sciences de la vie et de la terre
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Sciences de la Vie et de la
TerreCours de terminale S
Programme de spécialité
Thème 1 - Diversité et complémentarité des métabolismes
Thème 2 - Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies
Thème 3 - Du passé géologique à l’évolution future de la planète
Chapitre I : Du carbone minéral aux composants du vivant : la photo-autotrophie pour le C
Introduction : révisions de seconde
cellule autotrophe(végétaux chlorophylliens)
CO2
O2
CO2
Eau + sels minéraux
lumièreNRJ
Matière organique
NRJ
O2
chloroplastes
mitochondries
cellule hétérotrophe(animaux et champignons)
O2
Eau + sels minéraux
CO2
Matière organique
NRJ
Matière organique
(glucose par exemple)
NRJ
Mitochondrie
Photo-autotrophie Carbone organique
Carbone minéral
hétérotrophieCarbone
organiqueCarbone
organique
I ) Le cycle du carbone dans les écosystèmes
A ) définition d’un écosystème
biotope
biocénoseécosystème
B ) Le fonctionnement d’un écosystème
A B Signifie A est mangé par B
Exercice : dans l’écosystème « forêt », proposez un réseau trophique possible en complétant le document ci-dessous.
TravailTravail: activité livre p.176
C ) La régulation du cycle du Carbone dans les écosystèmes
Carbone a l’état oxydéCO2 dans l’air ou
HCO3- dissout dans l’eau
Carbone a l’état réduitDans la matière organique
(C6H1206 par exemple)
photosynthèseRespiration et fermentation
A ) Les producteurs primaires incorporent le CO2 au niveau des feuilles
II ) L’incorporation du CO2 par les producteurs primaires : autotrophie du végétal
Problème : Quelles sont les structures permettant l’absorption du CO2 ?
Épiderme inférieur
Épiderme supérieur
Parenchyme palissadique
Parenchyme lacuneux
Coupe transversale de feuille chlorophyllienne
TP n°1
Stomate observé au microscope à lumière (photonique) X1000
Mise en évidence de l’incorporation du CO2 au niveau des feuilles :
Structure de la feuille :
voir TP n ° 1
Parenchyme palissadique
H2O + sels minéraux
Energie lumineuse (photons)
Matière organique
CO2
Rapport structure/fonction de la feuille chlorophyllienne
Problème 2 : A quoi sert le CO2 dans la cellule chlorophyllienne ?
B ) Les producteurs primaires utilisent le CO2 pour fabriquer la matière organique
voir TP n ° 1 +livre p.178
C ) Du Carbone minéral aux composants du vivant :
1 ) Le chloroplaste , organite cytoplasmique spécialisé
chloroplastes au microscope optique
chloroplaste au microscope électronique
Structure schématique d’un chloroplaste
2 ) L’énergie lumineuse est captée par les pigments chlorophylliens des membranes des thylakoïdes
TP n ° 2 : chromatographie de la chlorophylle brute
corrigé du TP : page 196
Problème 3 : Comment du CO2 + de H2O + photons peuvent permettre la synthèse de molécules organiques ?
Comment cette conversion est-elle possible ?
Exercice maison : n°3 page 213
3 ) L’énergie lumineuse est convertie en énergie chimique dans les chloroplastes
la photosynthèse peut donc être globalement considérée comme une réaction complexe d’oxydoréduction
Quelle est la réaction d’oxydation ?
Doc 2 page 201
Deux phases se succèdent et se complètent dans la photosynthèse :la phase photochimique ( oxydation de l’eau )la phase non photochimique ( réduction du CO2 par la synthèse de glucides )
a . La phase photochimique de la PS
TP n ° 3 : l’expérience de Hill
Schéma bilan de la phase photochimique :
R RH2
e-
ADP + Pi ATP
Stroma du chloroplaste
Chla
Membrane du thylakoïde
Chaîne de transfert des e-
énergie
H20 1/2O2 + 2e- +2H+
Photons = énergie lumineuse
2e-
-Les photons viennent frapper les pigments chlorophylliens qui réagissent en éjectant des électrons-Ces électrons sont captés par des molécules accepteurs d’électrons situées dans la membrane des thylakoïdes et qui forment une chaîne de transfert d’électrons-La chlorophylle qui a perdu des électrons est donc dans un état instable et va chercher à « récupérer » ses électrons-Elle les prend aux molécules d’eau qui les cèdent facilement en se dissociant en électrons, protons et dioxygène (on parle d’oxydation de l’eau ou de photo-lyse de l’eau)-Le dioxygène ainsi formé sort des cellules et correspond au dioxygène dégagé au cours de la photosynthèse. Ce dioxygène se forme donc à partir des molécules d’eau-Les protons formés se combinent avec les électrons qui sortent de la chaîne de transfert-Protons et électrons permettent la réduction d’un composé R en RH2. Ce composé R peut donc être considéré comme un accepteur final d’électrons (équivalent « in-vivo » du réactif de Hill).-La chaîne de transfert des électrons est une suite de réactions d’oxydo-réductions qui libèrent de l’énergie : réactions exoénergétiques ou exergoniques.-L’énergie ainsi libérée est récupérée par une réaction endoénergétique ou endergonique : de l’ADP (adénosine diphosphate) est transformé en ATP( adénosine triphosphate).
ADP + Pi ATP
énergie
L’ATP est la molécule énergétique directement utilisable par toutes les cellules
Bilan de la phase photochimique :
Utilisation des molécules d’eau
Dégagement de dioxygène
Formation de composés organiques intermédiaires : ATP(énergie utilisable) RH2 (composé réduit)
Problème posé : pour expliquer la réaction globale de la photosynthèse, il reste à comprendre comment le CO2 est réduit en molécule organique (C6H12O6).
6 CO2 + 12 H2O + photons ------- C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ? ? ?
b. La phase non photochimique de la PS
Comment est utilisé le CO2 dans la phase non photochimique ?Comment sont utilisés ATP et RH2, molécules produites lors de la phase précédente ?
Travail sur l’activité 5 p.202
Document 1 : expérience de Calvin & Benson
Document 2 : influence de la lumière
Document 4 : le cycle de Calvin / Benson
Document 3 : notion de couplage entre phase photochimique et phase non photochimique
Le cycle de Calvin & Benson : un bilan de la phase non photochimique
RuBP
APG
CO2
C3
C3
C5
Cycle de Calvin/Benson
Triose phosphate
Triose phosphate
Triose phosphate
ADP
ATP
ADP
ATP
R
RH2
Hexose phosphate =
glucoseC6H12O6
C3
C6
X3
2 tours de cycle
X3 X6
X6
X5
X1
X1C3
Phase photochimiqueDans les tylakoïdes
Lumière
H2OADP ATP R RH2
Cycle de
Calvin
CO2
glucosePhase non
photochimique dans le stroma
couplage
H2O
02
D . Le devenir des composés glucidiques formés par la réduction du CO2
Dans le chloroplaste
Dans les cellules de la feuille
A l’extérieur de la feuille
Organes de réserves : voir TP n°4
feuille
Sève élaborée : eau + matière organique
Sève brute : eau + sels minéraux provenant des racines
CO2
lumière
eau + sels minéraux + CO2
Matière organique
tige
Schéma bilan du fonctionnement d’un végétal chlorophyllien
Chapitre II : L’ATP, molécule indispensable à la vie cellulaire
Introduction
I ) Des activités cellulaires consommatrices d’ATP
A ) La synthèse de molécules
glucoses
glycogène
ATP
ADP
Exemple : synthèse du glycogène
B ) Les mouvements cellulaires
C ) Les mouvements intracellulaires
Mouvements de cyclose
II ) Le couple ATP/ADP et les échanges d’énergie cellulaire.
adénosine
P P P
+ H2O + Piadénosine
P PLiaison riche en NRJ
Réactif A
Produit B
Réaction exergonique
Réaction endergonique
III ) Etude détaillée d’un exemple :ATP et contraction musculaire
A ) Structure d’une fibre musculaire striée
Fibres musculaires au microscope optique (coloration au bleu de méthylène)
Fibre musculaire
Fibres musculaires au microscope électronique
Un muscle est formé de cellules qui ont fusionnées (présence de plusieurs noyaux) et qui forment les fibres musculaires . Chaque fibre musculaire est elle-même formée de sous unités appelées myofibrilles. Les myofibrilles sont constituées par la superposition d’éléments appelés sarcomères. Le sarcomère est l’unité de fonctionnement du muscle.
Sarcomère(donne l’aspect strié
au muscle)
myofibrille
B ) mécanisme de la contraction musculaire : le rôle de l’ATP
Le sarcomère est formé par deux types de filaments :filaments fins d’actine
filaments épais de myosineLes filaments d’actine sont reliés au niveau des stries Z qui délimitent chaque
sarcomère
Dans chaque sarcomère, les filaments d’actine et de myosine sont intercalés et glissent les uns par rapport aux autres lors de la contraction musculaire, entrainant un rapprochement des stries Z, donc un raccoucissement des sarcomères. La contraction simultannée de tous les sarcomères d’un muscle entraîne le racourcissement de celui-ci. Donc sa contraction.
Comment s’effectue le glissement des filaments les uns par rapport aux autres ?
Voir l’animation à l’adresse internet suivante :http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/contractionmuscle/contractmuscle.htm
L’ATP se fixe sur les têtes de myosine et les décroche des filaments d’actine L’ATP est hydrolysé en ADP ce qui fait pivoter les têtes de myosine qui se refixent sur les filaments d’actine. L’ADP se détache des têtes de myosine qui pivotent alors en sens inverse et font alors coulisser les filaments d’actine, ce qui entraîne le raccourcissement du sarcomère et donc la contraction du muscle.
Ainsi, la contraction musculaire ne peut se faire que si il y a intervention du couple ATP/ADP et donc utilisation d’énergieDans le muscle, l’énergie chimique contenue dans l’ATP est convertie en énergie mécanique à l’origine de la contraction musculaire
Conclusion
L’ATP est bien la seule source d’énergie directement utilisable pour permettre les activités cellulaires. Mais les stocks d'ATP des cellules ne dépassent pas quelques secondes de consommation. Donc les cellules doivent produire de l’ATP en permanence : quels sont les mécanismes cellulaires qui produisent de l’énergie sous forme d’ATP sachant que toutes les cellules ne sont pas
chlorophylliennes ?
Chapitre III : utilisation des composés organiques pour la production d’ATP
Introduction
Problème : quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires de la respiration et de la fermentation alcoolique ?
I ) La respiration : une oxydation complète de la matière organique
A. Etude expérimentale de la respiration cellulaire
Voir TP n°6 + lire activités 1,2 et 3 pages 232 à 237
B- Les 3 étapes de la respiration cellulaire
Etape 1 : la glycolyse au sein du cytoplasme Etape 2 : la dégradation du pyruvate dans la matrice
mitochondriale
Etape 3 : la production importante d’ATP au niveau des crêtes mitochondriales
Fiche correction du TP N° 6 (à récupérer sur site internet)
1ère étape 2ème étape
3ème étape
BESOINS
« DECHETS »
02glucose
ADPATP
ADPATP
ADPATP
glucose
R’H2
R’H2
02
H20
H20
C02
pyruvate CO2
hyaloplasmemitochondrie
Schéma de fonctionnement de « l’usine énergétique mitochondriale »
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