Energie et cellule vivante - Espace pédagogique
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Spécialité Thème 1 Energie et cellule vivante Energie et cellule vivante Tout système vivant échange de la matière et de l'énergie avec ce qui l'entoure. Il est le siège de couplages énergétiques On se limite aux cellules eucaryotes. Energie et cellule vivante !L’occasion de mettre en œuvre et d’approfondir des capacités méthodologiques !L’occasion de développer des attitudes (initiative, autonomie) !L’occasion de pratiquer une démarche d’investigation en lien avec les sciences fondamentales Energie et cellule vivante Respiration cellulaire Photosynthèse cellulaire Fermentation cellulaire Contraction de la fibre musculaire Energie et cellule vivante Respiration cellulaire Une large liberté pédagogique : !sur les modalités didactiques mises en œuvre Photosynthèse Fermentation cellulaire cellulaire !sur l'ordre ordre d’étude !sur les exemples choisis !sur l'ampleur ampleur de l'argumentation développée Contraction de la …dans la mesure du raisonnable. fibre musculaire Faire le point sur les acquis en SVT Matière et énergie à différentes échelles Echelle de la biosphère: êtres vivants et cycle du carbone Echelle des écosystèmes: transformation de matière au sein de réseaux trophiques, flux d’énergie Agrosystème / Ecosystème naturel Echelle des organismes: réalisation de différentes fonctions Photosynthèse: parties chlorophylliennes des végétaux Respiration:: exercice physique Echelle cellulaire: transformations chimiques ou métabolisme: échange de matière et d’énergie cellule/ environnement Faire le point sur les acquis en Physique- chimie Matière et énergie: ! énergie chimique libérée lors d’une combustion ! formes et principe de conservation de l’énergie ! stockage et conversion d’énergie chimique ! réaction d’oxydoréduction Lumière et matière: ! émission, absorption, diffusion, transmission ! énergie d’un photon ! spectre solaire ! molécules organiques colorées Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Seconde Spécialité !La cellule chlorophyllienne des végétaux Matière carbonée verts effectue la photosynthèse grâce à des êtres vivants l'énergie lumineuse Cellule, organite, membrane Grands éléments bilan de la photosynthèse !Le chloroplaste en est l'organite clé !La phase photochimique produit des composés réduits RH2 et de l'ATP !La phase chimique produit du glucose à partir de CO2 en utilisant les produits de la phase photochimique !Seuls les bilans devront être mémorisés. Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Mobiliser les acquis des élèves Lumière solaire Sels minéraux CO2 H2O chlorophylle matière + O2 organique Comment l’énergie lumineuse estelle transformée en énergie chimique? Où se déroule la photosynthèse dans la cellule? Comment l’incorporation de CO2 est-elle réalisée dans la cellule?... D’où vient O2?... ! poser les nouveaux problèmes à résoudre ! formuler des hypothèses explicatives …motiver la démarche d’investigation à mener Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique Le lien entre besoin de lumière, de chlorophylle et synthèse de molécules organiques existe-t-il aussi à l’échelle cellulaire? Développer initiative et l’autonomie ! Conception d’un protocole de mise en évidence de l’amidon et notion de test /témoin ! Réalisation de préparations microscopiques mettant en évidence l'amidon dans les chloroplastes selon l’éclairement: académie de Nantes ! Communication des résultats par un dessin d’observation, un schéma… Préparer aux ECE Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Faire le lien avec des acquis de physique- chimie La chlorophylle est associée à l’utilisation de l’énergie solaire, on devrait pouvoir montrer que cette molécule colorée verte absorbe/ diffuse le rayonnement du spectre solaire… en évidence des radiations absorbées par une solution de chlorophylle brute et comparaison avec un spectre de lumière blanche ! Réalisation d’une chromatographie séparant les pigments d’une solution de chlorophylle brute Quel est le rôle de la chlorophylle? ! Mise ! Utilisation Développer initiative et l’autonomie d’une chaîne ExAO pour mesurer l'action de différentes radiations lumineuses sur l'activité photosynthétique et comparer avec les radiations absorbées par la chlorophylle brute http://espace-svt.ac-rennes.fr/applications.html Préparer aux ECE Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Développer des capacités avec différentes démarches: Démarche historique: Arnon, Calvin… Démarche expérimentale: expérience de Hill… Démarche documentaire: électronographies… Démarche utilisant des outils numériques: modélisation moléculaire de l’ATP avec Rastop… Bilan Bilan: Conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique O2 Phase photochimique Impliquant la chlorophylle ADP Phase + P chimique R H2O COUPLAGE PHOTOCHIMIQ UE ATP RH2 Cellule eucaryote, respiration et énergie Spécialité Seconde Matière carbonée des êtres vivants Cellule, organite, membrane !La plupart des cellules eucaryotes (y compris chlorophylliennes) respirent : à l'aide de O2, elles oxydent la matière organique en matière minérale. !La mitochondrie joue un rôle majeur !Glycolyse (dans le hyaloplasme) puis cycle de Krebs (dans la mitochondrie) produisent du CO2 et des composés réduits R'H2 !L a chaîne respiratoire mitochondriale permet la Nutriments, O2 libèrent de l’énergie réoxydation des composés réduits ainsi que la réduction de dioxygène en eau utilisable lors de la !Ces réactions s'accompagnent de la production respiration d'ATP qui permet les activités cellulaires Cellule eucaryote, respiration et énergie Un travail en atelier sur des supports différents avec mutualisation… ! Utilisation d’une chaîne ExAO pour montrer la diversité des cellules qui respirent -partie chlorophyllienne et non chlorophyllienne d’un végétal -en présence ou en l’absence de lumière ! Utilisation d’une chaîne ExAO pour montrer l’efficacité respiratoire de différents substrats : -avec des cellules de levure -avec des mitochondries isolées ! Préparer aux ECE Communication écrite par un enregistrement annoté… …La possibilité de rendre compte à l’ oral Cellule eucaryote, respiration et énergie Développer des capacités avec d’autres démarches: Démarche historique: Krebs, utilisation de poisons métaboliques… Démarche documentaire: électronographies de mitochondries… Démarche utilisant des outils numériques: modélisation moléculaire de l’ATP avec Rastop… Bilan Bilan: couplage énergétique lors de la respiration Oxydation de la matière organique Glycolyse et cycle de Krebs CO2 COUPLAGES CHIMIOCHIMIQUE S ADP + P Oxydation R’ phosphorylante chaîne respiratoire Molécules organiques R’H2 ATP Cellule eucaryote, fermentation et énergie Spécialité Collège !Certaines cellules eucaryotes réalisent une fermentation. Certains aliments proviennent d’une transformation contrôlée par l’homme (fermentation) !L'utilisation fermentaire d'une molécule de glucose produit beaucoup moins d'ATP que lors de la respiration. ![On se limite aux fermentations alcoolique et lactique.] Cellule eucaryote, fermentation et énergie La possibilité de partir d’exemples du domaine de l’agro-alimentaire (vins, cidres, bières, pains…) … ! Suivi de la fermentation alcoolique chez la levure en fonction de la nature ou de la concentration en substrat, de la température, du pH, de la disponibilité en O2 afin d’en déterminer les conditions optimales ! Mise en évidence de la production d’un acide par fermentation lactique en lien avec des bactéries lactiques Synthétiser des informations et en faire une communication orale … Cellule eucaryote, respiration et énergie Développer des capacités avec d’autres démarches: Démarche historique: découvertes de Pasteur… Démarche documentaire: électronographies de levures en aérobiose et anaérobiose… Démarche utilisant des TICE: recherche sur les fermentations dans le domaine agro-alimentaire: panification, production de bioéthanol, etc… Orientation vers les métiers Bilan Bilan: couplage énergétique lors de la fermentation Molécules organiques Oxydation des matières organiques Molécules organiques COUPLAGES CHIMIOCHIMIQUE S ADP + P R’ Oxydation non R’H2 ATP phosphorylante pas de chaîne respiratoire Molécules Molécules organiques Fibre musculaire, contraction et énergie Spécialité Seconde !Certaines cellules eucaryotes réalisent une fermentation. Cellule musculaire !L'utilisation fermentaire d'une molécule de glucose produit beaucoup moins d'ATP que lors de la respiration. ![On se limite aux fermentations alcoolique et lactique.] Fibre musculaire, contraction et énergie Une place prépondérante laissée à l’initiative et à l’autonomie de l’élève Étude en microscopie optique de muscle cuit ou cru dilacéré ou de coupes transversales et longitudinales permettant de repérer une striation de la cellule musculaire ! ! Recherche et dosage du glycogène musculaire afin de montrer la présence de réserves énergétiques Fibre musculaire, contraction et énergie D’autres démarches: Démarche documentaire: sur l’utilisation de l’ATP et les mécanismes de la contraction musculaire. Démarche utilisant des outils numériques: animation des relations actine-myosine …exploiter des informations et présenter un travail Préparer à l’enseignement supérieur Bilan Bilan: couplage énergétique lors de la contraction musculaire Couplage chimiomécaniqu e ATP ADP + P ENERGIE MECANIQUE
