Triple programmation TS spé

Séances
TS SPÉ SVT – THEME 1 : LA TERRE DANS L'UNIVERS, LA VIE ET L'ÉVOLUTION DU VIVANT - ÉNERGIE ET CELLULE VIVANTE
Activités
Savoirs
Obs
Introduction : site nutriset et aliment plumpy nut à base d’arachide pour lutter contre
la malnutrition dans les pays en famine + carte mondiale de la culture d’arachide.
C’est un aliment thérapeutique à base d’arachide. La société qui le produit a choisi de
favoriser la culture de l’arachide et sa transformation sur place, dans les pays
producteurs.
PBT : Comment cultiver l’arachide de manière efficace pour nourrir l’humanité ? Quels
sont les besoins de cette plante pour produire de la matière et de l’énergie ?
Comment sont utilisées matière et énergie dans la cellule animale ?
CHAPITRE 1 : LA PRODUCTION D’ENERGIE ET DE MATIERE DANS LA CELLULE
VEGETALE
1
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3
Informer
TP1 : mise en évidence de la
photosynthèse dans la plante –
expérience historique
plante/bougie/lampe ; tube retourné
et dégazage O2 avec lampe (test à
l’allumette) dans des solutions d’eau
distillée/robinet/dihydrogénocarbonat
e de sodium : éventuellement Exao
pour mesure directe du CO2 et de l’O2
TP2 : localisation des structures
impliquées – géranium ou pélargonium
et coloration de l’amidon dans les
parties vertes de la plante ;
observation et marquage des
chloroplastes ; microscopie
électronique et ultrastructure des
chloroplastes (thylakoïdes)
TP3 : absorption lumineuse pour la
photosynthèse – photosynthèse selon
les filtres de couleurs sur plante
entière ; extraction des pigments d’une
feuille ; séparation par
chromatographie ; spectre
d’absorption des pigments ; structure
des photosystèmes
Pour réaliser la photosynthèse, la plante a
besoin de lumière, de CO2 et elle libère de
l’O2.
Equation bilan à ce niveau de recherche :
La photosynthèse se réalise au niveau des
parties vertes de la plante, qui contiennent
des chloroplastes. Les chloroplastes
transforment l’énergie lumineuse en matière
(amidon). Le chloroplaste est formé d’un
stroma dans lequel baignent les thylakoïdes.
La lumière est captée à la surface des
thylakoïdes par des pigments
photosynthétiques. Ces pigments captent une
longueur d’onde spécifique. Ils sont organisés
en photosystèmes.
Le DM montre l’existence de 2 phases dans la
Ext
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Livre : le Prat
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/index.html (TP1 ; TP2 ; TP3)
http://back.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/spectre_act/spectre_act.htm (TP3)
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese-cours/14-ATP.htm et
http://www.pedagogie.acnantes.fr/1171193576078/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160067860062 (TP5)
http://www.svt.ac-aix-marseille.fr/pourspip/tpmitoch/index.htm et http://www.pedagogie.acnantes.fr/1171186071109/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160731039203 (TP8)
http://www.didier-pol.net/2conv-en.htm (TP9)
DM Expériences historiques de Ruben,
Kamen (O2) et Emerson, Arnold (CO2)
4
TP4 : la première phase de la
photosynthèse – expérience de Hill et
fonctionnement d’un photosystème
(dissociation de l’eau pour former l’O2,
potentiels rédox) ; production RH2
5
TP5 : la production d’énergie dans la
ère
1 phase – découverte de l’ATP par
Karl Lohmann en 1929, Rastop
structure ATP, expériences de
Jagendorf et Uribe en 1966, notion du
gradient de protons, bioluminescence
et suivi de la production d’ATP en
photosynthèse
photosynthèse. C’est une réaction
d’oxydoréduction.
ère
La 1 phase nécessite de la lumière pour
produire des molécules : c’est la phase
photochimique.
Cette phase produit de l’ATP et du RH2, et
libère de l’O2.
Les protons produit par les photosystèmes
traversent l’ATPsynthase et entraînent la
production d’ATP.
L’ATP est la principale molécule énergétique
des organismes.
nde
6
TP6 : la seconde phase de la
photosynthèse – documents sur
l’expérience de Calvin, Benson,
Bassham (utilisation du CO2 marqué et
du RubiP, avec l’ATP et le RH2 pour
produire des trioses)
La 2 phase ne nécessite pas de
lumière pour produire des molécules : c’est la
phase chimique. Elle incorpore le CO2 au
RubiP, en consommant l’ATP et le RH2
produits en phase I. Elle aboutit à la
production de glucose.
Schéma général de la photosynthèse
Introduction : la plante (arachide) produit de l’énergie mais aussi de la matière à partir
de la photosynthèse. Cette matière est ingérée par les animaux (l’Homme).
PBT : Comment les EV (et l’Homme en particulier) récupèrent de l’énergie à partir des
produits de la photosynthèse (glucose, O2) ?
CHAPITRE 2 : RECUPERATION ET UTILISATION DE L’ENERGIE DANS LA CELLULE
NON CHLOROPHYLLIENNE
7
TP7 : la respiration cellulaire –
expériences avec levures sauvages
(mitochondries) ou mutantes (pas de
mitochondrie) et injection de glucose ;
expériences en conditions aérobie ou
anaérobie ; mesure de la
La plupart des cellules eucaryotes (y compris
les cellules chlorophylliennes) respirent : à
l'aide de dioxygène, elles oxydent la matière
organique en matière minérale. La
mitochondrie joue un rôle majeur dans la
respiration cellulaire.
voir aussi le Prat
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consommation d’O2 (+libération de
CO2) ; localisation et structure des
mitochondries
TP8 : la mitochondrie et la respiration –
extraction de mitochondries (choufleur) ; injection de différents substrats
de la glycolyse (surtout pyruvate), suivi
de la consommation d’O2 ; expériences
de Krebs (succinate, malate oxaloA et
malonate)
TP9 : la production d’énergie lors de la
respiration – extraction de l’ATP de
levure et dosage par bioluminescence
à la luciférase dans différentes
conditions (quantifier la production
d’énergie cellulaire) ; structure de la
chaîne respiratoire de la
mitochondrie ; poisons métaboliques
(ordre d’intervention des complexes)
TP10 : un autre mécanisme de
production d’énergie (fermentation) –
mesure de la production d’éthanol en
fonction 1) de 2 substrats (glucose et
lactose), 2) de la température, 3) du
pH ; mêmes mesures avec la
respiration en parallèle pour comparer
(valeurs chiffrées de la production
d’ATP)
TP11 : utilisation de l’ATP produit
partie 1/2) – observation de la cyclose
sans/avec inhibiteur de la production
d’ATP (acide cyanhydrique) ;
observation de la tension des
myofibrilles avec/sans ATP (salyrgan
inhibiteur d’utilisation) ;
Dilacération de muscle et observation
au microscope ; microscopies
électroniques longitudinales et
transversales relâché/contracté
TP12 : utilisation de l’ATP produit
(partie 2/2) - suivi de la consommation
en O2 du muscle (forte consommation
après l’effort = dette en O2 =
L'oxydation du glucose comprend la glycolyse
(dans le hyaloplasme) puis le cycle de Krebs
(dans la mitochondrie) : dans leur ensemble,
ces réactions produisent du CO2 et des
composés réduits R'H2.
La chaîne respiratoire mitochondriale permet
la réoxydation des composés réduits ainsi que
la réduction de dioxygène en eau. Ces
réactions s'accompagnent de la production
d'ATP qui permet les activités cellulaires.
Les levures survivent en condition anaérobie :
il existe un mécanisme autre que la
respiration pour la production d’énergie.
Ce second mécanisme, la fermentation,
correspond à une dégradation partielle des
molécules organiques. Elle produit moins
d’ATP que la respiration qui est une
dégradation complète de la matière
organique.
L'ATP joue un rôle majeur dans les couplages
énergétiques nécessaires au fonctionnement
des cellules.
Le muscle est constitué de 2 types de fibres
protéiques : l’actine et la myosine. L’actine
est un filament, la myosine porte des têtes
accolées aux filaments d’actine. La succession
d’un ensemble de fibres forme un sarcomère.
Lors de la contraction, le sarcomère se
raccourcit et s’épaissit car les fibres
s’intercalent les unes dans les autres.
La fibre musculaire utilise l'ATP fourni, selon
les circonstances, par la fermentation
lactique ou la respiration. L'hydrolyse de l'ATP
fournit l'énergie nécessaire aux glissements
régénération ATP) ; suivi des
concentrations en glycogène et en
acide lactique dans la cellule
musculaire (utilisation de réserves
énergétiques et fermentation) ;
Animation montrant les relations entre
actine et myosine dans le cycle
attachement / pivotement avec ATP.
13
de protéines les unes sur les autres qui
constituent le mécanisme moléculaire à la
base de la contraction musculaire.
Evaluation
Séances
TS SPE SVT – THEME 3 : CORPS HUMAIN ET SANTÉ - GLYCÉMIE ET DIABÈTE
Activités
Savoirs
Obs
Introduction : journée mondiale du diabète, exposer aux élèves une pub ou un article
sur le diabète
Le diabète sucré est une affection métabolique, caractérisée par une hyperglycémie
chronique (taux de sucre dans le sang trop élevé). Le diabète peut engendrer de graves
complications touchant le coeur, les vaisseaux, les yeux, les reins et les nerfs. Le
dépistage du diabète est réalisé à jeun par une prise de sang qui permet de mesurer la
glycémie. Une glycémie à jeun faisant suspecter un diabète se situe à partir de 1,26 g/l.
PBT : A quoi est lié le diabète ? Comment est régulée la glycémie ?
CHAPITRE 1 : L’ORIGINE DU GLUCOSE DANS LE SANG
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Informer
TP13 : origine alimentaire du glucose –
recherches sur des aliments à l’origine du
glucose ; concevoir et mettre en pratique un
protocole sur la digestion de l’amidon et
l’apparition du glucose ; expériences
historiques de Réaumur et Spallanzani
(substances dissolvantes)
TP14 : le fonctionnement des enzymes – SOIT
extraction de l’amylase de patate + amidon
du pain et mesure de la production de
glucose + test en fonction de la température
(TP agreg secteur A) ; SOIT extraction de la
catalase du navet + eau oxygénée et mesure
de la production d’O2 + test en fonction de la
température
TP15 : la spécificité des enzymes – SOIT
mesure de l’apparition du glucose à partir de
l’amylase et du saccharose/amidon ; SOIT
mesure de la libération d’O2 en fonction du
D/L-glucose et glucose-oxydase ; Rastop
structure des enzymes et notion de site actif
DM La glycémie dans l’organisme (notion de
valeur consigne, de boucle de régulation,
capteur/régulateur/ effecteur)
Les glucides à grosses molécules des
aliments sont transformés en glucose
grâce à l'action d'enzymes digestives.
Une enzyme catalyse une réaction,
c’est-à-dire qu’elle l’accélère ou la
permet. Les enzymes sont sensibles à
la température : ce sont des protéines.
Une enzyme a une structure
particulière : elle possède un site actif
qui accueille un substrat. Le site actif
est spécifique d’un seul substrat par
interaction avec des AA à des positions
précises.
Ext
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http://www.didier-pol.net/1AMYLASE.html et http://www2.aclyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article30 (TP14)
http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/html/peda/svt/catalase/accueil.htm#KLINK (TP15)
http://www.svt.ac-aix-marseille.fr/exao/experim/glucox/index.htm (TP16)
http://www.didier-pol.net/1glycemie2.htm (TP17)
http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=1087 et http://ww3.acpoitiers.fr/svt/ACTIVITE/JMC/INSULINE/Index.htm (TP18)
http://www5.ac-lille.fr/~svt/svt/articles.php?lng=fr&pg=370 (TP19)
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CHAPITRE 2 : REGULATION DE LA GLYCEMIE ET DIABETE
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TP16 : l’effecteur de la glycémie –
expérience du foie lavé et libération de
glucose (comparaison muscle et tissu
adipeux) ; mise en évidence des réserves
de glycogène dans le foie ; observation
microscopique de cellules
hépatiques stockant le glycogène ;
expérience de Claude Bernard sur
l’hépatectomie ; équipement
enzymatique du foie, des muscles, du
tissu adipeux
TP17 : le capteur de la glycémie –
expériences historiques de Méring et
Minkowski (pancréatectomie et
glycosurie/glycémie) ; expérience de
Banting et Best sur l’injection d’extraits
de pancréas/foie/rate et évolution de la
glycémie d’un chien pancréatectomisé ;
Rastop hormones insuline et glucagon ;
coupe histologique des îlots de
Langerhans et marquage fluo
TP18 : le régulateur de la glycémie –
expérience de l’effet de l’insuline et du
glucagon sur le foie lavé ;
autoradiographie des cellules cibles des
hormones
TP19 : les diabètes – le service des
urgences reçoit 2 patients très différents
mais tous deux avec un diabète : travail
en ateliers (voir le dossier diabète des
1S1 de 2011)
Le foie est le principal organe de stockage
du glucose dans l’organisme. Le glucose est
stocké sous forme de glycogène. Les
muscles et le tissu adipeux ont des réserves
moindres. Le foie a un équipement
enzymatique adapté à la libération de
glucose à partir du glycogène.
Le pancréas capte la glycémie et libère des
hormones : l’insuline et le glucagon. Ces
hormones sont produites par des cellules
spécifiques du pancréas, situées dans les
îlots de Langerhans.
L’insuline diminue la glycémie : elle est
hypoglycémiante ; le glucagon augmente la
glycémie : il est hyperglycémiant. Ces 2
hormones agissent sur les cellules du foie
qui stockent le glycogène.
Schéma de la boucle de régulation
Le diabète de type 1 résulte de la
perturbation de la régulation de la glycémie
provoquée par l'arrêt ou l'insuffisance
d'une production pancréatique d'insuline.
L'absence ou l'insuffisance de l'insuline est
due à une destruction auto-immune des
cellules β des îlots de Langerhans.
Le diabète de type 2 s'explique par la
perturbation de l'action de l'insuline.
Le déclenchement des diabètes est lié à des
facteurs variés, génétiques et
environnementaux.
Evaluation
Séances
TS SPE SVT – THEME 2 : ENJEUX PLANÉTAIRES CONTEMPORAINS - ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR
Activités
Savoirs
Informer
Obs
Introduction : photos ours cannibalisme/perché sur un glacier fondu, article de presse
sur le climat, photo du petit âge glaciaire…
Un climat (p80) correspond aux moyennes mesurées (températures et précipitations)
sur plusieurs dizaines d’années. A l’échelle humaine, nous percevons que le climat subit
des modifications (fonte des glaces polaires).
PBT : Ces variations climatiques et atmosphériques sont-elles inédites ? Quelles sont
les méthodes qui permettent de les retracer sur les derniers millénaires ?
CHAPITRE 1 : L’EVOLUTION ATMOSPHERIQUE ET CLIMATIQUE RECENTE
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TP20 : données des glaces
polaires (partie 1/2) – logiciel
O16-O18 (tp à refaire
entièrement !!!)
L’analyse du  O d’une carotte de glace permet de
retrouver les variations locales de température de
l’air au niveau du site de forage.
* L’isotope O18 est lourd, il est donc difficile de
l’extraire de la phase liquide.
* Les courbes des δO18 des océans et des glaces
sont inversées
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TP21 : fin du TP 20 si besoin
Données des glaces (partie 2/2)
– les teneurs en gaz des bulles
fossiles des glaces
Les gaz contenus dans les bulles d’air piégées dans
la glace sont de bons paléo-thermomètres.
18
La palynologie est l’étude des formes de pollen
permettant de les associer à une espèce
24
TP22 : le peuplement végétal
témoin du climat local palynologie
25
TP23 : un facteur influençant le
climat (effet de serre) –
anciennes modélisations de la
nd
2 avec mise en évidence de
l’importance de la présence
d’une atmosphère et de sa
La comparaison des pollens et spores fossiles et des
pollens et spores actuels permet d’identifier les
végétaux qui se sont succédés au cours du temps
dans une région donnée.
En appliquant le principe de l’actualisme on peut
donc reconstituer les climats qui se sont succédés
au cours du temps.
L’effet de serre dépend avant tout de la présence et
de la composition de l’atmosphère d’une planète.
Ext
Réaliser
Man/ Exp/ Mod/
prép
mes
sim
Capacités
Raisonner
Pb
Hy
Pro
Communiquer
Int
Tex
Tab
Sch
Des
Gra
composition ; comparaison avec
autres planètes
26
La régulation du climat global est un système
complexe qui met en jeu de nombreux facteurs :
TP24 : envisager les climats
atmosphère, albédo, paramètres orbitaux.
futurs – logiciel Simclimat
On peut prévoir les climats futurs en prenant en
compte l’ensemble des paramètres régulateurs du
climat.
Introduction : comparaison de la faune/flore Crétacé avec l’actuel : climat de type
tropical, végétation très luxuriante, température élevées, forte humidité.
Pb : Comment peut-on reconstituer les climats anciens ? Quels sont les facteurs
susceptibles de faire changer le climat sur de longues périodes ?
CHAPITRE 2 : L’EVOLUTION DES CLIMATS ANCIENS
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TP25 : indices sédimentaires – crétacé
l’âge de la craie : cartes épaisseur du
bassin parisien et dépôts craies
mondiaux ; expérience de formation
des carbonates (liée au CO2) ; tracer le
graphique de l’évolution du CO2
avant/pendant/après crétacé ; étude
des émissions magmatiques et calculs
des volumes de magma émis dans le
monde avant/pendant/après crétacé
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TP26 : indices paléontologiques –
indice stomatique (voir bac 2013),
espèces végétales dominantes et type
de photosynthèse (C3/C4 ou CAM)
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TP27 : évolution de l’atmosphère
terrestre – les roches de Blyde River
(fer rubanés) : comportement des ions
fer en solution et expériences ;
stromatolithes ultrastructure
(hypothèse de photosynthèse) +
mesure de libération d’O2 ; régression
des bactéries méthanogènes
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Le nom « Crétacé » vient du latin « creta » (la
craie), en référence aux importants dépôts
carbonatés datant de cette époque. Les
carbonates se forment par absorption du CO2
atmosphérique qui réagit avec les ions
calciques contenus dans les eaux. Par principe
d’actualisme, on peut supposer que les
carbonates de l’époque se formaient dans les
mêmes conditions qu’à l’époque actuelle,
c’est-à-dire dans un environnement chaud,
riche en CO2 atmosphérique.
Actuellement, la photosynthèse utilise le CO2
atmosphérique mais c’est aussi un facteur
limitant dans la production de matière
végétale.
L’indice stomatique des plantes du Crétacé
témoigne de la forte teneur atmosphérique
en CO2.
Sur la Terre primitive, l’atmosphère gazeuse
ne contenait pas d’O2, mais beaucoup de gaz
à effet de serre.
L’O2 est libéré dans l’atmosphère par les
cyanobactéries grâce à la photosynthèse.
Evaluation