docx - STAO

SNC2D/SNC2P Fonctions et systèmes animaux et végétaux/Fonctions et
systèmes animaux
Démonstration par l’enseignante ou l’enseignant/Activité par
les élèves – Régulation de la taille des cellules
Sujets
cycle cellulaire
importance de la division cellulaire
Durée
préparation : 20 min (1 jour avant l’utilisation)
démonstration : de 15 à 20 min
activité : de 30 à 40 min
Attentes particulières
SNC2D
A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s’y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
B1.1 Décrire le cycle cellulaire, incluant les étapes de la mitose animale et végétale, et
reconnaître l’importance de la division et de la différenciation cellulaires pour la croissance
des organismes et la réparation des tissus.
B1.2 Décrire la structure et la fonction spécialisée de cellules et de tissus animaux et végétaux
(p. ex., tissu musculaire, tissu osseux, tissu épithélial).
SNC2P
A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s’y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
B1.1 Décrire le cycle cellulaire et expliquer son importance pour la croissance et la réparation
des tissus.
Introduction
Les cellules ont besoin d’un apport constant en glucose et en oxygène pour produire de l’énergie.
Les équations suivantes représentent le processus de respiration cellulaire :
glucose + oxygène → eau + dioxyde de carbone + énergie
C6H12O6(aq) + 6 O2(g) → 6 H2O(l) + 6 CO2(g) + énergie
Les mitochondries d’une cellule sont le site de la respiration cellulaire, processus à l’issue duquel
de grandes quantités de dioxyde de carbone doivent être expulsées hors de la cellule. Toutes les
substances participant à la réaction sont importées ou exportées à travers la membrane cellulaire
par diffusion. Les cellules ne sont pas toutes de la même taille, certaines mesurant 8 µm de
diamètre (les globules rouges par exemple) et d’autres, plus de 1 m de long (comme une cellule
nerveuse, ou neurone). La diffusion se produit rapidement et sur une courte distance. Par
exemple, la diffusion d’une molécule d’oxygène peut se produire du centre d’une petite cellule
vers l’extérieur, à travers le cytoplasme et la membrane cellulaire, en moins d’une seconde. Dans

une cellule plus grande cependant, la diffusion de la même molécule à partir du centre vers
l’extérieur serait plus longue. Comme la rapidité du mouvement d’importation et d’exportation
des substances chimiques est essentielle au fonctionnement efficace des cellules, le mécanisme
de diffusion régule la croissance cellulaire.
Dans cette démonstration, les élèves font tremper des « cellules » de gélose contenant de la
phénolphtaléine (indicateur coloré) dans une solution d’hydroxyde de sodium, NaOH(aq). Les
élèves observent l’effet de la surface et du volume de la cellule sur l’étendue de la diffusion de la
solution d’hydroxyde de sodium à travers la « cellule ».
Consignes de sécurité
 Fournissez les fiches signalétiques de tous les produits chimiques utilisés.
 La solution d’hydroxyde de sodium est corrosive et irritante pour la peau et les yeux.
Évitez tout contact. Le port de lunettes de protection, d’un tablier ou sarrau de laboratoire
et de gants est recommandé en tout temps durant la manipulation. En cas de contact, vous
devez immédiatement vous laver les mains et vous rincer les yeux.
 La solution de phénolphtaléine est inflammable. Gardez-la éloignée des sources de chaleur
et des flammes nues.
Matériel
lunettes anti-éclaboussures
sarrau ou tablier de laboratoire
gants de protection
1 sachet de gélatine sans saveur ou 7,5 g d’agar
en flocons ou en poudre
250 ml d’eau
flacon compte-gouttes contenant une solution
de phénolphtaléine à 1 %
350 à 750 ml de solution d’hydroxyde de
sodium, NaOH(aq) à 0,1 mol/L
essuie-tout
bécher de 250 ml
agitateur ou cuillère
contenant d’une profondeur d’au moins 8 cm
(p. ex., plat à congélation en plastique)
agitateur
couteau en plastique
règle
bécher de 250 ml
cuillère en plastique
boîte de Pétri
chronomètre
Système d’identification des matières dangereuses
(0-minime, 1-léger, 2-modéré, 3-sérieux, 4-sévère)
phénolphtaléine à 1 %
(solution indicatrice de pH)
SIMDUT (0 à 4)
Santé
1
Risque de feu
3
Réactivité
0
hydroxyde de sodium à
0,1 mol/L
SIMDUT (0 à 4)
Santé
1
Risque de feu
0
Réactivité
0
Marche à suivre
Assurez-vous que tous les participants portent l’EPP approprié : lunettes anti-éclaboussures,
sarrau ou tablier de laboratoire et gants de protection.
Faites les préparatifs suivants au moins une journée avant la démonstration.

1. Mélangez 1 sachet de gélatine sans saveur avec 250 ml d’eau (une préparation d’agar à
3 % convient aussi; 3 g d’agar pour 100 ml d’eau), puis ajoutez 10 gouttes de
phénolphtaléine à 1 %.
2. Versez la préparation dans le contenant (p. ex., un plat à congélation en plastique). Il faut
obtenir une couche de liquide d’au moins 5 cm. Réfrigérez pendant la nuit.
Formez des équipes de 2 à 4 élèves et assurez-vous que tous portent l’EPP approprié : lunettes
anti-éclaboussures, sarrau ou tablier de laboratoire et gants de protection.
3. Prédire / Expliquer
Demandez à chaque équipe de prédire ce qui se produira lorsqu’on mettra des cubes d’agar
ou de gélatine de tailles différentes dans la solution d’hydroxyde de sodium. Au besoin,
revenez sur le changement de couleur que provoque l’ajout de phénolphtaléine à une
solution basique. Chaque équipe doit aussi tenter de justifier ses prédictions et d’expliquer
les écarts entre les prédictions pour les blocs de tailles différentes.
4. Remettez à chaque équipe un morceau d’agar, une boîte de Pétri, une règle, un agitateur et
un couteau en plastique. Dites aux élèves d’utiliser le couteau en plastique pour couper un
cube de l’une des tailles suivantes, en veillant à ce qu’il y ait une variété de tailles dans la
classe. (L’enseignante ou l’enseignant peut aussi couper les cubes au préalable et les
distribuer pour gagner du temps.)
0,5 cm sur 0,5 cm sur 0,5 cm
1 cm sur 1 cm sur 1 cm
2 cm sur 2 cm sur 2 cm
3 cm sur 3 cm sur 3 cm
5. Dites aux élèves de mettre leur cube d’agar dans un bécher de 250 ml et d’y verser la
solution de NaOH jusqu’à ce que le cube soit submergé. Partez le chronomètre.
6. À l’aide de l’agitateur, les élèves doivent tourner le cube délicatement, sans l’égratigner,
toutes les 2-3 minutes pendant une dizaine de minutes, en s’assurant que tous les côtés
entrent en contact avec la solution.
7. Pendant qu’ils attendent, les élèves doivent calculer et noter les éléments d’information
suivants :
a. la surface (S) du cube en cm2
b. le volume (V) du cube en cm3
c. le rapport entre la surface et le volume (S/V)
8. Après 10 minutes, les élèves doivent retirer le cube à l’aide d’une cuillère en plastique, le
sécher avec un essuie-tout et le placer sur une boîte de Pétri.
9. Avec le couteau en plastique, les élèves doivent couper chaque cube en deux.
10. Observer
Les élèves doivent mesurer et noter la profondeur de la surface colorée.
11. Ils doivent ensuite mesurer (au mm près) la distance sur la surface non colorée et
déterminer le volume (en cm3) de la partie non colorée du cube. Ils peuvent ensuite
calculer le pourcentage du volume du cube affecté par la couleur ou le pourcentage de
diffusion de la couleur à l’aide de la formule suivante :
((volume initial - volume final non coloré)/volume initial) × 100 %
12. Un membre de chaque équipe peut inscrire les données de son équipe sur un tableau
d’observation général placé à l’avant de la classe afin que les équipes puissent observer si
des tendances ressortent des données.
13. Expliquer

Invitez les équipes à revoir leurs justifications, le cas échéant.
Nettoyage
L’agar ou la gélatine peut être jeté comme déchet solide à la poubelle. Ajoutez du vinaigre pour
neutraliser l’hydroxyde de sodium avant de le jeter. Utilisez les méthodes d’élimination
conformes au protocole du conseil scolaire et aux règles de votre municipalité.
Qu’est-ce qui se produit?
Chaque cube qui entre en contact avec la solution d’hydroxyde de sodium, NaOH (aq) prend une
teinte rosée. La couleur rose apparaîtra d’abord à la surface, puis se diffusera graduellement vers
le centre de chaque cube. Le taux de diffusion de la couleur sera inversement proportionnel à la
taille du cube (c’est-à-dire, le cube le plus petit aura le plus grand taux de diffusion).
Comment ça fonctionne?
Plus le volume des cubes augmente, plus le rapport entre la surface et le volume augmente. Si les
cubes sont exposés à la même concentration d’hydroxyde de sodium pendant la même durée, le
taux de diffusion de la couleur diminue à mesure que la taille de la cellule augmente. Ce modèle
montre qu’au fil de la croissance de la cellule, la diffusion des substances requises et l’expulsion
des déchets prennent plus de temps. La cellule devient alors moins efficace et ne peut soutenir la
vie au-delà d’une certaine taille, d’où la nécessité de la division cellulaire afin de réduire la
distance entre le centre de la cellule et le liquide extracellulaire.
Suggestions/conseils pour l’enseignante ou l’enseignant
Voici des questions d’approfondissement à poser aux élèves :
a. Quel est l’effet du rapport surface/volume sur le taux de diffusion de la couleur?
b. Pourquoi la vitesse de croissance diminue-t-elle à mesure que la cellule grandit?
c. En quoi la division cellulaire affecte-t-elle la capacité de la cellule d’absorber les
substances nécessaires à sa croissance et à sa régénération?
d. Quelles erreurs peuvent se produire dans la conception de cette démonstration?
e. Quelle expérience permettrait d’approfondir encore plus la diffusion cellulaire?
Prochaines étapes
Cette démonstration peut servir à présenter une expérience durant laquelle les élèves étudient un
facteur pouvant affecter la vitesse de diffusion dans une cellule.
Ressources supplémentaires
1. Information sur la phénolphtaléine, solution indicatrice de pH :
http://www.chemguide.co.uk/physical/acidbaseeqia/indicators.html (en anglais seulement)
2. Poursuite de l’expérience : comparaison de la taille des molécules avec les vitesses de
diffusion dans une cellule : http://www.umassk12.net/nano/materials/web2012/jen/gel.html
(en anglais seulement)
3. Autre expérience : utilisation de modèles en carton à la place du agar pour étudier le lien
entre la surface et le volume d’une cellule : http://www.biologyjunction.com/cell_size.htm
(en anglais seulement)