A1.1 Eau - Cours de Biologie (IB)

A1.1 Eau Thème: Unité et Diversité Niveau d’organisation: Molécules  From Questions d’orientation de l’IB the IB Quelles sont les propriétés physiques et chimiques de l’eau qui la rendent essentielle à la vie ? Quels sont les défis et...

A1.1 Eau Thème: Unité et Diversité Niveau d’organisation: Molécules  From Questions d’orientation de l’IB the IB Quelles sont les propriétés physiques et chimiques de l’eau qui la rendent essentielle à la vie ? Quels sont les défis et les opportunités de l’eau en tant qu’habitat ? Mots-clés Liaisons hydrogène Xylème Flottabilité Liaisons covalentes polaires Tension Viscosité superficielle Cohésion Conductivité Capillarité thermique Adhésion Hydrophobe Capacité Solvant Hydrophile thermique Métabolisme spécifique Voie Apoplastique  From A1.1.1: L’eau comme moyen de vie the IB Les élèves doivent comprendre que les premières cellules sont nées dans l’eau et que l’eau reste le milieu dans lequel se produisent la plupart des processus de la vie L’eau : L’origine de la vie La vie est probablement née dans l’eau. L’eau est nécessaire à la vie car elle est :  L'eau est le solvant universel, on en a besoin por dissoudre les réactifs du métabolisme dans le cytoplasme.  Un moyen de transport.  Impliqué dans de nombreuses réactions chimiques (Exemples : réactions d’hydrolyse et  From A1.1.2: Liaisons hydrogène et liaisons the IB covalentes polaires dans les molécules d’eau Les élèves doivent comprendre que la polarité des liaisons covalentes dans les molécules d’eau est due à un partage inégal des électrons et que la liaison hydrogène due à cette polarité se produit entre les molécules d’eau. Les élèves doivent être capables de représenter deux molécules d’eau ou plus et des liaisons hydrogène entre elles avec la notation indiquée ci-dessous pour indiquer la polarité. L’eau est une molécule polaire L’eau est une molécule covalente polaire. Deux atomes d’hydrogène forment des liaisons covalentes avec un atome d’oxygène. ❓ Explique pourquoi l’eau forme des liaisons hydrogène.  L’eau est une molécule polaire L’atome d’oxygène a un noyau plus positif que les atomes d’hydrogène et a une plus grande attraction pour les électrons (chargés négativement). Les électrons sont partagés de manière inégale entre les atomes d’oxygène et d’hydrogène dans les molécules d’eau. L’oxygène a une charge légèrement négative(δ-) L’hydrogène a une charge légèrement positive(δ+) Les molécules d’eau polaire forment des liaisons hydrogène L’eau est une molécule covalente polaire avec de faibles charges aux pôles. L’eau est attirée par d’autres molécules polaires qui forment des liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène qui se forment entre les molécules d’eau expliquent de nombreuses propriétés de l’eau. À noter : Si on vous demande de dessiner deux molécules d’eau et une liaison hydrogène, la liaison hydrogène doit être une ligne pointillée. Les liaisons covalentes entre l’oxygène et les hydrogènes d’une molécule d’eau doivent être des  From A1.1.3: Cohésion des molécules d’eau the IB Incluant le transport de l’eau sous tension dans le xylème et l’utilisation des surfaces d’eau comme habitats en raison de tension superficielle. A1.1.4: Adhérence de l’eau à des matériaux polaires ou chargés Incluant l’action capillaire dans le sol et dans les parois cellulaires des plantes. Cohésion et adhésion Les molécules d’eau sont cohésives et adhésives en raison de leur polarité. ❓ Distingue entre cohésion et adhésion.  Cohésion et adhésion La cohésion est l’attraction entre le même type de molécules, tandis que l’adhésion est l’attraction entre différents types de molécules. Cohesion: Les molécules d’eau sont attirées par d’autres molécules d’eau. L’oxygène chargé négativement d’une molécule d’eau est attiré par les hydrogènes chargés positivement d’une autre molécule d’eau, formant une liaison hydrogène. Adhesion: Les molécules d’eau polaires sont attirées par d’autres molécules polaires, formant des liaisons hydrogène. Cohésion et tension superficielle La tension superficielle est la propriété d’une substance à résister à une force externe. Une tension superficielle relativement forte se forme à la surface de l’eau en raison de la nature cohésive des molécules d’eau. La tension superficielle permet aux animaux comme les arpenteurs d’eau de marcher sur l’eau, et la surface d’un lac devient leur Cohésion et Transport dans le Les vaisseaux du xylème Xylème sont des tubes minces et étroits qui transportent l’eau (et les minéraux dissous) des racines aux feuilles des plantes. La nature cohésive des molécules d’eau polaires permet à l’eau de former une colonne continue de molécules d’eau se Adhésion – Capillarité dans le sol L’action capillaire ou capillarité décrit la capacité de l’eau à s’écouler contre la gravité dans un espace étroit. Le sol a tendance à être poreux, car l’argile et la matière organique du sol sont polaires. L’eau adhère aux particules polaires du sol et remonte le sol vers les racines des plantes. L’action capillaire est plus importante dans les sols argileux fins, et plus faible dans les sols sablonneux poreux.  Adhesion – Capillarité dans la Paroi Cellulaire La voie apoplastique permet à l’eau et aux nutriments dissous de se Plasmodesme déplacer à travers les parois Paroi cellulaire cellulaires des plantes. Cytoplasme La cellulose dans les parois cellulaires des plantes est poreuse et polaire. Voie apoplastique (dans la paroi cellulaire) Voie symplastique (dans le cytoplasme) L’eau peut se déplacer d’une cellule à l’autre par capillarité, car l’eau polaire adhère à la  From the IB A1.1.5: Propriétés solvantes de l’eau Insistez sur le fait qu’une grande variété de molécules hydrophiles se dissolvent dans l’eau et que la plupart des enzymes catalysent les réactions en solution aqueuse. Les élèves doivent également comprendre que les fonctions de certaines molécules dans les cellules dépendent de leur hydrophobie et de leur insolubilité. L’eau est un solvant L’eau est souvent appelée le solvant universel, car elle permet à une grande variété de substances hydrophiles de s’y dissoudre, en raison de sa polarité. Les substances hydrophiles sont des substances chargées qui se mélangent et se dissolvent avec l’eau. La plupart des réactions métaboliques ne se produisent que L’eau est un moyen de transport chez les L’eau est le milieu de transport des plantes et des animaux, car de nombreuses molécules et ionsplantes polaires se dissolvent dans l’eau. Les particules organiques polaires (chargées) se dissolvent dans l’eau polaire, en raison de la liaison hydrogène (par exemple le glucose). Les ions se dissolvent dans l’eau à cause des molécules d’eau polaires qui entourent les ions chargés. Les minéraux ioniques sont dissous dans l’eau lorsqu’elle est transportée dans le xylème d’une plante. Les molécules organiques telles que le glucose et les acides aminés se dissolvent dans l’eau et sont transportées par le phloème des plantes. L’eau est un moyen de transport chez les animaux Les animaux transportent de nombreuses substances dans leur corps par le sang ou l’hémolymphe, notamment : Nutriments Hormone Oxygène Déchets du métabolisme Dioxyde de Anticorps carbone La chaleur est également transportée dans l’eau dans le corps.  Modes de transport dans le sang Substanc Mode de Pourquoi ça marche e transport Glucose Dissous dans Le glucose est une molécule polaire qui se dissout dans l’eau. Le plasma sanguin est principalement le plasma constitué d’eau. sanguin Acides Dissous dans Les acides aminés sont des molécules polaires qui se dissolvent dans l’eau. Le plasma sanguin est aminés le plasma principalement constitué d’eau. sanguin Les molécules de cholestérol et de lipides sont non Cholestér Complexes polaires et ne se dissolvent pas dans le plasma ol et lipoprotéique sanguin, qui est principalement constitué d’eau. lipides s Chlorure Dissous dans Le chlorure de sodium est un composé ionique qui se dissout dans l’eau. Le plasma sanguin est de sodium le plasma principalement constitué d’eau. sanguin Oxygène Principalement L’oxygène est non polaire et ne se dissout pas attaché à facilement dans l’eau. l’hémoglobine  L’eau est le milieu du métabolisme Le métabolisme est le réseau complexe de réactions chimiques interdépendantes et en interaction qui se produisent dans les organismes vivants. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui accélèrent le rythme des réactions chimiques. Les enzymes sont impliquées dans le contrôle du métabolisme. Les réactions métaboliques se produisent dans des solutions aqueuses, les réactifs et  L’eau ne dissout pas les substances hydrophobes Les substances hydrophobes ne sont pas chargées et ne se mélangent pas facilement à l’eau. Certaines molécules présentes dans les organismes vivants sont hydrophobes et ne se dissolvent pas dans l’eau. Les fonctions de ces substances dépendent de leur hydrophobie. Exemples: Les lipides sont hydrophobes, ce qui leur permet d’être utilisés comme réserve d’énergie sans modifier de manière significative le potentiel hydrique des cellules. Les hormones lipidiques sont hydrophobes et sont capables de traverser la bicouche phospholipidique des membranes cellulaires. A1.1.6: Propriétés physiques de l’eau From the IB et conséquences pour les animaux dans les habitats aquatiques Flottabilité, viscosité, conductivité thermique et capacité thermique spécifique. Comparez les propriétés physiques de l’eau avec celles de l’air et illustrez les conséquences à l’aide d’exemples d’animaux qui vivent dans l’eau et dans l’air ou sur terre.  Propriétés physiques de l’eau : La flottabilité est la force ascendante exercée par flottabilité un fluide (liquide ou gaz) sur un objet immergé dans le fluide. L’eau liquide est un fluide plus dense que l’air, ce qui offre une plus grande flottabilité aux animaux aquatiques et leur permet de flotter ou de nager plus facilement. Cela aide de nombreux animaux aquatiques à conserver leur énergie et leur permet de rester à flot sans dépenser beaucoup d’efforts. Le phoque annelé a une couche de graisse qui lui  Propriétés physiques de l’eau : Viscosité La viscosité est la mesure de la résistance d’un fluide à l’écoulement. Plus la viscosité est élevée, plus il est difficile pour les animaux de se déplacer dans le fluide. L’eau a une viscosité plus élevée que l’air, et de nombreux animaux aquatiques, comme le plongeon à gorge noire, ont une forme de corps profilée qui leur Plongeon à gorge noire permet de se déplacer en Propriétés physiques de l’eau : conductivité thermique La conductivité thermique est une mesure de la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. L’eau a une conductivité thermique beaucoup plus élevée que l’air. Les animaux aquatiques sont plus susceptibles de perdre de la chaleur dans l’environnement et doivent être adaptés pour réduire les pertes de chaleur. Les phoques annelés ont une couche de graisse isolante pour éviter les pertes de chaleur. Les phoques se blottissent hors de l’eau (sur terre), ce qui réduit la surface exposée globale et les pertes de chaleur. Les plongeons à gorge noire sont isolés par des plumes qui sont enduites d’une huile hydrophobe pour garder les plumes  Propriétés physiques de l’eau : capacité thermique spécifique La capacité thermique spécifique est l’énergie nécessaire pour augmenter la température de 1 g d’une substance de 1 K (ou 1 °C). L’eau a une capacité thermique spécifique très élevée (4,186 J/g°C), car de l’énergie est nécessaire pour rompre les liaisons hydrogène entre les molécules d’eau. La capacité thermique spécifique de l’air est beaucoup plus faible que celle de l’eau. Propriétés physiques de l’eau : capacité thermique spécifique La température des grandes étendues d’eau est beaucoup plus stable que la température de l’air, car l’eau peut absorber ou libérer beaucoup plus d’énergie thermique sans subir de changement de température significatif. Les cellules animales (qui sont principalement composées d’eau) sont également résistantes aux changements de température, ce qui aide à maintenir une température corporelle constante chez les endothermes tels que les oiseaux et les mammifères. Propriétés physiques de l’eau - Phoque annelé ❓ Explique les conséquences des propriétés physiques de l’eau pour le phoque annelé (flottabilité, viscosité, conductivité thermique et capacité thermique  Propriétés physiques de l’eau - Phoque Les phoques annelés (Pusa hispida)annelé vivent dans les mers arctiques. Flottabilité: Le phoque annelé a une couche de graisse qui lui permet de rester flottant lorsqu’il est dans la mer, réduisant ainsi l’énergie nécessaire pour nager dans la mer. Viscosité: La forme profilée du corps des joints leur permet de se déplacer efficacement dans l’eau. Les nageoires utilisent la traînée pour faciliter le mouvement. Conductivité thermique: La couche de graisse du phoque isole l’animal lorsqu’il est dans l’eau. Les phoques ont tendance à se recroqueviller, ce qui réduit la surface exposée et les pertes de chaleur lorsqu’ils sont sur terre. Capacité thermique spécifique: Les phoques annelés sont des endothermes et sont adaptés pour maintenir une température corporelle constante. La capacité thermique spécifique élevée de l’eau dans leur corps aide à maintenir une Propriétés physiques de l’eau - Plongeon à gorge noire ❓ Explique les conséquences des propriétés physiques de l’eau pour le plongeon à gorge noire (flottabilité, viscosité, conductivité thermique et capacité thermique spécifique). Propriétés physiques de l’eau - Plongeon à gorge noire Le plongeon à gorge noire est un oiseau aquatique migrateur que l’on trouve dans l’hémisphère Nord. Flottabilité: Le plongeon à gorge noire est capable d’ajuster sa densité en modifiant le volume d’air dans ses sacs aériens. Cela permet à l’oiseau de contrôler sa profondeur lorsqu’il nage dans l’eau. Le plongeon à gorge noire est capable d’augmenter sa flottabilité dans l’air en augmentant sa surface en déployant ses ailes. Les os des oiseaux sont creux, ce qui réduit encore leur densité et augmente la flottabilité du plongeon à gorge noire, ce qui lui permet de voler.  From Propriétés physiques de l’eau - Plongeon à the IB gorge noire Viscosité: La forme profilée des plongeons à gorge noire leur permet de se déplacer efficacement dans l’air et l’eau. Les pattes palmées aident les oiseaux à se déplacer dans l’eau. Conductivité thermique: Le plongeon à gorge noire est un endotherme qui maintient une température corporelle constante. Les plumes de l’oiseau emprisonnent l’air et fournissent une isolation. Les plumes sont recouvertes d’une huile hydrophobe qui les garde au sec. Capacité thermique spécifique: La capacité thermique spécifique élevée aide le plongeon à gorge noire à réguler sa température corporelle, ce qui est particulièrement important lorsqu’il plonge dans l’eau froide.  From A1.1 Eau - Questions clés du BI the IB Comment les différentes forces d’attraction intermoléculaires affectent-elles les systèmes biologiques ? Quels processus biologiques ne se produisent qu’à la surface ou à proximité des surfaces ?