Respiration, métabolisme, fonctionnement de l`organisme. Les mots

Préparation à l’Agrégation Interne 2009 – 2010
Séances des 28 novembre et 02 décembre 2009
Respiration, métabolisme, fonctionnement de l’organisme.
Les mots et expressions clés :
Echanges gazeux respiratoires, dioxygène, dioxyde de carbone, milieu de vie, organes
respiratoires, surfaces d’échanges, tégument, poumons, branchies, trachées, trachéobranchies,
diffusion, ventilation, convection, intégration des fonctions.
Métabolisme, catabolisme, énergie, enzyme, catalyse, ATP, oxydation, coenzyme
d’oxydoréduction, NAD, FAD, glycolyse, pyruvate, mitochondrie, acétyl‐Coenzyme A, cycle de
Krebs, décarboxylation, chaine respiratoire, ATP synthase.
Dans les programmes :
Cycle 3 : Le fonctionnement du corps humain et la santé (Première approche des fonctions de
nutrition : digestion, respiration et circulation sanguine).
Cinquième :
‐ Respiration et occupation des milieux de vie.
 Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à
rejeter du dioxyde de carbone.
La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d’occuper différents
milieux.
Chez les animaux, les échanges gazeux se font entre l’air ou l’eau et l’organisme, par l’intermédiaire
d’organes respiratoires : poumons, branchies, trachées.
 La répartition des organismes vivants dépend de la teneur en dioxygène de l’eau.
A la lumière, les végétaux chlorophylliens contribuent à oxygéner le milieu.
L’agitation, la température de l’eau influent sur l’oxygénation du milieu.
Les caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la
répartition des organismes vivants.
L’homme par son action sur le milieu peut modifier la teneur en dioxygène de l’eau et donc la
répartition des organismes vivants. Il agit sur la biodiversité.
‐ Fonctionnement de l’organisme et besoin en énergie.
 Les organes effectuent en permanence des échanges avec le sang : ils y prélèvent des nutriments et du
dioxygène ; ils y rejettent des déchets dont le dioxyde de carbone.
La consommation de nutriments et de dioxygène, le rejet de dioxyde de carbone par les organes varient
selon leur activité, cela s’accompagne de modifications au niveau de l’organisme (augmentation de la
température, du rythme cardiaque et respiratoire).
 Nutriments et dioxygène libèrent de l’énergie utilisable, entre autre, pour le fonctionnement des
organes.
L’énergie libérée au cours de la réaction chimique entre les nutriments et du dioxygène, est utilisée
pour le fonctionnement des organes et transférée en partie sous forme de chaleur.
 Le dioxygène utilisé en permanence par les organes provient de l’air.
L’air pénètre dans le corps par le nez ou la bouche ; il est conduit jusqu’aux alvéoles pulmonaires par la
trachée, les bronches, les bronchioles.
Au niveau des alvéoles pulmonaires le dioxygène de l’air passe dans le sang.
Le passage du dioxygène est facilité par une grande surface alvéolaire richement vascularisée.
 Des substances nocives, plus ou moins abondantes dans l’environnement, perturbent le fonctionnement
de l’appareil respiratoire. Elles favorisent l’apparition de certaines maladies.
 Les déchets produits lors de la réaction chimique entre les nutriments et le dioxygène passent dans le
sang. Ils sont éliminés :
‐ dans l’air au niveau des poumons pour le dioxyde de carbone expiré ;
‐ dans l’urine fabriquée par les reins pour les autres déchets.
1 Seconde :
‐ L'organisme en fonctionnement
 Relations entre activité physique et paramètres physiologiques.
L'augmentation de l'activité physique s'accompagne d'un accroissement de la consommation de dioxygène et de
nutriments par les cellules musculaires.
L'effort physique est associé à la variation de l'activité des systèmes circulatoire et respiratoire.
 Couplage entre l'activité cardio‐respiratoire et l'apport de dioxygène aux muscles.
La circulation du sang au sein des cavités cardiaques se fait dans un seul sens.
La disposition en série de la circulation pulmonaire et de la circulation générale permet la recharge en dioxygène de l'ensemble
du volume sanguin.
L'apport préférentiel de dioxygène aux muscles en activité résulte de la disposition en parallèle de la circulation générale
associée à une vasoconstriction variable.
L'augmentation des débits cardiaque et ventilatoire permet d'apporter davantage de dioxygène aux muscles en activité.
 Intégration des fonctions dans l'organisme au cours de l'activité physique.
Le fonctionnement automatique du coeur est modulé par le système nerveux.
L'activité rythmique des muscles respiratoires est commandée par le système nerveux.
Au cours de l'activité physique, cette modulation et cette commande sont modifiées, ce qui adapte l'organisme à l'effort.
‐ Cellule, ADN et unité du vivant
 La cellule fonde l’unité et la diversité du vivant. L’hétérotrophie et l’autotrophie sont deux grands types de métabolisme
Terminale S : Enseignement de spécialité Thème 3
‐ Diversité et complémentarité des métabolismes
 L’ATP, molécule indispensable à la vie cellulaire
Dégradation des composés organiques et régénération des intermédiaires métaboliques.
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.
BCPST :
Partie 1 ‐ Biologie cellulaire et moléculaire
2. Le métabolisme cellulaire
2.2 Structure générale du métabolisme et rôle des coenzymes
‐ Place du catabolisme oxydatif et de la photosynthèse eucaryote.
‐ Place et propriétés de l'ATP dans le métabolisme cellulaire.
‐ Place et propriétés des coenzymes (NAD, NADP, FAD, coenzyme A) ; implications énergétiques et métaboliques.
‐ Interprétation en termes de couplages énergétiques.
2.4 Le catabolisme oxydatif.
‐ L'oxydation des substrats organiques.
• Oxydation du glycéraldéhyde ‐ 3P dans le cytosol (glycolyse).
• Oxydation du pyruvate et des acides gras dans la mitochondrie.
• Oxydation de l'acétyl‐coenzyme A dans la mitochondrie (cycle de Krebs).
‐ Chaîne respiratoire et oxydations phosphorylantes.
‐ Fermentations lactique et éthanolique.
Partie 2 ‐ Biologie des organismes
2. L'organisme en relation avec son milieu
2.1 Réalisation des échanges gazeux entre l'organisme animal et son milieu (nature des échanges, diversité des échangeurs,
modalités de la ventilation).
Bibliographie :
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ALBERTS et al, L’essentiel de la biologie cellulaire. Flammarion, 2002
CADET : Invention de la physiologie, 2008 (PLS)
BERTHET : Dictionnaire de biologie, 2006 (De Boeck)
CAMPBELL: Biologie. (Pearson education) 7ème 2007
DESAGHER : Métabolisme : approche physicochimique 1998 (Ellipses)
GILLES : Physiologie animale, 2006 (De Boeck)
RICHARD. Et al. Physiologie des animaux (Nathan)
Tome 1 : Physiologie cellulaire et fonctions de nutrition.
‐ RIEUTORT: Abrégé de physiologie animale.1999 (Masson)
Tome 2 : Les grandes fonctions.
‐ SCHMIDT‐NIELSEN. Physiologie animale: adaptation et milieux de vie. 1998 ( Dunod )
‐ TURQUIER Y. (1994). ‐L'organisme dans son milieu 2. L'organisme en équilibre avec son milieu. Doin éd.
‐ WILMORE J.H. et COSTILL D.L. : Physiologie du sport et de l’exercice physique.1998 (De Boeck
Université)
2 Des pistes de révisions :
‐ Les surfaces d’échanges respiratoires en fonction des différents milieux de vie.
‐ Influence du milieu et de l’Homme sur la respiration.
‐ La respiration cellulaire.
‐ Les réactions de la glycolyse.
‐ La respiration mitochondriale.
...
Quelques exemples d'épreuves orales :
Exposé de leçon :
de respiration et répartition des animaux (5ème)
L'approvisionnement des organes en 02 chez l'Homme (5ème)
L'unité de la respiration chez les êtres vivants (5ème)
Modalités de la respiration et milieux de vie (5ème)
Réponses de l’organisme à l’effort musculaire (2nde)
Autotrophie et hétérotrophie à l'échelle de la cellule (2nde)
Chloroplaste et mitochondrie (TS Spécialité)
- Conditions
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Travaux pratiques (niveau lycée) :
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Autotrophie et hétérotrophie des cellules eucaryotes (2nde)
Réponses de l’organisme à un effort musculaire (2nde)
Autotrophie et hétérotrophie (2nde)
Métabolisme des cellules hétérotrophes (TS spécialité)
Respiration et fermentation à l'échelle de la cellule (TS Spécialité)
Activités prévues au cours de la séance :
 Construction progressive de la notion de respiration à travers les programmes de collège et
de lycée (cohérence verticale).
 Mise au point scientifique sur la respiration à l’échelle des organismes, à l’échelle cellulaire
et moléculaire.
 Présentation d’activités pédagogiques préparées à l’avance par des stagiaires.
Activités à préparer avant la séance :
 Activité 1 : Proposez une progression pédagogique en classe de 5ème portant sur la partie
« Respiration et occupation des milieux de vie ».
Vous préciserez la problématique, le plan détaillé, l’articulation des séances, la
programmation horaire et les notions construites.
 Activité 2 : En vous fondant sur le document  proposé, vous décrirez une situation
d’évaluation formative en classe de 5ème. Vous situerez cette évaluation dans la
progression. Vous préciserez l’objectif notionnel visé, la ou les capacités exercées, le
questionnement, les consignes de travail données aux élèves, les critères d’évaluation et la
production attendue.
 Activité 3 : En vous fondant sur le document , vous décrirez une activité destinée à des
élèves de 5ème. Vous situerez cette activité dans la progression. Vous préciserez l’objectif
notionnel visé, la ou les capacités exercées, le questionnement et la production attendue.
3 Document 1 : Une expérimentation sur les échanges gazeux respiratoires du Poisson rouge.
(Site Eduscol)
Document 1a : Situation de classe : Un élève curieux observe longuement son bassin gelé et sa carpe qui évolue
lentement sous la glace. Il est intrigué car il ne voit pas comment sa carpe pourra venir prendre de l’air à la surface pour respirer.
Après avoir attendu une vingtaine de minutes, il aboutit à la conclusion qu’elle ne respire pas. De retour au collège, il annonce devant la classe sa découverte au professeur de SVT. Les autres élèves lui disent qu’il raconte n’importe quoi ! Pour clore le débat
le professeur leur propose de vérifier si la carpe respire en réalisant une expérimentation.
Document 1b : Différentes expériences sur les échanges gazeux respiratoires du Poisson rouge.
Document 2 : Les échanges gazeux respiratoires chez l’Homme.
Document 2 a : Appareil respiratoire de l’Homme. (Wilmore Document 2 b : Coupe transversale
et Costill, Physiologie du sport et de l’exercice).
de poumon alvéolaire de mammifère
observée au microscope. (Schmidt‐
Nielsen, Physiologie animale)
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