Chapitre 1 : La nature du vivant - Pavot
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Chapitre 1 : La nature du vivant I – La matière constitutive du vivant : I1 – Activité 1 Compositions élémentaires des êtres vivants Problème Comment distinguer le vivant du non-vivant ? Compétences Mo.1 Notion de matière minérale, matières organiques. Origine des éléments du vivant. I.1 – Ré.1 – Ré.6 – Ra.2 – Ra.4 – Ra.6 – Co.3 Correction : Les molécules du vivant sont constituées des mêmes éléments dans des proportions proches, c'est un nouvel argument en faveur de la parenté entre toutes les espèces vivantes. La matière inerte présente plus ou moins ces mêmes éléments mais dans des proportions très différentes. On peut supposer que la matière vivante puise une partie (sélectionnée) des éléments du sol sur lequel elle vit. Bilan : La comparaison des compositions des êtres vivants montre qu'ils sont tous constitués de matière minérales (eau, sels minéraux, etc.) en grande quantité et des mêmes groupes de molécules organiques. Les éléments constitutifs des glucides, lipides et protides sont assez similaires chez tous les êtres vivants (C, H, N, O, P et S). Leur comparaison avec la composition élémentaire de la Terre montre que ces éléments sont puisés dans la matière inerte du sol. L’unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté. Hypothèse : Les cellules végétales et animales vont comporter des structures communes (noyau, cytoplasme, membrane). II – La cellule, unité et diversité du monde du vivant : I1 – Activité 2 Observation de cellules au microscope Problème Comment l'étude des êtres vivants à l'échelle cellulaire conforte l'idée d'une parenté entre eux ? Compétences Mo.1 La cellule est l'unité du vivant, toutes les cellules ont une membrane et un cytoplasme. Il existe des différences (organites, paroi, noyau). Ré.1 – Ré.3 – Ré.4 – Ré.7 – Ra.2 – Ra.7 – Co.4 Correction : 1 – On peut supposer que les cellules vont comporter des structures communes (noyau, cytoplasme, membrane). 3– 4 – Voir le tableau ci-dessous : Cellule végétale Cellule animale Bactérie Cellule de champignon Membrane Présent Présent Présent Présent Noyau Présent Présent Absent Présent Cytoplasme Présent Présent Présent Présent Organites (autre que noyau) Chloroplaste Vacuole Mitochondrie Mitochondrie Absent Mitochondrie Vacuole Paroi Paroi cellulosique Absente Paroi bactérienne Paroi noncellulosique Tableau de comparaison des cellules du monde du vivant Arbre phylogénétique : Champignons Animaux Végétaux Bactérie 5 – On peut voir que tous les êtres vivants ont une origine commune. La cellule (membrane + cytoplasme) est le lien de parenté que unit tous les êtres vivants. Bilan : Les cellules possèdent des structures communes (membrane, cytoplasme). Ces similitudes renforcent l'idée d'un lien de parenté entre ces organismes vivants. Cependant il existe aussi des différences ce qui permet de créer des groupes (Bactérie, cellule végétale, animale, champignon => Eucaryotes). De plus au sein de chaque groupe les cellules peuvent porter aussi des différences (tailles, formes, organites). La cellule est l'unité structurale du vivant et est partagée par tous les êtres vivants mais montre aussi une diversité au sein du monde du vivant. III – La cellule, lieu d'échanges : I1 – Activité 3 Des échanges à l'échelle des cellules Problème Comment fonctionnent les cellules ? Compétences Mo.1 La cellule est un lieu d'échanges entre la cellule et le milieu extérieur. Ré.10 – Ra.2 – Ra.4 – Ra.5 – Ra.7 Correction : 1 – Il consomme de la matière organique et/ou minérale et absorbe des gaz (exemple : O2). 2 – On peut supposer que la levure se nourrit de matière organique et que l'élodée se nourrit de matières minérales. 3 – Si mes hypothèses sont vraies, alors la quantité de glucose devrait diminuer en présence de levure mais rester identique en présence d'élodée. 4 – Voir tableau : Temps (en minutes) 0 20 Couleur de la bandelette Violet Violet Témoin Concentration en glucose +++ +++ Couleur de la bandelette Violet Jaune Levures Concentration en glucose +++ Couleur de la bandelette Violet Violet Élodée Concentration en glucose +++ +++ Sans levures ni élodée, la concentration en glucose dans la solution reste constante pendant 20 minutes. Avec de l'élodée, elle reste également stable pendant 20 minutes. En revanche, avec des levures dans la solution, la concentration en glucose diminue fortement en 20 minutes. Dans la solution seule ou avec de l'élodée, la concentration en glucose reste stable alors qu’elle diminue dans la solution avec les levures. On en déduit que les Levures consomment du glucose contrairement à l'élodée. Les levures se nourrissent de matière organique et pas les élodée. Les cellules des êtres vivants ne se nourrissent donc pas toutes de matière organique. Elles font des échanges avec leur environnement. Bilan : Les cellules comme les levures prélèvent et consomment certaines molécules dans le milieu extérieur (exemple du glucose). Ce sont des lieux d'échanges. IV – La cellule, lieu de transformations chimiques : I1 – Activité 4 Des réactions chimiques à l'échelle des cellules Problème Comment expliquer que la levure respire ou fermente ? Compétences Mo.1 Les cellules sont le lieu de nombreuses réactions chimiques : c'est le métabolisme. Il dépend de l'environnement (= milieu) des cellules. I.1 – Ra.2 – Ra.7 Correction : 1 – On peut supposer que la levure ou fermente en fonction du milieu dans lequel elle est : en présence ou absence d'air. 2 – Sur le document 1, on mesure la quantité de O2 dans le milieu en présence ou non de levure. La condition « sans levure » est le témoin, elle permet de savoir si les variations observées sont effectivement dues à la présence de levure (ou à autre chose...) En l'absence de levures, la quantité de O2 reste stable dans le milieu. En revanche, en présence de levures, la quantité de O2 diminue : elle passe de 20% à 15 %en 4 minutes. Ainsi, la levure consomme du O2, ce qui est compatible avec l'hypothèse proposée. Sur le document 2, on mesure la quantité de CO2 dans le milieu en présence ou non de levure. En l'absence de levures, la quantité de CO2 reste stable dans le milieu. En revanche, en présence de levures, la quantité de CO2 augmente: elle passe de 50 à 80μmol/L en 4 minutes. 3 – Sur le document 3, on mesure 3 paramètres : la quantité de O2, de CO2 et d'éthanol. On constate qu'au bout d'environ 1min40, la quantité de dioxygène a diminué jusqu'à ce qu'il n'y en ai plus. Les quantités de CO2 et d'éthanol ont fortement augmenté. 7 – En conclusion, les hypothèses sont vérifiées : les levures respirent (elles absorbent du O 2 et du glucose et rejettent du CO2) lorsqu'il y a présence de dioxygène et elles fermentent (elles absorbent du glucose et rejettent du CO2 et de l'éthanol) lorsqu'il n'y a pas ou plus de dioxygène. Donc lorsque les conditions du milieu changent les levures changent de fonctionnement et donc de comportement. 4 – Bilan de la respiration (cellulaire) : C6H12O6 + 6O2 → 6CO6 + H2O + énergie utilisable Bilan de la fermentation : C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H6O + énergie utilisable. Bilan : Les cellules comme les levures peuvent effectuer également des échanges gazeux (exemple absorption de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone). Cela renforce l'idée que les cellules échangent de la matière (minérale et/ou organique avec son environnement). Grâce à ces échanges de molécules, des réactions chimiques peuvent se produire dans la cellule : c'est ce qu'on appelle le métabolisme. Le métabolisme permet de créer de l'énergie nécessaire au fonctionnement des cellules qui peut être échangée avec le milieu extérieur. Le métabolisme dépend des conditions du milieu (respiration en présence de dioxygène, fermentation en absence de dioxygène). Le métabolisme identique entre les animaux, les levures et d'autres êtres vivants suggèrent un lien de parenté entre ces organismes. Schéma-bilan : A compléter avec le chapitre 2.
