1. Les molécules composant la matière minérale et la matière vivante. Problématique : Quelles sont les caractéristiques des molécules du vivant?

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1 CH2. LA NATURE DU VIVANT 1. Les molécules composant la matière minérale et la matière vivante Problématique : Quelles sont les caractéristiques des molécules du vivant?

2 Activité 2 : Activité 2 : Les êtres vivants sont constitués de matière, donc d éléments chimiques disponibles sur Terre. La matière qui forme les êtres vivants est-elle différente de la matière minérale? Questions : Observer la composition et l organisation d une olivine et d une membrane cellulaire. Repérer les éléments chimiques constituant la lithosphère et la matière vivante. Les éléments chimiques de la matière minérale Les éléments chimiques de la matière vivante Doc 1. Structure atomique d un minéral (olivine) appartenant à une roche (basalte). Doc 3. Structure atomique d un fragment de membrane cellulaire. Doc 2. Abondance relative des éléments chimiques constituant la lithosphère. Doc 4. Abondance relative des éléments chimiques constituant la matière vivante. Malgré leur diversité, les molécules qui composent la matière des êtres vivants appartiennent à un nombre réduit de familles chimiques Quelles sont les caractéristiques essentielles des molécules du vivant? Doc. 6 : une 1ère méthode simple d analyse chimique Doc. 7 : Déterminer la teneur en eau de la matière vivante. Doc. 5 : 3 molécules caractéristiques du vivant

3 Comparaison chimie organique / chimie minérale. (Correction) Problématique : les êtres vivants, comme les roches sont composés d'atomes et de molécules. Pourtant on distingue bien la chimie organique ( des êtres vivants ), de la chimie minérale. Quelles sont les caractéristiques de chacune d'elles? Le tableau ci-contre donne les valeurs de quelques éléments chimiques dans les quatre enveloppes externes de la Terre. Ces valeurs sont des pourcentages du nombre total d'atomes dans les différents milieux. Elément chimique en % Atmosphère Hydrosphère Biosphère Lithosphère Azote ( N ) 78 traces 1,5 traces Oxygène ( O ) Hydrogène ( H ) traces traces Carbone (C ) traces traces 10 traces Silicium ( Si ) traces traces traces 28 Aluminium ( Al ) traces traces traces 8 Fer (Fe ) traces traces traces 5 Calcium (Ca ) traces traces traces 4 Sodium (Na ) traces traces traces 2,5 Magnésium (Mg ) traces traces traces 2 Le logiciel LibMol permet de visualiser des molécules en 3D et de connaître les atomes qui les constituent. Il est accessible sur le site svtgbo.wordpress.com/secondes/theme1-la Terre, la vie et l évolution du vivant. Chargez les molécules du vivant suivantes : glucose; maltose; cholestérol; albumine et complétez la premie re colonne du tableau. Chargez ensuite les molécules minérales suivantes: eau; quartz; feldspath; biotite, et complétez la deuxie me colonne du tableau. (Chaque couleur correspond à un type d atome particulier). Matière organique. Matière minérale. Atomes prépondérants. Exemples de molécules. C, H, O Si, O, Al Glucose Quartz Classer dans l ordre croissant, les 6 1 ers éléments chimiques constituant la lithosphe re : et les 6 1 ers éléments chimiques constituant la matie re vivante : Différents échantillons ont été pesés avant et apre s déshydratation en les plac ant dans une étuve quelques minutes. Indiquez quel est le pourcentage d'eau dans les cinq échantillons proposés. Aliments Salade Poisson Viande de boeuf Granit ( roche ) Schiste vert( roche ) Masse avant déshydratation. ( en g ) Masse après déshydratation. ( en g ) 4, Pourcentage d'eau O, C, H, N, Ca, P O, Si, Al, Fe, Ca, Mg 95 % 80 % 65 % 0,9 % 2% Que peut-on déduire de cette expérience et de celles des docs 6 et 7? La présence de gouttelettes au sommet du tube montre que la vapeur issue du tube se condense en formant de l eau liquide. Cette eau provient donc de l échantillon que l on a chauffé. Les résultats de l expérience peuvent s expliquer de la fac on suivante : pendant le passage a l étuve, l eau contenue dans l échantillon s est évaporée. La salade ayant perdu 90 % de sa masse environ, cela montre qu elle est tre s riche en eau. La matie re minérale, apre s passage a l étuve garde la même masse, elle ne contient donc pas d eau (ou tre s peu). Les résidus obtenus apre s chauffage prolongé de matie re vivante (combustion incomple te) sont des dépo ts noira tres caractérisant la présence de carbone. En utilisant l'ensemble des informations apportées par ce TP, donnez les caractéristiques de la matière organique et de la matière minérale. La matière vivante est formée principalement d eau et de matière organique contenant les atomes carbone, hydrogène, oxygène, azote et soufre. Ces éléments sont organisés en molécules réparties en trois catégories principales : glucides, lipides, protides. Voir bilan 2

4 Bilan 2 : Les êtres vivants sont constitués d'éléments chimiques disponibles sur Terre. Les proportions de ces éléments ne sont pas les mêmes entre le monde vivant (matière organique) et le monde minéral. Les êtres vivants sont constitués : - d eau (solvant permettant des réactions chimiques). - de matière carbonée : ce sont des molécules organiques (matière organique) qui ont pour constituants de base les atomes C, H, O, N. Ce sont les glucides, les lipides et les protides. Cette unité chimique des êtres vivants est le premier indice de leur parenté.

5 2. La cellule : unité structurale des êtres vivants Un être vivant est organisé a différentes échelles, de l organisme a la molécule : Il est constitué d organes, eux-mêmes formés de cellules (contenant divers organites) faites d innombrables molécules.

6 Les organites Cellule animale Cellule végétale Paroi cellulosique Membrane plasmique

7 Problématique : Les cellules des êtres vivants refle tent-elles une parenté? Activité 3 - Correction : Montage, observation et dessin de lames minces de cellules buccales et comparaison des 4 types de cellules (animale, végétale, levure et bactérie) caractères Activité 3 correction êtres vivants cellule présent présent présent présent présent présent présent absent membrane plasmique présent présent présent présent cytoplasme présent présent présent présent chloroplaste absent présent absent absent mitochondrie présent présent présent absent Tableau des caractères de divers organismes noyau Homme Elodée Levure Bactérie Comment la comparaison des structures cellulaires permet d établir des relation de parenté entre les êtres vivants? L organisation en cellules est un caractère commun à tous les êtres vivants : la cellule fonde l unité du vivant et montre la parenté entre tous les êtres vivants. Au sein de ceuxci, certains ont acquis (héritée d un ancêtre commun) une organisation cellulaire plus complexe avec présence d organites (noyau, mitochondrie). Parmi ces organismes, seuls certains sont dotés de chloroplastes. Il est donc possible de constituer des groupes emboîtés ou un arbre phylogénétique : monde vivant, procaryotes, eucaryotes, lignée verte. Représentation sous forme de groupes emboîtés : Êtres vivants constitués de cellules compartimentées comportant des organites comportant avec noyau dont en et les outre mitochondries chloroplastes. des chloroplastes. : eucaryotes. Bactérie Homme, Levure Élodée Êtres vivants constitués de cellules compartimentées comportant des organites avec noyau (noyau, et mitochondries mitochondrie ) : : eucaryotes. Êtres vivants (constitués de cellules). Représentation sous forme d arbre phylogénétique : Bactérie Homme, Levure Élodée Chloroplaste Cellule Ancêtre commun Noyau, mitochondrie

8 Bilan 3 : Toute cellule posse de : - une membrane, - du cytoplasme, - une information génétique. Certaines cellules posse dent des organites : ce sont des structures intracellulaires limitées par une membrane (noyau, mitochondrie, chloroplastes ) et ayant une fonction métabolique donnée. -Les cellules sans organites sont qualifiées de procaryotes. -Les cellules possédant des organites sont qualifiées d eucaryotes. L'organisation des cellules de tous les êtres vivants sugge re que ces derniers sont parents. Ils partagent un tre s lointain ancêtre qui leur a légué ces caracte res communs. L unité structurelle des cellules est un indice de leur parenté. Taille Cellule d élodée 100 µm Cellule buccale 50 µm Levure 5 µm Bactérie 2 µm Mitochondrie 5 µm Membrane plasmique 0,008 µm (= 8 nm)

9 3. Le métabolisme cellulaire Le métabolisme cellulaire correspond a l ensemble des réactions chimiques se déroulant dans une cellule. Il assure des transformations de matie re et des transferts d énergie. Problématiques : - Le fonctionnement des cellules reflète-t-il leur parenté? - Quels sont les facteurs qui peuvent conditionner le métabolisme cellulaire? Activité 4 : Le contrôle du métabolisme cellulaire. Activité 4 : Le contrôle du métabolisme cellulaire Problématique : Quels sont les facteurs qui contrôlent le métabolisme? Consignes : 1. Décrire et interpréter l expérience du doc1. 2. Décrire et interpréter l expérience du doc2. 3. Répondre (en une phrase) à la problématique. Remarques : Levure mutante = levure dont le patrimoine génétique est différent. La respiration cellulaire : O2 + glucose énergie + CO2 + H2O

10 Activité 4 Aide Pour chaque expérience : -Imaginer l hypothe se qu on cherche a vérifier -décrire l expérience -interpréter -conclure Expérience 1 : qu est-ce qui contro le le métabolisme (ici la respiration cellulaire)? Expérience 2 : les métabolismes mis en évidence dans le milieu A et C sont-ils les mêmes? Qu est-ce qui contro le ces métabolismes dans cette expérience?

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