP se détache des têtes de myosine qui pivotent alors en sens inverse et font alors coulisser les filaments dactine, ce qui entraîne le raccourcissement du sarcomère et donc la contraction du muscle. Ainsi, la contraction musculaire ne peut se faire que si il y a intervention du couple ATP/ADP et donc utilisation dénergie Dans le muscle, lénergie chimique contenue dans lATP est convertie en énergie mécanique à lorigine de la contraction musculaire

38 Conclusion LATP est bien la seule source dénergie directement utilisable pour permettre les activités cellulaires. Mais les stocks d'ATP des cellules ne dépassent pas quelques secondes de consommation. Donc les cellules doivent produire de lATP en permanence : quels sont les mécanismes cellulaires qui produisent de lénergie sous forme dATP sachant que toutes les cellules ne sont pas chlorophylliennes ?

39 Chapitre III : utilisation des composés organiques pour la production dATP Introduction Problème : quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires de la respiration et de la fermentation alcoolique ? I ) La respiration : une oxydation complète de la matière organique A. Etude expérimentale de la respiration cellulaire Voir TP n°6 + lire activités 1,2 et 3 pages 232 à 237

40 B- Les 3 étapes de la respiration cellulaire Etape 1 : la glycolyse au sein du cytoplasme Etape 2 : la dégradation du pyruvate dans la matrice mitochondriale Etape 3 : la production importante dATP au niveau des crêtes mitochondriales Fiche correction du TP N° 6 (à récupérer sur site internet)

41 C 6 H H 2 0 6C H 2 0

42 Mitochondrie observée au MET ( X10000) Membrane externe Membrane interne Espace intermembranaire matrice Crête mitochondriale (repli de la membrane interne) enveloppe Le rôle des mitochondries

43 glucose glycolyse pyruvateC02

44 Les trois grandes étapes de la respiration cellulaire NomlocalisationSubstrat utiliséProduit(s) formé(s) Nombre dATP formés Première étape Deuxième étape Troisième étape glycolysehyaloplasme 1Glucose R 2 pyruvates RH2 2 Décarboxylations oxydatives Matrice de la mitochondrie 2Pyruvates R 6CO2 RH2 2 Chaîne respiratoire Crêtes mitochondriales RH2 602 R 12H

45 1 ère étape2ème étape 3ème étape BESOINS « DECHETS » 02glucose ADP ATP ADP ATP ADP ATP glucose RH2 02 H20 C02 pyruvate CO2 hyaloplasme mitochondrie Schéma de fonctionnement de « lusine énergétique mitochondriale »

46 Calcul du rendement énergétique de la respiration cellulaire : Sachant que loxydation complète « in vitro » dune mole de glucose libère 2860 KJ et que à une mole dATP correspond une énergie chimique potentielle de 36 KJ, calculer le rendement énergétique de la respiration cellulaire. Pour comparaison : un moteur essence à un rendement maximum de 36 % (15% en ville) et une cellule photovoltaïque un rendement de environ 12%. Le rendement représente le rapport entre lénergie récupérée et lénergie quil a fallu fournir pour la produire. Ce rapport est donc ici énergie des ATP/ énergie du glucose donc 36 X 36 / 2860 = 45% environ. Par comparaison avec dautres mécanismes qui produisent de lénergie, ce rendement peut être considéré comme très élevé.

47 II ) La fermentation alcoolique, un autre moyen de produire de lATP Voir livre, activité 4 page 238 (Récupérer la correction de lactivité sur site internet) A- Loxydation du glucose se réalise sans O2 dans le cytoplasme cellulaire Questions 1 et 3. C6H12O6 2C2H5OH +2CO2

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49 B- Un renouvellement dATP à faible rendement Questions 2 et 4.

50 Bilan de la partie « diversité et complémentarité des métabolismes » I- Bilans énergétiques dune cellule autotrophe et dune cellule hétérotrophe Travail : sur une feuille A3, représenter sous forme de schémas le fonctionnement dune cellule autotrophe et celui dune cellule hétérotrophe, en expliquant les principales étapes de la photosynthèse, de la respiration et de la fermentation alcoolique. II- Origine des mitochondries et des chloroplastes


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