Caractéristiques et rendement énergétique de la fermentat

■ Enseignement de spécialité (5 points)
Partie II – Exercice 2
Diversité et complémentarité des métabolismes
Caractéristiques et rendement énergétique
de la fermentation alcoolique
Les levures sont des champignons unicellulaires.
m À partir des documents 1 à 3, mis en relation avec vos
connaissances, retrouvez les caractéristiques de la fermentation
alcoolique, puis comparez son rendement à celui de la respiration cellulaire.
Document 1
Le développement des levures et la production d’ATP
Dans deux milieux de culture de même volume, contenant de l’eau et
du glucose, on ajoute une même quantité de levures.
Ces deux milieux sont placés quelques jours dans des conditions
favorables identiques mais l’un des milieux contient du dioxygène,
l’autre non.
Document 1a : observation des levures au microscope optique (x 700)
En début d’expérience, les levures sont identiques dans les deux
milieux.
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Document 1b : résultats au bout de quelques jours de culture
Milieux
de culture
Observation des levures
au microscope optique (¥ 700)
Quantité
de moles d’ATP
produites par mole
de glucose
consommée
En présence
de dioxygène
36,3
En absence
de dioxygène
2
D’après Manuel de Terminale, Hatier, 2002.
Document 2
Une expérience historique de Pasteur
Pasteur a réalisé des cultures de levures en présence de glucose dans
des conditions de concentrations en dioxygène décroissantes de
l’expérience 1 à l’expérience 3.
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Conditions
expérimentales
Résultats
Quantité d’éthanol
obtenus
(alcool) produite
par les levures
Rendement de
la culture exprimé
par la quantité
de levures formées
(en mg par gramme
de glucose consommé)
Expérience 1 :
au contact du dioxygène de l’air
levures
solution
de glucose
Traces
250
++
40
++++++
5,7
Expérience 2 :
air appauvri en dioxygène
air
tube
pour
analyses
solution
de glucose
+ levures
Expérience 3 :
absence de dioxygène
tube
pour
analyses
solution
de glucose
+ levures
Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité mesurée.
D’après Nutrition et métabolisme, P. Mazliak, 1995.
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Document 3
Les levures en fermentation alcoolique
Une cuve hermétique est reliée à une sonde qui permet de mesurer la
concentration en dioxyde de carbone.
On remplit totalement la cuve avec une suspension de levures : le
milieu est dépourvu de dioxygène et les levures ne peuvent que pratiquer la fermentation alcoolique.
Au début de la manipulation ( t = 0 min ) , on injecte dans la cuve une
solution de glucose.
Document 3a : évolution de la concentration en dioxyde de carbone
dans la cuve en fonction du temps
concentration (en mg/L)
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
temps (min)
Document 3b : évolution de la quantité de glucose dans le milieu
Quantité
de glucose
En début de manipulation
(à t = 0 min )
En fin de manipulation
(à t = 7 min )
++++
++
Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité de glucose.
D’après Manuels de Terminale spécialité, Nathan et Didier, 2002.
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■ Enseignement obligatoire, partie II, exercice 2
Comprendre le sujet
• La difficulté principale du sujet tient au fait que les informations apportées par les documents et les conclusions qui en découlent ne permettent
pas de répondre directement à la deuxième partie de la question posée.
Elles fournissent seulement des précisions sur les caractéristiques de
l’appareil génital de la femme et sur son activité hormonale. L’exploitation
des documents 1 et 3 ne peut donc aboutir qu’à ces conclusions et non
à des conclusions sur la mise en place des gonades et des voies génitales.
Il est donc absolument nécessaire de faire un bilan final qui interprète les
conclusions tirées des documents à l’aide de vos connaissances sur la
différenciation des organes génitaux et des voies génitales. Vous devez
donc expliquer pourquoi cette femme n’a pas d’ovaires ni de voies génitales féminines mais des testicules et des voies génitales mâles réduites.
• Il faut mettre en relation vos connaissances avec les informations tirées
des documents pour expliquer le fait que cette femme ne possède pas de
voies génitales féminines mais des voies génitales mâles atrophiées.
Mobiliser ses connaissances
• C’est la présence du chromosome Y qui entraîne la différenciation des
gonades indifférenciées en testicules. Dans la région propre au chromosome Y, région qui n’a pas d’homologue sur le chromosome X, il existe un
gène, nommé SRY, qui, en s’exprimant dans les cellules de la gonade
indifférenciée, déclenche une cascade d’événements qui débouchent sur
la formation des cordons séminifères caractéristiques du testicule et la
mise en place des cellules interstitielles.
• Ce testicule fœtal sécrète deux hormones :
– la testostérone, qui entraîne la différenciation des canaux mâles indifférenciés (canaux de Wolff) en voies génitales mâles (spermiductes, glandes
annexes) et provoque également le développement des organes génitaux
externes ;
– l’AMH (hormone antimüllerienne), qui entraîne l’atrophie des voies génitales femelles indifférenciées (canaux de Müller).
■ Enseignement de spécialité, partie II, exercice 2
Comprendre le sujet
• C’est une question à la fois simple et difficile. Simple, car elle ne fait
appel qu’à des connaissances élémentaires sur la fermentation alcoolique. Difficile, car les informations tirées des documents semblent
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évidentes, parfois redondantes, de sorte que c’est le raisonnement à tenir
qui importe.
• Le libellé du sujet vous demande de retrouver d’abord les caractéristiques de la fermentation alcoolique.
Les caractéristiques de base sont la production de CO2 et d’alcool à partir
du glucose.
Ce sont les documents 3 et 2 qui permettent de dégager ces caractéristiques. Il ne faut pas hésiter dans ce cas à ne pas suivre l’ordre de
numérotation des documents et donc, ici, à analyser les documents 3 et
2 avant le document 1.
• Il faut bien saisir que vous ne pouvez exploiter les données du
document 1 sur l’ATP qu’en faisant appel à vos connaissances sur les
rôles de l’ATP dans la vie cellulaire, notamment le fait qu’il est la seule
source d’énergie utilisée pour les réactions de synthèse des molécules
organiques.
Mobiliser ses connaissances
• Toutes les activités de la vie cellulaire consomment des intermédiaires
métaboliques, en particulier de l’ATP, molécule indispensable à la vie
cellulaire. L’ATP n’est pas stocké mais régénéré aussi vite qu’il est détruit.
• Toute cellule vivante, isolée ou non, animale ou végétale (autotrophe et
non autotrophe) régénère son ATP en oxydant des molécules organiques
par processus respiratoire ou fermentaire.
• Dans le cas d’une molécule de glucose, la respiration peut être traduite
par le bilan des transformations :
C 6 H 12 O 6 + 6*H 2 O → 6 CO 2 + 12 H 2 *O .
• Par contraste avec l’oxydation complète du substrat liée aux mitochondries (fournissant 36 ATP par molécule de glucose dégradée), une
oxydation incomplète est possible par fermentation. Elle produit un
déchet organique, reste du substrat réduit non totalement oxydé lors de la
dégradation. Cette fermentation permet un renouvellement peu efficace
mais réel des intermédiaires métaboliques (en particulier une synthèse de
2 molécules d’ATP par molécule de glucose dégradée), ce qui autorise
dans le cas de la fermentation alcoolique une vie sans oxygène.
©HATIER