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HPT Formation scientifique UAA3 – Partie I AUTEURS : Brigitte Janssens, Pascale Papleux 5 février 2015 Fiche d’investigation 3 La nutrition et la respiration au niveau des cellules Au travers de cette démarche d’investigation, la compétence rencontrée sera : « Sur base d’une démarche d’investigation, observer qu’un organisme pluricellulaire est constitué de cellules qui assurent les fonctions essentielles du vivant. » Développements attendus principalement visés Mettre en relation les organites cellulaires étudiés avec les quatre fonctions que sont la nutrition et l’excrétion, la respiration et la photosynthèse (C2). L’élève complète un tableau reprenant les organites cellulaires étudiés et les quatre fonctions associées (nutrition, excrétion, respiration et photosynthèse). À partir d’un document, analyser et interpréter le résultat d’une expérience (non réalisée en classe) mettant en évidence les rôles des constituants cellulaires visibles au microscope optique (T2). (P) L’élève ne peut être évalué sur cette activité. (TQ) Pour une expérience nouvelle, non réalisée durant l’apprentissage, l’élève cite les objectifs de l’expérience, en énonce les résultats puis met en évidence (par un texte, par un schéma) comment ces résultats permettent de rencontrer les objectifs. Contexte : N’importe quel être vivant doit se nourrir pour vivre. Chez l’être humain, l’appareil digestif transforme en 4 étapes fondamentales les aliments destinés à l’organisme : - l’ingestion, introduction des aliments dans le corps ; - la digestion, transformation des aliments en nutriments par des processus chimiques et mécaniques ; - l’absorption, passage des nutriments, de l’eau et de diverses substances du tube digestif dans le sang en vue de la distribution dans toutes les parties du corps ; - la défécation, expulsion hors de l’organisme des substances non absorbées. Au niveau des différents organes et plus particulièrement au niveau des cellules qui les constituent, les nutriments sont transformés en substances utiles pour le bon fonctionnement de l’organisme. En particulier, de l’énergie est extraite de certains nutriments en présence d’oxygène au cours d’un phénomène appelé respiration cellulaire. Il résulte de cette transformation une production de dioxyde de carbone et de déchets. (extrait de : « Fiches de connaissances à installer » – sciences D1, pp. 12 et p 19) HPT UAA3 FI3 150425 1 Problèmatisation Le professeur demande aux élèves : - Comment la cellule peut-elle se nourrir ? Comment peut-elle absorber les matières nutritives ? Les élèves émettent plusieurs hypothèses : - Les cellules ont une petite bouche pour absorber la nourriture. Les cellules ont un mini système digestif. … Recueil et traitement des informations (cœur de la démarche d’investigation) Le professeur demande aux élèves de visualiser une vidéo et une animation présentant la nutrition d’organismes unicellulaires (amibes) (voir fiche FA4). Les élèves constatent que a) b) c) d) Les cellules se nourrissent en déformant leur membrane cytoplasmique. Cela conduit à la formation d’une vacuole appelée la vacuole digestive. Ce phénomène porte le nom de phagocytose. L’élimination des déchets qui résultent de la digestion des aliments se déroule au cours de l’exocytose : ces déchets sont rejetés à l’extérieur de la cellule. Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation - Que se passe-t-il pour la plupart des organismes pluricellulaires, lorsque les cellules ne peuvent pas se déplacer, puisqu’elles sont associées en tissus ? Les élèves se souviennent que pour des organismes pluricellulaires, c’est le sang qui apporte les nutriments au niveau des cellules. Le professeur demande aux élèves de revoir (ou voir) les fiches FE6 & FA5. Les élèves constatent que : a) La membrane cytoplasmique a des propriétés particulières : c’est une membrane qui peut laisser entrer et sortir de la cellule des substances de petites tailles (petites molécules que sont les nutriments comme le glucose et l’eau). Cette membrane est appelée membrane semi-perméable. b) Certains nutriments peuvent aussi être absorbés par la cellule suite à une déformation de la membrane cytoplasmique pour former de très petites vacuoles appelées vésicules. Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation - Une fois dans la cellule, que deviennent les nutriments et plus particulièrement le glucose ? Le professeur demande alors aux élèves d’analyser les documents de la fiche FA9. Les élèves constatent que a) c’est au niveau des poumons qu’à lieu le passage du dioxygène dans le sang ; b) le système digestif transforme les aliments en nutriments. Ces derniers passent alors dans le sang ; c) le sang circule dans tout l’organisme ; d) les organes prélèvent en permanence dans le sang des nutriments et du dioxygène. Ces prélèvements se déroulent au niveau des cellules et c’est la membrane cytoplasmique des cellules qui permet l’entrée de ces différentes substances ; e) la réaction de respiration cellulaire se déroule au niveau d’un organite non visible au microscope optique : la mitochondrie. f) l’essentiel de l’activité des mitochondries consiste à produire de l’énergie grâce à la réaction de respiration cellulaire ; g) cette énergie est utile pour la cellule elle-même mais aussi grâce à elle, pour l’organisme tout entier. HPT UAA3 FI3 150425 2 Communication Le professeur réalise une synthèse avec ses élèves : a) La nutrition cellulaire (http://1blog.2bio.org/tag/immunitaire/page/2, page consultée le 2 février 2015) b) b) La respiration cellulaire Les mitochondries sont des petits organites très peu visibles au microscope optique. Pour bien les distinguer, il faut utiliser un microscope électronique. Les mitochondries mesurent environ 1 à 5 micromètres de longueur. L’essentiel de l’activité des mitochondries consiste à produire de l’énergie grâce à la réaction de respiration cellulaire. Liens - Fiches de connaissances à installer, sciences D1 http://admin.segec.be/documents/5019.pdf, page consultée le 2 février 2015 - Mitochondries http://bio.m2osw.com/gcartable/mitochondrie.htm, page consultée le 2 février 2015 - Phagocytose http://1blog.2bio.org/tag/immunitaire/page/2, page consultée le 2 février 2015 HPT UAA3 FI3 150425 3
