Métabolisme cellulaire - Chapitre 3 PDF

**Quels sont les besoins d'un organisme vivant pour survivre ?**  [freepik.com/vecteurs/pommier](%20%20%20%20%20%20%20%20%20freepik.com/vecteurs/pommier) [*123rf.com/clipart-vecteurs/bonhomme\_blanc\_course.html*](https://fr.123rf.com/clipart-vecteurs/bonhomme_blanc_course.ht...

**Quels sont les besoins d'un organisme vivant pour survivre ?**  [freepik.com/vecteurs/pommier](%20%20%20%20%20%20%20%20%20freepik.com/vecteurs/pommier) [*123rf.com/clipart-vecteurs/bonhomme\_blanc\_course.html*](https://fr.123rf.com/clipart-vecteurs/bonhomme_blanc_course.html) **[Chapitre 3] : Le métabolisme des cellules** *Comment les cellules assurent-elles leur fonctionnement ?* *Pourquoi toutes les cellules n'ont-elles pas les mêmes besoins ?* Métabolisme : ensemble des réactions chimiques nécessaires à la vie qui se déroulent dans les cellules d'un organisme : \- les réactions de **synthèse** (fabrication) de la matière vivante permettant la croissance et l'activité des cellules ; \- les réactions qui permettent de **produire de l'énergie** (+ du CO~2~ et de l'eau). **I. [Le métabolisme des cellules végétales]** ***En quoi consiste la photosynthèse ?*** ***Qu'est-ce qui distingue le métabolisme des cellules chlorophylliennes de celui des autres cellules ?*** ---------------------------------------------------------------------------------- **[Activité 1] :** Les conditions de réalisation de la photosynthèse ---------------------------------------------------------------------------------- **1. [Suivi en continu du métabolisme des cellules chlorophylliennes ]** On utilise un dispositif d'ExAO (expérience assistée par un ordinateur) qui affiche en temps réel les résultats sur l'écran d'un ordinateur. Dans une enceinte close, on place une suspension d'euglènes (unicellulaire chlorophyllien), une sonde mesurant le taux de dioxygène et une autre la concentration en dioxyde de carbone. Dans cette expérience, nous allons alterner périodes d'obscurité et d'exposition à la lumière. La même expérience est réalisée avec des fragments de racines. Décrire le graphique obtenu. Que pouvez-vous conclure de cette expérience ? **2. [Mise en évidence d'une production d'amidon dans des cellules chlorophylliennes]** On cherche à mettre en évidence la photosynthèse à l'échelle cellulaire. Des rameaux d'élodée ont été placés dans une eau enrichie en dioxyde de carbone. Le lot 1 a été placé à l'obscurité et le lot 2 a été exposé à un éclairement intense pendant 24h. **[Protocole] :** \- Réaliser 2 préparations microscopiques, l'une avec une feuille prélevée sur un rameau du lot 1, l'autre avec une feuille d'un rameau du lot 2. \- Utiliser une goutte d'eau iodée comme liquide de montage de vos deux préparations. ***[Rappel] :** l'amidon est une molécule organique constituée de l'assemblage d'un grand nombre d'unités de glucose. L'eau iodée, au départ de couleur claire jaune-orangée, prend une teinte foncée en présence d'amidon.* Que peut-on en déduire quant aux produits libérés et consommés (substrats) par les euglènes dans cette expérience. **3. [Comparaison d'une cellule photosynthétique et non photosynthétique]** **[Doc. 1] : Observation de cellules photosynthétiques de feuilles** (à gauche) **et de cellules de racines** (non photosynthétique, à droite) **au microscope électronique à transmission.**  **[Doc. 2] : Observation d'un chloroplaste placé à la lumière** La chlorophylle contenue dans cet organite permet de capter l'énergie lumineuse nécessaire à la synthèse de l'amidon. Mettre en relation les conditions de la photosynthèse et la localisation de la production d'amidon. Etablissez l'équation bilan de la réaction (C~6~H~12~0~6~, formule chimique du glucose) **[Bilan I] :** En présence de lumière (source d'énergie), les cellules végétales chlorophylliennes réalisent un métabolisme photosynthétique qui produit du glucose (molécule organique) à partir de molécule minérale (eau et dioxyde de carbone). Ces cellules sont dites autotrophes. Elles possèdent des organites cellulaires particuliers, les chloroplastes, qui sont le siège de la photosynthèse. **[Définition] :** Autotrophe : se dit du métabolisme d'une cellule qui, à condition de recevoir de la lumière, transforme la matière minérale prélevée dans le milieu en matière organique, source d'énergie. **II. [Le métabolisme des cellules animales]** [Exemple chez la levure] La levure, être vivant unicellulaire, est utilisée comme organisme modèle. Son métabolisme énergétique est comparable à celui des cellules musculaires. ------------------------------------------------------------------------------ **[Activité 2]:** Mise en évidence du métabolisme chez la levure ------------------------------------------------------------------------------ **1. [Suivi en continu du métabolisme des levures (paillasse prof)]** La respiration cellulaire se manifeste par des échanges très caractéristiques avec le milieu : consommation de dioxygène (O~2~) et rejet de dioxyde de carbone (CO~2~). On cherche ici à montrer que les cellules respirent à condition de pouvoir exploiter du glucose. On utilise, comme précédemment, le dispositif ExAO. Dans une enceinte close, on place une suspension de levure, une sonde mesurant le taux de dioxygène et une autre la concentration en dioxyde de carbone. Au cours de l'expérience, on injecte du glucose. Décrire le graphique obtenu. Que peut-on en déduire quant aux produits libérés et consommés (substrats) par les levures dans cette expérience ? **2. [Comparer différentes souches de levures]** Certaines levures possèdent des mitochondries non fonctionnelles ; cette souche de levure est appelée « Rho- ». Elles se distinguent des autres levures appelées « Rho+ ». Le même type d'expérience ExAO que celle réalisée précédemment a été faite avec ces deux souches. Ci-contre le graphique des résultats obtenus après injection de la solution de glucose. Décrire les résultats de l'expérience. Que peut-on en déduire ? Ecrivez l'équation bilan de la respiration cellulaire. La formule chimique du glucose est C~6~H~12~O~6.~ *Nathan, 2^nde^, 2019* **[Bilan II] :** Les levures consomment du dioxygène ainsi que du glucose et rejettent du dioxyde de carbone et de l'eau. Ces échanges traduisent l'existence d'un métabolisme respiratoire. Elles utilisent donc des matières organiques (glucose) pour se procurer de l'énergie. Les produits de cette transformation, des molécules minérales, sont rejetés de la cellule. On parle de cellules hétérotrophes. La respiration cellulaire nécessite la présence dans la cellule d'un organite particulier : la mitochondrie. Les levures peuvent aussi se procurer de l'énergie grâce à la fermentation. **[Définition] :** Hétérotrophe : se dit du métabolisme d'une cellule qui utilise la matière organique prélevée dans le milieu comme source d'énergie. **III. [Voies métaboliques et enzymes]** La spécialisation des cellules peut s'exprimer au travers des voies métaboliques qu'elles réalisent grâce à certains organites, mais également des molécules qu'elles contiennent. --------------------------------------------------------------------------------------------------- **[Activité 3] **: Expliquer la synthèse d'amidon dans les cellules de pomme de terre --------------------------------------------------------------------------------------------------- On récupère les molécules présentes dans les cellules de tubercule de pomme de terre en réalisant un filtrat. Parmi ces molécules, il y a des enzymes (protéines produites par la cellule) dont on chercher à déterminer le rôle dans la synthèse de l'amidon. **[Protocole] :** 1\. Réalisation du filtrat de tubercule - Découper le morceau de pomme de terre en fines lamelles ; - Placer dans le mortier et ajouter 10 mL d 'eau distillée ; - Ecraser avec le pilon ; - Préparer le dispositif de filtration comme indiquer sur le schéma ; - Déposer le tubercule broyé dans le filtre et presser doucement avec le pilon.  2\. Préparation des tubes à l'aide d'une pipette graduée comme sur le schéma et les placer au bain marie à 35°C pendant 10 minutes. 3\. Rechercher la présence d'amidon - Annoter la plaque de coloration de 1 à 5 ; - Placer une goutte de chaque tube sur la plaquette ; - Déposer 1 goutte d'eau iodée dans chaque échantillon ; - Observer les résultats. Le même type d'expérience est réalisé en parallèle par le professeur sur des feuilles. **[Doc. 1] : Les voies métaboliques des cellules de pomme de terre** Le glucose a donc deux destinées possibles. Néanmoins, en absence d'apport, l'amidon peut être hydrolysé dans l'amyloplaste et peut être utilisé par la mitochondrie. E1, E2, E3\... sont des enzymes. A l'aide du document 1 et de vos résultats, repérer le rôle d'une enzyme et associer la voie métabolique qui lui correspond. **[Bilan III] :** Les enzymes métaboliques sont des molécules favorisant les transformations chimiques qui ont lieu lors du métabolisme cellulaire. Leur présence permet la réalisation d'une voie métabolique. L'équipement d'une cellule permet de caractériser sa spécialisation au niveau métabolique. *Que deviennent la matière et l'énergie produites ?* **IV. [Les flux de matière]** 1\. [Entre l'organisme et l'environnement] ***Documents p 39 à 41 ***: 1\. À partir du doc. 6 p41 et des documents p39, indiquez les échanges de matière entre un arbre et son milieu. 2\. Doc. 3 à 6 p41. Décrivez les échanges de matière entre un arbre et d'autres organismes de son milieu de vie. Possibilité de faire un schéma. -------------------------------------------------------------------------------------------- **[Activité 4]:** Mise en évidence des flux de matières au sein de l'organisme -------------------------------------------------------------------------------------------- 2\. [Au sein de l'organisme] **Rappels** : Les plantes puisent l'eau et les sels minéraux au niveau des poils absorbant présent sur les racines et le CO2 au niveau des feuilles via les stomates. Tous ces éléments participent à la production de matière organique par la photosynthèse au niveau des feuilles. Cette matière organique doit aussi être transportée dans le végétal afin d'assurer sa croissance et son développement. **Problème** : Comment s'effectue le transport des éléments nécessaires à la photosynthèse, au fonctionnement et à la croissance au sein du végétal ? Les sèves : \- la **[sève brute]**, est une solution constituée à 99% d'eau et de 1% de substances dissoutes (saccharose, traces de protéines, ions minéraux) prélevés dans le sol par des poils absorbants. Elle circule dans un réseau de tubes, le **[xylème]**, formés de cellules mortes dont il ne subsiste que la paroi renforcée ; \- la **[sève élaborée]** est une solution constituée à 80% d'eau et 20% de substances dissoutes (saccharose, protéines, ions minéraux) issues de la photosynthèse. Elle prend naissance dans les organes chlorophylliens et irrigue tous les autres organes. Elle circule dans un autre réseau de tubes, le **[phloème]**, formés par des cellules vivantes. Comment mettre en évidence cette circulation ? Quels sont les résultats attendus : Schéma fonctionnel de la circulation des sèves au sein de l'organisme végétal : **[Bilan IV]:** *Rappel : comment les cellules assurent-elles leur fonctionnement ?* Les cellules possèdent une fonction particulière au sein de l'organisme. Ce sont les organites, entre autre, qui vont permettre ce fonctionnement. Certains organismes vivants récupèrent de matière organique à leur disposition, ils sont hétérotrophes. D'autres sont capables d'assurer la fabrication de leur propre matière organique, ils sont autotrophes. Dans les deux cas, l'organisme vivant assure son bon fonctionnement grâce à des échanges qui ont lieu au sein même de l'organisme mais aussi avec le milieu extérieur.